海底管道浮拖法铺设中若干关键问题研究

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海底管道铺设方法主要有铺管船法和拖管法,其中拖管法不需要专业的铺管船舶,更加适合近海管道施工。拖管法根据拖拉过程中管道所处的水深不同分为底拖法、离底拖法和浮拖法,其中浮拖法在我国有较多的应用,积累了一定的经验,具有较大的发展潜力。因此,本文针对海底管道的浮拖法铺设技术进行了较为完整的研究,并对铺设在崎岖海床上的管道进行了纵断面分析,以期为管道铺设的设计和施工提供一定的帮助和参考。本文主要的研究工作可以概括为以下几个方面:(1)对浮拖法铺设技术中管道浮拖过程进行数值仿真和分析。基于小变形梁理论和有限元方法,建立浮拖过程中管道的力学模型,并利用FORTRAN语言编写计算程序,求解管道的变形和应力状态,以保证拖运过程中管道的安全。研究发现,管道张力、拖船布置、航线选择等技术方法有减小浮拖过程中管道变形和应力的作用。(2)对浮拖法铺设技术中浮筒拆除及管道下放过程进行数值仿真和分析。基于小变形梁理论和有限元方法,考虑浮筒的影响和海床土边界条件,建立相应的管道力学模型,并利用FORTRAN语言编写计算程序求解了下放全程中管道的变形和应力变化趋势,保证管道在下放过程中的安全。通过研究提出了下放速度的控制要求,并指出了海床土条件及海况条件对海底管道下放后稳定性的影响,最后指出随着铺设水深的加大,管道在竖直平面内的应力将起控制作用,必须引起足够的重视。(3)对铺设在崎岖海床上管道就位状态进行数值仿真和分析。基于非线性有限元方法,考虑真实海床的边界条件,建立管土接触模型,采用有限元分析软件ANSYS验证了不同张力下管道跨越地形凹陷和隆起时的弯曲应力曲线,并基于真实海床地形计算了管道的变形和应力状态,最后以数值结果为依据提出了合理的海床处理方案。
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