理想状态海底管线屈曲剧变特性研究

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1、天津大学硕士学位论文理想状态海底管线屈曲剧变特性研究姓名：翟丽娜申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：刘润20080501摘要海底管线的屈曲剧变是管线失效的表现形式之一，所谓管线的屈曲是指管线在内外温差和压差较大时，由于受到地基土的约束作用，无法自由变形，在管线的内部产生附加应力，使管线发生竖向或水平向的弯曲。较大的屈曲变形一方面可能导致管线中的弯曲应力增大，接近或达到钢材的屈服强度，对管线的安全运营造成威胁；另一方面发生变形的管线容易受到渔业活动和船只航行的影响，增加安全隐患；此外，屈曲变形可能导致管线配重层、保温层结构

2、遭到破坏甚至进水，影响管线的正常使用。因此温度应力下管线屈曲变形问题的研究有着重要的现实意义。本文在大量收集和阅读国内外文献资料，充分了解国内外海底管线的应用情况、海底管线的常见问题以及研究现状的基础上，重点对国内外有关海底管线屈曲剧变问题的研究方法和主要研究成果进行了系统的整理和分析。管线的屈曲模式可类比于细长压杆的稳定问题和火车轨道在温度应力下的屈曲问题。本文基于压杆稳定的基本理论对理想管线竖向屈曲剧变的解析解进行了推导，并结合实际工程分析了温差、管土相互作用、管线埋深等因素对理想管线竖向屈曲变形的影响。应用ANSYS弹塑

3、性有限元分析软件对理想管线在温度应力作用下的屈曲剧变现象进行了模拟分析。分析结果表明，管线的安全温度随着地基土摩阻力的增大以及管线上覆土层厚度的增长而增大。当管线有足够的埋深时，将有效的抑制竖向屈曲剧变的发生。关键词：海底管线屈曲剧变理想管线解析解有限元法ABSTRACTTheupheavalbucklingofmarinepipelinescausedbythetemperaturestressisoneofthemainfailuremodesofpipelines．Whenapipelineisoperatedathig

4、hinternalpressureandtemperature，itwillattempttoexpandandcontractfordifferentialtemperaturechanges．Normallythelineisnotfreetomovebecauseoftheplanestrainconstraintsinthelongitudinaldirectionandsoilfrictioneffects．ForpositivedifferentialtemperatureitwillbesubjectedtOan

5、axialcompressiveloadandwhenthisloadreachessomecriticalvalue，thepipemayexperiencevertical(upheavalbuckling)orlateral(snakingbuckling)movementsthatcanjeopardizethestructuralintegrityofthepipeline．Inthesecircumstances，anevaluationofthepipelinebehaviorshouldbeperformedi

6、nordertoensurethepipelinestructuralintegrityduringoperationinsuchdemandingloadingconditions．Performingsuchanalysis，thecorrectmitigationmeasuresforthermalbucklingCanbetakenintoaccounteitherbyacceptanceofbarbucklingbutpreventingthedevelopmentofexcessivebendingmoment，o

7、rbypreventinganyoccurrenceofbending．Thepresentstudyconcentratesonverticalupheavalofburiedmarinepipelines．Anaccountofsomeresearchesoftheupheavalbucklingofburiedpipelineshasbeengiveningreatdetails．Thatverycloserelationshipexistbetweenthethermalbucklingofcomponentssuch

8、ascontinuouslyweldedrail—tracks，concreteroadpavementsorsubseaandburiedpipelines，andthesimplebucklingofcolumnshaslongbeenrecognized．Inassoc