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1、第23卷第2期Vol.23No.2工程力学2006年2月Feb.2006ENGINEERINGMECHANICS173文章编号：1000-4750(2006)02-0173-04埋设悬跨海底管道的屈曲分析*1,211邢静忠，柳春图，徐永君(1.中国科学院力学研究所,北京100080;2.兰州理工大学理学院,兰州730050)摘要：考虑海床刚度，研究了埋设悬跨海底管道在热膨胀引起的轴向压力下的屈曲问题。传统方法是将悬跨管道简化为两端简支或者两端固支梁来处理。基于欧拉-伯努利梁理论，考虑线弹性海床刚度和轴向压力，建立并
2、求解了埋设段管道和悬跨段管道在自重作用下的四阶常微分方程，获得了两段管道的静挠度和内力的解析公式。通过对静挠度的特性分析，给出了埋设管道段和悬跨管道段的稳定性判断准则。关键词：屈曲；海底管道；悬跨；弹性地基；热膨胀中图分类号：O343文献标识码：ABUCKLINGANALYSISOFBURIEDSPANNINGSUBMARINEPIPELINE*1,211XINGJing-zhong,LIUChun-tu,XUYong-jun(1.InstituteofMechanics,ChineseAcademyofScien
3、ces,Beijing100080,China;2.SchoolofScience,LanzhouUniversityofScience,Lanzhou730050,China)Abstract:Thispaperpresentsabucklinganalysisofburiedspanningsubmarinepipelinesunderaxialcompressiveforcecausedbythermalexpansion,inwhichtheseabedstiffnessistakenintoaccount
4、.Traditionalmethodstreateachspansegmentasasimply-supportedbeamorclamped-clampedbeaminpractice.AnewapproachisdevelopedbasedonEuler-Bernoullibeamtheory,takingintoaccountthelinearelasticstiffnessofseabedandtemperature-drivingaxialforce.Afourthorderordinarydiffere
5、ntialequationgoverningburiedsegmentinelasticseabedandspanningsegmentunderself-weightandaxialcompressiveforceisestablishedandsolved.Thestaticdeflectionandinternalforcefunctionofbothsegmentsareobtainedinclosedform.Stabilitycriteriaofburiedsegmentandspanningsegme
6、ntareestablishedthroughanalyzingthecharacteristicsofstaticdeflection.Keywords:buckling;submarinepipeline;spanning;elasticfoundation;thermalexpansion由于海床不平整，或者海流淘蚀，海底管道经程，文献[3]给出了几种梁模型边界条件下的解析常出现悬跨(Spanning)情况。为此，针对海底管道解。通过能量法给出了这些模型的固有频率，计算的悬跨情况，DnV(DetNorskeV
7、eritas)专门制定了悬给出了轴向力对悬跨管道的最大允许长度的影响。[1]跨管道设计规范的推荐做法。围绕悬跨情况，国在设计中，最大允许悬跨长度是按照保证悬跨[2~6]外开展过许多研究，同时许多海底管道规范中管道足够的静强度和不发生共振来确定的。在管道[7,8]也对悬跨情况作了相应的规定。安全评定时，需要对是否发生涡激振动进行判断。考虑轴向拉力和轴向压力，利用纵横弯曲方如果发生涡激振动，则需要对疲劳寿命进行计———————————————收稿日期：2004-03-26；修改日期：2004-05-27作者简介：*邢静
8、忠(1966)，男，甘肃人，教授，博士，从事海洋石油工程力学研究(E-mail:hsingjzh@sina.com)；柳春图(1935)，男，江苏人，研究员，博士生导师，从事固体力学、断裂和疲劳研究；徐永君(1964)，男，河北人，博士，从事工程力学研究。174工程力学[9,10]算。小挠度梁理论，悬跨段管道的弯曲微分方程为42热膨胀引起的轴向压力可引起埋设
