深水钢悬链线立管与海床间的相互作用研究

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随着钢悬链线立管(SCR)在深水油气开发中的广泛应用,其触地段与海床发生相互作用后容易出现疲劳破坏的现象愈发突出,使得立管与海床间的接触问题成为大家关注的焦点。与SCR连接的上部浮体受到浪、流的影响,会发生横向或垂向运动,从而影响立管触地段(Touch Down Zone, TDZ)与海床间的相互作用,容易导致海底沟槽的产生,且易使立管触地点(Touch Down Point, TDP)附近产生弯矩,对SCR的疲劳寿命产生不利影响。首先,参考国内外文献资料,根据对试验现象和已有研究成果的分析,考虑海床土体刚度退化和土吸力,建立管土间的相互作用模型。在模型中用非线性弹簧来模拟海床土体,该非线性弹簧的刚度用P-y曲线来描述。然后,基于大型有限元软件ABAQUS平台,使用UEL子程序来定义非线性弹簧单元,在ABAQUS中实现该管土相互作用模型。通过给立管初始触地点施加垂向循环位移荷载,主要研究分析海底所形成沟槽的形状、沟槽最大深度点的位置和触地点附近点弯矩的变化规律,为立管的疲劳破坏问题研究提供一定的基础依据。结果表明,在循环位移荷载的作用下,海床上形成了沟槽,且沟槽形态以及最大深度同海床土体是否为非线性、土体刚度大小、位移荷载最大值和循环周期次数都有关。最后,本文还对比分析了土体刚度变化、位移荷载大小变化和循环次数变化各情况下触地点附近一点的弯矩变化规律,为进一步研究SCR与海床间的相互作用提供参考。
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