非线性管土作用下钢悬链式立管动力响应分析

钢悬链线立管(SCR)在上部浮体运动和波流荷载激励下会与海床土相互作用,传统的线性海床模型假定荷载位移关系是线性的,没有考虑管土相互作用的非线性过程和海床土吸力的影响,本文基于大挠度柔性索理论的钢悬链式立管动力分析程序CABLE3D,将立管受到线性海床的弹性支撑力扩充为立管受到的海床垂向力,充分考虑管土非线性相互作用,并考虑海床土吸力对钢悬链式立管触地点区域的影响,开发出新的动力分析程序。程序采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内采用Newmark-β法,求解给定上部浮体运动条件下,SCR的动力响应,通过算例对线性刚度海床和非线性刚度海床进行对比,并分析了不同海床刚度对SCR触地点动力响应和疲劳损伤的影响。结果表明:非线性海床刚度模型比线性海床刚度模型更接近真实的管土作用过程;在非线性海床刚度模型下,海床土刚度越大,SCR触地点区域垂向位移响应越小,应力幅值越大,疲劳损伤越严重。

非线性管土耦合作用下钢悬链式立管触地区敏感性分析

浮体运动和海床土刚度是引起钢悬链式立管(steel catenary riser,简称SCR)管土相互作用的关键因素,将导致SCR触地区的疲劳损伤。以工作水深为1500 m的浮式平台上生产立管SCR为研究对象,基于法向抗力模型和侧向阻力模型建立管土作用模型,在环境载荷和浮体运动作用下,开展SCR与浮式平台的整体分析,研究海床土参数对SCR触地区动态响应和疲劳寿命的敏感性。通过改变海床土的不排水抗剪强度Su0、强度梯度ρ、吸力因子f_(suc)、吸力衰减参数λ_(suc)以及再贯入系数λ_(rep)等,得到不同参数对触地区动力响应、疲劳寿命的影响规律。研究结果表明:①基于软黏土海床,随着不排水抗剪强度Su0的增加,触地区立管疲劳寿命减幅达到33.23%,敏感性最高;②吸力因子f_(suc)越大,立管疲劳寿命越小且减幅达23.77%,其敏感性较高;③随着再贯入系数λ_(rep)增大,触地区立管疲劳寿命增幅达到15.48%;④海床抗剪强度梯度ρ和吸力衰减参数λ_(suc)对立管疲劳寿命影响较小。研究结论能为SCR设计分析及安全服役提供重要参考。

非线性管土模型在海底管道悬跨疲劳评估中的应用

本文将非线性管土模型应用于海底管道悬跨评估中。对管土模型的关键参数进行了敏感性分析。结果表明,关键参数中的土壤接触力对土壤剪切刚度和吸附力比较敏感,而对无量纲化最大刚度、吸附力衰减长度和再沉降偏移系数不敏感。土壤剪切强度较大时,管道沉降量小,P-y曲线变化范围较窄。非线性土壤在循环载荷作用下发生软化,使跨肩处管道疲劳损伤减小,最大损伤出现在跨中。

考虑非线性管-土接触模型的钢悬链线立管触地区动态曲率分析

钢悬链线立管(SCR)具有特殊的结构型式,循环载荷作用下,由于海床模型的不确定性易导致触地区产生较高的弯曲应力,引发疲劳损伤。基于非线性P-y曲线管-土接触模型,运用大挠度曲线梁模型来模拟SCR与海床土的相互作用,研究SCR在浮体二维运动和海床作用下,触地区的动态曲率变化情况。由计算结果可知:1)由于在立管的有效张力中考虑局部曲率的影响,导致立管触地区的有效张力显著增加,并产生较高的弯矩; 2)动态分析中,分别运用线弹性海床和非线性海床模型,研究立管触地区的相对曲率随相对时间的变化曲线,表明非线性海床将使触地区的相对曲率具有明显的非线性,且有多个峰值,变化幅度较大,并出现反向曲率; 3)垂荡运动比纵荡对曲率的影响大,且运动幅值越大,影响越明显。

浮体垂荡激励下深海悬链线立管触地端动力响应及沟槽发展研究

基于Randolph-Quiggin非线性管土作用模型,借助ABAQUS Subroutine功能中的User Defined Element(UEL)拓展模块创建钢悬链线立管触地单元,研究了顶端垂荡激励下立管触地段动力响应特性。通过与模型试验结果比较分析,验证了开发的数值分析模型的合理性,并讨论了其相较传统线性管土作用模型体现出的优势。开展参数敏感性分析,深入探讨了立管顶端垂荡幅值及周期对沟槽形状、立管位移及弯矩响应等的影响效应。

走滑断层作用下埋地钢质管道反应的改进解析方法

考虑管土之间相互作用的非线性,提出了一种基于轴向总应变的走滑断层作用下埋地钢质管道反应的理论分析方法。该方法采用双折线管道钢本构模型,在管土小变形段应用弹性地基梁理论,在管土大变形段采用弹性梁理论。经有限元计算检验,在管道轴向总应力最大值达到极限应力之前,分析结果与有限元计算结果较为吻合,偏于保守,适于工程应用,且极大地减少了计算的时间成本,并得出结论:对于小断层错动作用下的大口径埋地管道,特别是在穿越角较小时,非线性管土相互作用的影响不容忽视。