浅海海底管道立管疲劳分析

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随着近海油气资源开发的发展,安装在渤海海域油气开发设施的数量在不断增加,这些长期在海洋环境中运行的工程设施,大部分运行完好,但部分工程设施在运行中出现了一些值得重视和进一步研究的问题,其中海底管道立管由于其本身是整个海底管道中最薄弱的环节,同时又受到恶劣海洋环境的作用,其结构强度与稳定受到挑战。立管在周期性波浪荷载作用下,在其支撑节点处易出现疲劳断裂;在支撑结构周期性变位条件下,在其立管底部(立管与海底水平管连接部位)也易发生疲劳破坏;对于悬跨管道受到涡激振动引起的疲劳,也可能造成管道疲劳破坏。立管的疲劳破坏是危及结构安全的重要因素。 本文对可能引起立管疲劳的因素分别针对不同工况进行疲劳分析。 ⑴在周期性波浪荷载作用下,在立管底部可能引起疲劳断裂,进行计算分析。本研究以立管桩结构为研究对象,立管通过立管桩爬上平台,在立管桩周期性变位条件下,计算立管底部弯曲段在周期性波浪荷载作用下的疲劳寿命,主要工作如下: ①建立结构力学模型,确立结构振型与频率;②通过对一年的波浪资料分析,建立波浪环境模型;③通过morison方程计算波浪荷载在结构内引起的应力幅值;④根据miner法则及现行规范估算疲劳寿命。 ⑵悬跨管(由冲刷引起的)在水流作用下涡激振动分析: ①悬跨管自振频率;②计算涡激振动频率;③疲劳分析。 通过以上分析,得出如下一些较重要结论: ①在结构设计中通过调整结构构件的尺寸(包括控制悬跨管悬跨长度),使结构的自振频率避开涡激频率,从而避免涡激共振现象的发生;②水平管悬跨长度对水平管、弯管和立管的应力幅影响较大,悬跨部分长度增加后,水平管、弯管和立管的应力幅增大等。这些结论对海底管道设计有一定的实用价值,目前在海底管线设计中已经加以利用。
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