竖向外载作用下夹层海底管道凹陷行为研究

近年来,海洋油气资源开发逐渐向深水迈进,海底油气管道面临高静水压力、物体撞击、自由悬跨等日益恶劣的环境条件。为确保海洋油气资源的安全经济输送,保温性能良好且结构抗力更大的夹层海底管道应运而生。针对局部竖向外载荷下夹层海底管道凹陷变形行为研究及认识不足等问题,以填充超强轻质水泥基复合材料的夹层海底管道为研究对象,以塑性力学理论和单层管凹陷深度、应变力学计算模型为基础,建立了夹层管在落物挤压下的凹陷变形有限元模型,分析了夹层管的外载凹陷深度关系和内外管的应变特征等凹陷行为,并开展参数分析,探究了核心层厚度、抗压强度、内部压力和落物轮廓等因素对上述凹陷行为的影响。研究明确了外载荷作用下夹层管凹陷变形的非线性平衡路径和应变沿水平面非对称分布特征,获得了核心层厚度、强度以及内部介质压力有助于提升夹层管抵抗外部载荷的能力,凹陷区域外管的等效应变要高于内管,落物的轮廓形状对外管的应变分布有较大影响等规律性认识。