海底管道懸跨長度的計算

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1、第15卷第6期中國海上油氣(工程)Vol115,No162003年12月CHINAOFFSHOREOILANDGAS(ENGINEERING)Dec.,2003海底管道懸跨長度的計算董麗麗徐慧郭振邦天津大學建工學院,天津,300072摘要總結目前常用的幾種海底管道懸跨長度的評估方法,闡述DNV在2002年最新提出的海底管道懸跨長度評估指導性文件(DNVRPF105)的特點以及當前的最新研究進展。論述內容有較強的實用性,可供工程設計人員參考。關鍵詞海底管道臨界跨長渦激振動疲勞評估工程臨界分析3直接裸露海底的管道,在自身重量、內部流體以RmRm10111

2、Lc,0[[01835。及外部環(huán)境荷載作用下將會出現靜力及動力響應問RcRc題[1,2],而管道懸跨的長度又是決定管道靜、動響應海底障礙物導致管道懸跨的臨界跨長2程度的關鍵因素。在工程設計中考慮到懸跨長度對100DRmRm=0102323+11251+52118-LcRcRc管道彎曲變形以及管道固有頻率的影響,對懸跨問3RmRm題的評估采取以下方式:1)直接計算靜態(tài)情況下管16102,0[[01405。(1)RcRc道的臨界跨長;2)從避免渦激共振的角度直接計算式中:L為靜態(tài)分析臨界懸跨長度;Lc=管道的臨界跨長;3)利用線性累積損傷理論詳細計1/3

3、(EI/W);Rm=018Sy;Rc=EI/Lc;I為鋼管慣算疲勞壽命,間接地對管道懸跨長度進行校核(當海性矩;底管道懸跨長度大于計算臨界跨長時,常采用此種P2222方法進行校核)。W=[(DD-Di)QOS+(DDOF-DD)QOC+422DiQOCN-DDOFQOW];1直接計算海底管道懸跨的臨界跨長QOS、QOC、QOCN、QOW為管道質量密度、涂層的密度、在眾多海底管道臨界跨長計算方法中,美國管道輸送油氣的密度、海水密度;DD、Di、DDOF為管MMS(UnitedStatesDepartmentoftheInterior道外徑、管道內徑、包

4、括涂層厚度的管道外徑;Sy為MineralsManagementService)1997年提出的CAM管材最小屈服應力;B為表征軸向力大小的參數。[1]方法是具有代表性的方法之一。該方法從管道當B在0與10之間時,可采用線性插值方法確定。所處位置海流速度情況以及形成管道懸跨的原因出計算中,首先通過式(1)得到管道允許的最大升發(fā),將管道懸跨臨界長度計算分成靜態(tài)、動態(tài)2類。高D,然后按表1計算懸跨的臨界跨長。111從靜態(tài)角度出發(fā)計算海底管道懸跨臨界跨長112從避免發(fā)生渦激共振角度出發(fā)確定海底管道該方法采用了Mouselli經過大量實際工程的實懸跨的臨界跨

5、長驗得到的海床凹陷及海底障礙物導致管道懸跨長度美國MMS的CAM方法以避開管道可能發(fā)生[2]與管道內靜彎曲應力之間的函數關系,從管道最橫向渦激共振為原則,提出了以DNV1981年及大靜彎曲合應力不超過材料許用應力的角度出發(fā)確1997年指導性文件為依據的海底管道臨界跨長確定臨界長度。該計算適用于因海床凹陷及海底障礙定性和可靠性的計算方法。物導致的管道懸跨,并可忽略不計海流速度較小工1)第1種確定性懸跨管道臨界跨長計算方法況的懸跨。在使用中不考慮懸跨的邊界約束情況。根據DNV1981、1991年指導性文件,橫向渦激計算公式如下。振動多發(fā)生在簡化速度vr位

6、于3.0~5.0區(qū)域內。海床凹陷導致管道懸跨的臨界跨長臨界跨長計算公式為2RmRmu-1L=01112+10198-16171+vr=>3.0~5.0及fn(017)fs。(2)RcRcfnD第15卷第6期董麗麗等:海底管道懸跨長度的計算17表1海底管道懸跨的臨界跨長計算軸向力參數管道允許的最大升高管道懸跨的臨界跨長100D100D100D2100D30[[1L=51667-71600+31733TLcLcLcLcB==0WLc100D100D-2100D2-3100D31[L[7L=11409+014239-31437@10+11042@10cL

7、cLcLc100D100D100D2100D30[[1L=51150-51100+21000TLcLcLcLcB==10WLc100D100D100D2100D31[[7L=11609+014239-31437@10-2+11042@10-3LcLcLcLc式中:u為垂直于管道的流速;D為管道外徑;fn為式中:m(x)為單位長度質量;C1、C2、C3、C4為與C邊界條件相關的參數,可根據懸跨邊界條件確定。利用單跨梁理論估算的管道固有頻率,fn=2#L從上述計算管道懸跨臨界跨長公式看,邊界約EI,當懸跨邊界約束為鉸支或剛性固定約束時,束狀況對計算結果影

8、響較大。在實際計算中,沒有M詳細土壤及邊界約束數據時,多采用鉸支座約束或C值分別為1.54或3.50;fs為