海底管道舷側(cè)起吊分析方法綜述

摘 要：本文介紹了海底管道舷側(cè)起吊分析所包含的內(nèi)容和相關(guān)要求，適用于淺水（通常水深小于60米）海底管道起吊分析。

關(guān)鍵詞：海底管道 鋪管船 托管架 分析方法

中圖分類(lèi)號(hào)：〔TE54〕

1、引言

海底管道是指管道系統(tǒng)在最高潮位水面以下的部分，不包括立管與膨脹彎。舷側(cè)起吊是海底管道進(jìn)行鋪設(shè)或維修過(guò)程中常用的方法。海底管道舷側(cè)起吊計(jì)算分析主要是對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，檢驗(yàn)其是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2、分析方法與流程

2.1分析流程

海底管道起吊分析過(guò)程主要包括確認(rèn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、建立計(jì)算模型并分析、校核計(jì)算結(jié)果以及編制設(shè)計(jì)報(bào)告，計(jì)算分析流程見(jiàn)圖2。

圖2 計(jì)算分析流程

2.2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)確認(rèn)

在進(jìn)行設(shè)計(jì)分析之前，需對(duì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和依據(jù)進(jìn)行梳理和確認(rèn)，以便獲取完整準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)資料，包括環(huán)境參數(shù)（水深、潮汐、海床特性等）、海底管道參數(shù)（管道特性、涂層特性、法蘭等附屬結(jié)構(gòu)物信息）、施工船舶資料（船舶性能、舷吊信息）。

2.3分析軟件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及方法

分析軟件可采用OFFPIPE，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通常采用DNV-OS-F101“Submarine pipeline systems”。海底管道起吊分析的過(guò)程為，海底管道的自由端通過(guò)減少各個(gè)索具的長(zhǎng)度，被慢慢提升到海面以上。海底管道起吊分析為一系列的靜力分析，主要考慮功能荷載對(duì)海底管道的影響。功能荷載可以分為以下幾類(lèi)：重力和浮力、靜水壓力、起吊作用力。

2.4建立計(jì)算分析模型

對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行模擬，建立計(jì)算模型。

1）建立主作業(yè)船模型；

2）定義結(jié)構(gòu)單元、結(jié)構(gòu)物特性、環(huán)境特性參數(shù)、附屬結(jié)構(gòu)物特性；

3）定義起吊索具的數(shù)量、支撐類(lèi)型、長(zhǎng)度或張力、起吊索具間的管道長(zhǎng)度；

4）定義海底管道的起始端和末端的邊界條件。

2.5運(yùn)算并輸出

對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行運(yùn)算，輸出計(jì)算結(jié)果，包括： 管道節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、內(nèi)力（彎矩、軸向力等）、應(yīng)力/應(yīng)變、著地點(diǎn)位置、索具拉力等。

2.6結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度校核

2.6.1局部屈曲校核方法

DNV-OS-F101“Submarine pipeline systems” （海底管道系統(tǒng)） 的設(shè)計(jì)方式是建立在極限狀態(tài)和分項(xiàng)安全系數(shù)方法基礎(chǔ)上的，也被稱(chēng)為荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)方法（LRFD），應(yīng)用此方法來(lái)校核局部屈曲。

分項(xiàng)安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法的基本原理是在任何考慮的破壞方式中證明系數(shù)化的設(shè)計(jì)荷載不超過(guò)系數(shù)化的設(shè)計(jì)抗力，則滿(mǎn)足安全要求。

式中：

=設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)（Design load effect）

=設(shè)計(jì)抗力（Design resistance）

2.6.2 應(yīng)力校核方法

根據(jù)DNV 1981“Rules for submarine pipeline system” （海底管道系統(tǒng)規(guī)范1981） Section 4.3：許用應(yīng)力法（Allowance Stress Design ，簡(jiǎn)稱(chēng)ASD）的要求，應(yīng)用以下判據(jù)來(lái)校核結(jié)構(gòu)物應(yīng)力：

（2）

式中：

N=軸向力

A=管道的橫截面積

M=管道彎矩

W=管道的截面模量

=環(huán)向應(yīng)力

=規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度

μ=安全系數(shù)，取0.72

2.6.3 吊裝能力校核

通過(guò)吊裝能力校核，確保吊裝力滿(mǎn)足起吊設(shè)備能力的要求。

3、結(jié)語(yǔ)

此文對(duì)海底管道舷側(cè)起吊前期的計(jì)算分析方法進(jìn)行了淺述，希望此文能對(duì)同行有所幫助。當(dāng)然，文中提到的某些方法也有待進(jìn)一步思索和改進(jìn)，這也是今后不斷努力實(shí)踐的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]梁光輝 成二輝，大尺寸雙層海底管道舷側(cè)起吊輔助措施；石油工程建設(shè)，2015年，41（1）： 1～3.

[2]DNV-1981 Rules for submarine pipeline system.

[3]DNV-OS-F101-2005 Submarine pipeline systems.

作者簡(jiǎn)介

焦冬梅：女，1979年生，本科，高級(jí)工程師，主要從事海底管道安裝設(shè)計(jì)方面的工作。