大管径膨胀弯的跨越分析研究.pdf

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1、第12期一l5．大管径膨胀弯的跨越分析研究付方，肖花(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)[摘要]针对工程中某已建平台附近22英寸膨胀弯跨越已有12英寸海底管道的情况，应用有限元软件AUTOPIPE进行跨越计算分析，模拟实际工况条件下膨胀弯受力及管土作用，计算确定了管道应力在许用范围之内。并对22英寸膨胀弯跨越进行挠度计算分析。可用于指导和评估海上膨胀弯安装作业方案。[关键词]膨胀弯；跨越分析；AUTOPIPE；挠度分析在确定海底管道路由时，如果在管道路由制位移模拟。管节点除了在结构构件处设置外，中遇到跨越管道、跨越障碍物的情况，将影响管一般沿管道3～5m间距设置

2、一个管节点，在需要关道安全和增加工程费用。因此在路由设计中，应注应力分布的区域可以加密管节点的设置。尽量绕过障碍物，避免发生跨越管道、跨越障碍土节点的确定相对复杂，由于管道周围土物。但在已建海洋平台上新增加立管和膨胀弯，壤对它的约束是连续的，必须离散成一个个土节就可能出现膨胀弯要跨越已存在海管、海缆的情点。每个土节点用一套弹簧来模拟土壤提供的刚况，这时就需要进行合理的跨越设计，即要保证度。在任意管道选择土节点的准则是参考弹性地己存在海管、海缆的安全，又需要满足新增加膨基上柔性梁的受力特性及管线的锚固效果。胀弯在各时期和工况下的强度要求和机械保护[1】。本文以某项目中心平台

3、附近新增22英寸膨胀弯跨越12英寸已存在海管的情况，应用有限元软件AUTOPIPE进行跨越计算分析，模拟实际工况条件下膨胀弯受力及管土作用，计算确定管道应力在许用范围之内。同时进行安装期的膨胀弯整体挠度分析和在跨越点位置的单节膨胀弯挠度分析，对选择制定海上膨胀弯安装方案具有一定的参考价值。1计算模型的建立图1整体膨胀弯有限元模型1．1建立分析模型在建立分析模型时，需要将立管、膨胀弯、海管同时进行模拟，立管顶部与配管系统连接处和海管端部入土处采用固定边界条件，用ANCHOR单元模拟。立管、膨胀弯、海管用管单元(PIPERUN)模拟，弯头用BEND单元模拟，立管卡子用GUID

4、E模拟，悬挂法兰用LINESTOP(一种位移约束)模拟，BULKHEAD用BEAM／FRAME模拟，立管底部与膨胀弯及膨胀弯之间连图2单节膨胀弯有限元模型接用FLANGE模拟，跨越点处理按照国际惯例和规范要求【，需要在海床和22英寸膨胀弯之间放置作者简介：付方(1981-)，男，山东昌邑人，硕士，工程300mm高混凝土垫块，在此采用施加v字刹和强师。主要从事海底管道设计工作。16一■论文广场石20油和化工设备一15年第18卷1．2土壤及海管底部约束特征值的计算g三‘D。+(户一)·‘2．5·D。，g膨胀弯部分所受约束的各种参数的计算。如g)=____一2‘√z’(Do一：

5、)下：(11)(1)水平横向的极限土抗力及土壤横向刚度式中：zN管道沉降量；①为土壤摩擦角；极限土抗力按下式计算：SG为管道重度；p为海水密度；D。为管道外径；io为混凝土压块密度；dmau为混凝土压块高度；PⅡ=uLT·Wt(1)N，N为土壤承载力系数；qu(z)为土壤极限承载式中：PⅡ为水平横向的极限土抗力；u为力；q(z)为管道对土壤的作用力。横向摩擦系数；w为单位长度管段下面土基所受的上覆压力，是单位管段重量和其上混凝土块重2计算分析量之和。2．1工况组合土体横向刚度为：膨胀弯跨越强度分析，需要同时考虑功能荷KLfPLT／uLT(2)载、环境荷载、偶然荷载的影响。

6、功能荷载包括重量、压力、温度、混凝土垫块所导致的竖向永式中：u为土体屈服时的横向极限位移，ULT取为2％D。(D。为管道外径)。久变形、混凝土压块的覆盖、土壤的反作用力、海底管道的热膨胀作用。环境荷载包括波浪荷(2)水平纵向的极限土抗力及土壤纵向刚度载、海流荷载。偶然荷载包括地震荷载。极限土抗力按下式计算：膨胀弯跨越整体挠度分析和在跨越点的单节PLA=uLA·Wt(3)膨胀弯挠度分析需要考虑管道自身重量、土壤作式中：P为水平纵向的极限土抗力；u为用、混凝土垫块所导致的竖向永久变形、混凝土纵向摩擦系数；w为单位长度管段下面土基所受压块的覆盖的影响。的上覆压力，是单位管段重量

7、和其上混凝土块重工况组合分为操作工况、水压试验工况、安量之和。装工况。土体纵向刚度为：2．2设计输入参数KLA=PLA／uLA(4)表122英寸膨胀弯设计参数式中：u为土体屈服时的纵向极限位移，u取为Do／60(D。为管道外径)。外径(mm)559碳钢管壁厚(inin)19．1(3)垂直向下的极限土抗力及土壤垂向刚度材质PSL2X65极限土抗力按下式计算：材质3-1ayerPEPⅧ=W(5)防腐涂层厚度(mil1)3．5式中：P、，为垂直向下的极限土抗力；W为单密度(kg／m)940位长度管段下面土基所受的上覆压力，是单位管设