【摘 要】
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钢悬链线立管（Steel Catenary Riser,SCR）因具有结构简单、成本低和对浮式平台的良好适应性等优势,广泛应用于海洋油气开发中。SCR集海底管线于一体,在海洋环境、浮体运动及海床联合作用下存在着复杂的动态响应,特别是引发的触地区疲劳问题,成为立管设计的关键所在。围绕SCR与海床的非线性相互作用展开深入研究,包括建立考虑海床土刚度退化和沟槽发展的管土作用模型、浮体二阶运动对立管触地区
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“考虑管土相互作用的钢悬链式立管与浮式平台整体分析方法研究”；
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钢悬链线立管（Steel Catenary Riser,SCR）因具有结构简单、成本低和对浮式平台的良好适应性等优势,广泛应用于海洋油气开发中。SCR集海底管线于一体,在海洋环境、浮体运动及海床联合作用下存在着复杂的动态响应,特别是引发的触地区疲劳问题,成为立管设计的关键所在。围绕SCR与海床的非线性相互作用展开深入研究,包括建立考虑海床土刚度退化和沟槽发展的管土作用模型、浮体二阶运动对立管触地区动态响应的影响、土吸力模型等内容,探究SCR与复杂海床的相互作用机理,完善多介质耦合效应下立管动力分析程序,从而提高SCR响应预报精度。主要工作如下:首先,基于P-y曲线建立考虑海床土刚度退化和沟槽发展的管土作用模型。运用P-y曲线模拟SCR与海床的相互作用,其中海床支撑力P中采用对数函数表示的弱化因子来体现往复作用下的土刚度退化,y表示立管的贯入深度,通过记录上一次贯入深度来体现沟槽的发展。将改进的P-y曲线嵌入立管动力分析程序CABLE3D RSI,开展SCR触地区参数敏感性分析。其次,基于改进的立管动力分析程序,建立浮体-SCR-海床的耦合分析模型,研究浮体二阶运动对SCR触地区动态响应的影响程度。前期研究以简化的浮体一阶运动激励下研究立管触地区的动态响应,实际上浮体的二阶运动即慢漂运动会使立管在不同位置发生振荡运动,近端漂移时触地区产生更大的弯曲应力,远端漂移时则顶端产生更大的轴向应力。通过编写程序接口,将平台水动分析软件得到的实际运动响应导入立管分析程序,数值分析结果表明二阶运动会造成触地区更大的疲劳损伤。最后,将STRIDE和CARISIMA试验获取的土吸力模型嵌入立管分析程序,研究管线拔出速度对吸力和触地区动力响应的影响。深海以软黏土海床为主,吸力是软黏土海床的重要特性,实验结果显示管线拔出速度影响吸力大小和持续时间,进而影响立管动力特性。分析结果表明:拔出速度越大,则吸力越大且作用距离增加,这和试验结论一致;运用改进程序分析立管直径、管线拔出速度对触地区动态响应的影响。
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