钢悬链线立管整理资料与初步设计

缓波形钢悬链线立管安装方法分析田震;雷震名;陈野;何建文;刘松;钟洋【期刊名称】《海洋工程装备与技术》【年(卷),期】2024(11)1【摘要】标准钢悬链线立管在超水深水环境中存在屈曲和疲劳寿命短等问题,缓波形钢悬链线立管(SLWR)在标准的立管形式上引人了浮子段区域,它能够降低立管悬挂点附近的应力,同时阻隔浮体运动对着泥点区域造成的动态响应影响,从而提高立管的疲劳寿命。

基于S-LAYJ-LAY、R-LAY三种铺设方式,以潜在加蓬项目为例对SLWR的安装方法进行了对比分析。

结果表明:对于无浮子段的立管,三种铺设方式均具有较高的可铺设性,受限于海洋石油201船的能力,S-LAY对于12"SLWR浮子段铺设并不可行;J-LAY和R-LAY安装方法更适用于2100m水深的12"SLWR的正常铺设及浮子段铺设,且无论是J-LAY还是R-LAY安装方法,空管状态总体上优于充水状态;可通过降低水深、减小管道尺寸及对浮子段截面设计优化等措施,提高S-LAY工艺铺设SLWR的可行性。

采用J-LAY和R-LAY安装方法,如果带浮子段的悬链线在空管状态不与铺设塔和船体等结构干扰,可允许空管工况下铺设。

【总页数】8页(P122-129)【作者】田震;雷震名;陈野;何建文;刘松;钟洋【作者单位】海洋石油工程股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】TE54【相关文献】1.缓波形钢悬链立管时域动力与疲劳分析2.深水开发的新型立管系统——钢悬链线立管(SCR)3.基于遗传算法的缓波形钢悬链立管优化设计4.考虑内流和海床作用的柔性立管和钢悬链线立管非线性分析(英文)5.基于共旋坐标法的钢悬链线立管管土作用数值分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于“海洋石油201”深水钢悬链线立管预铺设回收和平台回接分析海洋石油开采是一项技术复杂、工艺繁琐的过程，其中深水钢悬链线立管预铺设回收和平台回接是其中的重要环节。

在海底深水区域进行油气开采，需要通过海底管道将油气输送至地面平台进行处理。

而在海洋环境中，海底管道的安装和维护则成为一项具有挑战性的工作。

本文将通过对深水钢悬链线立管预铺设回收和平台回接过程的分析，探讨其在海洋石油开采过程中的重要性和技术特点。

首先，深水钢悬链线立管预铺设回收是指在水深较深的海域，为了降低海底作业的难度和风险，在实际的油气开采作业之前，将立管提前预先铺设好并固定在海底。

这种方式可以有效减少现场作业的时间和风险，提高安全性和作业效率。

在实际操作中，深水钢悬链线立管通常是利用专门的设备，如建设平台或卫星平台等进行铺设，这就需要针对不同的海底地质条件和水深设计相应的铺设方案，并保证立管的稳定性和安全性。

其次，平台回接是指将海底立管上输送的原油或天然气通过终端设备连接到地面平台上进行处理和加工。

在平台回接过程中，需要通过各种设备和管道进行原油和天然气的输送和处理，确保生产过程的顺利进行。

而在海洋深水区域进行平台回接时，需要考虑海洋环境的复杂性和变化性，保证设备和管道的安全性和可靠性。

因此，针对不同的海底地质条件和水深，需要设计相应的回接系统和技术方案。

深水钢悬链线立管预铺设回收和平台回接对海洋石油开采具有重要的意义和作用。

首先，它可以提高开采的安全性和作业效率，减少现场作业的时间和风险，降低生产成本。

其次，它可以减少对海洋环境的影响，减少碳排放和污染物的排放，保护海洋生态环境。

最后，它可以促进海洋石油开采技术的进步和创新，推动整个产业的发展。

在未来，随着深水石油勘探开发的深入和技术的不断进步，深水钢悬链线立管预铺设回收和平台回接技术将会得到进一步提升和完善。

我们需要不断优化技术方案，提高设备和管道的质量和可靠性，保证海底作业的安全性和效率。

在位浮式平台回接钢悬链线立管安装设计朱为全;宋亚新;王铭飞;李斌;牛强;刘月舟;罗勇【摘要】The general installation procedures,analysis methodology,and design criteria regarding a tied-back installation of Steel Catenary Riser (SCR) onto an existing floating plat form are introduced.Exemplary static,dynamic and fatigue analyses are given for a SCR installed onto a semi-submersible to obtain key installation parameters snch as limiting installation seastates and allowable welding stand-by time,etc.%详细介绍在位浮式平台的钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)回接安装的流程、安装分析方法以及分析准则.以某半潜平台为例,对其钢悬链线立管的安装进行静态、动态和疲劳分析,得到安装作业的气候窗和关键状态最长待机时间等重要安装参数.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2017(032)004【总页数】9页(P76-84)【关键词】浮式平台;钢悬链线立管;J型铺管;安装【作者】朱为全;宋亚新;王铭飞;李斌;牛强;刘月舟;罗勇【作者单位】高泰深海技术有限公司,北京100029;高泰深海技术有限公司,北京100029;高泰深海技术有限公司,北京100029;海洋石油工程股份有限公司安装公司,天津304500;海洋石油工程股份有限公司安装公司,天津304500;海洋石油工程股份有限公司安装公司,天津304500;高泰深海技术有限公司,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P75立管系统担负着将海底的石油或天然气传输到浮式平台和向海底注水注气等任务。

深海钢悬链线立管(SCR)安装强度分析康庄;康有为;梁文洲【摘要】在研究深水钢悬链立管(SCR)安装方法基础上,结合实际工程安装经验,提出了深水SCR在Jlay这种铺管方式下的安装方案,应用专业立管安装分析软件Orcaflex对各个安装过程进行实例分析,对安装过程中立管的安装强度进行校核.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2012(041)001【总页数】4页(P92-95)【关键词】钢悬链立管(SCR);J形铺管;安装强度分析【作者】康庄;康有为;梁文洲【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U663.9深海钢悬链立管(steel catenary riser，SCR)按其构型可分为简单钢悬链立管(simple catenary riser SCR)、陡波钢悬链立管(steep wave SCR)、缓波钢悬链立管(lazy wave SCR)、L型钢悬链立管(bottom weighted SCR),见图1[1]。

目前实际工程中应用最多研究最深入的钢悬链立管为简单钢悬链立管，安装强度分析也是针对简单钢悬链立管。

图1 钢悬链立管不同结构形式与其它立管相比，钢悬链立管结构形式相对简单，由若干标准长度的钢管焊接而成，集海底管线与立管于一身，一端连接井口，另一端连接浮式结构。

简单钢悬链立管通过钢制或钛制柔性节(flexible joint)自由悬挂在浮式设施外侧，这些应力节能够吸收潜在的平台运动。

其底端自由垂放在海底，无需海底应力节或柔性节连接。

因此,与柔性立管和顶张力立管相比,钢悬链线立管的成本低,无需顶张力补偿,对浮体漂移和升沉运动的容度大,适用于高温高压介质环境。

这些特点使得钢悬链线立管取代了柔性立管和顶张力立管而成为深水油气资源开发的首选立管系统。

㊀㊀文章编号:１００５￣９８６５(２０１８)０５￣０１２１￣０７钢悬链线立管强度可靠性计算研究张㊀萌１ꎬ李智博１ꎬ吴剑国２ꎬ张国进２ꎬ孙政策１(１.中国船级社海洋工程技术中心ꎬ北京㊀１００００７ꎻ２.浙江工业大学建筑工程学院ꎬ浙江杭州㊀３１００１４)摘㊀要:在钢悬链线立管分析中ꎬ材料性能㊁载荷参数㊁计算方法等都存在着大量不确定性ꎮ为考虑不确定性因素造成的影响ꎬ采用作用效应－抗力半随机过程构建可靠性模型ꎬ并采用极小化变换转化为静态可靠性问题ꎮ选用物理含义较为明确的屈服判定准则建立功能函数ꎬ通过单样本Ｋ－Ｓ检验对载荷随机过程的概率特性进行极值统计ꎬ提出载荷转化的方法以实现与目标可靠性指标的比对ꎬ并引入模型和主观不确定性随机变量ꎮ在此基础上采用改进的一次二阶矩法ꎬ对立管的强度可靠性进行了计算ꎮ结果表明此方法与利用系数方法能够相互印证ꎬ可以为立管的可靠性计算提供参考ꎮ关键词:钢悬链线立管ꎻ可靠性ꎻ作用效应－抗力半随机过程ꎻ极值统计ꎻ不确定性随机变量中图分类号:Ｐ７５１㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１６４８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５￣９８６５.２０１８.０５.０１５收稿日期:２０１７￣１１￣０９基金项目:国家重点基础研究发展计划(２０１４ＣＢ０４６８０５)ꎻ国家自然科学基金(５１２３９００８)ꎻ国家自然科学基金(５１３７９１４５)作者简介:张㊀萌(１９９１￣)ꎬ男ꎬ河北唐山人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事海洋工程方面研究ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｍｅｎｇｔｊｕ＠１６３.ｃｏｍ通信作者:吴剑国ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｗｕｊｇ６３＠１６３.ｃｏｍＳｔｒｅｎｇｔｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌｃａｔｅｎａｒｙｒｉｓｅｒＺＨＡＮＧＭｅｎｇ１ꎬＬＩＺｈｉｂｏ１ꎬＷＵＪｉａｎｇｕｏ２ꎬＺＨＡＮＧＧｕｏｊｉｎ２ꎬＳＵＮＺｈｅｎｇｃｅ１(１.ＯｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒｏｆＣｈｉｎａＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｏｃｉｅｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００００７ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｅａｒｅａｌｏｔｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬｌｏａｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｉｎｓｔｅｅｌｃａｔｅｎａｒｙｒｉｓｅｒａｎａｌｙｓｉｓ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｔａｋｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｏｓｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎꎬａｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｌｏａｄｅｆｆｅｃｔ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｅｍｉｒａｎｄｏｍｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｄｏｐｔｅｄꎬｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｃｏｍｅｄｏｗｎｔｏａｓｔａｔｉｃｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｓｓｕｅａｆｔｅｒｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｂｕｉｌｔｕｐａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｙｉｅｌｄｃｒｉｔｅｒｉｏｎｗｈｉｃｈｈａｓｃｌｅａｒｐｈｙｓｉｃａｌｍｅａｎｉｎｇ.Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｏｎｅ￣ｓａｍｐｌｅＫ￣Ｓｔｅｓｔｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏａｄｓｔｈｒｏｕｇｈｅｘｔｒｅｍｅｖａｌｕｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓꎬａｆｔｅｒｗｈｉｃｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｏａｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｍｅｔｈｏｄｈｅｌｐｓｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｘａｎｄｔｈｅｔａｒｇｅｔｏｎｅꎬｔｈｅｎｔｈｅｒａｎｄｏｍｖａｒｉａｂｌｅｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏａｎａｌｙｓｉｓ.Ａｆｔｅｒｔｈｏｓｅꎬｔｈｅｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｓｅｃｏｎｄｍｏｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓａｂｌｅｔｏｃｏｍｅｕｐｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｓｅｒｉｓｅｒｓ.ＴｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｃａｎｂｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｕｓｅｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒＳＣＲｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｅｅｌｃａｔｅｎａｒｙｒｉｓｅｒꎻｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙꎻｌｏａｄｅｆｆｅｃｔ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｅｍｉ￣ｒａｎｄｏｍｐｒｏｃｅｓｓꎻｅｘｔｒｅｍｅｖａｌｕｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓꎻｒａｎｄｏｍｖａｒｉａｂｌｅｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ目前国外关于海洋立管设计规范标准主要参照美国石油协会ＡＰＩＲＰ２ＲＤ[１]㊁ＡＰＩＳＴ２ＲＤ[２]ꎬ采用工作应力法制定衡准ꎮ中国国家能源局发布的海底管道行业标准ＳＹ/Ｔ１００３７[３]㊁中国船级社颁布的«海底管道系统规范»[４]采用了基于可靠性的校核衡准ꎬ为海底管道设计提供依据ꎮ随着工程案例的增多和基础数据的积累ꎬ可靠性分析方法在立管设计中得到越来越广泛的应用ꎮ近年来国内外学者对立管可靠性分析方法进行了探索ꎮ梁程诚[５]㊁戴伟[６]㊁陈昌松[７￣８]等人ꎬ对不同环第３６卷第５期２０１８年９月海洋工程ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ.３６Ｎｏ.５Ｓｅｐ.２０１８境条件下的立管采用改进的一次二阶矩㊁响应面等方法进行可靠性计算ꎮＹａｎｇＪｉｎ[９]对深水钻井立管进行了强度和可靠性分析ꎮ新加坡国立大学ＣＹＭａ[１０]等人对立管可靠性计算中如何考虑不确定性因素有过深入讨论ꎮ在立管可靠性分析中ꎬ如何构建可靠性模型㊁如何对随机变量及随机过程的概率特性进行统计㊁采用何种方法实现与目标可靠性指标的比照ꎬ以及不确定性变量的引入ꎬ都是目前学者广泛讨论的问题ꎮ本文将采用时域计算与可靠性分析相结合的方式ꎬ为上述问题提供解决方案ꎬ以期为海洋立管计算和设计提供参考ꎮ１㊀立管动态可靠性模型建立１.１㊀概述最常见的随机过程功能函数有如下３类:Ｚ(ｔ)＝Ｒ－Ｓ(ｔ)ꎬ㊀ｔɪＴ(１)Ｚ(ｔ)＝Ｒ(ｔ)－Ｓꎬ㊀ｔɪＴ(２)Ｚ(ｔ)＝Ｒ(ｔ)－Ｓ(ｔ)ꎬ㊀ｔɪＴ(３)前两类统称为作用效应 抗力半随机过程模型ꎬ后一种称为作用效应 抗力全随机过程模型ꎮ上述半随机过程模型可以经过适当变换转化为静态问题ꎬ最常用的方法是功能函数的极小化变换:一般说来ꎬ随机过程Ｚ(ｔ)的统计特征是比较复杂的ꎬ但只要其最小值满足ｍｉｎＺ(ｔ)>０ꎬ就可保证结构在整个有效使用期Ｔ内的可靠性ꎮ对于式(１)对应的半随机过程模型ꎬ功能函数的极小化变换方式如下:Ｚｍｉｎ＝ｍｉｎｔɪＴＺ(ｔ)＝ｍｉｎｔɪＴ(Ｒ－Ｓ(ｔ))＝Ｒ－ｍａｘｔɪＴＳ(ｔ)(４)记ｍａｘＳ(ｔ)＝ＳＭꎬ表示在有效使用期内出现的最大载荷效应值ꎬ只要ＳＭ作用下结构不会破坏ꎬ则结构安全性得到保证ꎮ这样ꎬ功能函数的极小值问题ꎬ转化为载荷效应的极大值问题ꎬ即有:Ｐｒ(Ｔ)＝Ｐ{Ｚ(ｔ)>０}＝Ｐ{Ｚｍｉｎ>０}＝Ｐ{Ｒ－ＳＭ>０}(５)由此ꎬ只需知道Ｒ和ＳＭ的具体分布形式和统计参数ꎬ便可使用静态模型进行立管强度可靠性的分析计算ꎮ１.２㊀结构功能函数考虑到公式需包含明确的物理含义ꎬ采用第四强度理论对立管进行屈服判定ꎬ即结构安全等效于立管材料的屈服强度大于所受的ＶｏｎＭｉｓｅｓ等效应力ꎮ由此立管的结构功能函数可表示为式(６)的形式:Ｇσｒꎬσｈꎬσｌ()＝σｙ－１２σｒ－σｈ()２＋σｈ－σｌ()２＋σｌ－σｒ()２(６)式中:径向应力分量σｒ＝－ＰｏＤｏ＋ＰｉＤｉＤｏ＋Ｄｉꎻ环向应力分量σｈ＝Ｐｉ－Ｐｏ()Ｄｏ２ｔ－Ｐｉꎻ轴向应力分量σｌ＝ＴＡ＋Ｍ２ＩＤｏ－ｔ()ꎻσｙ为屈服强度ꎻＰｏ与Ｐｉ分别为立管的外压和内压ꎻＤｏ和Ｄｉ分别为立管的外径和内径ꎻｔ为壁厚ꎬｔ＝Ｄｏ－Ｄｉ２ꎻＡ为立管截面面积ꎬＡ＝π４Ｄ２ｏ－Ｄ２ｉ()ꎻＩ为立管截面惯性矩ꎬＩ＝π６４Ｄ４ｏ－Ｄ４ｉ()ꎮ其中ꎬ认为外径㊁壁厚和屈服强度均不随时间发生变化ꎬ属于随机变量ꎻ而弯矩㊁轴力㊁内压和外压等参数会随时间发生变化ꎬ属于随机过程ꎮ１.３㊀立管计算模型本文采用Ｏｒｃａｆｌｅｘ软件ꎬ分别对目标立管在极端工况下进行３小时不规则波时域分析ꎬ据此判断危险截面位置并进行可靠性计算ꎮ立管参数如表１所示ꎬ模型示意如图１ꎮ计算时考虑了风浪流作用下顶端平台的响应ꎬ极端工况下的平台偏移量ꎬ运动ＲＡＯ数据由系泊分析提供ꎮ考虑立管受到的海流拖曳力影响ꎬ波浪根据波高和周期数据按照Ｊｏｎｓｗａｐ谱生成ꎬ海流数据基于表层和底层流速数据通过线性插值得到ꎮ土壤和立管之间的相互作用通过定义土壤刚度和摩擦系数实现ꎮ２２１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３６卷表１㊀平台立管参数Ｔａｂ.１㊀Ｄａｔａｏｆｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｒｉｓｅｒｓ参数数值水深/ｍ１５００立管长度/ｍ３０００立管强度等级ＡＰＩＸ６５１号管尺寸(ｍｍˑｍｍ)２７３ˑ２０２号管尺寸(ｍｍˑｍｍ)３２４ˑ２２３号管尺寸(ｍｍˑｍｍ)４５７ˑ２７图１㊀立管模型Ｆｉｇ.１㊀Ｒｉｓｅｒｍｏｄｅｌｓ２㊀概率特性统计２.１㊀随机变量概率特性统计参考国内外相关文献[１１￣１４]ꎬ立管外径㊁壁厚和屈服强度的概率特性如表２所示ꎮ表２㊀随机变量概率特性统计Ｔａｂ.２㊀Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｖａｒｉａｂｌｅｓ变量分布类型变异系数/(％)外径/ｍｍ正态分布０.１壁厚/ｍｍ正态分布１.０屈服强度/ＭＰａ正态分布８.０２.２㊀随机过程概率特性统计对于本文中三条立管ꎬ最危险极端工况下的最危险位置为触地区域ꎬ该点的弯矩㊁轴力㊁内压㊁外压的均值及变异可通过统计得到ꎬ分布类型可通过单样本Ｋ￣Ｓ检验的方法[１５]来判定ꎮ图２㊀１号管弯矩３小时历程Ｆｉｇ.２㊀Ｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｍｏｍｅｎｔｉｎｔｈｒｅｅｈｏｕｒｓｆｏｒｒｉｓｅｒ１以１号管弯矩在３小时内的时间历程为例ꎬ弯矩值随时间不断发生变化ꎬ如图２所示ꎮ按照每１分钟㊁３分钟㊁５分钟取最大值ꎬ可分别得到１８０组㊁６０组㊁３６组数据ꎬ进而计算其均值及方差ꎬ统计参数对比如表３所示ꎮ表３㊀不同取值间隔１号管弯矩统计参数对比Ｔａｂ.３㊀Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｏｍｅｎｔｏｆｒｉｓｅｒ１ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖａｌｕｅｉｎｔｅｒｖａｌｓ取值间隔轴力均值/(ｋＮ ｍ－１)标准差/(ｋＮ ｍ－１)１分钟２６１.５２１７.８６３分钟２７６.３９１５.２６５分钟２８２.１７１６.９９３２１第５期张㊀萌ꎬ等:钢悬链线立管强度可靠性计算研究㊀㊀由表３可知ꎬ１分钟㊁３分钟㊁５分钟的取值间隔得到的结果基本一致ꎬ可将取值间隔设定为３分钟ꎬ这样在３小时内可获得６０个极值数据ꎬ数据量充足ꎻ同时３分钟的取值间隔也足以避免由于区间过小ꎬ前后极值数据之间存在相关性而出现偏差ꎮ查阅科尔莫洛夫检验的临界值表ꎬ可以得到当样本数ｎ＝６０时各种显著水平对应的Ｋ￣Ｓ检验值Ｄｎꎬ检验结果如表４所示ꎮ表４㊀分布类型的单样本Ｋ￣Ｓ检验Ｔａｂ.４㊀Ｏｎｅ￣ｓａｍｐｌｅＫ￣Ｓｔｅｓｔｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｙｐｅ分布类型临界Ｄｎ值１３.５７％ꎬα＝０.２０１５.５１％ꎬα＝０.１０１７.２３％ꎬα＝０.０５正态１２.３４％通过通过通过对数正态１１.９４％通过通过通过极值Ｉ型５.４４％通过通过通过由表４可知ꎬ在显著性水平取０.２０㊁０.１０㊁０.０５时ꎬ正态分布㊁对数正态分布和极值Ｉ型分布都能通过检验ꎬ说明三种分布类型均可作为近似分布类型并具有相应的可信度ꎬ在此情况下ꎬ优先选取Ｄｎ最小的极值Ｉ型分布ꎮ立管的其它载荷参数也可采用同样方法进行统计和分布检验ꎬ结果如表５所示ꎮ表５㊀极端工况下载荷数理统计结果Ｔａｂ.５㊀Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｌｏａｄｓｉｎｅｘｔｒｅｍｅｃａｓｅ立管编号内压ｐｉ/ＭＰａ外压ｐｏ/ＭＰａ弯矩Ｍ/(ｋＮ ｍ－１)轴力Ｔ/ｋＮ均值标准差/(１０－２)均值标准差/(１０－２)均值标准差均值标准差１２８.５４０.１２１４.３００.４６２７６.７２１５.２６４６６.５０３.９０２２８.５４０.１０１４.３００.４１５０８.１６２３.９５６７７.２２４.２５３２８.５３０.１２１４.２７０.４６１２８８.２２５５.７８１５２８.５８８.８９３㊀载荷转化不同安全等级下的目标失效概率如表６所示ꎬ本文立管选择为中级ꎮ表６㊀目标失效概率Ｔａｂ.６㊀Ｔａｒｇｅｔｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ安全等级低中高失效概率１０－３１０－４１０－５上表中目标失效概率的参考期为一年ꎬ而通常在可靠性计算中ꎬ除安装工况和试验工况外ꎬ载荷的参考期均大于一年ꎬ为与目标可靠性指标进行比较ꎬ需将前文统计得到的载荷极值分布[１６]转化为一年参考期内的分布ꎬ再进行可靠性计算[１７]ꎮ对于随机变量序列Ｘ＝Ｘ１ꎬＸ２ꎬ ꎬＸｎ()Ｔꎬ假设每个随机变量独立同分布ꎬ分布函数为ＦＸ(Ｘ)ꎬ概率密度函数为ｆＸ(Ｘ)ꎮ若Ｙ＝ｍａｘＸ１ꎬＸ２ꎬ ꎬＸｎ()ꎬ其概率分布函数如下所示[１８]:ＧＹｙ()＝ＰＹ<ｙ{}＝ＰＸ１<ｙꎬＸ２<ｙꎬ...ꎬＸｎ<ｙ{}＝ＦＸｙ()[]ｎ(７)式中:ｎ为转化前后参考期的时间长度之间相差的倍数ꎬ当已知基准参考期下的极值分布时ꎬ根据对应的ｎ值ꎬ可以预报不同参考期下的极值分布情况ꎮ因此ꎬ当得到载荷在较长时间内的极值分布ＧＹ(ｙ)后ꎬ可根据上式近似得到载荷幅值在各个较短参考期内的极值概率分布Ｆｘ(ｙ)ꎮ本文中极端工况参考期为１００年ꎬ其载荷分布服从极值Ｉ型分布ꎬ其概率密度函数为:ｇ(ｘ)＝αｅ－α(ｘ－ｕ)ｅｘｐ[－ｅ－α(ｘ－ｕ)]㊀(－¥<ｘ<＋¥)(８)４２１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３６卷其分布函数为:Ｇｘ()＝ｅｘｐ－ｅｘｐ－αｘ－ｕ()[]{}(９)极值Ｉ型分布的统计参数:均值:㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀μ＝ｕ＋０.５７７２α标准差:㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀σ＝π６α＝１.２８２６α极端工况的载荷极值分布转化为一年参考期下之后ꎬ其分布函数如公式(１０)所示ꎬＦｘ()＝Ｇｘ()[]１１００＝ｅｘｐ－ｅｘｐ－αｘ－ｕ＋ｌｎ１００αæèçöø÷éëêêùûúú{}(１０)４㊀不确定性随机变量引入本文提到的不确定性ꎬ主要包括模型不确定性和主观不确定性[１９]ꎮ在实际中ꎬ环境参数的不确定性ꎬ将导致载荷的不确定性ꎬ具体表现为弯矩和轴力的不确定性ꎬ为能够在可靠性计算中体现出这部分不确定性ꎬ对弯矩和轴力引入模型不确定性随机变量χＭ和χＴꎬ这样ꎬ轴向应力分量的计算式变成公式(１１)ꎮσｌ＝χＴ ＴＡ＋χＭ Ｍ２ＩＤｏ－ｔ()(１１)同时引入主观不确定随机变量χｚꎬ用来描述计算方法㊁模型假定与工程实际情况之间的偏差ꎮ这样就得到了最终的结构功能函数ꎬ如公式(１２)所示Ｇσｒꎬσｈꎬσｌ()＝σｙ－χｚ １２σｒ－σｈ()２＋σｈ－σｌ()２＋σｌ－σｒ()２(１２)在立管动力计算中ꎬ能够导致载荷不确定性的环境参数主要包括:土壤刚度㊁平台偏移㊁流速等ꎮ为确定环境参数对载荷结果的影响ꎬ需进行敏感性分析ꎮ本文主要对土壤刚度㊁平台偏移㊁流速展开讨论ꎬ根据推荐取值ꎬ分别对土壤刚度变化ʃ５０％㊁平台偏移变化ʃ１０％和流速变化ʃ５％的情况进行计算ꎮ根据敏感性分析结果:弯矩的模型不确定性随机变量χＭꎬ均值取１ꎬ变异取１０％ꎻ轴力的模型不确定性随机变量χＴꎬ均值取１ꎬ变异取４％ꎮ同时分别考虑０％㊁５％和１０％的主观不确定性变异情况进行对比计算ꎮ５㊀可靠性计算及分析鉴于本文建立的是显式功能函数ꎬ直接采用改进一次二阶矩法(ＦＯＲＭ)[２１￣２２]进行可靠性计算[２３￣２４]ꎮ用ＶｉｓｕａｌＦｏｒｔｒａｎ软件编制程序[２５￣２６]ꎬ输入功能函数中各个原有随机变量和引入的主观㊁模型不确定随机变量的概率分布㊁均值及标准差ꎮ计算结果如表７和图３所示ꎮ表７㊀可靠性计算结果Ｔａｂ.７㊀Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ立管编号１２３ＡＰＩＲＰ２ＲＤ利用系数０.８９１.０３１.０５０％主观不确定可靠性指标β５.１８４.３３４.１３失效概率１.０８ˑ１０－７７.６２ˑ１０－６１.８０ˑ１０－５５％主观不确定可靠性指标β５.０３４.１４３.９３失效概率２.４８ˑ１０－７１.７１ˑ１０－５４.１８ˑ１０－５１０％主观不确定可靠性指标β４.６７３.７３３.５０失效概率１.５１ˑ１０－６１.０８ˑ１０－４２.３１ˑ１０－４目标可靠度β＝３.７２㊀目标失效概率１.００ˑ１０－４㊀５２１第５期张㊀萌ꎬ等:钢悬链线立管强度可靠性计算研究图３㊀可靠性指标与利用系数比较Ｆｉｇ.３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｅｘａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ从上述结果可知:１)从１０％主观不确定性下的可靠性计算结果可以发现ꎬ当利用系数在１左右时ꎬ失效概率也在目标失效概率１０－４附近ꎬ可靠性方法与利用系数方法在判定结构失效时结果呈现一致性ꎬ因此在极端工况下ＡＰＩＲＰ２ＲＤ规范安全系数取０.８ꎬ能够起到满足目标可靠性的要求ꎻ２)可靠性方法在临界点附近判断结构是否失效时与利用系数方法相比更为灵敏ꎻ３)三根立管横向比较可以看到可靠性指标随利用系数的增大而减小ꎬ与理论相符合ꎻ４)对于本文中算例ꎬ考虑主观不确定性后ꎬ可靠度指标β计算结果会相应变小ꎬ而失效概率相应提高ꎬ此时较为保守ꎬ且与目标可靠度和失效概率更为接近ꎮ６㊀结㊀语１)可靠性方法与传统利用系数方法相比ꎬ在判断结构失效与否时呈现一致性ꎬ且在临界点附近灵敏度更高ꎮ２)本文采用样本筛选㊁极值统计和单样本Ｋ￣Ｓ检验三者相结合的方法ꎬ成功采用极值Ｉ型分布拟合得到多个时变载荷的分布类型和概率特性ꎬ随机过程的概率特性难以描述的问题得到解决ꎮ３)在立管可靠性计算中ꎬ结合相关规范资料ꎬ本文引入模型不确定性随机变量成功将平台偏移㊁土壤刚度和流速等较复杂的环境因素纳入可靠性分析中ꎬ通过敏感性计算得到模型不确定性随机变量的均值和变异情况ꎮ４)实例计算结果显示考虑主观不确定性的可靠性计算结果在描述结构失效与否时与传统的利用系数方法更为一致ꎬ因此分析中可考虑适当引入ꎮ参考文献:[１]㊀ＡＰＩＲＰ２ＲＤꎬＤｅｓｉｇｎｏｆｒｉｓｅｒｓｆｏｒｆｌｏａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｅｎｓｉｏｎ￣ｌｅｇｐｌａｔｆｏｒｍｓ[Ｓ].ＡｍｅｒｉｃａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ２００６.[２]㊀ＡＰＩＳＴ２ＲＤꎬＤｙｎａｍｉｃｒｉｓｅｒｓｆｏｒｆｌｏａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ[Ｓ].ＡｍｅｒｉｃａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ２０１３.[３]㊀ＳＹ/Ｔ１００３７ꎬ海底管道系统[Ｓ].中华人民共和国国家能源局ꎬ２０１０.(ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｅｒｇｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａꎬＳＹ/Ｔ１００３７ꎬＳｕｂｍａｒｉｎｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍ[Ｓ].２０１０.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[４]㊀海底管道系统规范[Ｓ].中国船级社ꎬ１９９２.(Ｓｕｂｍａｒｉｎｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｓ[Ｓ].ＣｈｉｎａＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｏｃｉｅｔｙꎬ１９９２.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[５]㊀ＬＩＡＮＧＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇ.Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｍａｒｉｎｅｒｉｓｅｒｓ[Ｄ].Ｈａｎｇｚｈｏｕ:ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１５.[６]㊀戴伟.基于响应面方法的立管结构可靠性研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２０１２.(ＤＡＩＷｅｉ.Ｒｓｅｓａｒｃｈｏｎｒｉｓｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ[Ｄ].Ｈａｒｂｉｎ:ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１２.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[７]㊀ＣＨＥＮＣｈａｎｇｓｏｎｇ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｅｐ￣ｗａｔｅｒｒｉｓｅｒｓａｎｄｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｉｎｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃｏｃｅａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｄ].Ｓｈａｎｇｈａｉ:ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１０.[８]㊀ＣＨＥＮＣｈａｎｇｓｏｎｇꎬＸＵＥＨｏｎｇｘｉａｎｇꎬＲＥＮＺｈｉｇｕｏꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｅｐ￣ｗａｔｅｒｒｉｓｅｒｓａｎｄｍｏｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｉｎｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃｏｃｅａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１１(４):５７６￣５８４.[９]㊀ＹＡＮＧＪｉｎꎬＬＩＵＣａｉｈｏｎｇ.Ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｅｐｓｅａｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｓｅｒｓ[Ｊ].ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００７ꎬ４(２):６０￣６５.[１０]ＣＹＭａꎬＵＡｌｉｂｒａｎｄｉꎬＣＧＫｏｈ.Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｓｔｅｅｌｃａｔｅｎａｒｙｒｉｓｅｒｗｉｔｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌꎬｇｅｏｍｅｔｒｙꎬａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＡＳＭＥ２０１４３３ｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｃｅａｎꎬＯｆｆｓｈｏｒｅａｎｄＡｒｃｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１４ꎬ３３:８￣１３.[１１]ＡＰＴｅｉｘｅｉｒａꎬＣＧｕｅｄｅｓＳｏａｒｅｓ.Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｓｗｉｔｈｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓ[Ｊ].ＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌｓａｎｄＰｉｐｉｎｇꎬ２００８ꎬ８５:２２８￣２３７.６２１海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３６卷[１２]夏雪.腐蚀海底管道的可靠性评估[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２００９.(ＸＩＡＸｕｅ.Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ[Ｄ].Ｈａｒｂｉｎ:ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１３]丁鹏.海底管线安全可靠性及风险评价技术研究[Ｄ].青岛:中国石油大学ꎬ２００８.(ＤＩＮＧＰｅｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓａｆｅｔｙｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｐｉｐｅｌｉｎｅ[Ｄ].Ｑｉｎｇｄａｏ:ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍꎬ２００８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１４]罗海文ꎬ董瀚.高级别管线钢Ｘ８０~Ｘ１２０的研发与应用[Ｊ].中国冶金ꎬ２００６ꎬ１６(４):９￣１５.(ＬＵＯＨａｉｗｅｎꎬＤＯＮＧｈａｎ.ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＸ８０￣Ｘ１２０ｈｉｇｈｇｒａｄｅｌｉｎｅｐｉｐｅｓｔｅｅｌｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＣｈｉｎａＭｅｔａｌｌｕｒｇｙꎬ２００６ꎬ１６(４):９￣１５.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１５]华东师范大学数学系.概率论与数理统计教程[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ１９８３.(ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓꎬＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ.Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙａｎｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｔｕｔｏｒｉａｌ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＨｉｇｈｅｒＥｄｕｃａｔｉｏｎＰｒｅｓｓꎬ１９８３.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１６]邓合霞.海洋立管在非线性波浪载荷下的极值响应研究[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工程大学ꎬ２００６.(ＤＥＮＧＨｅｘｉａ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｅｘｔｒｅｍｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｏｃｅａｎｒｉｓｅｒｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｎｏｎｌｉｎｅａｒｗａｖｅｌｏａｄｓ[Ｄ].Ｈａｒｂｉｎ:ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１７]王浩钦.破损散货船剩余剪切强度的可靠性研究[Ｄ].杭州:浙江工业大学ꎬ２０１６.(ＷＡＮＧＨａｏｑｉｎ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｕｌｔｉｍａｔｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｄａｍａｇｅｄｂｕｌｋｃａｒｒｉｅｒｓ[Ｄ].Ｈａｎｇｚｈｏｕ:ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１８]王言英.波浪与作用在海洋结构物上的载荷[Ｍ].大连:大连海事大学出版社ꎬ２００３.０９.(ＷＡＮＧＹａｎｙｉｎｇ.Ｗａｖｅｓａｎｄｗａｖｅｌｏａｄｓｏｎｏｆｆｓｈｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｍ].Ｄａｌｉａｎ:ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓꎬ２００３.０９.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[１９]吴剑国.网壳结构稳定性的可靠性研究[Ｄ].上海:同济大学ꎬ２００１.(ＷＵＪｉａｎｇｕｏ.Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｄ].Ｓｈａｎｇｈａｉ:ＣｈｉｎａＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２０]贡金鑫ꎬ魏巍巍.工程结构可靠性设计原理[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２００７.(ＧＯＮＧＪｉｎｘｉｎꎬＷＥＩＷｅｉｗｅｉ.Ｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓꎬ２００７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２１]骆成.海洋立管动态响应及动态可靠度分析[Ｄ].兰州:兰州理工大学ꎬ２０１４.(ＬＵＯＣｈｅｎｇ.Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｍａｒｉｎｅｒｉｓｅｒ[Ｄ].Ｌａｎｚｈｏｕ:ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２２]张宁ꎬ王明洋ꎬ肖军华ꎬ等.基于改进的一次二阶矩失效概率计算方法的深部盐岩地下储气库片帮风险模型及其应用[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１３ꎬ３２(２):３４４８￣３４５４.(ＺＨＡＮＧＮｉｎｇꎬＷＡＮＧＭｉｎｇｙａｎｇꎬＸＩＡＯＪｕｎｈｕａꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｅｅｐｓａｌｔｒｏｃｋｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇａｓｓｔｏｒａｇｅｓｌａｂｂｉｎｇｒｉｓｋｂａｓｅｄｏｎｍｏｆｍｆａｉｌｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１３ꎬ３２(２):３４４８￣３４５４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２３]石福周ꎬ司伟ꎬ马骉ꎬ等.基于一次二阶矩的冻融作用下沥青路面性能可靠度分析[Ｊ].长安大学学报(自然科学版)ꎬ２０１５ꎬ３５(４):２０￣２６.(ＳＨＩＦｕｚｈｏｕꎬＳＩＷｅｉꎬＭＡＢｉａｏꎬｅｔａｌ.Ａｐｐｌｙｉｎｇｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｓｅｃｏｎｄｍｏｍｅｎｔｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｆｒｅｅｚｅ￣ｔｈａｗｉｍｐａｃｔｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)ꎬ２０１５ꎬ３５(４):２０￣２６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２４]李骏嵘.海底管道的可靠性设计方法及施工程序编制[Ｄ]ꎬ杭州:浙江大学ꎬ２００４.(ＬＩＪｕｎｒｏｎｇ.Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ￣ｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｐｉｐｅｌｉｎｅａｎｄｉｔｓｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｉｎｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ[Ｄ].Ｈａｎｇｚｈｏｕ:ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[２５]胡洪益.结构可靠性分析软件系统开发及优化设计方法研究[Ｄ]ꎬ长沙:湖南大学ꎬ２０１６.(ＨＵＹｉｈｏｎｇ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ[Ｄ].Ｃｈａｎｇｓｈａ:ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))７２１第５期张㊀萌ꎬ等:钢悬链线立管强度可靠性计算研究。

2011年8月噪声与振动控制第4期文章编号：1006-1355(2011)04-0026-03钢悬链线立管振动响应影响因素分析王红霞，李喆（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200030）摘要：海洋立管内部一般有高压的油或气通过，这将对立管的振动响应产生较大的影响。

首先研究SCR管内流体的流速对结构固有频率的影响，结果表明：立管的固有频率随着管内流体流动速度的增加而降低，应在设计时予以足够重视。

另外又分析悬链线立管张力随水深的变化规律，计算考虑变张力的立管固有频率，比较分析弯曲刚度对固有频率的影响。

结果表明：弯曲刚度对前10阶频率影响不大。

因此，在计算低模态的涡激振动时，可以忽略弯曲刚度的影响。

关键词：振动与波；钢悬链线立管；流体流速；张力；弯曲刚度；固有频率中图分类号：TU311文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-1355-2011.04.006 Factors Analysis of Influencing of Steel Catenary RiserWANG Hong-xia，LI Zhe（State Key Laboratory of Ocean Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200030，China)Abstract:Generally,there is high-pressure oil or gas inside the ocean riser.The velocity of the fluid will greatly influence the vibration response of the riser.In this paper,the affect of fluid velocity in the riser on the natural frequency of steel catenary riser(SCR)structure is studied.The results show that the natural frequency decreases with the increase of fluid flow velocity.Thus,one should pay sufficient attention to this phenomenon in the design.Furthermore,the tensile variation of the SCR with the depth is calculated and analyzed.Considering the variation of the tension,the natural frequencies of the SCR is calculated.The influence of bending stiffness of the SCR on the natural frequency of the riser is analyzed.The results show that bending stiffness has little effect on the first10-order frequencies.Therefore,it can be ignored in calculating the low-frequency mode vortex-induced vibration.Key words:vibration and wave;steel catenary riser;fluid flow velocity;tension;bending stiffness;natural frequency海洋立管是细长的柔性构件，当立管产生较大的侧向偏移时，流体从变形的管道的一端流向另一端，流体质点会产生离心加速度和柯氏加速度，从而使得流体动压力周期性的作用于管壁，诱发立管弯曲振动。

深水钢悬链线立管波致疲劳预报时频方法对比①黄 俊1,康 庄2,张岩松3,艾尚茂4(1.中海油研究总院,北京 100000;2.哈尔滨工程大学,黑龙江哈尔滨 150001)摘要 波致疲劳损伤是深水钢悬链线立管(S C R )疲劳损伤的重要组成部分㊂分别采用时域和频域的方法对中国南海海域风暴海况引起的S C R 波致疲劳损伤进行了预报,分析了时域方法和频域方法得到的平台运动响应和立管动力响应的差异,对疲劳损伤风险位置及损伤极值等预报结果进行了对比㊂结果表明:时域方法与频域方法计算耗时差距巨大,采用频域方法得到的损伤风险位置滞后,且与时域方法相比,对立管的波致疲劳损伤进行了放大,在数量级上保持一致㊂通过上述结果分析,评估两种方法在深水钢悬链线立管波致疲劳预报中的适用性㊂关键词 钢悬链线立管;波致疲劳;频域谱分析;时域方法中图分类号:U 674.38 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)011207d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.18T i m e -f r e q u e n c y M e t h o d C o m pa r i s o n f o r W a v e -i n d u c e d F a t i g u e P r e d i c t i o n o f D e e pw a t e r S C R s H U A N G J u n 1,K A N G Z h u a n g 2,Z H A N G Y a n s o n g 2,A I S h a n gm a o 2(1.C N O O C R e s e a r c h I n s t i t u t e ,B e i j i n g 100000,C h i n a ;2.H a r b i n E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y ,H a r b i n H e i l o n g j i a n g 150001,C h i n a )A b s t r a c t W a v e -i n d u c e d f a t i g u e d a m a g e i s a n i m p o r t a n t c o m p o n e n t o f d e e p -w a t e r s t e e l c a t e n a r y r i s e r (S C R )f a t i g u e d a m a g e .I n t h i s p a p e r ,t h e f a t i g u e d a m a g e o f S C R i n t h e S o u t h C h i n a S e a c a u s e d b y s t o r m s t a t e i s p r e d i c t e d t h r o u gh t i m e d o m a i n a n d f r e q u e n c y d o m a i n r e s p e c t i v e l y .T h e d i f f e r e n c e o f p l a t f o r m m o t i o n r e s p o n s e a n d r i s e r d yn a m i c r e s p o n s e o b t a i n e d b y t i m e d o m a i n m e t h o d a n d f r e q u e n c y d o m a i n m e t h o d i s a l s o a n a l y z e d .T h e p r e d i c t i o n r e s u l t s o f f a t i g u e d a m a g e r i s k p o s i t i o n a n d d a m a g e e x t r e m e v a l u e a r e t h e n c o m p a r e d .T h e a p p l i c a b i l i t y of t h e m e t h o d s i n p r o d i c t i o n o f d e e p -o c e a n r i s e r s w a v e -i n d u c e d f a t ig u e w a s e v a l u a t e d .Th e r e s u l t s h o w s t h a t t h e r ei s a h u g e g a pb e t w e e n t h e t i m e d o m a i n m e t h o d a n d t h e f r e q u e nc yd o m a i n me t h o d ,a n d t h a t t h e d a m a g e r i s k p o s i t i o n c a l c u l a t e d b yt h e f r e q u e n c y d o m a i n m e t h o d i s l a g g i n g b e h i n d .W i t h t h e f r e q u e n c y d o m a i n m e t h o d ,t h e w a v e -i n d u c e d f a t i gu e c u m u l a t i v e d a m a g e i s a m p l i f i e d ,w h i l e t h e o r d e r o f m a gn i t u d e i s c o n s i s t e n t .K e y wo r d s S C R s ;w a v e -i n d u c e d f a t i g u e ;f r e q u e n c y d o m a i n s p e c t r a l a n a l y s i s ;t i m e d o m a i n m e t h o d 0 引 言近年来,钢悬链立管由于其成本低,可以承受较大的上部浮体的升沉和漂移运动[1],且适合深海高压环境,被广泛应用于深水油气开发中㊂对于深水立管系统来说,疲劳问题也是至关重要的㊂深水钢悬链线立管(S C R )的疲劳损伤主要包括平台涡激运动引发的疲劳损伤㊁立管涡激振动疲劳损伤和波致疲劳损伤㊂深水S C R 应用的海洋环境较为复杂,容易遭受极端海况,波浪载荷大,由此引发的疲劳①项目:中国海油科技项目 陵水半潜式生产平台研究专项 (L S Z X -2020-H N -05-0405)作者简介:黄俊(1980 ),男,工学学士学位,高级工程师,现主要从事海底管道结构的设计和研究工作㊂h u a n g ju n l @c n o o c .c o m.c n ㊂第10卷 第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023第2期黄俊,等:深水钢悬链线立管波致疲劳预报时频方法对比㊃113 ㊃损伤在疲劳总损伤中占比较大,因此在立管设计过程对波致疲劳损伤进行预报是十分必要的㊂在目前的实际工程中,疲劳损伤计算一般是基于频域谱分析方法和时域分析方法[2]㊂时域疲劳评估方法顾名思义是在时域中模拟得到应力数据,应用雨流计数法对应力进行处理,提取以幅值和均值为区分的应力的循环次数,之后对所截取的时间段下的总损伤进行累积计算,最后经过转换可以得到所求疲劳寿命㊂工程应用对时域法的准确性认可度较高,可以对载荷所引发的疲劳问题进行准确分析,并且还能将其中的非线性问题考虑在内㊂但该方法计算量大,对设备要求较高,耗时严重[3]㊂在实际情况下,也可以在频域内用功率谱密度来描述结构所受的随机载荷㊂频域方法计算量较小,因而耗费时间较短㊂面对较为复杂疲劳分析问题时,可以利用该方法快速地进行计算,与时域方法相比可节省大量的时间[4]㊂频域方法虽然能够极大地减小计算成本,对疲劳寿命进行快速预报,但其预报结果在精度上值得商榷㊂本文利用O r c a F l e x 软件分别采用频域方法和时域方法对南海某生产平台立管系统进行波致疲劳预报,通过对所得结果进行分析,对两种方法进行讨论㊂1 计算理论和方法1.1 悬链线理论如图1所示为基本的悬链线式钢质立管形态,θ为悬链线顶端切线方向于水平面的夹角,T h 和T v 分别是顶端张力的水平方向与垂直方向的分量㊂悬链线的一般理论方程为[5]:图1 立管静力分析图F i g .1 S t a t i c a n a l y s i s d i a gr a m o f r i s e r y =a c o s h xa-1(1)其中,定义a =T h/μ为悬链线参数,μ为管线单位长度湿重㊂在水深h 和单位长度湿重μ给定下,给出悬链线参数a 便可得到全部的立管状态参数㊂1.2 时域动力分析理论时域分析是完全非线性的,质量㊁阻尼㊁刚度㊁载荷等在各个节点上每个时间步进行计算,同时考虑瞬时几何形状的差异㊂O r c a F l e x 软件中内置两种积分方式,分别为显式积分和隐式积分,文中选用隐式积分方案,在计算时间步内更加稳定,因此速度更快㊂S C R 的运动方程可以表示为[6]:M x ㊃㊃(t )+C x ㊃(t )+K x (t )=f (t )(2)式中,M 为S C R 的质量矩阵,包括结构质量和附加质量;C 为S C R 的阻尼矩阵,包括结构阻尼和水动力阻尼;K 为S C R 的刚度矩阵;f (t )为S C R 所受到的外部载荷,主要是环境载荷和浮体响应给S C R 施加的力㊂1.3 频域谱分析理论频域分析是线性的,即频域求解过程中将任何非线性因素近似为线性㊂波频响应定义为系统与波浪随机过程相关联的一阶动态载荷作用下的响应㊂与时域下一致,波浪由指定的波浪谱描述,不同的是波浪谱在频域分析中并不用于重现海况㊂频域分析是通过对一些潜在的随机环境或加载过程应用一系列的线性映射来实现的㊂频域分析假设输入和输出都是正弦函数或者正弦函数组合的形式[7],所以频率为ωn 的不规则波:f (t )=f -㊃e i ωn t,x (t )=x -㊃e i ωn t(3)式中,f -和x -为复向量形式㊂代入式中可得:(ω2n ㊃M +i ωn ㊃C +K )㊃x -=f -(4)假设式中M ㊁C 和K 不随时间变化,S C R 结构为小直径管线结构,则f -可以通过对莫里森公式扩展得到,将f -记作F -㊂1.4 疲劳分析方法时域疲劳分析是在一段时间内对S C R 的运动响应进行求解,得到S C R 的应力响应的时历数据㊂频域谱疲劳分析是在频域内进行的,通过F E M 对S C R 结构进行分析得到频域响应函数,结合平台的运动谱和J O N S W A P 波浪谱可得到其应力在频域内的响应,通过进一步变化得到应力数据㊂在得到应力数据后结合S N 曲线法[8]即可得到其应力幅值对应的循环次数,再应用M i n e r 线性累积准则对损伤进行累加㊂重复进行上述操作可以得到立管㊃114㊃海洋工程装备与技术第10卷各个节点位置的疲劳损伤㊂具体的频域方法(a)和时域方法(b)疲劳分析流程如图2所示㊂(a)(b)图2疲劳分析流程F i g.2F a t i g u e a n a l y s i s p r o c e s s计算中所选择的S N曲线对立管疲劳损伤的影响很大,本文中立管疲劳寿命预测所用的S N 曲线选自规范B S7608(1993)E,表示为N=a S-ml o g10N=l o g10a-m l o g10S(5)其中,a㊁m为材料参数,取值为:a=3.289ˑ1012, m=3.0㊂在实际工程中,通常使用线性疲劳累积损伤理论作为其损伤累积的指导,该理论指出:在疲劳实验中,结构在不变应力的循环施加下,损伤与应力循环之间的关系可以认为是线性的,当损失积累到一定程度时,结构将产生破坏㊂其中,M i n e r损伤累计准则应用最多,其表达式为D=ðk i=1n i N i(6)其中,n i为应力的循环次数,N i为材料破坏之前可以承受的最大循环数㊂计算出在每个应力幅值下的损伤量,按照M i n e r损伤累积理论将每个幅值下的损伤值进行累积得到总损伤㊂2模型建立与参数选取2.1结构参数及耦合模型建立耦合模型中的平台模型为中国南海水深1422米的 深海一号 深水半潜式生产储油平台,由立柱和浮箱组成,吃水为37m,其设计参数见表1㊂平台采用张紧式锚链聚酯缆锚链组合形式进行系泊,系泊系统由4组㊁16根系泊线组成,如图3所示㊂表1平台主要结构尺寸T a b.1M a i n s t r u c t u r a l d i m e n s i o n s o f t h e p l a t f o r m参数/m值吃水37主尺寸91.5ˑ91.5ˑ59立柱尺寸21ˑ21ˑ50浮筒尺寸49.5ˑ21ˑ9第2期黄俊,等:深水钢悬链线立管波致疲劳预报时频方法对比㊃115 ㊃图3 平台立管系泊耦合数值模型F i g .3 C o u p l e d n u m e r i c a l m o d e l o f p l a t f o r m -r i s e r -m o o r i n g立管系统由6根钢悬链式立管[9](S C R )组成,分别为一根18寸外输天然气外输立管(G E ),两根12寸生产立管(P R 1和P R 2),两根10寸生产立管(P R 3和P R 4),以及1根注入立管(M E G ),立管参数见表2㊂表2 立管参数T a b .2 R i s e r pa r a m e t e r s 立管名称G E P R 1/2P R 3/4M E G 长度/m2204212821282068外径/m0.4570.3240.2730.168内径/m0.3940.2700.2220.132材料密度/(t e /m 3)7.850涂层厚度/m0.003海床摩擦系数0.5涂层密度/(t e /m 3)0.92.2 环境参数针对南海的海洋环境,选取了5个风暴工况进行分析㊂波浪谱为J O N S W A P 谱,海流为阶梯流,以4天为周期进行疲劳分析㊂该海域的波浪参数见表3,海流参数见图4㊂表3 海况参数T a b .3 S e a s t a t e p a r a m e t e r s海况编号有效波高/m 谱峰周期/s 风速/(m /s )方向/(ʎ)持续时间/h S 513.414.743.7454.4S 412.314.4411356.7S 310.313.6341354.6S 29.51330.39015.8S 16.312.124.2064.5图4 海流参数F i g .4 F l o w v e l o c i t y pr o f i l e 2.3 平台水动力特性采用基于势流理论的A QW A 程序对半潜式平台的水动力特性进行计算,以15ʎ为浪向间隔㊂该半潜式平台是对称结构,其纵荡和横荡运动是相同的,类似的对称浪向下的响应也是重复的㊂图5和图6是半潜式平台0ʎ~90ʎ七个浪向的纵荡和垂荡的幅值响应算子㊂图5深海一号 半潜平台纵荡幅值响应算子F i g .5 S u r g i n g r e s p o n s e a m p l i t u d e o pe r a t o r㊃116㊃海洋工程装备与技术第10卷图6深海一号 半潜平台垂荡幅值响应算子F i g .6 H e a v i n g r e s p o n s e a m p l i t u d e o pe r a t o r 3 结果分析3.1 平台运动响应分析分别使用频域方法(F )和时域方法(T )对平台立管系泊组成的耦合系统进行分析,提取平台垂荡运动响应结果,将频域下的结果进行转换后,与时域下的响应结果对比,如图7所示㊂从对比结果可知,两种方法得到的垂荡响应的平均位移差异不明显,相比于时域的计算结果,频域方法会放大对响应幅值的预测,结果的平均绝对误差在4%左右㊂并且随着海况等级的增加,两种方法得到的响应曲线的差异呈上升趋势㊂图7 平台垂荡运动响应对比F i g .7 C o m p a r i s o n o f h e a v e m o t i o n r e s p o n s e o f pl a t f o r m 3.2 立管波致疲劳分析对立管系统中的1根天然气外输管(G E )和4根生产管(P R 14)进行疲劳分析,得到各S C R 的波致疲劳损伤最大值和疲劳风险位置㊂(1)疲劳风险位置预报由已有研究和疲劳预报结果可知,S C R 的波致疲劳风险位置集中在触地段区域,该位置区域的立管外壁由于在运动过程中与海床发生摩擦,极易产生疲劳损伤㊂图8(左)显示的是分别通过两种方法计算得到的各立管在所有海况下波致疲劳损伤风险最大的位置㊂由图可知,两种方法得到的波致疲劳损伤最大值的位置范围都在触地点区域,并且天然气外输管的风险位置预报两种方法结果相一致㊂在对4根生产立管的风险位置的预报中可以发现,频域方法所得位置结果在沿管长方向比时域方法滞后㊂图8(右)显示的是对横截面上风险位置的预报结果,由图可知,两种方法所得截面疲劳损伤最大点位置的夹角在90ʎ左右㊂(2)疲劳损伤最大值预报两种方法计算得到的立管系统在触地区域的疲劳损伤最大值如图9所示㊂两种方法计算所得的疲劳损伤结果的数量级保持一致,均为10-3,但在数值上两种方法所得结果差异明显,频域方法所得结果与时域方法相比对疲劳损伤进行了放大,且在生产立管(P R 4)上放大最为明显㊂第2期黄俊,等:深水钢悬链线立管波致疲劳预报时频方法对比㊃117 ㊃图8 立管波致疲劳损伤风险位置预报F i g .8 L o c a t i o n p r e d i c t i o n o f r i s e r w a v e -i n d u c e d f a t i g u e d a m a ge r i sk 图9 立管疲劳损伤最大值F i g .9 M a x i m u m o f r i s e r f a t i g u e d a m a ge (3)计算时间对比使用时域方法分别对各个工况进行了1小时的模拟计算,记录每个工况仿真所需时间㊂如图10所图10 仿真耗时对比F i g .10 C o m pa r i s o n o f s i m u l a t i o n t i m e 示,时域方法对一个工况进行1小时仿真所需时间约为4.5小时,而在相同计算配置下,频域方法对每个工况进行计算所需时间约为35秒,计算耗时差距巨大㊂4 结 论对中国南海 深海一号 深水半潜式生产储油平台的立管系统的波致疲劳损伤进行了分析,得到的结论如下:(1)频域方法与时域方法在计算时间消耗上差异巨大,在同等计算配置的情况下,时域动态仿真耗费时间约为频域方法的近千倍㊂(2)平台垂荡运动响应预报受到方法差异的影响,其中频域方法得到的平台垂荡运动响应幅值较大,并且随着海况等级增大差异愈发明显㊂(3)立管系统波致疲劳损伤预报主要关于疲劳损伤风险位置和疲劳损伤极值两个关键参数:①与时域方法相比,频域方法得到的立管波致疲劳损伤风险位置沿管长较为滞后,但仍在触地区域内,横截面内风险位置不同,夹角在90ʎ左右;②频域方法预报中对疲劳损伤极值进行了放大,但在数量级上与时域方法所得结果保持一致㊂目前普遍认为时域方法的分析精确度较高,从上述分析结果可知,在对立管波致疲劳的预报中频域方法的快速性优势明显,并且在验证校核等对结果精确度要求不高的过程中,采用频域方法进行分㊃118㊃海洋工程装备与技术第10卷析可以快速得到校核结果㊂在设计过程中也可通过将两种方法结合的方式进行快速设计或指标检测㊂参考文献[1]M ršn i k M,S l a v i c㊅J,B o l t eža r M.F r e q u e n c y-d o m a i n M e t h o d sf o r a V i b r a t i o n-f a t ig u e-l i f e E s t i m a t i o n A p p l i c a t i o n t o R e a l D a t a[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f F a t i g u e,2013,47:817.[2]M O R O O K A C K,C O E L H O F M,S H I G U E M O T O D A.D y n a m i c B e h a v i o r o f a T o p T e n s i o n e d R i s e r i n F r e q u e n c y a n dT i m e D o m a i n[C].P r o c e e d i n g s o f t h e S i x t e e n t h(2006) I n t e r n a t i o n a l O f f s h o r e a n d P o l a r E n g i n e e r i n g C o n f e r e n c e.S a nF r a n c i s c o,2006:3136.[3]杨和振,李华军.深海钢悬链立管时域疲劳寿命预估研究[J].振动与冲击,2010,29(03):2225+201.D O I:10.13465/j.c n k i.j v s.2010.03.001.[4]程侃,赵礼辉,刘斌,等.频域疲劳寿命预测方法对比与分析[J].农业装备与车辆工程,2018,56(9):15.[5]白兴兰,黄维平.深水钢悬链线立管非线性有限元静力分析[J].工程力学,2011,28(4):208213.[6]S I L V A D A N T A S C M,d e S I Q U E I R A M Q,E L L W A N G E RG B,e t a l.A f r e q u e n c y D o m a i n A p p r o a c h f o r R a n d o m F a t i g u eA n a l y s i s o f S t e e l C a t e n a r y R i s e r s a tB r a z i l s D e e p W a t e r[C].O M A E51104,2004.[7]周巍伟,曹静,沙勇,陈严飞.深水钢悬链线式输油立管波致疲劳损伤频域分析[J].中国海上油气,2011,23(5):349353.[8]A T S M s t a n d a r d E104985.S t a n d a r d p r a c t i c e s f o r c y c l ec o u n t i n g i n f a t i g u e a n a l y s i s[S].W e s t C o n s h o h o c k e n,P A:A S T M I n t e r n a t i o n a l,1999.[9]贾旭,贾鲁生,黄俊,等. 深海一号 能源站钢悬链立管总体方案研究[J].中国海上油气,2021,33(5):165174.。

- 31 -第3期图1 气田总体布置及钢悬链立管布置图深水钢制悬链线立管疲劳敏感性分析研究杨伟，李旭，任翠青，苑健康，张薇（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）[摘 要] 南海某深水项目是国内首个采用钢悬链线立管的深水工程项目。

本文以该气田10寸钢悬链立管（SCR）为例，结合工程经验确定了影响疲劳的主要因素，利用Flexcom软件建立了疲劳分析模型并进行了敏感性分析。

通过对比所有敏感性分析结果可知，立管重量制造公差、系泊锚链预张紧力对立管触底区域的疲劳有明显影响。

通过本文的研究，为项目及后期类似项目的钢悬链立管分析设计提供了参考和借鉴。

[关键词] 钢悬链线立管；敏感性分析；疲劳分析作者简介：杨伟（1983—），男，河北人，硕士研究生，高级工程师，海洋石油工程股份有限公司立管结构工程师。

近年来，深海开发中的油气勘探和生产活动大大增加，与几年前相比水深增加了一倍[1]。

钢制悬链线立管（SCR ）由于其成本低、对浮体运动有较大的适应性，且适用高温高压工作环境，因此逐渐成为深水开发的首选立管形式，被誉为深水开发的成本有效解决方案[2]。

南海某深水项目是国内首个采用深水钢质悬链线立管的深水工程项目，因此从立管构型设计、关键部件选择、立管计算分析，管土作用评估、安装分析、管材确定都面临挑战。

本文从南海某深水项目实际工程出发，针对实施中遇到的影响SCR 疲劳分析的不确定因素开展敏感性分析，给出了在南海特有环境条件下的立管动力分析结果，为其他南海类似工程的SCR 分析设计提供了参考和借鉴。

1 项目概述南海某深水油气田是我国首个自营开发的深水气田。

气田水深范围1220～1560m ，其中SCR 应用水深范围1430～1470m 。

该气田开发示意图如图1所示，由一座深水半潜平台（SEMI ）、水下生产系统、SCR 和海底管道组成。

该工程共有6根SCR ，分别为一根18寸外输天然气SCR （GE ），两根12寸生产SCR （P1和P2），两根10寸生产SCR （P3和P4），以及一根6寸MEG 注入SCR （MEG1）。

钢悬链线立管拖地段与土体相互作用的数值模拟的开题报
告
一、选题背景与意义
随着现代海洋油气勘探开发的不断深入，钢悬链线立管作为海底油气开发的主要装备之一，已经广泛应用于深水环境下的海底油气开采。

钢悬链线立管拖地段作为立管的下游，处于复杂的土体环境中，其与土体之间的相互作用对于立管的安全运行和油气开发的效果至关重要。

目前，对于钢悬链线立管拖地段与土体相互作用的研究主要是通过试验方法来探究其力学性能，试验结果虽然可靠性较高，但是费用昂贵，周期长。

因此，通过数值模拟的方法研究钢悬链线立管拖地段与土体相互作用问题成为可能，这不仅可以降低研究成本，还可以快速地掌握相应的物理过程，为工程设计和生产提供参考和支持。

二、研究内容和方法
本研究旨在开展钢悬链线立管拖地段与土体相互作用的数值模拟研究，具体内容包括以下三个方面：
1. 建立数值模型：首先，根据实际工程情况，对立管、悬链线、拖地段和土体进行建模，包括几何模型、力学模型和材料模型等。

2. 开展数值模拟：在建立好模型后，采用ANSYS等有限元分析软件，对钢悬链线立管拖地段与土体的相互作用进行数值模拟，得到相应的力学响应和变形情况等。

3. 分析模拟结果：最后，对数值模拟的结果进行分析和解释，探究钢悬链线立管拖地段与土体相互作用的力学特性和规律，为后续工程设计和生产提供参考和支持。

三、预期成果和意义
预期成果：通过数值模拟方法对钢悬链线立管拖地段与土体相互作用进行研究，得到相应的力学响应和变形情况等，为深入探究该问题提供了一定的基础和参考。

预期意义：本研究不仅为海底油气勘探开发提供了一定的技术支持，更为基于数值模拟方法的工程研究提供了新的思路和方法，具有一定的创新性和实用性。

深水开发的新型立管系统———钢悬链线立管(SCR )Ξ黄维平,李华军(中国海洋大学海岸与海洋工程研究所,山东青岛266071)摘　要:　1种全新的深水立管系统———钢悬链线立管(Steel Catenary Riser ,SCR )在墨西哥湾(G olf of Mexico )、坎普斯湾(Campos Basin )、北海(North Sea )和西非(West Africa )得到了成功应用。

它的适用水深为300～3000m ,且适用现有任何浮式结构,从浅水的固定式平台到极深水的浮式生产储运系统(FPSO )。

因此,它取代了传统的柔性立管和顶张力立管,成为深水油气开发的首选立管,被认为是深水立管系统的成本有效的解决方案。

关键词:　钢悬链线立管;深水立管;海底管线;深水开发中图法分类号:　TE851 文献标识码:　A 文章编号:　167225174(2006)052775207 近年来,深水开发中的油气勘探和开发活动大大增加,与前几年相比水深增加了1倍。

海洋工业正在更深的海域中建造生产系统,更多地采用新技术并较大程度地发展现有技术。

这是世界上海洋石油天然气工业发展的总趋势,如墨西哥湾、坎普斯湾、北海和西非。

随着水深的不断增加,深水开发的技术装备也不断面临新的挑战,海洋平台和立管系统在这一次次的挑战中得到了发展,从张力腿平台、单柱平台(S par )、半潜式平台发展到今天的浮式生产系统和浮式生产储运系统(FPSO )(见图1)。

由于这些平台在海洋环境(风、浪、流)的作用下具有不同的运动特征,因此,对连接海底管线和平台的立管系统也提出了不同的要求。

如浮式结构的二阶慢漂运动在极端海况时,其最大漂移量可达水深的6%～10%(张力腿平台和单柱平台),20%～30%(浮式生产系统或浮式生产储运系统)。

顶张力立管已经没有能力顺应这样大的浮体漂移。

而且,随着水深的增加,顶张力的补偿也变得越来越困难,更难以容纳浮体的升沉运动。