浅谈初始缺陷海底管线的屈曲剧变特性研究

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1、天津大学硕士学位论文初始缺陷海底管线的屈曲剧变特性研究姓名：王武刚申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：刘润20090501摘要从七十年代至今，管道运输已经成为世界上大多数国家运输石油和天然气的主要方式之一。为了减小运输过程中的难度以及避免石蜡分馏引起的固化影响，石油、天然气通常在高温高压下运输。管线屈曲是指管线在内外温差和压差较大时，由于受到地基土的约束作用，无法自由变形，在管线的内部产生附加应力，使管线发生竖向或水平向的弯曲变形，弯曲变形过大将导致管线破坏。对于槽沟掩埋的海底管线竖直向屈曲是屈曲破坏的主要形式。因此本文重点对具有初始缺陷管线的竖直向屈曲破坏进

2、行研究。在全面总结国内外研究成果的基础上，本文对具有相关模式、填充模式、独立支撑模式三种初始缺陷的海底管线进行了分析。总结提出了初始缺陷管线的屈曲变形特点和受力模型，推导了各种模式下描述管线屈曲变形的理论解，并对可能采取的保护措施进行了分析。结合实际工程分析和讨论了温差对具有初始缺陷管线竖向屈曲变形的影响和保护方案的选择。分析结果表明，未受保护的管线在45℃的温差下已经发生屈曲破坏。在保护措施选择上采用沟槽掩埋保护方法较为经济有效，分析表明，当管线上覆土厚度足够大时，管线在设计温度(85℃)内不发生屈曲破坏，可以有效地预防竖向屈曲破坏的发生。应用ABSAQUS有限元

3、分析软件对具有初始缺陷管线在温度应力和内部压力作用下的屈曲变形进行了模拟分析。有限元分析结果与理论分析结果具有较好的一致性。关键词：海底管线保护措施初始缺陷管线竖直屈曲解析解有限元法ABSTRACTSincetheearlyseventiespipelineshavebecomeoneofthemainmeansoftransportingoilandgasoffshoreinmanypartsoftheworld．In-servicehydrocarbonsmustbetransportedathightemperatureandpressuretoeasethe

4、flowandpreventsolidificationoftheWaXfraction．Thebucklingofsubmarinepipelinesoccnrduetotheintroductionofaxialcompressiveforcescausedbytheconstrainedexpansionssetupbythermalandinternalpressureactions．SuchcompressiveforcesCanleadtOlateralbucklingintheplaneoftheseabedorbucklinginaverticalp

5、lane．Toel／saleminimalinterferencewithothermarineactivitiesthepipelinesaleusuallybuffedinatrench．Insuchcasesthelateralsoilrestraintexceedstheverticalupliftrestraintcreatedbythepipe’Ssubmergedweight．Therefore，verticalbucklingisparticularlyofinterestwithrespecttoentrenchedsubmarinepipelin

6、es．Performingsuchanalysis，thecorrectmitigationmeasuresforthermalbucklingCanbetakenintoaccounteitherbyacceptanceofbarbucklingbutpreventingthedevelopmentofexcessivebendingmoment，orbypreventinganyoccurrenceofbending．Thepresentstudyofthethesisconcentratesonverticalupheavalbehaviorofimperfe

7、ctmarinepipelines．Theanalysisofmechanicalmodel，analyticsolutionandprotectivemeasureshasbeencarriedon，byreferringtoamassofpertinentliteraturefromdomesticandoverseas．Meanwhile，manycorrelativetheoreticformulasofimperfectupheavalbehaviorhavebeenattained．Additionally,inassociationwiththep