摘要：本文在经验非线性模型、vickery-basu模型以及广义范德波尔振子模型的基础上，针对矩形超高层建筑涡激振动的“锁定”状态，提出了两种改进的广义范德波尔振子模型，即igvpo-1和igvpo-2，前者适用于“锁定”风速范围内任一折算风速对应的位移响应幅值的预测，后者适用于“锁定”时最大位移响应幅值的预测。最后，结合气弹模型风洞试验测试数据，实现了对两模型中气动参数的拟合。 关键词：高层建筑；涡激共振；危险性 一、关于涡激共振 当风从非流线型的高层建筑结构构件吹过时，气流就从构件表面剥离，在尾流中产生交替的涡流。当涡流从高层建筑结构构件脱离的频率和建筑结构构件的固有频率一致时，就会发生涡激共振。涡激共振(vortex-excitedoscillation)是一种只在某一风速区域内发生的有限振幅振动，最大振幅对阻尼和断面形状有很大的信赖性，一般发生在比较胖的如圆形断面和宽高比b/d=3以下的矩形断面上，而高层建筑中多采用b/d＞3，因此，涡激共振不是一种危险性的发散振动，能通过增加阻尼或者安装适当的整流装置将振幅限制在可以接受的范围内。 二、高层建筑涡激共振锁定模型建立的基本假定 高层建筑受强风振动的影响，所表现出来的气动力极其复杂，这同时也与建筑几何外形、地理原因、风速和振动幅度等因素息息相关，并随着这些因素的变化自身也呈现出许多非线性特征。考虑到来流会在迎风面角点产生分离，导致高层建筑侧面风压长时间停滞在绕流场的尾流区，这就使得在研究建筑侧面风压合力的形成机理和作用机制时，需要考虑的因素极多。因此，我们在分析此类问题的时候，经常会按照普通情况下，认为高层建筑矩形截面横风向气动力是简单地由下面面部分线性组合而成： 第一部分：受到建筑流场与结构振动两者的相互作用，而形成的气动弹性力(motion induced force)，该作用力是建筑结构是为了改变气流流动，从而在建筑走位产生的附加气动力。 第二部分：高层建筑结构静止时，其受到横向气动力荷载作用，我们可以将之看做是是两个方向的横风向荷载的叠加，即来流中侧向紊流产生的荷载，与静止结构尾流中的旋涡脱落而产生的荷载。如果建筑结构处在涡振“锁定”状态，那么横风向结构振动与涡激力的影响作用将大幅度提升，这时候横风向的振动反应会远远超过顺风向，而相比与前面提到的气动弹性，横风向的气动力比小之又小，几乎可以完全忽略。 三、气弹模型风洞试验对加强高层建筑抗风稳定性的作用 针对高层建筑涡激共振“锁定”的特征，本文在经验非线性模型、vickery-basu模型以及广义范德波尔振子模型的基础上，建立了基于超高层建筑气弹模型风洞试验数据的两种改进的广义范德波尔振子模型，简写为igvpo-1和igvpo-2。使用这两种改进的广义范德波尔振子模型能够预测出高层建筑基本振型发生共振锁定时，锁定风速范围内任一风速下的涡振位移响应幅值和最大位移响应幅值，将这两种模型预测值与风洞试验测量值进行比较，结果表明本文提出的这两种理论模型均具有较高的精度。与此同时，笔者还根据高层建筑气弹模型风洞试验所得出的相关数据，对各式各类的斯克拉顿数结构涡激共振提出了预测“锁定风速范围”的计算公式，限于篇幅，此处不表。下图为高层建筑气弹试验模型。 高层建筑结构在风荷载作用下很容易发生静力失稳(扭转发散、横向屈曲)和动力失稳(颤振和驰振)以及风致限幅振动(抖振和涡激共振)。因此设计中除应对高层建筑的静力稳定性、颤振稳定性以及抖振响应作必须的理论分析，还应以模型风洞试验加以佐证。高层建筑的风
科技信息 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第9期0引言 结构的涡激振动（VIV ）在许多工程领域具有实际意义[1]。例如，涡 激振动可以引起热交换器管的振动；涡激振动还影响上升管道将石油 从海底运输到岸上的动力；涡激振动对于工程结构设计具有重要意 义，例如桥梁、大烟囱，还有船舶和陆地车辆的设计；并且涡激振动还 能引起海洋中的绳索结构的大幅度振动。关于涡激振动的众多问题中 的这几个事例是非常重要的。1研究涡激振动的目的 研究流体涡激振动的目的总的来说就是研究许多对于一般的流 激振荡和对于特殊的涡激振动的影响因素，并且通过物理和数值试 验，理论分析和物理的角度指导设计数据的获取。研究流体涡激振动 的最终目的是为了理解，预测和防止涡激振动（最好是没有阻力的情 况），一部分就像研究在工业中较为关注的流体-结构耦合一样通过 基础的直接数值模拟（DNS 谱方法），通过获得尽可能多的Navier- Stokes （N-S ）数据点（控制参数在期望范围内），还有一部分通过采用 雷诺时均Navier –Stokes 方程（RANS ）,大涡模拟（LES ）（用改进的亚格 子尺度模型），和他们的各种结合来研究。数值模拟方法是受到全新的 测量和流体的流动显示技术的指导和启发，主要是无干扰技术：数字 粒子图像测速技术(DPIV),激光多普勒测速技术(LDV)，TR-PIV ，压敏 涂料，智能材料和其他一些在未来几年一定会出现的手段。这些技术 与大规模的基准实验必定会增强对于采用非常大雷诺数的数值模拟 实验的指导作用[2]。2涡激振动的实验研究 从根本上说，有两种方法用来研究漩涡脱落引起的振动的影响。 第一种方法，通过分析作用在安装在水中或风洞中的圆柱的强迫振动 得到结果。第二种方法，漩涡脱落与物体振动之间的相互作用是通过 直接研究安装在弹性基础上的圆柱得到的，即自激振动。这个基座使 用可调弹簧与阻尼器做成的。事实上，第二种选择是试图直接研究涡 街脱落现象的方法。从另一方面说，第一种方法就是一种分析漩涡脱 落与结构体的振动之间的相互作用的间接方法。 以上两种方法中的每一种方法都有优点和缺点。采用安装在弹性 基底上的圆柱显示激励与系统响应之间的非线性作用的证据。然而， 需要测量和分析的参数的数目显著增加，意味着解释实验结果比较困 难。当采用强迫振动研究时，参数的数目较少，并且在涡激振动的实际 问题中观察到的一些特征可能不出现。可能出现的问题是：圆柱受迫 振动的实验在什么样的条件下相当于安装在弹性基底上的圆柱的实 验。另外，在什么条件下自由振荡的圆柱体可以发生受迫振动？要回答 上面的问题，就必须研究涉及流体振荡相互作用的能量转移的方向： 是从流体转移到物体上或是从物体转移到流体中。众所周知，能量的 转移和力与物体位移之间的相位角有关[3]（e.g.Morsea and Williamson,2006;Morsea,et al.,2008）。 流体流过圆柱后自由振动，这是被观察到的同步的或锁定的现 象。对于低流速的情况，涡旋脱落频率f vs 将与固定圆柱的振动频率f st 相同，即，f st 是由斯特劳哈尔数决定的。随着流速的增加，涡街脱落频率接近圆柱的振动频率f ex 。在这种水流状态下，涡街脱落频率不再随着斯特劳哈尔数变化。反而，涡街脱落频率变得逐渐“锁相放大”到圆柱的振动频率（即，f st ≈f ex ）。如果涡旋脱落频率接近圆柱通常情况下的固有频率f n ，在锁相放大状态下观测到大型物体运动（结构经历近共鸣振动）。 图1安装在弹簧上的圆柱体在空气中自由振动的响应和尾迹特征 同样众所周知的是结构振动接近共振区域时振幅变化和频率捕获可能存在滞后特性—不管是在低速的流体或者是高速流体[4]（Sarpkaya,1979）。滞后回线的两个分支分别与不同的涡旋脱落方式有联系，并且这些分支之间的转变与在0~180°的相位跃变有关系[5]（Krenk and Nielsen,1999）。图1所示为自由振动的小阻尼圆柱结构在锁相放大区域的经典响应[6]（Feng ，1968）。滞后效应在可以清晰地看出，当速度的减少超过一定的范围会获得较高的振幅。同样可以看出涡旋脱落频率和物体振动频率都衰减至接近圆柱体固有频率时发生锁相放大现象。直线St =0.198是代表常量斯特劳哈尔数的线。对于长的、刚性或柔性结构（例如，海洋立管），实际上结构在其整个长度上的频率趋向于多样化的现象更加的复杂。反过来,这产生了预测值最接近实际值的额外的和全方位的流体载荷。当不存在任何同步（锁相放大）时，引射流体载荷和结构以各自的频率振荡。3涡激振动的数值模拟 在相对小雷诺数情况下，流体绕过圆柱体经受（特别是Re=100-1000的时候）涡激振动的数字模型应用在流体力学的一些难题时非常的复杂，例如分离层的扰动，剪切层的不完全转变，基于尾迹附近动力学与涡旋结构动力学之间的尚无法解释的耦合机理的相干长度。对于雷诺数不超过大约15000至20000的情况，大多数实验研究与数值模拟之间的不同归功于向湍流转变的界线的平均位置没有达到足够的上游，即使涡激振动具有二自由度可能会促使不稳（下转第238页） 涡激振动研究方法的探讨 房建党 （上海海事大学物流工程学院，中国上海201306） 【摘要】涡激振动（VIV ）的内容是若干学科的综合，结合了流体力学、结构力学、振动、计算流体力学（CFD ）、声学、小波变化、复杂的解调分析、统计学和智能材料。结构的涡激振动（VIV ）在许多工程领域具有实际意义。涡激振动的研究方法主要有三种：实验研究，数值模拟和半经验公式，这儿我们主要研究涡激振动的实验研究方法和数值模拟。 【关键词】涡激振动；目的；实验研究；数值模拟 【Abstract 】The subject of VIVs is part of a number of disciplines,incorporating fluid mechanics,structural mechanics,vibrations,computational fluid dynamics (CFD),acoustics,wavelet transforms,complex demodulation analysis,statistics,and smart materials.Vortex-induced vibration (VIV)of structures is of practical interest to many fields of engineering.There are three methods on vortex -induced vibration ：Experimental,Numerical simulations,semi-empirical formula,and now we mainly introduce Experimental studies and Numerical simulations on vortex-induced vibration. 【Key words 】Vortex-induced vibration ；Objective ；Experimental ；Numerical simulations 作者简介：房建党（1988，9—），男，汉族，安徽砀山人，上海海事大学在读研究生，机械设计及理论专业，研究方向为港口与海洋装备工程 。 ○高校讲坛○216
第27卷 第4期2009年12月 海 洋 学 研 究 JOURNAL OF MARINE SCIENCES Vol.27 No.4 Dec .,2009 文章编号:10012909X (2009)0420095207 收稿日期:2008210218 作者简介:黄旭东(1969-),男,天津市人,副教授,主要从事工程测量及海岸结构物设计理论研究。 海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望 黄旭东1,张 海1,2,王雪松1 (1.天津城市建设学院土木工程系,天津 300384;2.天津大学建筑工程学院,天津 300072) 摘 要:随着深海油气资源的开采,越来越多的研究者开始关注海洋立管的涡激振动问题。在海洋环境下,洋流是海洋立管的涡激振动的主要原因。当洋流流经立管时会在立管的两侧产生交替的泄涡,导致立管受到横流向和顺流向的脉动流体力。这被认为是海洋立管涡激振动的主要诱因。海洋立管的涡激振动是一个异常复杂的工程问题,它涉及许多科学上悬而未决的难题,如紊流、流动分离、分离点的漂移等等。此外,事先无法确定的立管的位置和立管与洋流之间的相互作用又大大增加了解决这一问题的难度。尽管近几十年里科学界在此方面做了大量的研究工作,一个能够准确、高效、经济地预报海洋立管涡激振动的方法仍然没有得到。即便如此,最近的研究工作依然在许多方面作出了突出的成就。首先介绍了涡激振动的背景知识和基础理论。随后,回顾了近年来海洋立管涡激振动方面的研究成果。接着,重点介绍了当前海洋立管涡激振动领域内的两个热点研究问题,即:在多大程度上立管的顺流向振动能够影响立管的横流向振动,以及尾流的三维效应是如何影响立管的涡激振动响应的。最近的研究发现,当结构与流体的质量比小于6时,顺流向振动能显著增大横流向振动的振幅。最近的研究还发现,立管尾流的三维特性和立管受到流体力的轴向相关度有密切关系。随着流动的发展(海流折合速度从0增加到12),立管尾流的三维特性发生变化,在初期,立管尾流的三维特性不明显,流体力的轴向相关度基本等于1,也就是说,流体力和立管的位移响应是同步的,因此能量不断地由海流向立管转移,导致立管的振幅不断增大。当海流折合速度大于6时,流体力的轴向相关度由1锐减到负值,此时,立管尾流的三维效应显著。最后针对今后海洋立管的涡激振动的研究提出一些建议。 关键词:涡激振动;海洋立管;综述 中图分类号:TE53 文献标识码:A 0 引言 在陆地石油资源开采日渐萎缩的今天,加速开发海洋石油资源已经成为世界各国的共识。据不完全统计,世界海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,全球海洋石油蕴藏量约为1000多亿t ,其中已 探明的储量约为380亿t 。在我国300多万km 2的蓝色国土中,约有360亿t 石油资源量。其中,我国南海是世界4大海洋油气资源带之一,其石油储量约为230～300亿t ,号称全球“第二个波斯湾”。 海洋立管是深海石油生产系统的关键组成部分, 它是联系水面平台装置和海底设备的重要通道。因此,准确计算出海洋立管在实际海洋环境中受到的载荷,及其在荷载作用下的动力响应,具有重要的经济价值和社会效益。在海洋环境中,激发立管振动响应的主要因素是海流引起的涡激振动(Vortex 2induced Vibration ,V IV )。当海流流经立管时,会在立管两侧的尾流区发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联,立管受到横流向及顺流向的脉动水压力作用后将引发振动。在海流引发交替泄涡导致立管振动的同
第23卷第4期2008年8月中国海洋平台CHI NA O FFSH OR E PL AT FO RM V ol.23N o.4A ug.,2008收稿日期:2008-01-22 基金项目:国家863计划海洋领域重大项目(2006AA09A104)作者简介:秦延龙(1956 ),男,高级工程师,从事海洋工程及深海采油平台研究。 文章编号:1001 4500(2008)04 014 04 海洋立管涡激振动计算方法进展 秦延龙, 王世澎 (中国石油集团工程技术研究院,天津300451) 摘 要:针对海洋立管的涡激振动的计算问题,评述了近年来国内外研究进展,并对未来的发展趋势进行 展望。 关键词:涡激振动;计算方法;经验模型;CF D 中图分类号:P75 文献标识码:A COMPUTATIONAL METHODS PROGRESS OF THE VORTEX INDUCED VIBRATION OF OCEAN RISERS QIN Yan long, WA NG Shi peng (CNPC Research Institute of Engineering Technolog y,Tianjin 300451,China) Abstract:T his paper reviews the liter ature on the com putational metho ds used to investi gate vor tex induced vibration (VIV )of ocean risers in r ecent years.Through conclusion, highlighting the natur e of VIV and how to reduce vibration amplitude ar e the key w ork in the future. Key words:vo rtex induced vibration;com putational m ethods;em pirical models;CFD 0 简 介 海洋立管是海洋平台或钻探船舶与海底井口间的主要连接件。立管系统在工作期间,内部有高压的油和气通过,外部承受海洋环境荷载、冲击荷载以及浮式装置运动等,受力复杂。当波浪、海流经过立管时,在一定的流速下会产生漩涡脱落,使得立管发生横向振动,导致立管疲劳破坏,不仅影响工程进展,而且可能产生严重的环境灾害,因此立管系统的涡激振动问题,受到各国学者的重视,进行了大量的实验和数值模拟工作,并且建立了很多涡激振动模型。本文依托于国家863计划海洋技术领域重大项目 深水半潜式钻井平台关键技术 ,针对国内外近年来关于涡激振动计算方法进行归纳总结与评述。 对于海洋工程而言,涡激振动(VIV)的分析方法主要有两种:(1)通过实验或参数预测的手段,依靠试验数据去获得有效的计算结果;(2)利用CFD 技术求解Nav ier Sto kes 方程,直接求得水动力项。具体如图1所示。 然而,随着近来计算机软硬件以及CFD 计算方法的发展,越来越多的研究者开始采用数值方法。数值方法可以在理想的条件下精确控制影响参数的量值。可以准确地追踪流体力、结构的位移以及流场信息,而不需要像模型实验中那样从实验仪器中提取并经过复杂的数据处理手续。
桥梁结构涡激振动实例及减振措施比较研究 摘要：针对设计中不被重视的涡激共振问题，讨论了桥梁结构涡激振动及其响应分析的复杂性，介绍了几座国外大跨度桥梁结构的涡激振动问题，并比较分析了这些桥梁结构所采用的不同减振措施方案，推荐设计阶段首先选择气动控制措施来抑制桥梁涡激振动，而已建成的桥梁发生涡振病害则更适宜选用机械减振措施。abstract： in view of the ignored problem of vortex-induced resonance in design， this article analyzes vortex-induced vibration of bridge structure and the complexity of response analysis. the vortex-induced vibration problem of some foreign large span bridge structures is introduced and different vibration reducing measures of these bridges are analyzed and compared. it is recommended that pneumatic control measures be firstly used to control the vortex-induced vibration of bridges in design phase， while for vortex-induced vibration of built-up bridges， mechanical vibration reduction measures are more appropriate. 关键词：桥梁；涡激振动；振动控制；气动措施 key words： bridge；vortex-induced vibration；vibration control；pneumatic measures 中图分类号：u441 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）24-0100-03
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910344900.0 (22)申请日 2019.04.26 (66)本国优先权数据 201910082062.4 2019.01.28 CN (71)申请人 钱日隆 地址 361000 福建省厦门市思明区体育路 115号306室 (72)发明人 钱日隆 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限 公司 44202 代理人 郭锦辉 陈艺琴 (51)Int.Cl. F16F 15/02(2006.01) (54)发明名称 一种抑制涡激振动的方法 (57)摘要 本发明公开了一种抑制涡激振动的方法，该 方法具体为对受强流体影响而产生涡激物体的 轮廓进行重新设置。这种根据物体结构形状对其 所受的气动力的影响，提供了一种抑制涡激振动 的方法。一般来说在楼房上，灯柱，风力发电支撑 柱，桥梁等生成涡流会严重影响结构的安全，而 只需要对其外形结构进行改造即可抑制其产生 的涡激振动，从而减少由涡激振动易造成物体结 构疲劳破坏以及安装在所述上的附属设施损坏 失效从而造成经济损失。权利要求书1页 说明书4页 附图7页CN 110273970 A 2019.09.24 C N 110273970 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110273970 A 1.一种抑制涡激振动的方法，其特征在于，对受强流体影响而产生涡激物体的轮廓进行重新设置。 2.根据权利要求1所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，当所述物体为长方体或立方体时，对其直角设置倒角。 3.根据权利要求2所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，所述倒角为方形。 4.根据权利要求2所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，所述倒角为弧形。 5.根据权利要求1所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，当所述物体为棱柱时，对其棱角进行钝化处理。 6.根据权利要求1所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，当所述物体为长方体或立方体时，对其直角进行钝化处理。 7.根据权利要求3所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，当所述方形倒角的大小占所述物体整体大小的比例越大时，产生涡激振动所需要强流体的力越大。 8.根据权利要求5所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，所述钝化处理的方式是将所述棱角设置为与两边相切的圆弧形。 9.根据权利要求6所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，所述钝化处理的方式是将所述直角设置为与两边相切的圆弧形。 10.根据权利要求8或9所述的抑制涡激振动的方法，其特征在于，当所述圆弧形所对应的半径越大时，产生涡激振动所需要强流体的力越大。 2
谈江河、海底等部位水下管道的铺设安装 摘要：介绍了水下沟槽开挖的方法及其优缺点；管道水下铺设的几种方法的优点比较及注意事项。 关键词：水下沟槽开挖、浮漂拖航铺管、水底拖曳铺管、铺管船铺管、冲沉土层铺管、综合作业船铺管。 一、概述 修建过河管、江心取水头部与岸井连接管、污水向水系排放干管、长距离河底或海底输水管等,应根据水下管道长度、水系深度、水系流速、水底土质、航运要求、管道使用年限、潮汐和风浪情况等因素,选择合适的施工方法。一般水下管道的铺设方法有围堰法和水下铺管法。 根据技术经济比较,在水系较浅,流速较小,航运不频繁、筑堰材料可以就地取材,筑堰对水系污染可控制在允许范围以内时,一般采用围堰法。但是,当不具备以上条件时,常采用的是水下铺管法。 水下管道一般有两种铺设方式： 1、铺设在水底上； 2、埋设在水底下沟槽内； 埋设在水底下沟槽内时,沟槽内管顶铺设深度一般为管径的3-4倍,以避免船只抛锚,河床冲刷等影响。海下管道的埋地铺设,还应防止风暴时管道可能浮漂或下沉,为此,管道应埋设在海床下足够深度。此外,如果水道较深,水底之上铺管不会影响航运,水底平坦,沿管线没有障碍物和悬空地,管道不会因船只抛锚、流体动力、土壤液化、床底土运动、河床冲刷或其他原因引起破坏,则可将管道直接铺设在稳定的河床或海床上。 水底直接敷设的管道抗震性能要优于水下沟槽埋设。 二、水下沟槽开挖 管道水下沟槽敷设一般有3种情况： 1、先挖槽后埋管； 2、挖槽和埋管同时进行； 3、先放管后沉入土内。 这些方法的选择取决于水底土质、水系宽度和深度等因素。 先挖槽后埋管的优点是施工设备简单；缺点是管线定位不易准确,槽底平整度差,沟槽准直度低,而且易于回淤。因此,当采用这种方法时,应适当选择槽底宽度和开挖深度。底宽一般为管外径加0.8-1.0m。开挖深度根据回淤情况而定,边坡系数为1：2-1：4。粘土河床的回淤情况并不严重,沙土回淤迅速。常用的水下沟槽开挖方法和设备有爆破法、岸式索铲、挖泥船、高压泵船等。 爆破法开挖：适用于岩石河床； 岸式索铲：适用于狭窄水系。铲斗用岸上卷扬机曳引。铲斗顺滑道往上拉,随着挖深增加而往下放滑道。这种方法可以比较准确地控制沟槽的平面位置和准直度。 挖泥船和高压泵船：水系宽阔一般用抓斗式或多斗式挖泥船开挖水下沟槽的方法,土方卸在沟槽水流下游一侧,或由驳船运至远处；河床土质松散,可用高压泵船以高压水流冲射水底土层进行开挖。 用船或其他浮动设备开挖时,挖泥船等应临时锚舶,以保证沟槽中心位置准确。水下沟槽中心线用岸标或浮标显示,并用经纬仪或激光准直仪测量。条件允许时,可在两岸标之间拉设管道中心线,以中心线为准用标尺或锤球可测水下沟槽的位置和槽底高程。 为了防止回淤影响,可以采用分段开挖铺管的施工方法,以缩短水下晾槽时间。 三、管道的水下铺设 1、浮漂拖航铺管： 浮漂拖航铺管的方法是先在岸边把管子连接成一定长度的管段,管段两端堵板,浮漂拖航到铺管位置,灌水入管,下沉到水底或沟槽内,取下堵板,然后将各管段之间在水下接口。 如果水系较浅,有纵深岸边,岸边与水面高差不大,可在过河管中心延长线的岸边原地面制备管段；或者岸边与水面高差较大,就须开挖岸边,减少与水面高差,并在开挖区内降低地下水位后再制备管段。预制管段用船只或用设在对岸的曳引设备（卷扬机、拖拉机等）浮拖。 但多数情况是岸边预制的管段与水系平行,管段制备后装上浮筒推入水中,在水面上由船浮漂拖航。
海洋管道工程海洋管道工程 offshore pipeline engineering 在海底铺设输送石油和天然气管道的工程。海洋管道包括海底油、气集输管道，干线管道和附属的增压平台，以及管道与平台连接的主管等部分。其作用是将海上油、气田所开采出来的石油或天然气汇集起来，输往系泊油船的单点系泊或输往陆上油、气库站。海洋油、气管道的输送工艺与陆上管道相同。海洋管道工程在海域中进行，工程施工的方法则与陆上管道线路工程不同。 沿革 20世纪50年代初期，人们开始在浅海水域中寻找石油和天然气。随着海洋油气田的开发，首先出现了海洋输气管道。天然气必须依靠海洋管道外输，浅海中采出来的原油则可由生产平台直接装入油船。在深海中采出来的原油，大型油船停靠生产平台会威胁到平台安全，因此出现了海中专用于停靠大型油船的单点系泊。这样，就要有连接各生产平台与单点系泊之间的输油管道。70年代，在海域中开发了大型油气田以后，开始建设了大型海洋油气管道，把开采的油气直接输往陆上油气库站。 特点主要特点是：①施工投资大。在一般海域中铺设一条中等口径的海洋管道需要一支由铺管船、开沟船和10余只辅助作业的拖船组成庞大的专业船队。此外，还需要供应材料、设备和燃料的船只等。租用专业船队的费用是海洋管道施工中的主要费用，由于这一费用较高，致使海洋管道施工费用比陆上同类管道要高1～2倍。②施工质量要求高。不论是在施工期间或投产以后，海洋管道若发生事故,其维修比陆上管道维修困难得多,因此，海洋管道施工要确保质量。③施工环境多变。海况变化剧烈而迅速，如风浪过大，施工船队难以保持稳定。在这种情况下，往往须将施工的管道下放到海底，待风浪过后再恢复施工。④施工组织复杂。海洋管道施工中，管道的预制，船队的配件、燃料和淡水的供应等，都需要依靠岸上的基地；船队位置和移动方向的确定，也是依靠岸上基地的电台给予紧密配合。因此海洋管道施工具有海陆联合组织施工的特点。 勘察包括路由选择和勘测、海浪和水流调查。 路由选择和勘测寻找一条较平坦、地质条件又稳定的海下走廊是保证管道长期稳定的基础。首先是在详细的海图上选出几条走向。其次沿着各条走向用声纳测深仪实测海底地形；用覆盖层探测仪和侧向声纳扫描仪，描绘出几十米深的纵断面工程地质图，探明海底泥层的构成、岩性、断层位置以及有无埋设其他管道等。然后将所取得的几条走向资料进行对比，以确定最优的路由。路由确定后，沿着确定的路由从海底中取出土样，测定土壤的抗剪切力、致密度和比重等，以便用这些数据来确定管道施工方案。 海浪和水流调查海洋管道施工受到海浪的直接干扰，因此，必须详细勘察施工海域内不同季节海浪的发生周期、持续时间、方向、浪高、波长以及频率等；并须取得多年的资料作为选择施工用的船型、安排施工季节和进度的依据。海浪勘测可采用海浪记录仪。 水流会影响管道施工时的安全和管道投产后的稳定性。施工前应沿着路由实测海水流速的垂直分布和流向等，并收集多年各季度的实测资料，从而对管道的稳定性、振动进行核算。管道在水下承受多种作用力，尤其是水流的作用力，其中包括水平推力和上举力。在垂直方向上,只有管道的重量大于上举力和浮力时,管道才能稳定。当管道裸露铺设在起伏不平的海床上，水流流过管道的悬空段时,管道容易产生振动,甚至导致断裂。测出海底处海水流速，就可以计算出最大允许悬空段的长度。增加管道重量仍难克服水流对管道的作用力时，应采取开沟埋设或其他稳管措施。 施工作业海洋管道施工包括海上定位、铺设管道和开沟等项作业。 海上定位指导铺管船沿着路由方向移动和确定在海域中施工船队位置的作业。海上定位的方法是在岸上设置两座以上已知其经纬度的定向电台，定向电台发射微波定向信号。作业船上安装有无线电定向仪，可以精确地测定船与岸上各电台间的夹角，从而准确地测出船所在
www.elsevier.nl/locate/jnlabr/yjfls Journal of Fluids and Structures 17(2003)1035–1042 Special Brief Note Vortex-induced vibration of a cylinder with two degrees of freedom N.Jauvtis,C.H.K.Williamson* Mechanical and Aerospace Engineering,Cornell University,252Upson Hall,Ithaca,NY 14853,USA Received 2July 2002;accepted 21March 2003 Abstract In this work,we study the response of an elastically mounted cylinder,which is free to move in two degrees of freedom in a ?uid ?ow,and which has low mass and damping.There has been a great deal of work concerned with bodies restrained to move in the direction transverse to the free stream,but very few studies which comprise motion in both the transverse (Y )and in-line (X )directions.In such cases,it has generally been assumed that in-line response would dramatically change the character of the wake vortex dynamics as well as the transverse body response.We ?nd in the present work that,surprisingly,the freedom to move in two directions has very little effect on the transverse response,the modes of vibration,or the vortex wake dynamics (for a body of similar low mass ratio (relative density)in the range m n ?5225).For low values of normalised velocity (U n B 224)below the classical synchronisation regime for transverse response,we ?nd two in-line vibration modes,which are associated with symmetric and antisymmetric vortex wake modes,corresponding well with the modes discovered by Wooton et al.and by King for a ?exible cantilever.Coupled with a parallel effort by D.O.Rockwell’s group at Lehigh,these experiments form the ?rst such studies in which both the oscillating mass and the natural frequency are precisely the same in the X and Y directions.A principal conclusion from this investigation is that it demonstrates the validity,for bodies in two degrees of freedom,of employing the existing comprehensive results for bodies restrained to vibrate only in the transverse Y -direction,even down to low mass ratios of m n ?5: r 2003Elsevier Ltd.All rights reserved. 1.Introduction Vortex-induced vibration of structures is of practical interest in many branches of engineering,for example in aeroelastic applications where the ?uid is air,yielding mass ratios m n of order 100(m n =mass of oscillating structure/displaced ?uid mass),or in hydroelastic applications in water,where m n is of order 1or 10.In most practical cases,cylindrical structures (such as riser tubes or heat exchangers;to name two examples)have a mass ratio,which is the same in both the streamwise (X )and transverse (Y )directions,and the same natural frequencies in these two directions.Contrasting with previous studies,we therefore focus on a design which ensures similar mass and similar frequencies in these two directions,and we introduce the resulting pendulum apparatus later in Section 2. The problem of vortex-induced vibration of cylinders free to respond transverse to the ?uid ?ow has been well studied,and several reviews discuss this problem [see Sarpkaya (1979);Bearman (1984);Naudascher and Rockwell (1993);Sumer and Fredsoe (1997),for example].The work of Feng (1968)at high mass ratios,m n ?320;demonstrates that the resonance of a body,when the oscillation frequency coincides with the vortex formation frequency,will occur over a regime of normalised velocity U n (where U n ?U =f N D ;f N ?natural frequency;D ?diameter)such that *Corresponding author. E-mail address:cw26@https://www.doczj.com/doc/ea17446034.html, (C.H.K.Williamson). 0889-9746/03/$-see front matter r 2003Elsevier Ltd.All rights reserved.doi:10.1016/S0889-9746(03)00051-3
滩浅海海底管道铺设 1 绪论 海上油气田开采出的油气除少数在海上直接装船外运外，多数是通过管道转输至陆上加工并分别输送到用户。随着海洋石油天然气开发的不断深入，海洋管道的作用显得越来越重要，这就需要有高效、易于实现的海底管道施工工艺。海底管道铺设在国际上已有了较长的历程，从Brow & Root海洋工程公司1954年在美国的墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，世界各国在近海域成功地铺设了个种类型、各种管径的海底管道。随着海域水深的增加，铺管技术也相应得到了很大的发展。目前，主要的铺设方式有水面拖放法、水下拖放法、底拖法、离底拖法、铺管船法、深水区域的J型铺管法及卷筒铺管法。而我国海底管道铺设起步较晚，1973年我国首次在山东黄岛附近采用水面拖放法铺设了3条500米长的海底输油管道，1985年渤海石油海上工程公司在埕北油田采用水面拖放法成功地铺设了1.6千米（钻采平台之间）海底输油管道[1]。1987年，我国引进了一条小型铺管船，结束了国内无铺管船的历史，逐步进入铺管船铺管法的时代，大大提高了海底管道的施工效率和质量。 2 分段浮拖法 目前我国使用最为广泛的海底管道铺设方法是浮拖法和铺管船法，本文主要讲述这两种铺管法。 分段浮拖法是目前比较成熟、起步相对较早的一种海底管道铺设方法。常见于海床复杂，管线路由附近有其他的海底管线或是海底电缆，不利于进行铺管法的海域。水深较浅，铺管船无法在此正常进行铺管作业的海域。距离较短，比如海上平台与平台之间的管线连接。在这些情况下一般都采用分段浮拖法进行铺设。分段浮拖法主要分两部分工序，陆地预制和海上安装。 2.1 陆地预制 陆地预制分以下几个工序： 1)预制小段。一般在厂房的滑道预制，连接成大概60米的小段 2)套管穿插。适应于双壁管道 3)大段连接。这个工序在露天场地完成，包括内管和外管的连接 4)吊上发送滑道，见图1所示。 5)通球试压
海底管道铺管施工安装方法研究 现如今，伴随着经济社会的不断发展，使得对于自然资源的开发利用的程度进一步加快，而开发资源的范围及规模也随着资源需求的增多而不断扩大其资源类型也逐步增多。同时陆地资源随着获取数量的逐步增加导致了在社会发展进程中面临着越来越多的资源压力，使得人们把资源开发的视角转向了海洋，使得对于海洋资源的开发利用成为了当下社会资源结构中重要的组成部分，而海底管道铺管施工成为了链接海洋与陆地资源传输的重要途径之一，其安装施工社会公众所重点关注。因此，加快海底管道施工方法的研究，加快相关技术研究的方向及力度，对于海洋资源的可持续循环利用及开发具有重要的影响意义。 标签：海底管道；铺设施工；探究方法 目前，由于受陆地能源资源使用数量急剧减少，勘探开采难度加大，资源本身的品质降低等因素的制约，使得人们对于资源开发及有效利用的主要场所，从陆地逐步走向了海洋，从原有单一获得包括海洋鱼类等食用型资源到现在扩大到海底发电、海底石油天然气等工业发展所需的动能资源，逐步形成了多元化的资源开发利用体系，而作为重要的资源输出方式，海底管道铺管的安装施工则成为了当下重点关注对象。 一、海底管道铺设施工的主要内容及特征 通过对海底管道铺设施工的实践过程中我们了解到，海底管道铺设施工的主要内容指的是通过将事先准备好的海底物资输送管线安装到海底物资采取区域并链接于海面及固定区域内海上资源采集设备，将海底所开采出来的天然气、石油等物资资源通过管道输送到路上或海面上制定的泊船或海上石油钻井平台储备设备[1]。从工程运行结构上来看，与陆地的石油天然气开采方式和输送方式基本上相同，唯一不同之处就是在海面进行钻探开采所受到的影响因素要比陆地的要多很多，其主要的组成部分分为：干线管道、输送增加管道以及配套附属的增压设备等，而其所表现出来的特征主要存在于以下几个方面： 首先表现为系统的复杂性，相对于陆地管道安装铺设而言，海底的管道铺设所涉及的领域范围相对较广其复杂程度也相对较高，其中包含了设计方案的可实施性、机械设备人员施工受海况的影响程度、管道的预埋铺设地点的确定以及其质量的好与坏，形成了一个庞大的有机统一运行的物资输送体系[1]。 其次成本投资与施工安装质量较高，这也与其进行安装施工的环境因素有关，一方面由于前期进行安装施工准备的过程当中，受海况因素复杂多变的影响，在物资采购上对于船舶、机械、技术设计、维修保障等内容都是要以高标准的要求进行设置，以确保工程施工环境相对安全，其施工质量也能够得到保障；一方面海水、海浪、海域气候等因素，对于施工环境以质量的稳定性都带来了不小的困难和压力[2]。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ea17446034.html, 导管架平台圆柱绕流和涡激振动的机理 作者：王东许鉴冲齐璇 来源：《科学与财富》2016年第10期 摘要：目前世界能源形势日趋严峻，深海油气资源的开发受到了石油界广泛的关注。随 着海洋油气勘探开发的深水化发展，导管架平台由十几米水深发展到五百米水深，杆件的长度大大增加。在导管架的工作过程中，当一定速度的流体经过导管杆件时会发生绕流现象导致导管产生涡激振动，频繁的涡激振动将会导致导管架杆件疲劳破坏出现裂纹，极大地影响到了导管架结构的安全生产和使用寿命。本文阐述了圆柱绕流和涡激振动的机理，分析影响导管架平台杆件涡激振动的因素。 关键词：导管架绕流；涡激振动；疲劳寿命；抑制措施 1导管架平台及涡激振动内容概述 1.1世界上导管架平台使用情况 从上世纪40 年代起，海洋油气资源被大规模地开发，海洋石油的产量已经占世界石油总产量的35%以上。深海油气田的开发必然依托于大型平台，导管架平台是我国油气田开采所采用的主要平台形式。导管架自身具备足够的刚度，以确保平台结构的整体性，从而提高其抵御环境中各种荷载的能力。导管架是海洋平台中传递荷载的主要构件，其主体部分是一个由若干个竖向、横向及斜向钢管焊接而成的空间网状的钢质桁架结构，在我国，随着油气勘探向深水的发展，海洋工程建造的导管架平台由几米水深发展到二百米水深，杆件的长度达几十米，是典型的细长杆件。 1.2涡激振动（VIV）概述 从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。对于海洋工程上普遍采用的圆柱形断面结构物，这种交替发放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管体允许发生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱体（管体）的周期性振动，这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态。这种流体结构物相互作用的问题被称作“涡激振动”。 1.3涡激振动问题的研究进展 研究涡激振动的主要方法是物理模型试验，尤其在早期，计算机的性能无法满足数值模拟的要求时，模型试验是研究涡激振动现象的唯一途径。早期的试验成果主要是涡激振动相关的一些特殊现象，如圆柱体后方的涡旋脱落形态、“锁定”、“滞回”等现象。雷诺数、斯托哈尔数（Strouhal）、涡旋脱落频率、约化速度、质量比等影响涡激振动的重要参数也是研究的重