海洋管道沉放过程力学计算及方案分析

基于海洋管道沉放的工程实际,建立了管道海上对接沉放的计算模型。确定了不同的沉放方案,并对不同方案的管道沉放形态、弯矩及应力进行对比分析。分析结果表明,沉放过程中管道应力变化复杂,吊缆释放的不协调极易导致出现局部应力峰值;管道沉放完成后的最终形态和弯矩分布对沉放过程十分敏感,沉放方案微小的差别会导致截然不同的沉放结果。在管道下放初期,应以工程船的侧移为主,均匀的下放策略将导致管道水平面内变形较小,曲率过大,从而造成弯矩增加;在侧移后期,应稍微减慢吊缆2的下放速度,这样可以使上弯曲管道的变形曲率减小,避免最大弯矩发生在对接口处;工程船侧移距离不宜过小,太小的侧移距离会导致管道偏移长度减小,从而增大对接口和下弯区管道的变形曲率,导致对应的弯矩增加。     

海底管道对接过程数值模拟力学分析

在分析海底管道对接施工过程的基础上,构建了管道对接过程模型与管道力学模型,采用Abaqus软件对API-5L标准的355.6 mm(14 in)管道建立了海洋管道多点牵引的提吊与沉放力学数值模型,分析管道对接过程的力学特性。分析结果表明,管道提吊过程中,Y轴方向上的线应变在前期提吊过程中逐渐增大,后期在铺管船移动的情况下逐渐减小,Z轴方向上的线应变在提吊高度不断增加的情况下逐渐增大,管道的两舷吊点间管段弯矩呈往复波动变化规律;管道沉放过程中,Y轴方向上的线应变随下放距离和侧移距离的改变而增大,最终维持一个固定的应变量,Z轴方向上的线应变随下放距离和侧移距离改变而起伏波动。     

大直径薄壁管道浅海铺设时的空间形态和应力分布

利用非线性管道变形和应力数值计算模型,对大直径薄壁管道进行空间形态和应力分布模拟计算,分析实际铺设作业中的横向和侧向水流对管道空间形态和应力分布的影响,并根据数值计算的结果总结横向水流和侧向水流的作用效果,提出管道铺设工程中应该注意的问题。     

大直径薄壁管道线海铺设时的空间形态和应力分布

利用非线性管道变形和应力数值计算模型,对大直径薄壁管道进行空间形态和应力分布模拟计算,分析实际铺设作业中的横向和侧向水流对管道空间形态和应力分布的影响,并根据数值计算的结果总结横向水流和侧向水流的作用效果,提出管道铺设工程中应该注意的问题.     

管-土相互作用对海底管道横向屈曲的影响

基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析了管-土相互作用参数对海底管道前屈曲及后屈曲的影响。结果表明,管道屈曲的临界温差、最大弯矩及最大轴向总应变随着横向摩擦因数的增大而增大,管道总屈曲段长度随着横向摩擦因数的增大而缩短;轴向摩擦因数对管道临界屈曲载荷、后屈曲的变形、弯矩及应变影响很小;管道屈曲的临界温差随着土体屈服位移的增大而减小。     

双侧沉管在水网地段应力分析及数值模拟

为了研究水网地段管道在双侧沉管过程中受力变形的特性,基于有限元软件建立了管道沉沟模型,对不同深度的沉管过程进行力学模拟;同时根据管道下沟过程的受力变形特点,将模型简化成超静定梁,最终推导出不同深度管道最大应力公式。研究结果表明,在下沟过程中,管道上会出现2个应力峰值,当管道的自由端与沟底接触的瞬间管道的应力最大,管道最大应力位于沟上支点附近管道底部的内壁;管道截面上的应力呈8字形分布,截面顶端和底端出现应力峰值,且底端应力大于顶端;管道下沟可以简化超静定梁模型,应力大小与沉沟深度、管道规格密切相关,也与土壤刚度有关,忽略土壤刚度计算出的最大应力值比模拟结果偏小。     

基于管土耦合作用的海底管道稳定性分析研究

海底管道作为水下油气运输系统中重要的组成部分,其稳定性研究尤为重要。通过有限元软件ABAQUS,模拟铺设后未运行以及输送石油过程中的海床-管道耦合作用系统。通过对土体进行初始的应力平衡、管道自重戴荷分析、管道-土体相互接触作用分析、内压载荷分析、水平屈曲分析,分别计算管道在铺设完成后及实际运行过程中的位移及应力。计算结果表明,管道运行中的温度差和压力差引起的大变形是导致管道失效的最主要原因。同时通过对比研究可知,海床土体的相关参数对管线发生屈曲变形都有不同程度的影响,影响的强弱程度取决于土体的刚度以及土体对管道水平向的抗力作用。     

中俄东线天然气管道沉管下沟数值模拟

中俄东线天然气管道在沉管下沟过程中将发生明显的大位移变形,并将经历高应力状态,对管道安全和质量有潜在影响。为了分析中俄东线采用沉管下沟施工作业方式的可行性,指导施工现场沉管下沟作业,采用有限元方法分析了沉管下沟规律,计算校核了中俄东线沉管下沟过程中的应力状态,识别了沉管下沟过程中的危险因素并提出了控制措施。计算结果表明:当管沟深度在5. 0 m以内时,中俄东线D1422×21. 4 mm、D1422×25. 7 mm和D1422×30. 8 mm这3种直管道可以采用沉管下沟施工方式。为了避免下沟管段末端翘起导致管道侧向摆动而发生危险,提出了2种控制措施。研究结果可以为中俄东线天然气管道安全施工提供指导和保障。     

内压与海床联合作用下海底管道撞击数值研究

为了研究海床和管道内压对坠物撞击管道的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了坠物撞击海底管道的有限元模型,分析了撞击过程中海底管道的动态响应。采用摩尔库伦模型模拟海床的非线性特性,并引入罚函数处理坠物、管道和海床三者的接触关系。分析结果表明:海床和管道内压对坠物撞击管道起到了保护作用。黏土海床对管道撞击的保护作用比砂土海床大,砂土海床对管道撞击的保护作用比刚性海床大;随着内压的增大,管道变形最大凹陷值减小;同时考虑内压和海床作用时管道受坠物撞击后的最大凹陷值比2个因素均不考虑时小,相差最大处达到了9.6%。所得结果对海底管道抗坠物撞击设计和管道的安全服役具有指导意义。     

海洋管道多点提吊的有限元分析

建立了海洋管道多点提升的有限元模型,考虑了管土作用的非线性和倾斜绳缆对提升的影响,引入了土体吸力的作用,并增加了对绳缆的模拟,运用ANSYS软件对海洋管道多点提吊的各个阶段进行了模拟计算,同时运用实例分析对所建模型进行了验证。分析结果表明,土体吸力对离地点附近管道的弯矩影响较大,对管道变形几乎没有影响;在提吊初期,管道的最大弯矩对土体吸力的大小较为敏感,最大弯矩随土体吸力的增大而增大,随着提吊高度的增加,土体吸力对最大弯矩的影响逐渐消失。     

崎岖海床上管道变形和应力研究

为了准确得到海底管道铺设在崎岖海床上的变形和应力状态,文章采用有限元法进行管道纵断面分析,计算得出了相关曲线。通过与A H M ouselli给出的曲线对比,验证了不同张力条件下海底低洼凹陷和隆起地形对管道应力的影响,数值解略小于M ouselli曲线结果。最后以实际的崎岖海床为例,计算了管道在空管和满油状态下的纵断面变形曲线和弯曲应力。根据得出的管道弯曲应力分布,能够科学合理地给出海床处理方法,保证海底管道的安全。     

管道通过煤矿采掘空化区的应力分析与措施研究

煤矿采掘空化区塌陷会引发其地表产生位移变化,可能会造成煤矿上方途径的管道产生应力集中,导致管道失效进而发生断裂事故。以某DN400管道通过采掘空化区上方为例,从应力计算、应力分析、处理措施、处理施工工艺等方面进行研究,论述加强采掘空化区地基稳定性的措施,使得处理后的煤矿采掘空化区地面适宜管道工程维运,保证管道安全运营,最大限度节约利用土地。     

深水钻井隔水导管承载能力影响因素分析

深水钻井中隔水导管的下入深度、力学性能及载荷特征是影响其承载能力的主要因素，隔水导管的承载能力又直接影响其与井口连接的稳定性，而目前设计隔水导管尺寸及下入深度时大多基于工程经验，缺乏理论依据。通过建立综合考虑海底地层性质、轴向和横向载荷、隔水导管力学性能的力学模型，分析了影响隔水导管横向位移及应力分布的因素，结果发现:井口横向载荷是影响隔水导管横向位移的主控因素，而轴向载荷对隔水导管横向位移的作用并不显著；随着隔水导管入泥深度增大，其横向位移逐渐减小，而应力则先增大后减小，其中位移和应力在入泥深度10.00 m左右处存在拐点；地基力学性能对隔水导管位移及应力分布的影响极其明显。研究结果对不同海水波动、海床力学性能等工况下深水隔水导管的力学性能参数优选、结构尺寸选择及下入深度确定具有理论及工程指导意义。      

漂浮法敷设海底管道悬浮段有限元分析

利用有限元法对管道漂浮充水下沉时悬浮段进行分析，编制出有限元分析计算程序ＰＡＰＦＥＭ。采用这个程序可方便、快速、准确地计算出管道悬浮段长度及充水段长度，并可对管道进行内力、应力及强度计算，为工程中的管道设计提供了依据。     

基于频谱分析的地震带输气管道应力分析方法

地震是输气管道失效的重要原因之一,强烈的地壳运动带动土壤错动,载荷作用于输气管道上极易引起管道变形,而目前国内外对地震带输气管道的动态应力分析研究较少。为此,基于地震频谱分析方法,采用CAESAR II软件对XX地震带输气管道进行了动态应力分析,并校核了在强震作用下输气管道的位移、应力是否符合规范。结果表明:①轴向、横向、纵向及综合地震作用对输气管道的横向位移影响最大,且最大横向位移明显高于最大轴向及纵向位移;②地震作用下最大纵向位移和横向位移均产生在坡顶,设计时需重点对坡顶输气管道的位移量进行校核;③综合地震作用较任一单方向地震作用所产生的管道位移、应力更高,综合地震载荷对输气管道的破坏最大。据此提出建议:地震带输气管道设计过程中,可通过极限设计的方法提高输气管道的抗震能力且应重点对输气管道的横向位移进行监测,可通过改变管道敷设线路或减小土壤压实度的方法来控制输气管道的位移。     

管线J型铺设下放过程受力影响因素分析

采用J型铺管系统进行深水管线铺设时,管线在环境载荷作用下于铺设塔分离位置产生较大的弯矩,因此需要根据管线入水长度的增加而不断调整铺设塔工作角度以保证施工安全.本文以我国拟建造的半潜式J型铺管平台为目标船,以管线由水面下放铺设至海底的过程为对象,采用水动力软件OrcaFlex建立计算模型.在静态条件下分析铺设角、流向角对...     

硬质海床管缆动态稳定性

基于硬质海床特性研究动态稳定性分析原理和流程。采用静态稳定性分析方法对管缆稳定性进行初筛,对无法保持绝对稳定的管缆进行动态稳定性分析。使用有限元技术对脐带缆进行动态稳定性分析并对比分析结果。研究结果表明动态稳定性分析方法可精确分析管缆在海床上的位移和受力情况,适用于评估硬质海床等特殊土质条件下的管缆稳定性。同时针对硬质海床特性介绍工程中常用的管缆增稳措施。     

阻流器对海底管道自埋效果的数值模拟分析

在杭州湾海底管道的埋设中应用自埋技术,取得了防止产生管跨和增加管道的稳定性的理想效果。鉴于此,介绍了海底管道埋设的自埋原理;用数值模拟的方法分析了有无阻流器2种情况下海水对管道冲刷产生的不同影响。通过对比发现,有阻流器的管道表面的压力系数在阻流器的两侧产生剧烈变化,沿水流方向由正值变为负值;升力系数变为负值;管道与海床间隙中水流的速度增大,从而使海床受到海水的剪应力也相应增大,海床易于受冲蚀,有利于实现海底管道自埋。     

地下管道的纵向地震响应分析与抗震设计研究

基于与盾构结构地下管道(简称盾构管道)纵向变形性能相似的梁单元建立管道的纵向等价连续化模型,该模型将管道简化为黏弹性地基上的连续梁,用非线性弹簧和阻尼器来模拟土与管道结构之间的相互作用。为了探讨盾构管道的纵向地震响应特性,采用地层-管道三维等价连续化有限元模型对某过江盾构管道的地震响应进行了分析。利用动态显式算法进行地震作用分析,主要研究了合理的管道力学模型、管道与地层之间的相互作用以及管道的振动特性。计算结果反映了地基土和盾构管道在地震工况下的相互作用和变形,得出了盾构管道水平位移和应力分布及其随时间变化的曲线,并将计算结果与基于拟实仿真有限元模型的结果进行了对比。