海底管道新型鋪管方法——卷管法的施工技術(shù)研究.pdf

1、卷管法是20世紀(jì)末開始發(fā)展起來的一種新型的鋪管方法，鋪管效率高、費(fèi)用低，已在美國等國家得到應(yīng)用。本文以卷管法這一新型的鋪管方法為主要研究對象，在一定的假設(shè)和簡化的基礎(chǔ)上，對管道在鋪管過程中主要遇到的純彎、拉彎、壓彎、徑向壓力等受力模型進(jìn)行了解析幾何方面的研究和探討，并結(jié)合有限元方法對上述受力模型進(jìn)行分析和計(jì)算，為管道在承受上式作用力時(shí)提供理論依據(jù)和參考價(jià)值。 本文的主要研究成果概述為以下幾個(gè)方面： (1)對管道環(huán)形截面在

2、純彎矩作用下進(jìn)行彈塑性分析，確定了管道的最大彈性彎矩和塑性極限彎矩，并根據(jù)兩者的關(guān)系確定了管道的截面形狀系數(shù)。分別按不考慮材料強(qiáng)化以及考慮材料強(qiáng)化兩種情況計(jì)算不同彈塑性狀態(tài)下的彎矩值，建立了管道環(huán)形截面在純彎矩作用下彎矩和曲率之間的關(guān)系。建立了管道的純彎有限元模型，分別以考慮材料的強(qiáng)化和不考慮材料的強(qiáng)化進(jìn)行了純彎有限元分析。分析結(jié)果表明，解析計(jì)算和有限元計(jì)算的結(jié)果大體上是吻合的。 (2)對管道環(huán)形截面在拉彎作用下進(jìn)行彈塑性分析，

3、根據(jù)三種不同類型的應(yīng)力分布分別計(jì)算了無量綱軸力n和無量綱彎矩m同無量綱參數(shù)γ和δ之間的關(guān)系，并且根據(jù)計(jì)算結(jié)果給出了具體的數(shù)值模擬圖形。這一系列計(jì)算公式不僅適用于管道截面，也適用于任何環(huán)形截面，為在環(huán)形截面應(yīng)力分布已知的狀態(tài)下計(jì)算管道的無量綱軸力n和無量綱彎矩m提供了依據(jù)。建立了管道的拉彎有限元模型，分別按不同的n值和m值的組合對管道施加荷載進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果得到了管道的無量綱曲率φ與n值和m值的相關(guān)關(guān)系表。 (3)對管

4、道在壓彎作用下進(jìn)行彈塑性分析，通過對該過程進(jìn)行簡化建立了管道的壓彎模型并以此模型為基礎(chǔ)分別按彈性變形和塑性變形兩個(gè)階段計(jì)算了彈性極限壓力和塑性極限壓力兩個(gè)作用力。建立了管道的壓彎有限元模型，通過施加不同的壓力對管道進(jìn)行有限元分析，彈性極限彎矩的解析計(jì)算和有限元計(jì)算的結(jié)果相差7％左右，管道在壓力達(dá)到200kN左右時(shí)達(dá)到塑性極限狀態(tài)。 (4)對管道環(huán)形截面在軸向拉力和環(huán)形均勻徑向壓力組合作用下的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析，確定管道在彈性階段