温度应力下海底管线屈曲分析方法的改进VIP免费

第38卷第2期2005年2月天津大学学报JournalofTianjinUniversityVol.38No.2Feb.2005温度应力下海底管线屈曲分析方法的改进3刘润1,闫澍旺1,孙国民2(1.天津大学建筑工程学院,天津300072;2.海洋石油工程股份有限公司,天津300450)摘要:海底管线在温度应力作用下的屈曲变形问题是管线设计的关键性问题之一.结合实际工程,探讨了管线屈曲变形的计算方法,分析了温差、地基土特性、管线埋深和膨胀弯设置等因素对管线屈曲变形的影响,并初步探讨了考虑初始缺陷管线的稳定性分析方法和工程对策.结果表明,管线中的应力随着温差的增加、地基土体摩阻力的增大及管线上覆土厚度的增长而增大,设置膨胀弯可以使其端部一定范围内的管线自由变形,从而释放由于温差和压差作用在管线内产生的附加应力.当管线有足够的埋深时,不发生竖向的屈曲变形.降低温度和增加埋深等措施能够有效防止管线屈曲.关键词:海底管线;屈曲;温差;地基土摩阻力;埋深;膨胀弯中图分类号:P756.2文献标志码:A文章编号:049322137(2005)0220124205ImprovementoftheMethodforMarinePipelineUpheavalAnalysisunderThermalStressLIURun1,YANShu2wang1,SUNGuo2min2(1.SchoolofCivilEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;2.ChinaOceanOilEngineeringCompany,Tianjin300450,China)Abstract:Moreattentionshavebeenpaidtoupheavalofmarinepipelinescausedbytemperaturestress.Inas2sociationwiththepracticalpipelineproject,anapproachforestimatingtheupheavaltendencyhasbeenestab2lished.Thefactorsthatmaycausepipelinebuckling,suchasdifferenceintemperature,propertiesofground2sill,burieddepthandexpansionbendarediscussed.Someavailableengineeringcountermeasureshavebeenrecommendedforapipelinedesign.Furthermore,theeffectofimperfectionsisdiscussedandthetheoreticalso2lutionsareillustratedbypresentingaprocedure.Theresultsshowthatstressesinthepipelineriseswiththein2creaseoftemperaturedifference,frictionbetweenthepipelineandsubsoil,andtheburieddepth.Expansionbendcanhelptheendofthepipelinetoextendfreelyandtorelaxthestressinducedbythermalstress.Thecal2culatingresultsshowthatsomemeasuresareeffectiveonpreventingthepipelinefrombuckling,suchasreduc2ingthetemperaturedifferenceandincreasingtheburieddepth,andtheupheavalwillnottakeplaceifthebur2ieddepthislargeenough.Keywords:marinepipelines;upheaval;temperaturedifference;frictionbetweenthepipelineandsubsoil;burieddepth;expansionbend随着海洋石油事业的发展,出现了越来越多在较高温度下工作的海底管线,海底管线在温度应力作用下的屈曲变形问题成为管线设计的关键性问题.对已有海底管线的调查表明[1～6],这种屈曲变形确实存在,其危害不容忽视.随着海上石油工业的发展,管线的工作压力不断提高,其设计温度普遍达到或超过100℃,甚至可能达到150℃的高温,在这样的设计条件下,几乎任何海底管线都面临着发生屈曲变形的考验[2].3收稿日期:2003210229;修回日期:2004203231.作者简介:刘润(1974—),女,副教授,liurun74@yahoo.com.cn.国外一些学者针对这一问题开展了一系列的研究工作.Hobbs[2,7]等人借鉴有关铁路轨道的研究方法,对不考虑初始缺陷的海底管线在温度应力作用下发生的屈曲变形进行了初步研究.Nielsen和Pedersen等人对埋设管线发生拱起破坏的过程进行了模型试验研究[1,6,8,9].Cassell、Yun和Taloy等研究人员对具有初始缺陷管线在温度应力下的变形过程进行了模型试验和理论研究[3～5,10].但对于具有初始缺陷管线的研究到目前为止没有得到圆满解答,尚无统一的标准指导设计.我国海底管线的设计与施工起步较晚,对这一问题的研究也未深入进行.根据国外的工程经验[2～4],设计温差达到85℃时,管线就可能发生屈曲变形乃至破坏.近来在渤海油田的海底管线设计中,管线的设计温差达到80℃以上,因此温度应力下的屈曲变形问题成为管线设计的关键性问题.本文以实际工程为例,探讨管线屈曲变形的计算方法,分析管线的变形与温差、地基...