波流—地震聯(lián)合作用時(shí)海底懸跨管道模型動(dòng)力試驗(yàn)研究.pdf

1、伴隨著海洋石油工業(yè)的迅速發(fā)展，海底管道作為重要的油氣運(yùn)輸方式得到了廣泛的應(yīng)用，并且被稱為海上油氣田的生命線。然而復(fù)雜的海洋因素嚴(yán)重影響了海底管線的安全性。一旦海底管道發(fā)生安全事故，將給國(guó)家造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此研究海底管道的損傷機(jī)理、對(duì)海底管道進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以及采用有效的技術(shù)手段對(duì)海底管道進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)等具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。我國(guó)南海處于熱帶與亞熱帶、水域廣闊、海底地形復(fù)雜，受到熱帶季風(fēng)、潮流、北向暖流、南下寒流的

2、影響，臺(tái)風(fēng)浪、內(nèi)波等各種自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，因此波流荷載成為影響海底管道安全性的重要因素。海底管道在波流的沖刷和淘蝕、海床的變化、殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力等因素的作用下不可避免的出現(xiàn)懸空段。
　　本文就波浪對(duì)海底懸跨管道的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，其主要的內(nèi)容包括:
　　(1)通過對(duì)懸臂管道基頻的測(cè)量來計(jì)算動(dòng)彈性模量，利用試驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果對(duì)比，指出完全懸臂端的情況是很難實(shí)現(xiàn)的，埋設(shè)在混凝土墩中的懸臂管道所測(cè)量的結(jié)果與理論結(jié)果基本吻合。本實(shí)

3、驗(yàn)研究為實(shí)驗(yàn)中懸臂端模型的建立提供了重要的參考價(jià)值。
　　(2)試驗(yàn)中考慮了管內(nèi)有水和管內(nèi)無(wú)水兩種情況，通過對(duì)這兩種情況下管道中部應(yīng)力和應(yīng)變的對(duì)比得出:管內(nèi)無(wú)水時(shí)，管道的動(dòng)力響應(yīng)要小于管內(nèi)有水時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是:實(shí)際中的波流對(duì)管道中是否有油所產(chǎn)生的影響。
　　(3)試驗(yàn)中考慮了不同懸跨長(zhǎng)度的海底管線受波流荷載的影響，并且用實(shí)驗(yàn)結(jié)果與地震作用下的海底管線的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:懸跨管道上的應(yīng)變與懸空段長(zhǎng)度

4、的大小有很大關(guān)系，懸空段長(zhǎng)度越長(zhǎng)，管道上的應(yīng)變?cè)絼×摇Ｅc地震作用下海底管線的動(dòng)力響應(yīng)不同，管道的懸跨長(zhǎng)度是影響海底懸跨管道動(dòng)力響應(yīng)的決定因素。
　　(4)試驗(yàn)中量測(cè)了波浪高度的變化對(duì)管道的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明:管道應(yīng)變隨著波流高度的增大而減小，減小的趨勢(shì)不明顯。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示波浪高度并不是影響海底懸跨管道動(dòng)力響應(yīng)的主要的因素。
　　(5)試驗(yàn)中量測(cè)了波浪高度對(duì)管道中部不同位置的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯示管道中部9號(hào)點(diǎn)的位置反應(yīng)最強(qiáng)烈

5、。該試驗(yàn)結(jié)果說明了波浪作用下管道—水流間的相互作用是比較復(fù)雜的，建立管道模型進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)應(yīng)考慮多種因素的影響。
　　(6)懸跨高度也是影響管道動(dòng)力響應(yīng)的重要因素，本實(shí)驗(yàn)利用不同的水深來模擬不同懸跨高度下，管道所受到的動(dòng)力響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果顯示隨著水深的增加，管道所受到的動(dòng)力響應(yīng)逐漸減小。試驗(yàn)表明隨著懸跨高度的增加，管道所受到的動(dòng)力響應(yīng)逐漸增大。該項(xiàng)試驗(yàn)研究說明了懸跨高度也是影響海底懸跨管道動(dòng)力響應(yīng)的重要因素。
　　(7)將海底