鋼懸鏈線立管拖地段與土體相互作用的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著全球油氣需求量的增加,一種新型的立管結(jié)構(gòu)形式-鋼懸鏈線立管(SCR)正被廣泛用于各種深水開發(fā)項目中。目前國內(nèi)對淺海立管的應(yīng)用研究已非常成熟,但對深海立管的研究還處于起步階段,而國外深海油氣開發(fā)廣泛使用的輸送管道是具有彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的懸鏈線式立管。這種結(jié)構(gòu)的立管不同于頂張力立管,具有十分顯著的幾何非線性,屬于大變形問題。
　　 SCR所處的海洋環(huán)境比較復(fù)雜,而海床土體剛度對SCR的疲勞壽命又有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)深海的土體大

2、多是軟粘土,具有很強的非線性特性,尤其在較大的循環(huán)荷載下,其塑性性能和滯回特性十分顯著。另外,在浮體慢漂運動的影響下以及極端狀況作用下,SCR的拖地段將作拔出海底的上升運動,此時土體產(chǎn)生阻礙管道上升運動的粘滯力,嚴重影響管道的極限應(yīng)力。因此對觸地點區(qū)域管-土相互作用的研究對SCR的應(yīng)用有非常重要的意義。
　　 本文以鋼懸鏈線立管為研究對象,應(yīng)用有限元軟件ANSYS進行管-土相互作用數(shù)值模擬。由于SCR懸垂段的結(jié)構(gòu)特點,在ANSY

3、S中根據(jù)懸鏈線方程建立懸垂段模型;SCR拖地段平鋪在海床面上,材料為線彈性體。通過分析國外管道與海床土體垂向相互作用試驗中所得的土體模型,運用等效土體剛度的彈簧模型,近似模擬海床土體的骨架曲線和重新加載曲線(有土體吸力和無土體吸力)。最后根據(jù)不同的等效土體剛度的彈簧模型建立管土相互作用模型,分別研究上部浮體的慢漂運動和升沉運動對管一土相互作用的影響,尤其是對觸地區(qū)域管道的入土深度和彎矩等的影響。結(jié)果表明,初次滲透海床土體,在慢漂作用下,