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海底管道悬跨长度的计算

海底管道悬跨长度的计算

 第15卷第6期 2003年12月 中国海上油气(工程)

CHINAOFFSHOREOILANDGAS(ENGINEERING)

Vol115,No16Dec.,2003

海底管道悬跨长度的计算

董丽丽 徐 慧 郭振邦

天津大学建工学院,天津,300072

摘 要 总结目前常用的几种海底管道悬跨长度的评估方法,阐述DNV在2002年最新提出的海

底管道悬跨长度评估指导性文件(DNVRPF105)的特点以及当前的最新研究进展。论述内容有较强的实用性,可供工程设计人员参考。关键词 海底管道 临界跨长 

海底管道悬跨长度的计算

涡激振动 疲劳评估 工程临界分析  直接裸露海底的管道,在自身重量、内部流体以及外部环境荷载作用下将会出现静力及动力响应问题[1,2],、程度的关键因素。,1)道的临界跨长;2)管道的临界跨长;3)利用线性累积损伤理论详细计算疲劳寿命,间接地对管道悬跨长度进行校核(当海底管道悬跨长度大于计算临界跨长时,常采用此种方法进行校核)。

1 直接计算海底管道悬跨的临界跨长

σ1σc

L,≤

≤01835。σc

2

σσ=0102323+11251+52118

σσLccc

σ16102

σc

3

-(1)

, 0≤

σ≤01405。σc

式中:L为静态分析临界悬跨长度;Lc=

(EI/W)1/3;σm=018Sy;σc=EI/Lc;I为钢管惯

性矩;

W=

2222

[(DD-Di)ρOS+(DDOF-DD)ρOC+4

2

Di2ρOCN-DDOFρOW];

在众多海底管道临界跨长计算方法中,美国

MMS(UnitedStatesDepartmentoftheInteriorMineralsManagementService)1997年提出的CAM

ρρρρ涂层的密度、OS、OC、OCN、OW为管道质量密度、管道输送油气的密度、海水密度;DD、Di、DDOF为管道外径、管道内径、包括涂层厚度的管道外径;Sy为管材最小屈服应力;β为表征轴向力大小的参数。当β在0与10之间时,可采用线性插值方法确定。

计算中,首先通过式(1)得到管道允许的最大升高δ,然后按表1计算悬跨的临界跨长。112 从避免发生涡激共振角度出发确定海底管道

悬跨的临界跨长

美国MMS的CAM方法以避开管道可能发生横向涡激共振为原则,提出了以DNV1981年及1997年指导性文件为依据的海底管道临界跨长确定性和可靠性的计算方法。

1)第1种确定性悬跨管道临界跨长计算方法根据DNV1981、1991年指导性文件,横向涡激振动多发生在简化速度vr位于3.0~5.0区域内。临界跨长计算公式为

vr=

-1

>3.0~5.0及fn≥(017)fs。(2)fnD

方法[1]是具有代表性的方法之一。该方法从管道所处位置海流速度情况以及形成管道悬跨的原因出发,将管道悬跨临界长度计算分成静态、动态2类。111 从静态角度出发计算海底管道悬跨临界跨长

该方法采用了Mouselli经过大量实际工程的实验得到的海床凹陷及海底障碍物导致管道悬跨长度与管道内静弯曲应力之间的函数关系[2],从管道最大静弯曲合应力不超过材料许用应力的角度出发确定临界长度。该计算适用于因海床凹陷及海底障碍物导致的管道悬跨,并可忽略不计海流速度较小工况的悬跨。在使用中不考虑悬跨的边界约束情况。计算公式如下。

海床凹陷导致管道悬跨的临界跨长

σσL=01112+10198-16171

σσcc

2

+

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