考虑沟槽深度及土体吸力影响的SCR与海床土体循环作用分析.pdf

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1、第17卷第7期船舶力学Vol.17No.72013年7月JournalofShipMechanicsJul.2013文章编号：1007-7294（2013）07-0793-07考虑沟槽深度及土体吸力影响的SCR与海床土体循环作用分析武锐锋，李敢，黄小平（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240）摘要：悬链线立管与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大，而管土作用的机理又十分复杂，海底沟槽以及海床土体吸力都会对立管力学特性产生影响，文章以Aubeny等提出的管土作用完整P-y曲线为基础，在有限元分析软件ANSYS中采用非线性弹簧模拟海床土体，计算中考虑了土体吸力；模拟了三种

2、位移幅值下管土循环作用时沟槽深度的变化，分析了沟槽段各点弯矩及应力随深度的变化规律，同时对比了三种情况下管道最深点的弯矩及应力随加载时间的变化关系，为进一步分析管土循环作用提供了参考。关键词：悬链线立管；管土作用；海底沟槽；土体吸力；非线性弹簧中图分类号：O346.2文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2013.07.010AnalysisofSCR-soilcyclicinteractionconsideringseabedtrenchdepthandseabed-suctionWURui-feng,LIGan,HUANGXiao-ping(Stat

3、eKeyLabofOceanEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract：Thepipe-soilinteractionhasgreatinflunceontheriserfatiguelife,andthepipe-soilinterac鄄tionmechanismisverycomplex,seabedtrenchandsuctionbothaffectmechanicalpropertiesoftheriser.Inthispaper,non-linearspringisusedtosimu

4、latetheseabedsoilinsoftwareANSYSbasedontypicalP-ycurveproposedbyAubeny,soil-suctionistakenintoaccount.Trenchdepthincreasesundercyclicdisplace鄄mentwiththreedifferentamplitudesaremodeled,bendingmomentandstressvariationwithdepthincreaseareanalyzed,whilethemomentandstresstime-dominatedcurveinthreecas

5、esarecompared,whichpro鄄videsvaluablereferencesforfurtherstudyontheSCR-soilinteraction.Keywords:steelcatenaryriser(SCR);pipe-soilinteraction;seabedtrench;soil-suction;non-linearspring1引言随着世界海洋石油天然气需求量的不断增加，以及近岸水域油气储量的降低，深海油气资源成为开发重点。一种新型的立管—钢悬链线立管（SCR）正被广泛用于各种深水开发项目中。SCR受力情况复杂，随着浮体升沉运动与海床土体发生相互作用，

6、是影响触地点疲劳寿命的重要因素。对于SCR立管的触地研究一直受到海洋工程界的高度重视，由于立管与海床的作用机理非常复杂，因而此类问题的收稿日期：2012-07-27基金项目：海洋工程国家重点实验室基金项目（GKZD010053-17）作者简介：武锐锋（1987-），男，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院硕士研究生；黄小平（1963-），男，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院副教授。794船舶力学第17卷第7期研究大多建立在模型试验的基础上。其中比较有影响的是STRIDEJIP项目[1]，该项目在英格兰西部Watchet港口进行了三个月的全尺度模型试验，研究了管土的相互作用及触地点处应力的

7、变化规律。[2]通过实验得出了累积沉降量与循环加载次数的指数关系。在数值模拟方面，Aubeny等[3]提Dunlap等出了土体完整加载卸载的P-y曲线，Nakhaee等[4]基于Aubeny提出的海底刚度的衰减模型改进了程序CABLE3D，得到了比较理想的结果。Bridge等[5]提出了海床的动刚度和吸力模型，但海床动刚度模型偏于保守。JungHwanYou[6]提出了简化的弹簧支撑模型，并采用有限差分法分析了不同等效土体模型下的管