海底管道舷側起吊分析方法綜述

摘 要：本文介紹了海底管道舷側起吊分析所包含的內容和相關要求，適用于淺水（通常水深小于60米）海底管道起吊分析。

關鍵詞：海底管道 鋪管船 托管架 分析方法

中圖分類號：〔TE54〕

1、引言

海底管道是指管道系統在最高潮位水面以下的部分，不包括立管與膨脹彎。舷側起吊是海底管道進行鋪設或維修過程中常用的方法。海底管道舷側起吊計算分析主要是對其強度進行計算，檢驗其是否滿足規范要求。

2、分析方法與流程

2.1分析流程

海底管道起吊分析過程主要包括確認設計基礎、確定設計準則、建立計算模型并分析、校核計算結果以及編制設計報告，計算分析流程見圖2。

圖2 計算分析流程

2.2設計基礎確認

在進行設計分析之前，需對設計基礎和依據進行梳理和確認，以便獲取完整準確的設計資料，包括環境參數（水深、潮汐、海床特性等）、海底管道參數（管道特性、涂層特性、法蘭等附屬結構物信息）、施工船舶資料（船舶性能、舷吊信息）。

2.3分析軟件、標準規范及方法

分析軟件可采用OFFPIPE，標準規范通常采用DNV-OS-F101“Submarine pipeline systems”。海底管道起吊分析的過程為，海底管道的自由端通過減少各個索具的長度，被慢慢提升到海面以上。海底管道起吊分析為一系列的靜力分析，主要考慮功能荷載對海底管道的影響。功能荷載可以分為以下幾類：重力和浮力、靜水壓力、起吊作用力。

2.4建立計算分析模型

對結構物進行模擬，建立計算模型。

1）建立主作業船模型；

2）定義結構單元、結構物特性、環境特性參數、附屬結構物特性；

3）定義起吊索具的數量、支撐類型、長度或張力、起吊索具間的管道長度；

4）定義海底管道的起始端和末端的邊界條件。

2.5運算并輸出

對計算模型進行運算，輸出計算結果，包括： 管道節點坐標、內力（彎矩、軸向力等）、應力/應變、著地點位置、索具拉力等。

2.6結構物強度校核

2.6.1局部屈曲校核方法

DNV-OS-F101“Submarine pipeline systems” （海底管道系統） 的設計方式是建立在極限狀態和分項安全系數方法基礎上的，也被稱為荷載和抗力系數設計方法（LRFD），應用此方法來校核局部屈曲。

分項安全系數設計方法的基本原理是在任何考慮的破壞方式中證明系數化的設計荷載不超過系數化的設計抗力，則滿足安全要求。

式中：

=設計荷載效應（Design load effect）

=設計抗力（Design resistance）

2.6.2 應力校核方法

根據DNV 1981“Rules for submarine pipeline system” （海底管道系統規范1981） Section 4.3：許用應力法（Allowance Stress Design ，簡稱ASD）的要求，應用以下判據來校核結構物應力：

（2）

式中：

N=軸向力

A=管道的橫截面積

M=管道彎矩

W=管道的截面模量

=環向應力

=規定的最小屈服強度

μ=安全系數，取0.72

2.6.3 吊裝能力校核

通過吊裝能力校核，確保吊裝力滿足起吊設備能力的要求。

3、結語

此文對海底管道舷側起吊前期的計算分析方法進行了淺述，希望此文能對同行有所幫助。當然，文中提到的某些方法也有待進一步思索和改進，這也是今后不斷努力實踐的方向。

參考文獻

[1]梁光輝 成二輝，大尺寸雙層海底管道舷側起吊輔助措施；石油工程建設，2015年，41（1）： 1～3.

[2]DNV-1981 Rules for submarine pipeline system.

[3]DNV-OS-F101-2005 Submarine pipeline systems.

作者簡介

焦冬梅：女，1979年生，本科，高級工程師，主要從事海底管道安裝設計方面的工作。