海洋平台栈桥管道应力分析的模拟方法
海底悬跨管道动力响应的试验研究和数值模拟
收稿日期：2001-11-02；修改日期：2002-10-30 基金项目：辽宁省科学技术基金资助项目(972240)
问题。 笔者利用新近改造完成的 MTS 水下振动台， 考虑多种因素完成在输入正弦波荷载下海底悬跨 管道动力模型试验。本文根据试验数据，分析了海 底悬跨管道在动力荷载下的反应特点和影响因素。 并根据 Morison 方程建立的海底悬跨管线在地震作 用下的动力方程数值模拟海底悬跨管线的动力反 应。并与试验结果进行了比较，两者拟合得较好。
-6 x
式中： E 为管道弹性模量； I 为管道截面惯性矩； m 为管道单位长度质量，包括动水附加质量、管道
800 600 400 200 0 0 0.2 0.4 0.6
εm
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0.8
1
x/L0 图1 Fig.1 陆地和水中管道最大应变沿管轴方向的变化 Distribution of maximum strain along axial direction of terrestrial pipe and submarine pipe
4
试验数据分析和数值模拟比较
4.1 试验概况 利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点 试验室新近改造完成的水平与垂直两向激振的水 下振动台进行海底悬跨管道模型试验。模型材料采 用 PVC 管。 模型外径 R m =110mm， 壁厚 t p =2.8mm， 模型材料动弹性模量 E m =5000MPa ，密度 ρ =1.72 ×103kg/m3。 为了保证原型和模型中液体质量密度的比值 与模型和原型管道材料质量密度比值相等，要对模 型管道进行配重。根据公式(3)，采用铅环对模型管 道进行配重。 为便于发现试验结果的规律性，试验中动力输 入为每种工况下与管道基频相等的水平方向正弦 波。 根据本文第 2 部分的相似关系计算得到各参数 比尺，实现试验量测的模型反应数据与原型反应量
海洋平台井口管道应力及其影响因素
广 东 化 工 2012年 第15期· 120 · 第39卷 总第239期海洋平台井口管道应力及其影响因素分析黎昵，韩化凤，黄振东(湛江南海西部石油勘察设计有限公司，广东 湛江 524057)[摘 要]文章介绍了海洋平台井口管道应力分析方法，并以某平台井口管道应力分析为例，重点阐述采用CAESARII 进行管道应力分析的过程和结果分析情况；最后，就影响管道应力和端点推力的诸多因素如温度、压力、壁厚、设置支吊架、补偿器形式等进行了分析。
[关键词]管道应力分析；位移；支吊架；约束；海洋平台[中图分类号]TE973 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)15-0120-03Stress Anaysis and its Influencing Factors of Wellhead Piping inOffshore PlatformsLi Ni, Han Huafeng, Huang Zhendong(Zhanjiang Nanhai West Oil Survey and Design Co., Ltd., Zhanjiang 524057, China)Abstract: The paper described and took an exampe to the stress analysis methods of wellhead piping in offshore platforms, it focused on the process CAESARII pipeline stress analysis and the results of analysis of the situation and a platform wellhead pipeline stress analysis; Finally, the impact pipeline stress and fixed point thrust manyfactors such as the temperature, pressure and piping thickness, setting the hanger, the compensator forms were analyzed.Keywords: pipe stress analysis ；displament ；hanger ；restraints ；offshore platforms近20年来，管道设计技术逐渐为人们所重视，并取得了较大进展，管道应力分析与计算是管道设计的基础，它研究了管道在各种载荷作用下产生力、力矩和应力，从而作出对于管道安全性的评价，使设计的管道尽可能经济合理。
海洋平台井口管道应力及其影响因素分析
海洋平台井口管道应力及其影响因素分析摘要：海洋平台是指海上采集油气平台，安装在海洋之上，用于处理从海下开采出来的石油或天然气，由于在海洋之中，不确定因素太多，会受到很多方面的影响，远比在陆地上的环境要复杂得多，而井口又是输出石油或天然气的地方，对安全度的要求非常高，因此对于井口的管道要求更高。
本文阐述了海洋平台及管道应力的概念，对影响海洋平台井口管道应力的关键因素进行了论述，并对应力分析过程进行了探讨。
关键词：海洋平台；井口管道；应力；影响因素前言管道应力的分析不够全面准确会影响到管道的使用，导致可能造成管道的弯曲与扭转，甚至破裂，因而出现安全事故，造成人员的伤亡或经济损失，或者是石油或天然气渗入到海洋中，污染到海洋环境。
因此，海洋平台井口管道在建设前的数据分析非常重要，直接影响到管道工作时的安全。
为确保海洋平台井口管道的可靠性和安全性，使用的应力应小于最大应力的80%，并对每次的布局进行设计，同时，合理的管道是减少额外压力的关键，减小位移，即确保管线的应力值，包括管道是否足够的灵活性，使横向力减小。
为确保安全，连接好管道之间的布置，考虑附加位移，管道的设计必须在应力的分析指导下完成。
一、海洋平台及管道应力的概念1、海洋平台是一种海上建筑设施，主要为方便进行在海上的油气开采及运输、观测等活动，海上平台由钢结构构成，一般情况下可分为固定式和浮动式两种。
海洋平台井口是海洋平台上对油气进行初步处理的平台，井口是石油和天然气从深海输入到采油树的地方，这个地方的管道要承受的压力非常大，所以管道的设计就必须科学合理，管道的承受压力范围必须在安全的范围内，所以就需要对井口管道的应力进行分析。
2、管道的应力是指管道在单位面积上所受的力，应力可分为一次应力和二次应力，一次应力和二次应力都需要计算出来，其中一次应力的计算是为了防止铺设管道后管道的坍塌，而二次应力的计算则是为了防止管道在使用过程中出现的扭曲、变形等问题。
一种新的海洋平台管节点应力评估方法
第20卷第11期 2016年11月船舶力学Journal of Ship MechanicsV o l.20N o.11Nov. 2016文章编号院 1007-7294(2016)11-1449-13一种新的海洋平台管节点应力评估方法粟京 ' 赵晓玲2袁刘刚3(1.中国海洋石油总公司，北京100028; 2.大连船舶重工集团设计研究所，辽宁大连116005;3.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用，容易发生疲劳破坏。
为了提髙焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性，文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点，提出了一种新的管节点结构应力计 算方法。
通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较，证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑 壁厚方向应力梯度的有效性。
基于数值计算，文中还提出了可用于T 型管节点应力集中系数计算的参数公式，并 对参数公式的精度进行了验证。
关键词院焊接管节点；应力集中系数；结构应力；应力梯度；疲劳寿命中图分类号：TG 405 文献标识码：A doi : 10.3969/j .issn .1007-7294.2016.07.012A new method for stress analysis of tubular J ointsin offshore platformSU Jing1, ZHAO X ia o -lin g 2, LIU Gang3(1. China National O ffshore Oil Corporation , Beijing 100028, China ; 2. Dalian Shipbuilding Industry Engineering andR esearch Institute , Dalian 116005, China ; 3. S tate Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment , Dalian University of Technology , Dalian 116024, China )A b s tra c t ： Fatigue damage in welded tu b u la rjo in ts is almost unavoidable due to combined effect of stress concentration and random stresses. To improve accuracy of fatigue life estimation of welded tubularjoints, a new structural stress approach for tubularjoints is proposed, where a point below the outer surface along the wall thickness direction is adopted as the fatigue assessment point. The applicability and correctness of the new method for fatigue strength assessment of tu bularjoints, as well as its effectiveness in considering the stress gradient along the wall thickness, are verified by comparing the numerical results with published experimental data of fatigue tests. Based on finite element analysis, parametric equations are derived for calculating stress concentration factors at all angular positions along the intersection of tubular T -joints. The accuracy of the parametric equations is finally validated.Key w ords: welded tubularjoints; stress concentration; structural stress; stress gradient; fatigue life0引言焊接管节点在海洋工程领域有着极其广泛的应用。
海洋平台T型管节点应力分布研究
烟台大学硕士学位论文海洋平台T型管节点应力分布研究姓名：张国栋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曲淑英;邵永波20080315摘要海洋平台管节点长期承受海洋环境中循环荷载的作用，疲劳破坏是其主要破坏形式之一。
管节点的疲劳寿命通常由S-N曲线方法确定，该方法的使用依赖于对节点应力集中系数和应力分布的准确计算。
本文对T节点在承受轴向荷载，平面内弯曲荷载和平面外弯曲荷载下的应力集中系数进行了数值模拟，并且考虑了焊缝对管节点应力集中系数的影响。
使用三维20结点固体单元对结构进行模拟，因为三维20结点固体单元可以精确的模拟焊缝尺寸的变化，从而能够准确的考虑到焊缝对结构的影响。
在进行数值模拟时，结构的有限元网格采用分区划分的方法。
整个结构根据计算需要划分为不同区域，对每个区域单独地进行网格划分，进而控制网格的质量和精度。
每个区域的网格独立产生后，通过合并形成整个结构的有限元网格。
在此基础上，使用通用的有限元软件ABAQUS分析了典型的T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载下的应力集中系数的大小和分布，总共对816组T节点模型进行了有限元分析，并研究了各几何参数对节点应力集中系数的大小和分布的影响。
在对T节点有限元分析的基础上，分别提出了T节点在轴向、平面内和平面外荷载作用下主管和支管上应力集中系数最大值的参数公式，并对所提参数公式进行误差分析。
在对节点应力集中系数最大值参数公式准确推导的基础上，利用这些公式分布推导出了T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载作用下主管和支管应力集中系数分布的参数公式，并且进行了误差分析。
将本文提出的应力分布参数公式的计算结果与试验结果及已有公式的计算结果进行了比较分析。
通过分析发现本文所提的应力分布参数公式可以对T节点在不同荷载下的应力集中系数分布进行准确的估算。
关键词：T型管节点焊缝模拟几何参数应力集中系数分布公式AbstractFatigue failure is one of the most common failure types for welded tubular joints under cyclic loads in their severe service environment of offshore engineering. Generally, the fatigue life of tubular joints can be estimated by referring to S-N curve method which depends on the accurate prediction of stress concentration factor (SCF) and stress distribution for tubular joints under general load conditions. The parametric equations for the stress distribution are deficient, and all of them were derived from the shell elements so the precision is suspected.In this study ,numerical modeling will be carried out for the analysis of the stress concentration factors of tubular T-joint subjected to axial, in-plane and out-of plan loading, and the effect of the weld on the stress concentration factor of T-joint will be considered. 20-node quadratic solid elements will be used to model the whole structure. Such elements can be used to model the weld accurately. Then the effect of the weld can be considered accordingly. Sub-zone mesh generation method is used in the numerical modeling. The whole structure is divided into several zones. After that, the mesh of each zone is generated separately. This method can control the mesh quality easily. After the mesh of each zone is generated, the mesh of the whole structure can be obtained by merging the mesh of all the zones. Thereafter, the magnitude and the distribution of the stress concentration factors along the weld toe for tubular T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings are analyzed using ABAQUS software. Finally, through the FE analysis of 816 models, the effects of geometrical parameters on the stress concentration factor values and their distribution are investigated.Based on the results of the FE analysis of T-joints, the parametric equations of the maximal SCF of the chord and brace for T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings have been presented. Error analysis of these parametric equations has also been conducted. Then the results of parametric equations of the maximal SCF are used to derive parametric equations of the stress distributions around the weld intersection for T-joints. Comparisons have also been made of the results for the stressdistribution equations with the tested data as well as other previously published equations. Throughout the analysis, it has been found that the proposed parametric equations can provide accurate estimation for the SCF distribution of T-joints in a validity range.Key words:tubular T-joint, weld modeling, geometric parameters,stress concentration factor, SCF distribution equation烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
管道系统应力分析在冰区海洋平台上的应用
果 提 出 了控 制 振 动 的措 施 。
［ 关键词］ 海洋平台；管道应力分析 ；冰激振 动；冰 力函数
管 道 设 计 的 内容 可 概 括 为 ： 依 照 工 艺 流 程 的 指示 ，利 用 管 道 、 管 件将 采 油 平 台上 的各 个 设 备 连 接 起 来 ， 以满 足 其 工 艺 要 求 及 实 现 其 经 济 价
（ ） 管 道 流 体 振 动 分 析 ，主 要 包 括 振 源 分 ４ 析 ，对 各 种 设 备 泄 放 的 不 稳 定 流 引起 的 管道 振 动 进行 分 析 。
值 。 管道 设 计 过 程 中 ，在 满 足 工 艺 流 程 要 求 的 同 时 ，还 应 使 管 道 的 设计 既经 济 合 理 又 安 全 可 靠 。 管 道 应 力 分 析 是 实 现 这 一 目标 的 重 要 辅 助 手 段 和
（ ）管 道 动 力模 型分 析 ， 包括 管 道 系统 的模 ２ 型建 立 ，管 道动 力特 性 分析 。 （ ）平 台 甲板冰 振 响 应 分 析 ，包 括 建立 平 台 ３ 导 管架 的 力 学 模 型 ，确 定 平 台 的动 冰 力模 型 ，对 平 台 甲板 冰振 响 应分 析 。
方法 。
１ 道 应 力分 析 管 １１ 力 分 析 的 内容 ．应
管 道 应 力 分 析 可 分 为静 力 分 析 和 动 力 分 析 两 部 分 。 静 力 分 析 是 指 在 静 力 荷 载 （ ：压 力 、重 如 力 等 ）的作 用 下对 管 道 进 行 力 学 分 析 ；动 力 分 析 则主要指往复压缩机和 往复泵管道的振动分析 、 管道 的地 震 分 析 （ ：本 文 介 绍 的 由冰 振 引 起 的 如 管线 振 动 ） 、水 锤 和 冲 击 荷 载 作 用 下 管 道 的 振 动 分 析 ， 目的是使 振 动 的影 响得 到有 效控 制 。
海上平台栈桥管道的静态稳定性分析
摘要： 以典型的海上平台栈桥 管道为研究对象 ， 通过进行管道受力理论分析与研究 ， 建立 了在 极限工 况下 的栈 桥管道静 态受力分
析模 型， 并根据推演出的理论公 式及栈桥受力分析结果 ， 研究 了海洋平 台栈桥管道 的静态稳定 性 ， 为 今后海洋 平 台栈桥 管道设计
及 安全性评价提供参考。
ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｏ ｍ ｕ ｒ ｌ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｅ ｓ ｔ ｌ ｅ ｓ ｒ ｔ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ，ｉ ｎ—ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｈｅ ｔ ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｐ ｌ ａ ｆ ｔ ｏ ｒ ｍ ｒｅ ｔ ｓ ｔ ｌ ｅ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａｂ ｔ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ，ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｔ ｌ ｅ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ
关键词 ： 海洋平台 ； 栈桥 ； 静态稳 定性 ； 管 道应力
中图分类 号： Ｐ ７ ５ ６ ． ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ３－ ０ ０ １ ８—０ ４
Ｔ ｈ ｅ Ｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ Ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍｓ Ｔ ｒ ｅ ｓ ｔ ｌ ｅ Ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ Ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ｌ Ｉ Ｎ／ ， ＨＵＡＮＧ Ｚｈ ｅ ｎ—ｄ ｏ ｎ ｇ， ＤＯＮＧ Ｚｈ ｉ—ｈ ｅ ｎ ｇ
海洋石油平台栈桥的管线布置探析
海洋石油平台栈桥的管线布置探析海上石油平台栈桥是连接海上油气田两个或多个平台间油气管线、电控线缆以及人员通行的重要通道，一般采用空间框架钢结构。
其安全与否直接影响到整个海洋石油平台生产的安全。
近年来，随着我国社会经济的发展，对能源的需求也越来越多，海洋石油不断被开采，由最初浅海开采逐渐进入深海开采，而在石油开采过程中，经常出现两个或多个石油平台通过栈桥连接在一起进行石油开采和生产的现象，如何确保通过栈桥的管线在石油开采和生产中不受应力破坏是我们面临的重要课题。
鉴于栈桥海上施工难度大，成本高，这就要求优化管线布置，尽量减少海上安装工作量，降低施工成本，保证平台后期生产。
一、影响栈桥管线受力的因素温度对栈桥管线应力的影响不容忽视，若热膨胀产生的初应力较大，管线在运行初期可能会发生塑性变形，或是在高温持续作用下，管道上容易出现应力松弛或发生蠕变等现象，这对石油平台的安全生产非常不利。
对栈桥管线进行应力分析时不仅要考虑压力、重力、风载、温度、水锤力、安全阀泄放反力等，重点考虑由机械外荷载引起的正应力和剪切应力，还要考虑平台间相对运动导致管线管道产生的位移荷载。
平台间相对运动导致管道产生的位移荷载主要是在风、波浪、船舶靠泊等荷载作用下产生的，随着栈桥的位移，栈桥上支撑会一起运动，进而带动管道移动，而栈桥在平台两端处安装固定方式不同，所导致的管道产生的运动趋势也会不同，一般来说，滑动连接下管线管道主要是沿轴向滑动，铰接状态下管道主要为轴向运动和横向运动。
二、栈桥管线布置方法为了吸收栈桥管线由于载荷、平台位移、热应力等产生的应力，关于海洋石油平台栈桥管线布置方法有多种，每种方法都有自身优缺点，在实际操作过程中需根据具体情况选择最为合适的管线布置方法：①中间U型膨胀弯管线布置法应用比较广泛，适用于为方形设计的栈桥，管线布置在栈桥顶部，管线上方、下方可布置电缆和人形通道，电缆也可布置在管线两翼。
布置的时候两端为直管，管卡采用限位不卡死，利用中间U型膨胀弯吸收热应力和位移。
海洋石油平台栈桥管线布置分析
343我国有着丰富的石油资源，目前陆上石油开采技术已经相对比较成熟，为我国提供绝大多数的石油化工材料。
同时我国还有丰富的海上石油资源储备，但由于海上石油提取比较困难，需要的技术支撑较高，因此海洋石油的提炼和开发还处在探索和试行的阶段。
目前海洋油田多采用空间框架结构搭建两个及两个平台以上间电缆、油气管线和运输通道，以提高石油开采的效率和安全性。
1 当前海洋石油平台管线布置面临的问题海洋石油平台管线布置的合理性直接关系到石油和人员运输成本，并影响到最终企业的生产效益，随着国际石油资源价格的不断上涨和化石能源的需求逐年增大，海洋石油开采中需要解决的关键问题是开发的效率和速度问题。
一般情况下，采取多石油平台共同连接开发的方案，根据开采环境的实际情况合理布置石油平台栈桥的分布。
在实际栈桥运行过程中，由于石油平台栈桥需要综合考虑载荷、应力以及平台位移等因素的影响，需要对栈桥管线布置之后可能遇到的各种问题进行综合分析，尽可能的减少实际运行过程中因平台栈桥而出现的问题[1]。
海上平台栈桥最容易发生的问题是腐蚀磨损问题和应力磨损损伤等，管线的载荷、平台的移动以及管线的热应力都是影响管线受力的主要因素。
平台上的管线与栈桥的管线在分析管线载荷时，都需要考虑到管线重力以及压力等因素的干扰，尽可能的考虑到影响管线受力情况的各个因素，从而可以有针对性的采取相关措施，延长管线的使用寿命。
在管线运行过程中，由于海洋环境中温度的昼夜差距有些大，温度对管线中的热应力会有较大干扰，特别是对高温高压环境下工作的管道，热应力的影响很容易造成管道的损伤[2]。
平台之间的相对运动成为平台位移，平台位移会造成管线产生位移载荷，而影响管线的承重能力，管线铺设在海洋之中，受到长年累月海风和浪潮的作用力，平台容易发生相对运动，造成平台管线出现特殊的运动趋向[3]。
2 平台栈桥管线应力的分析方法由于海洋环境中平台栈桥管线应力的影响因素较为复杂，海洋环境对管线造成影响的参数较多，因此传统的手工计算方法并不能够准确分析出平台栈桥管线的应力情况。
桥梁水上钢栈桥、钢平台设计及有限元仿真分析
____________________________________________________________桥隧工程觀桥梁水上钢栈桥、钢平台设计及有限元仿真分析耿嘉庆4"（.广西路建工程集团有限公司，广西南宁53000 42南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西南宁53000 4）摘要：文章以某深水桥梁施工钢栈桥及钢平台为研究背景，依据水下桩基及水下承台施工业的要求进行钢栈桥及钢平台设计，并根据桥及钢平施工及承台施工过程中同工况下的最不利状态,对桥梁平台结构进行了仿计算。
结果表明，该桥及钢平受力性能用要求％关键词：钢栈桥;钢平台;结构设计'中图分类号：U442.5文献标识码：A DOI：10.13282/ki.wccst.2021.04.047文章编号：673-4874（2021）04-0149-050引言民的发展，跨越大江大河的桥梁多，而桥梁深础施工桥梁施工的和关键由于平台具有施工方便、材料可周转、安全适用等点，已应用于桥梁深础的施工作业中。
桥梁桥及钢平台主要承受重型运输的移动荷载、起吊吊载、风荷载、动水压载的作用。
合考虑施工作业需求和施工成本的前提下进行桥及钢平台的结构设计，并验算钢栈桥及钢平同荷载组合下的强度、刚度及具有重要的意义％1工程概况大桥位于广西，全长940m,桥面宽13m。
该桥采用波形钢腹板预应力连续刚构桥结构，跨径布置为5X30m+100m+2xl85m+100m+7x30m。
其中主桥结构为波板预应力连续刚构，长570m,孔为100m+2x185m+100m；北岸桥为5x30m预应力混（后张）简支变连续T梁；南岸侧引桥为7X30m预应力混（后张）简支变连续T梁。
桥位主要为郁江，桥梁段属西津库区，最大水深约为11m,江面宽约590m。
桥址区常水位为60.68m，遇最高水位为61.96m。
依据质勘察资料和文资料，并结合实际工程需要，确桥及钢平台的顶面标高为67.17m。
管道应力分析在海洋石油某平台设计中的应用
43管道应力分析在海洋石油某平台设计中的应用韩 丽 天津北海油人力资源咨询服务有限公司【摘 要】管道的应用在石油行业的发展中非常重要。
在进行海洋石油的开采应用过程中，需要使用管道对各种设备进行连接，并完成工艺装置的设计效果。
本文对管道应力分析在海洋石油某平台设计中的应用进行分析，希望可以给海上石油事业的发展，提供参考。
【关键词】管道应力分析；海洋石油某平台设计；应用海洋石油平台设计的过程中，需要使用大量的管道和支架，因此需要格外的注重管道应力分析作用的应用。
在有限的海洋石油平台空间内，管道的布置受到很多的限制，需要结合实际的生产环境，海洋气候、风浪、水流等因素的影响，进行管道应力分析的综合应用，才能保证海洋石油平台设计的效果得到真正的发挥。
一、海洋石油某平台设计的研究背景在海洋石油某平台的设计中，使用CAESARII应力分析的软件对管道的使用过程中应力数据进行计算，使用该分析软件，可以全面的开展静态环境下，和动态环境下的综合数据。
在使用该软件进行该石油平台的管道应力分析之前，一定要对该油田的各种信息情况进行全面的搜集，比如，要对管道设计过程中应力分析的规格标准、工程的整体规模、使用的管道模板、地震产生的加速度等各种数据作为输入的条件，进行计算，最终得出管道应该承受的应力大小。
另外，在该石油平台的设计过程中，需要对管线的设计更为负责的布置，才能完成海上油井的生产要求。
在进行复杂管线的设计过程中，需要对各种具体存在的外力作用进行分析，比如各种压力的影响，重量的影响、振动的作用等等，都会产生一定的外力荷载。
而这些荷载的产生，时进行管道应力分析过程中重要的因素。
面对实际生产过程中存在的各种问题，在进行该石油平台设计的过程中，需要对管道应力进行综合的分析，并保证使用专业的分新软件，在符合规定的前提下开展有效的分析，从而保证管道与各种设备之间的有效连接，为该海上油井的生产做出良好的设施保障，从而更好的发挥出平台设计的作用。
海洋平台栈桥管道应力分析的模拟方法
海洋平台栈桥管道应力分析的模拟方法
张海成;刘敏;罗翃;王明鑫;李韬
【期刊名称】《中国造船》
【年(卷),期】2011(052)A01
【摘要】栈桥是连接海上油气田两个或多个平台间油气水管线、电控线缆和人员通行的通道。
平台间在风、波浪、船舶靠泊等荷载作用下会发生相对运动，通过栈桥的管道会承受平台间相对运动产生的位移荷载，管道应力水平是否满足规范要求在应力分析中需要重点考虑。
应用CAESARII软件，结合旅大27—2／32．2油田开发项目栈桥管道柔性计算实例，介绍了栈桥管道应力分析的模拟方法，并根据计算结果对管道布置提出建议和进行优化，为以后栈桥管道的设计提供计算方法和参考。
【总页数】5页(P200-204)
【作者】张海成;刘敏;罗翃;王明鑫;李韬
【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,塘沽300451
【正文语种】中文
【中图分类】TE973
【相关文献】
1.海洋平台玻璃钢管道应力分析方法和实践
2.海洋平台栈桥管道应力分析的模拟方法
3.固定式海洋石油平台管道应力分析方法
4.管道应力分析在海洋石油某平台设计中的应用
5.基于管桩耦合模型的独桩平台栈桥管道应力分析
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海洋平台栈桥动力分析
海洋技术第28卷1引言栈桥是连接平台群中各平台油气水管线、电控线缆和人员通行的通道。
栈桥一般采用空间框架钢结构，也有少数采用平面框架钢结构。
埕岛油田海洋平台现有栈桥上百条，但大部分比较短小，长度从3～35m 不等。
随着开采深度的加大，原有栈桥从功能上，已不能完全满足实际需要。
因此，大跨度、高强度、多功能的新型栈桥的设计定型成为一项重要课题。
本文采用ANSYS结构分析计算软件对跨度为50m 新型栈桥，进行静力和动力分析计算。
2结构分析计算模型栈桥净跨约为50m ，一端为半固定端，一端为活动端，形式为空间框架结构。
栈桥宽度为4.5m ，高度为4.4m ，构件形式：上弦Φ457×16钢管，下弦Φ406×16钢管，支撑Φ273×16钢管，托架W250×73；管件：PIPE16，W250×73:BEAM188。
图1有限元模型3结构静力分析根据所选定的设计环境条件，对实际可能同时作用于结构上的各种载荷，按照可能出现的最不利的情况进行组合分析，本文主要研究了风荷载作用下结构的位移及应力响应。
3.1风荷载对结构上弦的影响图2上弦杆关键位置编号示意图图3上弦关键位置纵向位移图4上弦关键位置垂向位移海洋平台栈桥动力分析刘戈1,3，宋克新2，张海3（1.天津大学管理学院，天津300072；2.天津海泰建设开发有限公司，天津300384；3.天津城市建设学院，天津300384）摘要：结合海洋平台工程实践，利用有限元计算软件对跨度为50m 的空间钢结构栈桥进行了动力分析和地震反应分析，总结了三种作用状况下构件的内力响应，并进行了大量的计算分析，结果表明：在极限风荷载、自重和活载条件下，结构的最大拉应力发生在下弦跨中背风面；在地震作用下，由于横向弯曲振动的影响，结构上弦和下弦的应力都有不同程度的波动，且下弦的应力波动较大。
关键词：栈桥；力学分析中图分类号：P751文献标识码：A文章编号：1003-2029（2009）02-0084-04第28卷第2期2009年6月海洋技术OCEAN TECHNOLOGY Vol.28，No.2June ，2009收稿日期：2009-01-08基金项目：国家自然科学基金项目（50809047）作者简介：刘戈（1977-）男，天津人，天津大学管理学院博士研究生，天津城市建设学院副教授。
海洋平台荷载ANSYS分析报告
海洋平台有限元建模我们采用大型通用有限元软件ANSYS进行海洋平台的建模及力学分析。
建模时，主要采用PIPE16单元、PIPE59单元、COMBIN39单元、BEAM4单元以及SHELL63单元。
PIPE59单元是ANSYS程序中专门用于模拟浸没在水中的杆件结构的单元，应用PIPE59单元可以很好地模拟海洋波浪、海流对海水中杆件的作用力。
因此，采用PIPE59单元模拟海洋平台在水中部分的桩柱。
对于水面以上、泥面以下桩柱采用PIPE16单元模拟。
平台钢板采用SHELL63单元模拟，槽钢采用BEAM4单元模拟。
平台上部设备按质量换算成集中力施加在平台顶面上。
埋入土壤的桩柱部分所受土壤非线性作用力通过非线性弹簧单元COMBIN39模拟。
具体应用时，首先根据地质资料计算桩土的侧向荷载-位移传递曲线(p-y曲线)、轴向荷载-位移传递曲线(t-z曲线)以及桩端荷载-位移传递曲线(q-z曲线)，然后将荷载-位移传递曲线离散建立非线性弹簧单元实常数。
设置x、y方向的非线性弹簧单元，按p-y曲线确定单元实常数，以便模拟桩柱的横向承载变形；设置z向非线性弹簧单元，按t-z曲线确定单元实常数，以便模拟桩身的竖向承载变形；桩端设置z向非线性弹簧，按q-z曲线确定单元实常数，以便模拟桩端土壤的支撑力；设置z向转动弹簧，按t-z曲线转化的θ-z曲线确定单元实常数，以便模拟土对桩身的转动摩擦力。
模拟q-z曲线的非线性弹簧单元单向受压，其余弹簧均为拉压双向单元。
图3-3a平台有限元模型图(主视图)1桩基承载能力分析1 桩的轴向承载能力分析受压桩的轴向承载力，主要取决于桩本身的材料强度或桩周围土壤对桩的支持能力。
对于摩擦桩，它的承载能力通常由后者决定。
打入土壤中的桩，在不出现过份变形和应力条件下，所能安全承受的桩顶轴向载荷，一般认为由桩身表面摩擦阻力和桩端支撑力共同承担。
根据静力平衡条件，可写成如下的表达式：T s p Q Q Q =+(4-1)式中：Q T ——桩顶载荷； Q s ——桩身摩阻力； Q p ——桩端阻力。
海洋平台现场动态应力测试
第19卷第1期海 岸 工 程2000年3月文章编号:100223682(2000)0120020207海洋平台现场动态应力测试侯 强1,张衍涛2,刘永庆2(11胜利石油管理局海洋石油开发公司,山东东营257237;21胜利石油管理局勘察设计研究院,山东东营257237)摘要:迄今为至胜利浅海油田已相继建成大小平台几十座,平台结构型式主要是导管架式,导管架平台的结构计算理论已基本成熟,现场应力测试是对平台结构设计的验证、补充和发展,但是有关平台的现场应力测试在海洋工程界则是一个空白。
本文主要介绍埕北25A井组平台现场应力测试的方法、结果以及与理论计算的对比。
关键词:海洋平台;应力测试;结构计算;应变计;测点中图分类号:T E931+12 文献标识码:A1 概 述埕北25A井组平台的现场动态应力测试远较陆上结构物应力实测复杂和困难。
其主要原因是由于平台测点全部在海平面以下,测点的安装和测量导线布置须在结构物陆上施工阶段完成,而且必须考虑具有一定强度的严密防护及其保护措施,以防结构入海后海水对测试元件的长期浸蚀及施工作业过程中(拖运、吊装、下水、打桩、焊接等)的意外损坏;其次是在平台初步建成而附属施工脚手架尚未折除之前,要及时把测量导线引上平台、加以适当固定和保护;当平台上部建筑全部完工,平台投入使用后再选择合适的时间进行应力实测试验。
另外,试验条件恶劣,结果无法现场分析、判断,一旦在准备阶段出现失误则无法弥补。
为此,必须在实测前做好大量准备工作,我们经现场实测取得了比较好的结果,为设计人员针对本海区建立比较真实的结构计算模型提供了依据。
2 应变计海下防护的实验室研究用应变电阻法测量结构物受载时的应力,是静态、动态应力应变量测中使用最为广泛的一种方法。
应变计是检测传递结构变形的关键元件,必须保证其粘贴后对结构有较高的绝缘电阻,否则一旦应变计通电后会产生较大的漏电流,将直接影响测量系统的稳定性和正收稿日期:1999211210,修订日期:1999212220确性,故即使在空气介质环境条件下的应变测量,应变计都得涂敷防潮密封剂,以防应变计吸潮后破坏电绝缘性能。
水下海洋工程管汇管管道应力分析研究
水下海洋工程管汇管管道应力分析研究发布时间：2021-01-25T02:26:01.971Z 来源：《防护工程》2020年29期作者：陈泓宇[导读] 当前随着世界经济发展，能源作为经济发展命脉得到更加广泛的开发，不断增加的需求使得很多陆地能源矿产趋于枯竭状态，人类正在面临不断增加的能源危机压力。
滨海概念人力有限公司天津市 30000摘要：当前随着世界经济发展，能源作为经济发展命脉得到更加广泛的开发，不断增加的需求使得很多陆地能源矿产趋于枯竭状态，人类正在面临不断增加的能源危机压力。
为了化解这一危机，很多石油石化公司将眼光从陆地转向了海洋。
从目前的勘察发现，广袤无边的海洋是一个巨大的宝藏库，在深不可测的海底蕴含着丰富的石油、天然气资源。
在石油化工技术的不断发展下，对海洋能源资源的开采利用开始发展起来。
当前，我国在此能源背景下，高瞻远瞩，不断发展海洋能源开发利用工业技术，由此形成了较为完善的开发利用技术体系，并不断得到完善和发展。
当然，尽管我国取得了诸多相关成就，但是同西方发达国家在技术层面仍存在一定的差距，尤其是在水下控制系统以及生产系统设计、管道设施设计及其施工方面，有着各种阻碍和缺陷，这些问题制约着我国迈向海洋、利用海洋的战略发展目标。
对此本文立足于水下海洋工程管汇管管道方面，重点探讨管道应力相关内容，通过理论分析和数学计算来为当前我国在水下管道设计施工以及维护方面提供建设性思路。
关键词：水下海洋工程；水下管汇；管道应力分析一、海洋环境概述海洋作为地球重要的组成部分，在海洋开发技术甚为薄弱的时代，人们往往只是充满了对海洋的敬畏，利用海洋的手段仅限于渔业资源的获取和远洋运输。
当前随着海洋开发利用技术的不断进步以及陆地资源日渐枯竭的前提下，人们开始将眼光从陆地转向了海洋。
从目前的勘察发现，广袤无边的海洋是一个巨大的宝藏库，在深不可测的海底蕴含着丰富的石油、天然气资源，这对于缓解人类能源危机提供了有效的方案途径。
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根据 前述 ，栈桥 在 Ｐ Ｐ平 台和 ＷＨ Ａ 平 台两端 的安 装 固定方 式分 别为 滑动连 接 和铰接 ； 当平 台 Ｓ Ｐ
间发 生相 对运动 时 ，管道会 同时产生轴 向滑动 和横 向运动 。 移 组合 时，假 定 ＷＨＰ 平 台静止 ， Ｐ Ｐ 位 Ａ Ｓ 平 台相 对于 其运 动而 产生 的位移 参 见表 １ ；然后 ，根 据位 移判 断管 道处 于拉 伸还 是压缩 状态 ，取两 者
．
固定 支架 ，其 余部分 为平 台管 道 。 ２ ４计 算结 果 ．
２４１应 力 分布 ．．
管 道拉伸 和压 缩状 态下 的应 力分布 结 果参 见表 ２ 。可 见 ，管道在 拉伸 和压缩 状 态下 的最 大应 力点 位置 和最 大应 力 比均发 生 了变 化 ，前者 出现 在节 点 ２ ０三通 连 接处 ， 为 ５ ．％，后 者 出现 在 节点 ３ ８ ７ ７８ ９
１ 荷 载 考 虑
跨 栈桥 的管 道与 平 台上 的管道相 比 ，应 力分 析 中需 要考 虑的 荷载 除 了压 力 、重 力 、温 度和 各种 偶
然 荷载外 （ 震加 速度 、风 载 、安全 阀泄 放 反力和 水锤 力 等 ）Ｌ，还 需要重 点考 虑平 台 间相对运 动 导 地 ２ Ｊ
致 管道 产生 的位移 荷载 。
关 键 词：栈桥管道；位移荷载；应力分析 中图 分类 号 ：Ｔ ９ ３ Ｅ ７ 文献 标识 码 ：Ａ
０ 引 言
栈 桥是 连接 海上 油气 田两个 或 多个平 台间油 气水 管线 、电控线 缆和 人员通 行 的通道 ，一 般采 用空 间框 架钢 结构 ， 也有 少数 采用平 面框 架钢 结 构…。 大 ２．／２２油 田开 发项 目中原油外 输 时采用 的是 旅 ７２３．
横向
轴向
Ｄ Ｘ
ＤＺ
ｌ ０． ６ ９９ ０５７ ．
一帅 一
‘
２ ３管 道模型 ．
管 道应 力分 析模 型参见 图 １ 点 １－ ０为高 度 Ｅ ２ ｍ 栈桥 管道 部 分 ， 中节 点 １ 栈桥 中心 ，节 ０４ Ｌ６ 其 ０为 处 的固 定支架 ，节 点 ２ ０和节 点 ３ Ｏ为承 重支 架 ，节点 ４ ０为导 向支 架 。节点 ４ ０ ５ ０为 高度 Ｅ １ｍ 栈 ５～ ０ Ｌ５ 桥管 道部 分 ，其 中节点 ４０为导 向支架 ，节 点 ４ ０和 节 点 ４ ０为承 重支 架 ，节 点 ５ ０为栈桥 中心 处 的 ５ ６ ７ ０
海洋平 台栈桥管道应 力分析 的模拟方法
张海成，刘 敏，罗 翊 ，王 明鑫 ，李 韬
（ 海洋石油工程股份有 限公 司，塘 沽 ３ ０ ５ ） ０ ４ １
捅 要 栈桥是连接海上油气田两个或多个平台间油气水管线、电控线缆和人员通行的通道。平台间在风、波
浪 、船舶 靠泊等荷 载作用 下会发生相对运 动，通 过栈桥的管道会承 受平台间相 对运 动产 生的位移荷载 ，管
５ ２卷
增刊 １
张海成，等： 洋、 台栈桥管道应力 分析的模拟 方法 海 ｛
２３ ０
专
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人
◇一
图 ２ 栈桥上布置膨胀弯
∥ ｌ
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图 ３ 栈 桥 滑 动 端 布 置 膨 胀 弯
４ 结 论
本文通 过 旅大 ２ —／２２油 田开发 项 目栈桥 管道柔 性计 算 实例 ，介绍 了栈桥 管道 应 力分析 中需要 ７２３ ． 重 点考虑 的 问题 和模 拟方法 ，并根 据计 算 结果对 管道 布置提 出建议 和进行 优化 ，为 以后栈 桥管 道 的设 计提供 计算 方法 和参考 依据 ，结 论如 下 ：
动：而铰接时，栈桥在平台运动 中可 以相对于原始位置产生一个转角，在水平方向发生一定的转动，
收稿 日期 ：２ １－４０ ：修改稿收稿 日期：２ １．７１ ０ １ —８ ０ ０ １０ ．３
张海成，等： 海洋 台栈桥管道应 力分析 的模拟方法
２ ０ｌ
因此管道 的运 动趋 势是 轴 向滑 动和 横 向运 动 。
引起 ＷＨＰ 平 台出现 较大 的晃 动 ， 由于 栈桥 中心 固 定支架 处产 生 的反 力是传 递 的力 的一部 分 ，因此 Ａ 需要 计算 固定 支架 处 的反力 大小 ，并避 免其值 过 大 。本 例 中，栈 桥 中心 固定 支架 另一侧 连接 着 ＷＨ Ａ Ｐ
平 台，管 道处 于拉 伸和压 缩 状态 下的 反力 分别 为 ５ ４ 和 ６６ｔ ． ｔ ．２，需要 提交 相关 专业 进行校 核 。 ２
２ 管道柔性计算实例
旅大 ２ ．／２２油 田包括 Ｐ Ｐ平 台、ＷＨＰ 平 台 以及 ＷＨＰ ７２３ — Ｓ Ａ Ｂ平 台 ，其 中 Ｐ Ｐ平 台与 ＷＨ Ａ 平 台 Ｓ Ｐ 通 过栈 桥连 接 ；栈 桥长 ３ ｍ，与 Ｐ Ｐ平 台北 向成 ３ 。 角 ，分 两层布 置 在高度 Ｅ １ｍ 和 Ｅ ２ ｍ 的空 ０ Ｓ ０夹 Ｌ５ Ｌ６
道应 力分 析 处理方 法 的文献 尚不 多见 ，本 文应 用 Ｃ Ｓ ＡＥ ＡＲＩ软件 ，结合 旅 大 ２ ．／２２油 田开 发项 目 Ｉ ７２３ —
栈桥 管道 应 力分析 实例 ，详 细介绍 了栈桥 管线 应力 分析 的模 拟方 法 ，并根据 计算 结 果对栈 桥管道 布 置 提 出建议 进行 优化 ，为 以后 栈桥 管道 的设 计提 供计 算方 法 和参考 依据 。
中的最 大值 施加 在管道 支撑 上 。
表 １ 栈桥管道位 移值
位移值
横 向运 动 与轴 向 拉 伸组 合 位 移 ／ ｍｍ 横向 轴向 Ｄ Ｘ Ｄ Ｚ
—
Ｅ ５ 栈桥管道 Ｌ１ｍ
一
Ｅ ２ ｍ 栈桥管道 Ｌ６
４． ７７
９９ ７ ．５
横 向运动 与轴 向压缩组合位移／ ｍｍ
５ ２卷
增刊 ｌ
中
圉
造
船
Ｖｏ．２ Ｓｐ ｃａ １ ５ ｅ ｉｌｌ
Ｊ ｌ ０１ ｕｙ２ １
２１ ０ １年 ７月
Ｓ Ｐ ＵＩＤＩ ＦＣ ＨＩＢ Ｌ ＮＧ Ｏ Ｈｎ Ａ
文 章 编 号 ： １０．８ ２２ １） １０ ０ －５ ０ ０４ ８ （０ Ｓ —２ ００ １
２ １基础 数据 ．
管道柔 性计 算 时的基础 数据 如 下 ： 管道 为 ｌ”壁 厚 ９５ｍｍ， 作温度 ２ ℃ ， 低环境 温度 ．８ ４， ．２ 操 １ 最 １ ℃， 最高 设计温 度 ６．℃，设计 压力 １０ ｋ ａ ７８ ６ ０Ｐ ，水压试验 压 力 １５ｋ ａ ６０ Ｐ 。管道 应 力计算 时需 要考 虑地 震加 速 度和 风速 偶然荷 载 的影 响 ，三 个方 向地 震加速 度 分别 为 ０１０ ．５ ．３ ，０３７和 ０１４倍 重力 加速度 ，风速 ．３
（ ）栈 桥 管道应 力 分析 时 ，除 了考 虑 压力 、重 力 、温 度 和各 种偶 然荷 载 （ １ 地震 加速 度 、风载 、
安 全 阀泄放 反力 、水 锤力 等 ）外 ，还 需要 重点考 虑在 风 、波 浪 、船 舶靠 泊作用 下平 台 间相对运 动 导致
管道 产 生的位 移荷 载 ，栈桥管 道 的运 动 趋势取 决 于栈桥 在平 台两端 的安装 固定 方式 。
台的连接处 （ 参见图 ２ 和图 ３ ）。本文中，跨栈桥管道在与 Ｐ Ｐ平台滑动连接端处水平布置了两个膨 Ｓ
胀弯 ，其 臂 长为 ２５ ．ｍ；正是 这 两个膨 胀 弯 的存在 吸 收 了管道 的位 移 ，使 得管 系 的二次 应 力满足 规 范 要求 。同 时，膨 胀 弯臂长 的增 大 可 以进 一步 减 小管 系应 力和管 道推 力 ；例 如 ，将 上述 两个 膨胀弯 的 臂
弯头 处 ，为 ７．％，说 明管 道处 于压 缩状 态时 的应 力水 平较 大 。 ８７
２论文
２４２ 管 道推 力 ．．
５ ０ｔ 输油 轮靠 泊时对 Ｐ Ｐ平 台 的撞击 力较 大 ， 过 栈桥 钢结 构和 管道将 力传 递 到 ＷＨＰ ００外 Ｓ 通 Ａ平 台，
（ ）对 位移 较大 的 管道上 的支 架 ，应注 意 防止 管托滑 落 ，管道 的布置应 考 虑管 道变 形 前后 的位 ３ 置 是否 与其它 管道 和结 构冲突 。
（ ）对 于一 些位 移较大 和 发生位 移 循环 次数 较 多的管 道 ，应根 据 管系预 计 使用寿 命 下 的全位 移 ４ 循环 当量 次数 ，来 确定管道 位移 应力 范 围的减 小系 数 ，从而减 小许 用位 移应 力 的范 围，防止管 系 出现
在风、波浪 、船舶靠泊等荷载作用下，平 台间会发生相对运动，生根在栈桥上的支撑会随着栈桥
一
起 运动 从 而带动 管 道产 生运动 ， 栈桥 在平 台两 端 处安装 固 定方 式的 不 同会 导致 管道 产 生不 同的运 动
趋势 。其 安装 固定方 式通 常 为一端 焊接 固定 ，一端 滑动 连接 ；或者 一端 铰接 ，一端滑 动 。滑 动连 接 时， 栈桥 与平 台直 接接 触 ，同时在 栈桥 两侧 设有 挡块 以限制 其横 向运 动 ，管道 的主要运 动趋 势 是沿轴 向滑
（ ）栈 桥管 道 自身 ，一般通 过 改变 管道 的走 向或 增设 膨胀 弯 的 自然 补偿 形式 ，来 吸 收平 台相 对 ２
运动 产生 的附加 位移 和管道 热位 移 ；管 道 的膨胀 弯适 宜布 置在栈 桥上 ，或布 置在 栈桥 与平 台滑动 端 的 连 接 处 。对 于位移 较大 的管道 应特 殊考 虑 ，在 增设膨 胀 弯后也 无法 完全 吸收位 移 或受 空间 限制无 法增 设膨胀 弯 的情况 下 ，应 考虑选 用 软管连 接 。
长分 别增 加 ４ 和 ２ 后 ，计算得 到 的最 大应 力 比从 ７ ．％减 ｄ Ｎ ５９ 管道 处 于拉伸 和 压缩状 态 下 ｍ ｍ ８７ ， ６ ．％， 的推 力分 别从 ５２ ｔ ６ ２ 减小 到 ３９ ｔ ３５ ｔ膨胀 弯 的具 体形式 和位 置 需要应 力计 算后 才 能确 定 。 ． 和 ．ｔ ４ ６ ． 和 ． ， ０ ２