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地震灾害下跨接管结构的响应分析

作　者: 赖文龙
导　师: 唐文勇
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 跨接管动力响应地震波非线性弹簧管土相互作用
分类号: P756.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 82次
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内容摘要

在水下生产系统中,跨接管结构是连接两个水下生产系统内部结构的重要运输管道,连接生产树和管汇,或管汇和管汇,以及其他水下结构,如PLEM/PLETS(管汇终端)和立管束等。跨接管不仅能用于输送石油液体,也可以将水或者化学药品注入油井。本文着重从三个方面对跨接管进行研究,第一部分为跨接管结构在边界位移载荷作用下的极限强度分析,考察不同跨接管边界自由度的位移对于跨接管极限强度的影响,并在此基础上,对三种引起跨接管破坏程度较为严重的自由度,绘制跨接管达到极限强度时的位移范围,这对预测跨接管结构是否达到极限强度有借鉴意义。其次,研究水下生产系统跨接管结构在地震载荷下的动力响应特性。分析中计及了地震波沿水平和竖直两个方向的输入,采用非线性弹簧模型模拟跨接管与海床的耦合作用,同时考虑了地震作用下跨接管的动水作用效应。通过对不同影响因素下结构的动力响应结果分析,表明竖向地震波对跨接管结构水平响应幅值影响较小,但显著改变其响应频率;管土接触引起跨接管响应幅值变化明显,并激发跨接管高阶振型;地震下动水作用力对跨接管的响应幅值影响较大。最后,由于跨接管结构的形式特殊,管道的最低处与海床常发生相互作用,本文分析了用于描述管土相互作用的基于P-y曲线的线性弹簧单元、非线性弹簧单元和PSI单元(Pipeline-Soil Interaction)特性,并通过对比上述单元下跨接管结构的动力响应的差别,进而分析得出各个分析单元的适用范围。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-19
  1.1 课题背景及意义  12-18
  1.2 本文主要工作  18-19
第二章水下生产系统跨接管的数值模拟  19-32
  2.1 基于P-y 曲线的非线性弹簧模型  19-24
    2.1.1 P-y 曲线  19-23
    2.1.2 非线性弹簧模型  23-24
  2.2 海洋环境载荷  24-31
    2.2.1 温度载荷  24-26
    2.2.2 压力载荷  26-27
    2.2.3 位移载荷  27-29
    2.2.4 波流联合载荷计算  29-30
    2.2.5 地震载荷  30-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章跨接管极限强度分析  32-42
  3.1 跨接管极限载荷研究现状  32-33
  3.2 极限载荷数值计算方法  33-34
  3.3 载荷极限强度判定准则  34-36
  3.4 极限边界位移分析  36-41
    3.4.1 位移对跨接管极限承载能力的影响  38-39
    3.4.2 绘制边界位移引起跨接管结构达到极限强度范围  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章跨接管在地震载荷下动力响应  42-59
  4.1 海底管道地震载荷下动力响应分析研究进展  42-43
  4.2 跨接管振动模型  43-45
    4.2.1 地震方向讨论  44
    4.2.2 管土接触影响因素  44-45
    4.2.3 地震动水作用  45
  4.3 跨接管振动模型数值模拟  45-47
  4.4 地震下跨接管动力响应特性  47-57
    4.4.1 实例介绍  47-48
    4.4.2 模态分析  48-49
    4.4.3 计算结果分析  49-50
    4.4.4 地震方向因素影响  50-52
    4.4.5 管土接触因素影响  52-55
    4.4.6 地震动水作用因素影响  55-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章跨接管管土相互作用  59-75
  5.1 管土相互作用研究进展  59-60
  5.2 动力响应特性  60-74
    5.2.1 跨接管与土壤相互作用模型  60-63
    5.2.2 PSI 单元（Pipe-Soil Interaction）  63-65
    5.2.3 计算结果分析  65-74
  5.3 本章小结  74-75
第六章总结与展望  75-77
  6.1 本文总结  75
  6.2 工作展望  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间发表或录用的论文  82

地震灾害下跨接管结构的响应分析

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