本技术介绍了一种新型半回收式双曲度枕木装置,旨在有效防止不利变形和涡流激振。该装置的基座设计为直角梯形棱台,具备双曲度斜面,直角边贴合海床,双曲度斜面垂直向上,以优化结构稳定性和减少振动。
背景技术
海底管道作为深海油气工程中的关键设备,大批学者对其破坏形式进行了一系列的研究。海底管道整体屈曲是管道破坏的主要形式之一,不可控的水平屈曲会导致管道弯曲截面内弯矩和应力随温度的升高而不断累积,达到屈服应力后,管道发生局部屈曲、断裂、疲劳等破坏模式,造成油气泄漏,因此为了减小和预防海底管道发生不可控的屈曲,需要采用屈曲防控措施。
人工干预诱导管道在特定位置发生屈曲的方法经济有效,工程常用的施工方法有蛇形铺设法、枕木法和分布浮力法,其中枕木法的经济效益好、屈曲触发率高,使得枕木法在工程中得到广泛应用。枕木法通过抬升管线形成初始缺陷和形成悬跨段减少海床对管道的土抗力的方式促使管道发生整体屈曲。
研究发现,增大枕木高度可有效降低管道发生水平向整体屈曲的临界屈曲荷载,增大管道的正向位移幅值并促使轴向力的释放。然而,过大的枕木高度会增加管道悬跨段在环境载荷或操作载荷下产生涡激振动和竖向屈曲破坏的风险,进而导致管道发生疲劳失效。此外,管道在服役期间要经历多次启闭循环,在海底管道反复移动过程中,管侧土体不断积累,侧土抗力会随循环次数的增加而增大,进而降低管道的疲劳寿命。
管道铺设于较大波高的浅水海域时,波浪力视为影响海底管道稳定性的主要环境载荷。在波浪作用下,海底管道稳定性与管道重量、环境荷载和海底土层产生的阻力等多种因素相关。如果海底地基土所提供的阻力不能足以平衡波浪力,管道会从原位滑出而发生在位失稳现象。为防止管道失稳,必须提高管道的水下重量,或者采取锚固,压块等固定措施,或者在海床上开设沟槽进行理设。但以上措施均会增加投资量。
实现思路