大直径薄壁海底管道铺设研究

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1、上海交通大学博士学位论文大直径薄壁海底管道铺设研究姓名：邓德衡申请学位级别：博士专业：船舶与海洋结构物设计、制造指导教师：谭家华2001.11.1上海交通大学博士学位论文大直径薄壁海底管道铺设研究摘要随着对海洋油气需求的曰益增长，以及越来越多的海岛地区因淡水资源缺乏而制约经济的发展，人们越来越重视管道运输在解决此类问题中所发挥的作用。f管道运输是油气、淡水运输中最主要，同时也是最快捷、经济、可靠的方式。因此，在近海工程领域中，对管道铺设的研究一直是一个很重要的方面。我国铺设海底管线的历史不长，累积铺设的海底管

2、线长度较短，同时，大多数管道都是采用常规铺管船法铺设的。常规铺管船法铺设海底管道较其它方法虽有抗风浪能力强、广泛的适用性，以及机动灵活和作业效率高等优点，但也有不少难以克服的缺点，比如随着管子直径的增大，铺设船上的设备也相应变得复杂；而且这种铺设方法初始投资相当大。因此，开展铺管方法的研究，特别是对～些特殊管道在特殊情况下的铺设方法进行研究，将会在我国海洋油气运输和岛屿地区的建设开发中发挥重要的作用。夕、本论文结合工程实际对大直径薄壁淡水输送管道的铺设问题进行了研究。针对该问题的特殊性，论文在提出铺设方案的基

3、础上，制定和实施了陆上实体钢管提升试验；同时，建立了力学模型并进行计算机数值模拟求解；随后，论文对铺设方案中的若干具体问题进行了深入的讨论。舱文的主要研究成果包括以下几个方面：(1)管道铺设初步方案由于管道铺设地区海况复杂及所铺设管道的特殊性(管径1000mm，壁厚仅14mm)，论文在分析众多国内外铺管装置及相关研究成果的基础上，提出了一种新的铺管船以及加托架船的管道铺设方案。这种铺设方案既能满足在浅水区域直接由铺管船铺设管道的要求，又能在深海区域或海况复杂区域根据需要加入托架船进行铺管作业。采用新的铺设方案

4、不仅利用了成熟的常规铺管船技术，又克服了常规铺管船法不能在较深水中铺设大直径薄壁管道的不足。作者及相关人员将这种管道铺设方案申报了实用新型专利，并获得国家专利局批准，专利号是ZL99239300。摘要(2)实管陆地形态试验现有国内外文献中关于铺设大直径薄壁管道的研究较少，大多数管道铺设研究都集中在管道直径与壁厚之比小于40的范围之内。因此，用实验方法研究铺设过程中大直径薄壁管道的变形及应力变化规律就显得十分重要。结合管道铺设方案，论文详细制定了管道陆上提升试验方案。试验内容包括在不同提升高度，不同拉力、不同压

5、载和不同中间吊力相互组合的环境下，管道变形和应力的表现。通过实验，论文掌握了大直径薄壁管道在提升过程中由于高度、拉力、压载等变化而引起其形态及应变变化的定量规律。随后，论文对试验结果进行了回归分析，得出了一系列的规律性结论，为现场铺设施工设备的设计提供了理论依据。同时，该试验结果也为论文随后展开的管道铺设数值模拟分析提供了必要的验证数据。(3)管道应力的数值模拟分析由于试验条件的限制，陆上管道形态试验无法完全模拟铺管作业时的所有边界条件。因此，论文以杆的大变形理论为基础，抽象出了管道铺设的数学模型；在详细分析

6、了作用在管子上的各类外力后，论文建立了管道有限元分析模型，并进行了数值求解。通过数值模拟，论文得到了大直径薄壁管在不同边界条件下的变形和应变。与实验结果的比较表明，此数值模拟分析具有较高的准确性，可以应用于大直径薄壁管道铺设过程中应力和变形的计算与分析。(4)管道铺设的若干问题研究通过数值模拟计算系统，论文比较全面地分析了在不同边界条件下，大直径薄壁管道在铺设时的应力变化规律。针对施工实际，论文考察了在船体(包括船体上的托管架)、水流(定常流、三维流)、托架船、张紧力以及海底边界等铺设环境变化时，管道的变形和

7、应力表现。通过这些分析计算，论文得出了铺设过程中，大直径薄壁管道的变形规律和作业时需要注意的事项；更深入地，论文拟定了在不同作业条件下，大直径薄壁管道铺设作业系列图谱。研究成果已经在实践中得到应用。通过上述研究，论文为大直径薄壁管道铺设的施工作业给出了有益指导。／关键词：海底管道，铺管船，大直径薄壁，数值模拟纷扔。"、，自寺_歼l、’!、≈丫型，⋯“JK．11上海交通大学博士学位论文THESTUDYoNTHELAYINGoFLARGEDIAMETERANDTHlNWALLSUBMARJNEPIPELINEAB

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