海洋管道的立管设计

5.2 立管的设计与受力分析-结构分析
利用有限元进行结构整体分析 交变载荷下涡激振动分析 疲劳分析
5.2 立管的设计与受力分析-疲劳分析
疲劳分析的目的是确保结构有足够的安全性，防止结构在计划 寿命期内疲劳损坏。 当结构的实际板厚超过参考板厚 tref 22mm时修正的S-N曲线：
log N
➢ 软管：一般由橡胶管， 压固层， 铠装层 ， 尼龙外 套组成
➢ 快速联轴节：挠性立管与浮式结构上相连的部件 ➢ 水中支撑拱架和浮筒 ➢ 立管底盘：是立管在海底的重力基座，承受立管传
来的载荷并保持在海底的稳定性。
柔性立管内部结构
柔性立管内部结构
柔性立管的铠装层
挠曲形状
自由悬链线 双悬链
挠性立管
第五章 海洋管道的立管设计
5.1 立管的型式与组成 5.2 立管的设计与受力分析 5.3 立管的安装
5.1 立管的型式与组成
立管的型式
上下平台立管型式
上下平台的立管型式
人工岛的立管型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
登陆立管的型式
深水立管系统
挠性立管
挠性立管: 挠性立管系统又叫动力管系统， 有四 部组成
二、海上钢平台的立管安装
1。平台装有预装构件 （J 形安装） 两种方法： 直接牵引安装立管 铺管船辅助安装立管
5.3 立管的安装
➢直接牵引安装立管：正 向牵引和反向牵引； 用J形管安装立管可一次 成型， 不需再将立管与海 底管道连接，即使管道需 接长， 也可以在水面以上 焊接， 焊接质量易于保证。 但用J形管安装立管时， 要求J形管弯头部分弯曲 半径较大， 所以只适用于 较深水域和较小的管径
5.3 立管的安装
2。平台没有预装构件: 采用L形立管安装构件
5.3 立管的安装
5.3 立管的安装
外立管在水下联接的步骤：
用铺管船的高架吊吊起立管并沿导管架垂直放到海 底， 用立管卡把立管固定在导管架上；
用驳船锚泊定位，通过固定在立管弯头处的定滑轮 把管道拉到立管弯头处。
潜水员将立管与管道焊接起来 L 形吊装法适用于浅海海域，但需要长时间的平请海
◦ 机械联接器联接：不用潜水员，但要求定位精 确， 一般在水深超过120m 的海区应用过。
5.2 立管的设计与受力分析-设计原则
总体布置上尽量利用立管所依附结构对它保护 结构设计上应保证在特殊载荷下能安全运行，
防止可能出现过度屈服， 屈曲，失稳， 疲劳， 断裂，加重层破坏等。 输送高凝原油时，立管部分是薄弱环节，因此 保证管路在立管这个‘咽喉’部位的畅通十分 必要。 海洋管道的立管是依附于平台或 其它结构物的， 和其构件往往有交叉， 二者之间相互作用。
最不利的环境条件时分别取0.72和0.96。
5.3立管的安装
当立管进行起吊或下放时，应使起吊力和立管 重心在一条垂线上，否则立管就会旋转。
5.3 立管的安装
对水平管道的吊起，应分步进行，逐步把水平 管吊出水面。应对各步均进行吊装受力分析， 计算各步吊装时的内力。
这种L形吊装方法适用于浅海海域，但需具有较 长时间的平静海面。其最大优点是结构简单， 是浅水立管常用的安装方法。
5.3 立管的安装
5.3 立管的安装
三、浅海登陆上岛立管的安装
浅海登陆立管的安装 对大多数非岩基的平缓岸滩，多采用挖沟埋放办法用 绞车牵引管道， 使其沿海底拖入管沟。 犁沟方式成功地用于砂土，粘土及覆盖着岩石的土壤。 最大沟深可达3m。 登陆管段在用海底拖管法拖拉时，管段可由牵引船上 的绞车从岸上向海洋牵引，也可由岸上的绞车从海洋 向岸上牵引。 当岸滩为基岩或砺石时，埋放登陆管段的管沟可用爆 炸法爆破。 对采用护管架和架管桥的登陆立管，由于所处位置水 深较浅 ， 一般都在陆上预先焊接组装，然后一次吊装。
挠性立管
立管的型式与组成
立管的组成
◦ 立管管段 ◦ 立管支撑构件
立管的型式与组成
立管与海底管道的连接
◦ 法兰联接：最常用的联接方式。 这种联结方式 是在立管下段弯头的法兰与海底管道的法兰之 间加一段30m 以上的连接管段， 连接管段两端 用法兰连接
◦ 焊接联接：海面焊接（海底管道吊出水面， 适 用于浅水）；海底工作室焊接（常压下）； 水 下高压焊接 （高压工作室）
5.3 立管的安装
1。主动牵引绞车 2。海底井口 3。配套滑橇 4。底托开沟犁 5- 浮筒 6。登陆管道
人工岛立管的现场安装
人工岛立管的现场安装
可按内立管的安装方法进行。
面。其最大有点是Байду номын сангаас构简单，是浅水立管常用的方 法
5.3 立管的安装
5.3 立管的安装
吊装过程中的强度分析 目的是为了决定正确安装方法，不致使管道
遭受损伤。若吊装中有损整个管道的工作能力 或危及其安全性，则应修改吊装方案，甚至修 改管道设计。 管道应力应满足公式：
Ｎ轴力向；力 s；最Ａ小管屈道服的应横力截；面积利；用Ｍ系弯数矩，；当Ｗ载管荷道工的况截为面基模本量工；况 和y 环考向虑应
正向牵引是从海上 平台把牵引钢缆通过 J 形管而将海底管道 硬拉通过J形管； 反向牵引是从海底 管道与立管联接处进 行， 由于反向牵引
可借助立管的自重的 作用， 所以所需牵 引力比正向牵引要小。
5.3 立管的安装
➢铺管船辅助安装立管：适用于管径不大于５00ｍｍ的管道
5.3 立管的安装
在分析立管受力时假定J形管相对于立管是刚性 的。在立管与J形管接触时， J形管不变形，而 立管变形。 立管所需的牵引力：
log
A
m
log
S
t tref
k
疲劳的总累计损伤度为：
D
k i 1
Di
n1 N1
n2 N2
n3 N3
...
nk Nk
k i 1
ni Ni
疲劳寿命：
L 1 D
5.3 立管的安装
一、内立管的安装
将海底管道牵引至预定联接位置并固定好 内立管垂直端与海底管道的连接
5.3 立管的安装
◦ 恒载+设计压力+风力+波浪力+海流力 ◦ 恒载+设计压力+风力+冰力+海流力 ◦ 恒载+设计压力+地震力
安装状态
◦ 安装作用力+相应的环境载荷
5.2 立管的设计与受力分析-结构分析
海洋立管受到非线性的水动力，是大位移的动态 过程。
为了防止立管出现过度 屈服、屈曲、疲劳等引起 损坏和失稳，应对立管的强度和稳定性进行校核。 其校核包括屈服、屈曲，压曲扩张、压杆稳定等。
5.2 立管的设计与受力分析-设计载荷
工作载荷
重力，设计压力和温度变化产生的作用力等。
5.2 立管的设计与受力分析-设计载荷
环境载荷
◦ 风载荷 ◦ 波浪载荷 ◦ 海流载荷 ◦ 海冰载荷 ◦ 地震载荷
偶然载荷
5.2 立管的设计与受力分析-设计载荷
5.2 立管的设计与受力分析-载荷组合
在位工作状态
计算包括以下几部分： 计算设计压力作用（包括管子自重和浮力影响）下立管 的环向应力和轴向应力。 计算环境载荷作用下图示模型的应力，计算时可将风力、 波浪力和海流力（或冰力和海流力和风力）乘以动力系 数， 然后按静立计算。
5.2 立管的设计与受力分析-结构分析
在海底管道埋入点（点1）允许管道有 轴间位移，而垂向和X向加约束，已埋 地海底管道作为立管系统的边界，具有 边界效应，可视为沿轴间施加一推力， 该推力可由海底管道计算得出，海底土 壤的约束可视为双向弹簧支承，根据土 壤性质确定。点2、3、4、5为X向和y向 弹簧，点8、9为y向和z向弹簧：平台与 立管联接的管卡是平台对立管的约束， 可以用拉压弹簧或扭转弹簧来模拟。立 管可以沿轴向位移、而点12、13、14沿 x向和z向以及绕x和z向有一定刚度。