Nonlinear Static Finite Element Stress Analysis of Pipe-in-Pipe Risers

Owing to the complexity of the pipe-in-pipe (PIP) riser system in structure, load and restraint, many problems arise in the structural analysis of the system. This paper presents a new method for nonlinear static finite element stress analysis of the PIP riser system. The finite element (FE) model of the PIP riser system is built via software AutoPIPE 6.1. According to the specialties of a variety of components in the PIP riser system, different elements are used so as to model the system accurately. Allowing for the complication in modeling the effects of seabed restraint, a technique based on the bilinear spring concept is developed to calculate the soil properties. Then, based on a pipeline project, the entire procedure of stress analysis is discussed in detail, including creation of an FE model, processing of input data and analysis of results. A wide range of loading schemes is investigated to ascertain that the stresses remain within the acceptable range of the pipe material strength. Finally, the effects of the location of flanges, the thermal expansion of submarine pipelines and the seabed restraint on stress distribution in the riser and expansion loop are studied, which are valuable for pipeline designers.     

真空预压侧向变形影响因素的研究

依据大量工程实测资料以及以比奥 (Biot)固结理论为基础的有限元分析结果 ,对固结系数、排水板打设间距、真空度、预压面积等因素对采用真空预压处理地基的侧向变形的影响进行了研究 ,并通过分析证明了巴隆轴对称固结理论单井假设的合理性     

低位抽真空加固软基的有限元分析

本文分析了低位抽真空加固软基的作用机理，并且用Ｂｉｏｔ固结果仿佛的有限元单元法分析了在不同的边界条件下的加固效果。     

碳化碱渣的工程土特性检测

本文介绍了生产纯碱的遗留物工业废料碱渣的化学成分，并通过常规的土工试验手段检测了其作为工程土应用表现的物理力学性质，分析了它作为填垫材料的可行性。     

坠落物体产生的冲击荷载对海底管线的损伤分析

提出了坠落物体产生的冲击荷载对海底管线的损伤一种简易可行的分析方法。对坠落物体进行分类,然后进行运动形式分析,求得冲击速度,根据动力问题控制方程,使用著名商业软件‘ANSYS/LS-DYNA’,‘LS-DYNA’是世界上最著名的通用显式动力分析程序,对实际的工程算例进行了仿真模拟分析。得到的计算结果与已有经验方程结果是基本一致的。该方法可以和一般风险分析方法一起用作海底管线损伤分析和保护措施校核分析。     

双拱初始缺陷海底管线水平向整体屈曲数值模拟分析

为了研究具有双拱反对称初始缺陷海底管线的整体屈曲特性,采用模态分析法将最可能出现的缺陷形态引入数值分析模型中。针对管线在高温高压作用下发生整体屈曲的动态变形特征,运用显式动力数值模拟方法研究了管线整体屈曲过程中水平向变形与轴向变形随温度和内压的变化规律,建立了在整体屈曲过程中屈曲管段与滑动管段轴力的变化过程与初始缺陷形态的关系。将数值模拟结果同经典解析解和室内模型实验结果进行对比,验证了本方法的可靠性。工程算例的分析结果表明,管线整体屈曲的发生是一个由低阶向高阶发展的过程,具有双拱缺陷的管线首先发生二阶模态的整体屈曲,而后过渡到四阶模态;管线整体屈曲的变形包括屈曲段的水平向变形和滑动管段的轴向缩进,其中水平变形释放了管壁内的轴力,轴力的释放量随初始缺陷尖锐程度的降低而增大;轴向缩进变形由于受到地基土的摩阻力使滑动管段内的轴力发生累积,轴力的累积量随初始缺陷的尖锐程度的降低而增加。以上研究成果对指导实际工程具有现实意义。     

考虑海底管线初始侧向变形的低阶模态

温度应力下海底管线的整体屈曲是海底管线设计中的关键问题之一,不埋或半埋的海底管线较易发生水平向整体屈曲。海底管线会因为制造的缺陷或铺设的原因而具有初始变形,即初始侧向变形。研究了初始侧向变形对海底管线整体屈曲的影响,应用小变形理论建立了单拱侧向变形和反对称双拱侧向变形管线发生低阶模态水平向整体屈曲的理论分析方法,结合工程实例分析了初始侧向变形形态、侧向变形幅值以及地基土体强度特性对管线水平向整体屈曲的影响。结果表明,初始侧向变形的存在使管线更易发生整体屈曲;而反对称双拱侧向变形比单拱侧向变形更易引起管线整体屈曲;随初始侧向变形幅值的增加管线发生整体屈曲所需要的温差降低,且整体屈曲变形形态有所改变管土间摩擦系数的增加会提高管线发生整体屈曲的温差,从而提高管线抵抗整体屈曲变形的能力。     

海工结构物桩基础竖向稳定性的可靠度分析

应用可靠度理论对渤海海域中海工结构物桩基础的稳定性进行了可靠度分析,阐述了各个设计指标的变化对分项系数及可靠度指标的影响规律,并进一步对各指标的灵敏度进行比较分析。分析结果表明,在各个设计参数中,厚土层的强度指标和设计荷载是两个相对重要的参数,在渤海海域中应用API标准中规定的荷载抗力系数进行设计是适用的。     

大直径钢管桩土塞效应的拟静力判断方法

钢管桩在贯入过程中土塞效应的正确判断对打桩阻力及承载力的预测有重要影响,常用的静力平衡土塞效应判断方法主要适用于小直径钢管桩。随着海洋平台工作水深的不断增加及海上风电工程的建设,直径大于2m的大直径钢管桩被广泛采用,管桩直径的增加改变了桩管内土体的受力与变形特征。通过数值模拟方法获得砂土中不同径长比的钢管桩在打桩过程中桩周土体的破坏模式,确定采用梅耶霍夫公式计算打桩过程中桩端土体阻力,同时分析锤击惯性力对桩管内土塞的影响,提出采用拟静力平衡法判断大直径钢管桩的土塞闭塞效应。开展不同径长比管桩的室内小比尺打桩模型试验,并对实际工程中的土塞闭塞效应进行判断,验证拟静力平衡法对判断大直径钢管桩土塞效应的适用性。     

信息管理技术在海洋工程地基可靠度分析中的应用

进行地基可靠度的研究必须以大量的数据、资料为基础和前提,而且这些数据和资料将在实践中不断的积累和扩充。为了能有效地管理和分析建设中积累的大量数据,并实现动态的管理,文章开发研制了信息管理系统用于海洋工程地基的可靠度分析中。阐述了将现代化信息管理技术应用于象岩土工程这样的传统行业的切入点、实现方式、方法和步骤,并用实例说明信息管理系统在海洋工程地基可靠度分析中的应用。