海冰作用下登陆段海底管道反应分析

论文摘要

随着人类对于能源需求不断增大,海洋石化工业蓬勃发展。随着油气产业向海洋进军,海底管道成为海洋油气运输的重要组成部分,它是连接海洋油气开采与陆上油气储存加工设施的关键。由于我国海底管道工程发展快速,越来越多的海底管道需要穿越近岸海域直接登陆。登陆段海底管道位于浅海近岸区域,冰荷载会直接作用于海底管道的上覆土体上或裸露管道本身,对管道整体性造成直接威胁。因此,登陆段海底管道面临着海冰危害的挑战。本文以埕岛胜利油田海底石油管道工程为背景,选取斜坡登陆段海底管道为研究对象,开展海冰作用下结构反应分析。完成主要工作包括:(1)总结现有冰力计算研究成果,选取合理的冰力计算模型与公式。(2)采用有限元软件ANSYS Workbench,以实际工程为研究背景,建立登陆段海底管道和土体相互作用的三维非线性有限元模型。(3)首先确定计算工况;然后开展运行荷载作用下埋地管道的变形与应力分析;进一步开展堆积冰作用下管道的变形与应力分析;讨论在不同埋深以及结构不同倾角的条件下,埋地管道应力与变形的响应规律。(4)分别建立裸露管道与悬空管道的三维有限元模型,在同样的加载方式和计算工况下,通过与埋地管道的计算结果对比,对管道的应力与变形进行分析。

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Abstract

1 前言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 管-土相互作用

1.2.2 海冰与结构的相互作用

1.2.3 波流冲刷管道的研究

1.3 本文的研究目的和内容

2 冰荷载计算方法

2.1 冰荷载计算模型

2.1.1 理论计算模型

2.1.2 理论计算公式

2.1.3 规范公式

2.2 本构模型

2.2.1 土的本构模型

2.2.2 管道模型

2.3 有限元建模

2.3.1 计算模型假定

2.3.2 有限元模型建立

2.4 本章小结

3 埋地管道在海冰作用下的反应研究

3.1 运行荷载作用下海底管道反应

3.1.1 模态分析

3.1.2 冰荷载作用下计算工况

3.2 单层冰作用下海底管道反应

3.2.1 自重

3.2.2 冰荷载

3.3 堆积冰作用下海底管道反应

3.3.1 双层堆积冰计算结果

3.3.2 三层堆积冰计算结果

3.3.3 总结

3.4 影响因素分析

3.4.1 管道埋深的影响

3.4.2 海床坡度的影响

3.4.3 管土接触类型的影响

3.4.4 土体弹性模量的影响

3.5 本章小结

4 波流冲刷淘蚀管道在海冰作用下的反应研究

4.1 裸露管道在海冰作用下的反应

4.1.1 自重下反应

4.1.2 单层冰计算结果

4.1.3 双层冰计算结果

4.1.4 三层冰计算结果

4.1.5 总结

4.2 悬空管道在海冰作用下的反应

4.2.1 悬跨长度5m反应

4.2.2 悬跨长度15m反应

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨玉辰

导师: 李昕

关键词: 海底管道,管土相互作用,海冰作用,悬空管道

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 大连理工大学

分类号: P756.2

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002548

总页数: 58

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