發(fā)布時間：2020-12-11 14:15

　　目前，海底管道的鋪設(shè)主要依靠鋪管船完成。為了避免鋪管作業(yè)過程中管道懸跨段發(fā)生屈服或斷裂，保證作業(yè)安全及提高作業(yè)效率，開展管道變形及受力分析是十分必要的。本文以S型鋪管為研究對象，主要開展了以下幾方面的工作：首先，本文對國內(nèi)外的相關(guān)現(xiàn)狀特別是S型鋪管方面的研究現(xiàn)狀進行了詳細的分析和論述，將管道模型細分為上彎段、中間段及下彎段；然后分別采用梁的彎曲理論及剛懸鏈線理論作為計算中間段及下彎段內(nèi)力分布的基本理論，同時將管道上彎段簡化為一條理想圓��；在此基礎(chǔ)上應用Matlab對靜力分析過程進行了數(shù)值模擬，開發(fā)了計算分析程序，并將開發(fā)程序的計算結(jié)果與前人利用OFFPIPE專業(yè)軟件所計算的結(jié)果進行了對比分析，證實了編制程序的可用性；在算例的對比分析之后對深水S型鋪管中關(guān)鍵性的參數(shù)做了一些參數(shù)敏感性分析，找出了深水S型鋪管的受力特點和變化規(guī)律。本文在靜力計算的基礎(chǔ)上，利用Morison公式計算海流和波浪對海底管道的作用力，進而計算分析流速大小及波浪作用對海底管道鋪設(shè)形態(tài)和內(nèi)力分布的影響；在此基礎(chǔ)上，計入船舶運動對鋪管作業(yè)的影響，將鋪管船運動簡化為一維垂蕩運動，并利用Newmark-β法對海底管道的動力響... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

拖曳式鋪管法

根據(jù)全球鋪管的工程經(jīng)驗，鋪管船法鋪設(shè)海底管道時，主要有三種，即卷管式鋪管、J 型鋪管法以及 S 型鋪管法[8]。 卷管式鋪管法卷管式鋪管法是 20 世紀開始發(fā)展起來的一種新型的鋪管法，這種鋪管法是將管道陸地預制場上接長，然后卷在專用滾筒上，送到海上進行鋪設(shè)施工的方法。該方法的點是 99.5％的焊接工作可以在陸地完成，海上鋪設(shè)時間短，成本低，每段管道可連續(xù)設(shè)，作業(yè)風險小。每個專用的卷管滾筒都和特定的鋪管船一起搭配使用，普通卷管的徑可以從 2 英寸到 12 英寸不等，單層管的最大鋪設(shè)管徑可以達到 16 英寸，最大作業(yè)深可以達到 1800m。這種鋪管法需要的主要設(shè)備包括：陸地接長預制場地、卷管滾筒、道矯直器、鋪管船和其他常規(guī)施工機具設(shè)備等。目前卷管式鋪管船有水平式和垂直式兩種。水平式卷管鋪管船，如圖 1.2（a）所示，轉(zhuǎn)動軸垂直于鋪管船甲板，適用于淺水或中等水深作業(yè)；垂直式卷管鋪管船，如圖 1.2b）所示，其轉(zhuǎn)動軸與鋪管船甲板保持水平，適用于中等水深或深水作業(yè)。

法一般在鋪管船尾部會增加一個圓弧形托管架，管道將在托管架支撐作用下自然地彎成 S 型曲線而得名。根據(jù)受力特點的不同通常被劃分為三個部分：（1）上彎段：從張器出發(fā)至管道與托管架分離點之間的管線部分；（2）下彎段：從反彎點至與海床接觸之間懸起的部分；（3）中間段：上彎段與下彎段之間的趨于直線部分。另外，有些情下也可能的將其分成兩個部分，即拱彎段和垂彎段。拱彎段一般是指從鋪管船上的張器出發(fā)到反彎點的一段稱為拱彎段；垂彎區(qū)是從反彎點出發(fā)至海床接觸點之間的一段在拱彎段內(nèi)，管道一般是依靠調(diào)節(jié)滑道支撐和托管架的曲率來控制拱彎段的曲率和彎應力，而在垂彎段則是通過沿生產(chǎn)線放置的張緊器產(chǎn)生后拖力來控制管道曲率。S 型鋪管法的主要特點在于管道在鋪管船上是水平焊接的，可以通過調(diào)整焊接站數(shù)量來控制鋪管速度；在鋪管過程中不但需要托管架來控制管道脫離鋪管船時的曲率況以及通過張緊器提供巨大的水平張力，而且隨著鋪設(shè)水深的增加可能需要使托管架長度增大以保證船體穩(wěn)定性要求。然而對于鋪管作業(yè)來說不僅需要安全穩(wěn)定而且效率要高所以這種鋪管船法一般需要安排一艘或者多艘起重拋錨拖輪來支持鋪管作業(yè)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]對海底管線的鋪設(shè)方法的探討[J]. 佟玉軍.  硅谷. 2011(04)
[2]海底管道鋪設(shè)技術(shù)研究進展[J]. 黨學博,龔順風,金偉良,李志剛,趙冬巖,何寧.  中國海洋平臺. 2010(05)
[3]深水海底管道S型鋪設(shè)參數(shù)敏感性分析[J]. 龔順風,何勇,周俊,金偉良,李志剛,趙冬巖,何寧.  海洋工程. 2009(04)
[4]懸空輸油管道的地震動力反應分析[J]. 許萍,李著信,高松竹.  管道技術(shù)與設(shè)備. 2006(04)
[5]能源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展動力學分析[J]. 孫文秀,趙媛.  能源研究與利用. 2004(01)
[6]海底懸跨管道動力響應的試驗研究和數(shù)值模擬[J]. 李昕,劉亞坤,周晶,馬恒春.  工程力學. 2003(02)
[7]文昌油田深水管道安裝技術(shù)[J]. 朱紹華.  中國海上油氣.工程. 2003(01)
[8]海底管道鋪設(shè)的力學分析[J]. 曾曉輝,柳春圖,邢靜忠.  力學與實踐. 2002(02)
[9]大直徑薄壁管道淺海鋪設(shè)時的空間形態(tài)和應力分布[J]. 何炎平,鄧德衡,譚家華.  中國海上油氣.工程. 2001(04)
[10]三維隨機海浪的數(shù)值模擬[J]. 白連平,陳秀真.  海洋工程. 2000(04)

博士論文
[1]海底管線管跨結(jié)構(gòu)渦致耦合振動的數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 王國興.中國海洋大學 2006

碩士論文
[1]超深水頂端張緊式鉆井隔水管結(jié)構(gòu)與VIV疲勞分析[D]. 高峰.哈爾濱工程大學 2010
[2]深水S型托管架設(shè)計中的力學問題研究[D]. 呂偉.大連理工大學 2009
[3]深水鋪管船管道力學特性研究[D]. 黃孝強.大連理工大學 2008
[4]深水海底管道S型鋪管形態(tài)及施工工藝研究[D]. 周俊.浙江大學 2008
[5]錨索動力學分析[D]. 胡學軍.華中科技大學 2007
[6]非線性有限元法在海底管道鋪設(shè)中的應用[D]. 馬銳.大連理工大學 2006



本文編號：2910676