环向加劲肋对海底管道屈曲性能影响的数值模拟研究

来源：石油科学通报杂志2022年第4期北京时间：

作者：安峰辰；陈军；易浩；付兵

单位：中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院,北京 102249%东南大学土木工程学院,南京 210096%暨南大学力学与建筑工程学院,广州 510632

摘要：海底管道担负着海上油气集输的重要使命,是海洋油气生产系统的生命线.海底管道在静水压力作用下产生的局部屈曲及其传播是设计时首要考虑的结构失效模式.增设环向加劲肋是有效提升海底管道抗屈曲性能的经济有效手段.本文基于有限元分析软件ABAQUS建立带环向加劲肋管道的有限元模型,系统分析环向加劲肋间距、高度和厚度3个参数对管道抗屈曲性能的影响,并将管道模型的数值模拟结果与试验结果进行对比分析,以验证该有限元模型的准确性.在此基础上,通过参数分析的方法,研究了环向加劲肋的间距、厚度和高度对带环向加劲肋管道抗屈曲承载力Pcr的影响,并提出了相关管道的极限屈曲载荷计算公式.研究结果显示:1)环向加劲肋间距、厚度、高度3个参数对管道抗屈曲承载力Pcr的影响相互关联,其中环向加劲肋间距对管道抗屈曲承载力Pcr的影响最为显著;2)管道抗屈曲承载力Pcr表现出与环向加劲肋间距成反比例的增长趋势;3)环向加劲肋的焊接会产生残余应力,从而减弱加劲肋对管道的加强效果,进而表明准确的有限元模型应考虑残余应力的影响;4)具有足够刚度的环向加劲肋可有效将局部屈曲行为控制在加劲肋之间,并改变管道的屈曲破坏模态,有效提升管道的抗屈曲承载力Pcr;5)提出的管道抗屈曲承载力Pcr计算公式能较好地预测结果,可作为设置环向加劲肋管道的设计依据.

关键词：海底管道,抗屈曲承载力,环向加劲肋,设计方法