海底管道舷侧起吊分析方法综述

摘 要：本文介绍了海底管道舷侧起吊分析所包含的内容和相关要求，适用于浅水（通常水深小于60米）海底管道起吊分析。

关键词：海底管道 铺管船 托管架 分析方法

中图分类号：〔TE54〕

1、引言

海底管道是指管道系统在最高潮位水面以下的部分，不包括立管与膨胀弯。舷侧起吊是海底管道进行铺设或维修过程中常用的方法。海底管道舷侧起吊计算分析主要是对其强度进行计算，检验其是否满足规范要求。

2、分析方法与流程

2.1分析流程

海底管道起吊分析过程主要包括确认设计基础、确定设计准则、建立计算模型并分析、校核计算结果以及编制设计报告，计算分析流程见图2。

图2 计算分析流程

2.2设计基础确认

在进行设计分析之前，需对设计基础和依据进行梳理和确认，以便获取完整准确的设计资料，包括环境参数（水深、潮汐、海床特性等）、海底管道参数（管道特性、涂层特性、法兰等附属结构物信息）、施工船舶资料（船舶性能、舷吊信息）。

2.3分析软件、标准规范及方法

分析软件可采用OFFPIPE，标准规范通常采用DNV-OS-F101“Submarine pipeline systems”。海底管道起吊分析的过程为，海底管道的自由端通过减少各个索具的长度，被慢慢提升到海面以上。海底管道起吊分析为一系列的静力分析，主要考虑功能荷载对海底管道的影响。功能荷载可以分为以下几类：重力和浮力、静水压力、起吊作用力。

2.4建立计算分析模型

對结构物进行模拟，建立计算模型。

1）建立主作业船模型；

2）定义结构单元、结构物特性、环境特性参数、附属结构物特性；

3）定义起吊索具的数量、支撑类型、长度或张力、起吊索具间的管道长度；

4）定义海底管道的起始端和末端的边界条件。

2.5运算并输出

对计算模型进行运算，输出计算结果，包括： 管道节点坐标、内力（弯矩、轴向力等）、应力/应变、着地点位置、索具拉力等。

2.6结构物强度校核

2.6.1局部屈曲校核方法

DNV-OS-F101“Submarine pipeline systems” （海底管道系统） 的设计方式是建立在极限状态和分项安全系数方法基础上的，也被称为荷载和抗力系数设计方法（LRFD），应用此方法来校核局部屈曲。

分项安全系数设计方法的基本原理是在任何考虑的破坏方式中证明系数化的设计荷载不超过系数化的设计抗力，则满足安全要求。

式中：

=设计荷载效应（Design load effect）

=设计抗力（Design resistance）

2.6.2 应力校核方法

根据DNV 1981“Rules for submarine pipeline system” （海底管道系统规范1981） Section 4.3：许用应力法（Allowance Stress Design ，简称ASD）的要求，应用以下判据来校核结构物应力：

（2）

式中：

N=轴向力

A=管道的横截面积

M=管道弯矩

W=管道的截面模量

=环向应力

=规定的最小屈服强度

μ=安全系数，取0.72

2.6.3 吊装能力校核

通过吊装能力校核，确保吊装力满足起吊设备能力的要求。

3、结语

此文对海底管道舷侧起吊前期的计算分析方法进行了浅述，希望此文能对同行有所帮助。当然，文中提到的某些方法也有待进一步思索和改进，这也是今后不断努力实践的方向。

参考文献

[1]梁光辉 成二辉，大尺寸双层海底管道舷侧起吊辅助措施；石油工程建设，2015年，41（1）： 1～3.

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

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

作者简介

焦冬梅：女，1979年生，本科，高级工程师，主要从事海底管道安装设计方面的工作。