【摘要】：深水海洋資源的開發(fā)是我國未來油氣資源的主要增長點。海底管道被喻為“海洋油氣生命線”,是海洋油氣集輸與儲運系統(tǒng)的重要組成部分。本文針對常土抗力系數(shù)和分段線性土抗力模型下,管道的軸向定向移動規(guī)律進行了研究,運用解析分析、數(shù)值模擬等方法得到多因素耦合作用下管道軸向定向位移量的確定方法,而后采用模型試驗得到分段線性管-土軸向相互作用模型,運用ABAQUS有限元軟件模擬了分段線性管-土軸向相互作用模型參數(shù)、管道內(nèi)壓以及錨固位置對管道的軸向定向移動規(guī)律影響,主要內(nèi)容及結(jié)論如下:1.結(jié)合解析分析和數(shù)值分析的方法,闡述了當管道受到來自懸鏈線立管(SCR)張力、海床傾角以及內(nèi)部瞬態(tài)熱梯度作用時產(chǎn)生軸向定向移動的機理;建立了單因素與多因素誘發(fā)管道軸向定向移動的數(shù)值模擬方法;修正了單因素誘發(fā)管道軸向定向位移量的計算公式,提出了多因素耦合作用下確定管道軸向定向位移量的方法。2.總結(jié)了現(xiàn)階段已有的管-土軸向相互作用模型,開展了室內(nèi)小比尺模型試驗,將管重、管徑等變量歸一化后提出了適用于渤海海砂的軸向分段線性土抗力模型。試驗結(jié)果表明:軸向運動循環(huán)次數(shù)及運動速率對啟動距離和峰值抗力無明顯影響。軸向土抗力達到峰值時對應(yīng)的啟動距離與管道外徑有關(guān),外徑越大,啟動距離越大,啟動距離約為0.01D~0.04D。軸向土抗力峰值可通過軸向土抗力系數(shù)?計算得到,對于砂土中不埋管道的軸向運動,?的取值在0.51~0.62之間。3.采用有限元軟件ABAQUS模擬了分段線性土抗力下管道軸向定向移動現(xiàn)象,進一步研究了土抗力模型參數(shù)、管道內(nèi)壓及錨固位置等變量對管道軸向定向位移量和管道軸力的影響。有限元分析表明:啟動距離越小、峰值抗力越小,則管道的軸向定向位移量越大;在升溫前對管道預(yù)先施加內(nèi)壓會導致SCR張力作用下的管道軸向定向位移量逐漸增加,與之相反,瞬態(tài)熱梯度作用下的管道軸向定向位移量逐漸減小;隨著錨固位置由管道兩端向中點移動,沿管長的最大軸力逐漸減小,錨固位置位于中點時,最大軸力最小。
【圖文】：

1.2.1 管道約束狀態(tài)的研究管道的軸向移動規(guī)律與其軸向約束狀態(tài)有著必然聯(lián)系，根據(jù)不同的約束狀態(tài)可將管道分為三類，即“短管”、“中管”和“長管”。（1）“短管”的約束狀態(tài)當單位長度管道所受摩擦力*f f（即/1*f f ）時，管道在升溫降溫過程中除虛擬錨固點外，，其他位置均可自由移動，則稱其為“短管”。其中， f μW， 為管道和海床間的土抗力，W 為單位長度管道的重量。LPf *，*f為管道的等效摩擦力，即假設(shè)全約束有效軸力均勻分布在管道上時單位長度管道所受的軸力，L 為管道總長度。-()0P EA T T，為管道的全約束有效軸力，其中 E 為管道的彈性模量， A為管道的截面面積， 為管道的熱膨脹系數(shù)，T 為管道溫度，0T為環(huán)境溫度。“短管”中的有效軸力曲線如圖 1-2 所示。

圖 1-3 “中管”軸力曲線由圖 1-3 可知，管道在升溫過程中可以克服海床的約束力自由移動（除虛擬錨固點 A），但在降溫過程中海床所能提供的軸向約束力使得管道中部的 CBD 段不能發(fā)生軸向移動，于是稱其為“中管”。（3）“長管”的約束狀態(tài)當管道的長度足以被海床提供的土抗力完全約束時，稱其為“長管”，此時/2*f f ，管道在升溫降溫過程中軸力變化如圖 1-4 所示。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE973.92

【參考文獻】

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1 劉潤;劉文彬;洪兆徽;王樂;;海底管線整體屈曲過程中土體水平向阻力模型研究[J];巖土力學;2015年09期

2 王建華;楊召煥;;軸向荷載作用下管與軟土相互作用模型試驗[J];巖土力學;2015年S1期

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本文編號：2709964