海底管道熱屈曲及管土相互作用研究.pdf

1、自20世紀(jì)70年代以來，深海石油開發(fā)成為石油工業(yè)的一個重要前沿陣地。在墨西哥灣、巴西以及西非等地的深海石油開發(fā)已取得了重大的進展。我國目前正在開發(fā)東海油氣田，在南海1000米水深范圍內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了豐富的油氣資源。隨著海上石油工業(yè)向越來越深的海域推進，管道工作壓力不斷增大，其設(shè)計溫度普遍達到或超過100℃，海床摩擦力約束管道受熱膨脹會導(dǎo)致管道中產(chǎn)生巨大的軸向壓力，進而發(fā)生整體熱屈曲。屈曲破壞是當(dāng)前造成海底管道破壞的主要因素之一。
　　目

2、前關(guān)于海底管道整體熱屈曲的研究主要包括兩個方面，第一是管道在熱應(yīng)力作用下的整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)，第二是管道整體熱屈曲過程中管土相互作用的機制和模擬方法。本文圍繞以上兩個方面展開研究:從解析和數(shù)值的角度，對海底管道整體熱屈曲理論進行了補充和完善;通過有限元數(shù)值方法，研究了管土相互作用過程中土體破壞模式的變化，對現(xiàn)有管土相互作用模型的適用范圍進行了分析和討論。
　　本文在管道整體熱屈曲和管土相互作用方面完成了以下工作:
　　1.提出了外

3、力觸發(fā)管道豎向熱屈曲和側(cè)向熱屈曲的理論模型，給出了觸發(fā)力和管道臨界屈曲溫度，臨界屈曲軸力之間的關(guān)系。
　　2.建立了管道在軟弱海床上豎向熱屈曲的理論模型，分析了海床抗力對管道熱屈曲臨界溫度、幅值以及內(nèi)力等的影響。
　　3.建立了管墊法和浮力發(fā)觸發(fā)管道側(cè)向熱屈曲的理論模型，分析了海床側(cè)向剛度對管墊高度和浮力大小設(shè)計取值的影響。
　　4.通過有限元數(shù)值模擬，研究了管道熱屈曲過程的動力響應(yīng)，分析了管道初始幾何缺陷、管土相互作