海底管道的沉降量计算

根据极限平衡和极限分析方法,建立了软黏土地基土体上海底管道的极限承载力计算公式.当地基处于极限状态时,基础作用于地基的全部荷载应该等于该地基土体的承载能力,根据这一关系式可以推导出海底管道沉降量的计算公式.通过对试验结果的分析,证实所采用的计算方法是可行的.     

横力弯矩作用下周向裂纹管的塑性极限载荷

目前对承受弯矩的裂纹管道的塑性极限载荷的研究一般都只限于纯弯矩 ,而工程实际中承受弯矩载荷的管道大部分是横力弯矩 ,截面上同时存在正应力和剪应力 ,尤其是管道的跨度较短 ,所受的横向力较大时 ,剪应力对管道的极限承载能力有较大的影响。基于以上考虑 ,建立了含周向裂纹管道在横力弯矩组合载荷作用下的塑性极限分析模型 ,推导了包含埋藏裂纹、内表面裂纹、外表面裂纹和穿透裂纹等不同裂纹形式在拉力、横向力及内压作用下的极限载荷计算公式 ,计算公式可用于周向裂纹管道在各种载荷条件下的安全可靠性评估     

冲刷后地基土体特性及平台桩基承载力研究

评价冲刷对桩基础的影响常采用将冲刷掉的土层直接移去且认为下层土体物理特性不变的方法。该方法忽略了冲刷前后土体经历的应力历程的差异及由此导致的土体特性变化。基于冲刷作用下砂土地基土体特性的变化,对平台桩基承载力性状进行了研究。对冲刷后砂土地基土体的摩擦角、相对密度和超固结率进行了估算。在此基础上提出冲刷后砂土地基极限土抗力计算公式,并对冲刷后桩基土抗力p-y曲线进行了修正。最后利用SACS 5.2软件分析冲刷后横向受载桩的动力响应。分析结果表明,忽略冲刷后土体特性的变化可能会导致横向受载桩过于保守的设计。     

硬土层地基破坏模式及承载能力有限元分析

存在硬土层的层状地基承载能力分析是自升式平台插桩分析的关键问题。目前对于成层土地基的极限承载力往往采用近似的方法进行计算,对地基土的破坏机制以及中间荷载下土体的应力、应变情况等问题未得到很好的解决应用有限元法(FEM)对自升式平台在硬土层地基中插桩时地基土的破坏模式和承载能力进行了分析,研究表明,B/H越大,下伏软土层越容易发生塑性破坏,极限承载力明显下降,当B/H<0.3时可以忽略下伏软土层对地基承载力的影响有限元法与3:1扩散法计算的地基极限承载力结果十分接近,通过对某平台就位实例的分析表明,有限元法分析结果与实测结果较为吻合。     

南海某油田防沉板极限承载力研究

防沉板是水下生产系统常用的基础结构之一,其极限承载力是影响上部结构安全稳定的重要因素。为解决南海油田防沉板的极限承载力计算问题,依托南海某油田水下生产系统,根据API规范,计算了防沉板在实际工况下的极限承载力; 采用Abaqus有限元软件,建立土体和防沉板的有限元模型,在对土体进行地应力平衡的基础上,采用位移控制法,得到了防沉板的载荷-位移曲线,据此得到防沉板基础的极限承载力,并分析土体在竖向位移下的破坏规律; 将依据API规范计算的极限承载力与有限元仿真结果进行对比,显示两者相差1.23%。研究成果对防沉板的稳定性评估具有一定的指导意义。     

基于可靠性腐蚀评价准则的开发

油气管道随着服役时间的增加,由腐蚀引起的管道穿孔和断裂等事故隐患加大,因此,对腐蚀管道进行可靠性评价具有重要作用。针对代表大泄漏的最大极限状态和代表小泄漏的泄漏极限状态,根据压力、直径、产品、人口密度和环境敏感性所决定的预期失效后果的严重程度,使用安全等级系统来表征管道。根据评价准则的三个要素,对结果的准确性和一致性进行评价。还研究了基于特征和截面的评定方法,分析并评价了两种方法的适用性,对基于可靠性腐蚀评价准则的制定有指导意义。     

螺旋焊管焊缝噘嘴极限高度的分析方法

焊缝噘嘴引起的附加弯曲应力会降低管道承载能力和疲劳寿命 ,增加应力腐蚀开裂敏感性 ,控制焊缝噘嘴高度对于保证管道安全可靠性非常重要。螺旋焊缝噘嘴的应力集中 ,是复杂的三维问题 ,尚无成熟的理论公式可以利用。针对这种状况 ,在直焊缝理论公式基础上 ,通过理论和有限元分析 ,首次提出了螺旋焊管焊缝噘嘴附加弯曲应力和焊缝噘嘴部位最大应力的计算公式 ,建立了螺旋焊管焊缝噘嘴极限高度的分析方法 ,为螺旋焊管质量控制和安全性评定提供了理论依据     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。     

按桩土一体化确定单桩极限承载力

根据地基土的变形特性和桩土共同作用机理，以粘弹性模型为基础，提出单桩极限承载力的计算公式。高层建筑工程的实测数据表明，该公式与实际吻合较好，因此在桩基础的设计中具有一定应用借鉴价值。     

缺陷和损伤对导管架式海洋平台结构极限承载力的影响

首先讨论海洋平台结构缺陷和损伤的特点及在平台结构极限承载力分析中的考虑方法;其次根据平台结构完好和有损状态的极限承载力,定义了平台结构的储备强度和剩余强度;最后,采用导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析程序UAP,分析了裂纹类缺陷、凹痕类缺陷、腐蚀、海生物附着、地基土冲刷等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的影响,从而为海洋平台结构的维修决策提供了依据。     

工况对管道凹陷形成及管道安全性的影响

基于X70管道和刚性压头模拟管道外壁与硬物挤压或碰撞形成凹陷的过程,建立对象接触、外载荷加载、外载荷卸载有限元分析模型,将内压、外载荷的加载、卸载按照特定顺序组合构成影响管道凹陷状态的3种工况,研究3种工况下凹陷对管道应力、凹陷回弹及极限承载力能力的影响规律。研究结果表明,工况1、工况2下的最大等效应力发生在凹陷加载阶段,工况3下的最大等效应力发生在内压加载阶段。工况1下的凹陷回弹系数为0.403,工况2和工况3下的分别为0.45和0.759。工况2下管道极限承载力受凹陷深度影响最严重,工况3下管道极限承载能力受凹陷深度影响最小。     

高强度油气输送管道三通验证试验研究

选用不同厚度的三通专用板材,利用爆破验证试验方法,进行了DN1 200 Te555强度级别三通的极限承载能力测试和爆破断口分析,结果指出,厚壁三通在高应力状态下的爆破断口均属于脆性断口。基于试验测试结果,提出了优化的管道工程用Te555三通,该三通极限承载能力大于准1 219 mm管道12 MPa设计工作压力的3.5倍,具有较大的管道承压安全裕度,大幅度降低了三通热加工技术难度,并为今后管道工程用大直径三通的制造提供了设计依据。     

导管架式海洋平台全寿命极限承载力计算研究

对平台在全寿命期内,计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤因素及其随机特性,基于固定式平台结构基底极限抗剪切能力计算方法,发展了一种平台全寿命期极限承载力计算方法。并以一位于墨西哥湾海域处八桩腿导管架平台为例,进行了平台全寿命期内动态承载力计算,同时考虑其随机分布的特性,进行了统计分析,得到平台在每个瞬时服役期内的极限承载力统计量随服役年限的变化规律。     

氢环境中有轴向裂纹管道的承载能力评估

针对天然气输送工程中存在着管道的氢损伤问题,根据内聚力损伤模型,结合权函数方法,通过计算数学裂纹长度,提出了有轴向裂纹管道在内压和温差作用下及氢环境中承载能力的评估方法。分析表明,随着裂纹尖端氢浓度的增大,数学裂纹长度增大,管道的承载能力大大降低;裂纹的原始长度越大,管道的承载能力越低。因此,用管道输送天然气应尽量降低氢杂质（如硫化氢）的含量;在管道的生产和安装过程中应尽量控制其裂纹的长度,以提高管道在氢环境下的承载能力;若管道存在原始裂纹,应确定管道是否有足够的承载能力。     

砂性土中海上风电单桩基础水平极限承载力确定方法对比

总结已有的3类单桩基础的水平极限承载力确定方法,分别为极限平衡法、p-y曲线法和定性方法,并结合试验实例研究采用不同方法计算得到的水平极限承载力之间的差异性。结果表明：不同方法求得的结果差异性较大,最大差距可达38.84%。鉴于无统一的方法,以及采用不同方法得到的结果差异性较大,单桩基础的水平极限承载力确定还需要进一步研究。     

基于有限元分析的管道焊接修复方法研究

焊接是打孔管道的常见修复方法,主要采用接管、补板、套管3种方式。焊接修复方法的选用和了解焊接产生的应力对油气管道安全运营具有重要意义。为了掌握不同焊接修复方法的修复效果和适用范围,运用非线性有限元方法进行管道在内压作用下的受力分析,研究屈服压力与极限载荷评估修复结构承载能力的优异性,得出相对较优的管道焊接修复方法,并比较各焊接修复管道中几何效应对承压能力的影响。结果表明,应采用屈服应力评估焊接构件的承载效果; 3种焊接修复方法中,采用套管修复方法后的管道承载效果最好,套管的几何尺寸对管道承载效果影响较小; 补板修复管道的承载效果位于中间,补板的几何尺寸越小,管道的承载效果越好; 接管修复管道的承载效果最次,接管的直径越小、厚度越大,管道的承载效果越好。     

深海卷管铺设中的管道安全性分析

深海卷管铺设过程中管道发生了复杂的塑性变形,可能造成管道的失效,因此需要对管道的安全性进行评估。为此,首先对卷管铺设整个过程中管道的受力变形情况进行了分析,发现管道在上卷至卷筒时最易发生失效。其次对上卷时管道可能发生的失效形式进行了归纳和分析,获得了管道在各种失效形式下的极限承载公式。然后基于位移控制条件,得到了管道的极限弯曲半径,并结合极限承载公式,建立了管道失效的评价指标。最后以管径为16英寸（406.4 mm）的管道为实例,对管道的安全性进行评估,并采用有限元软件对管道上卷时张力对管道椭圆度的影响进行了分析。结果表明：①较大径厚比的管道在上卷时更易于满足极限载荷承载条件,但是对管道截面变形不利,当径厚比达到20时,不满足位移控制条件,已不适用于卷管法铺设;②较高的管材等级对卷管铺设中管道安全性有利;③上卷张力对管道椭圆度的影响较小,可以忽略。     

构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响

针对传统导管架平台在进行极限承载力分析时未考虑构件直线度缺陷对结果的影响问题,采用非线性逐步倒塌的分析方法研究构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响。根据直线度公式建立不同构件直线度导管架平台有限元模型,考虑导管架平台环境载荷作用,采用非线性倒塌分析方法计算导管架平台极限承载力。结果表明,导管架平台在45°方向强度储备能力最差,构件不直度使其极限承载力严重退化。     

L485M输气管道水压试验泄漏原因分析

针对某L485M钢级输气管道在水压试验中发生泄漏的现象,对泄漏部位进行了外观检验、理化性能及腐蚀产物分析。结果显示,该管线泄漏点位于管道6点钟位置,管线内壁腐蚀严重,主要表现为全面腐蚀及较深的腐蚀坑;泄漏的主要原因是由于土壤及水等进入管道,钢管内壁受腐蚀减薄,钢管承载能力下降,当试验压力大于钢管承载能力时,钢管开裂泄漏。对于新建管线,建议及时进行管道内部清理,避免对钢管内壁造成腐蚀,对于不能及时投入使用的新建管线,应在内部清理、干燥后进行封堵,避免泥土及水分等进入管线内部而导致腐蚀。