波流—地震聯(lián)合作用時海底懸跨管道模型動力試驗研究.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，將給國家造成重大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響。因此研究海底管道的損傷機理、對海底管道進行結(jié)構(gòu)分析以及采用有效的技術(shù)手段對海底管道進行健康監(jiān)測等具有重要的理論意義和實用價值。我國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、潮流、北向暖流、南下寒流的

2、影響，臺風浪、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。
　　本文就波浪對海底懸跨管道的影響進行了試驗研究，其主要的內(nèi)容包括:
　　(1)通過對懸臂管道基頻的測量來計算動彈性模量，利用試驗結(jié)果和理論結(jié)果對比，指出完全懸臂端的情況是很難實現(xiàn)的，埋設(shè)在混凝土墩中的懸臂管道所測量的結(jié)果與理論結(jié)果基本吻合。本實

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

4、的大小有很大關(guān)系，懸空段長度越長，管道上的應(yīng)變越劇烈。與地震作用下海底管線的動力響應(yīng)不同，管道的懸跨長度是影響海底懸跨管道動力響應(yīng)的決定因素。
　　(4)試驗中量測了波浪高度的變化對管道的影響，試驗結(jié)果表明:管道應(yīng)變隨著波流高度的增大而減小，減小的趨勢不明顯。實驗數(shù)據(jù)顯示波浪高度并不是影響海底懸跨管道動力響應(yīng)的主要的因素。
　　(5)試驗中量測了波浪高度對管道中部不同位置的影響，實驗數(shù)據(jù)分析顯示管道中部9號點的位置反應(yīng)最強烈

5、。該試驗結(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，建立管道模型進行數(shù)值分析時應(yīng)考慮多種因素的影響。
　　(6)懸跨高度也是影響管道動力響應(yīng)的重要因素，本實驗利用不同的水深來模擬不同懸跨高度下，管道所受到的動力響應(yīng)。試驗結(jié)果顯示隨著水深的增加，管道所受到的動力響應(yīng)逐漸減小。試驗表明隨著懸跨高度的增加，管道所受到的動力響應(yīng)逐漸增大。該項試驗研究說明了懸跨高度也是影響海底懸跨管道動力響應(yīng)的重要因素。
　　(7)將海底