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多浮体耦合的长大管道沉放系统沉放施工过程中的动力响应研究
| 论文题名： | 多浮体耦合的长大管道沉放系统沉放施工过程中的动力响应研究 |
| 关键词： | 沉管管道;施工过程;多浮体耦合;动力响应 |
| 摘要： | 沉管管道常用于输送汽油、天然气与自来水等生活必需品，与居民生活息息相关。管道施工流程繁琐，技术要求高，一旦发生施工事故必然酿成重大风险。其中管道沉放是管道施工中最核心且危险的工序，当沉管施工受到一定的设备和环境制约时，需要为管道配备数量繁多的气囊、钢浮筒、驳船、履带吊等辅助其沉放，使沉放施工面临着多浮体耦合问题。 基于此，本研究基于全耦合分析与用非线性时域动力分析方法，结合莫里森水动力理论、水动力多体耦合理论与长大弯管理论，通过OrcaFlex软件模拟，对不同沉管系统布置、波流条件下沉管沉放系统的运动响应、吊缆、锚缆张力变化规律进行了系统研究。本研究分别建立了多浮体耦合的过江直管模型、海洋直管模型、过江弯管模型，计算三种模型在气囊放气-沉放到基槽阶段的动力响应及缆索受力的规律。最终得出各个计算工况下沉管过程管道的动力响应、锚索和吊缆的受力时域图像，探究了关键施工变量和环境变量对三种模型沉放过程中动力响应的影响，对不同沉管工程针对性地提出了施工建议。本文研究可以降低施工风险、提高工程安全可靠性，并具有重要学术和工程应用价值。 本文对多浮体耦合的长大管道沉放过程中的动力响应分析进行深入研究，主要得到以下研究成果： （1）对于多浮体耦合的长大过江直管，动力响应最大值出现在气囊放气结束的时刻，而Mises应力峰值点位于在管道两端。在静水中施工时，管道各方向位移都较小。进一步考虑流速后，管道中点Mises应力减小。流速对各方向位移有不同影响，但对吊缆力影响可忽略不计。因此，施工时可以采取减少部分驳船，增大两端约束的方案。 （2）针对海洋环境中的多浮体耦合的长大直管。研究结果表明：流速大小与吊缆力大小、Mises应力大小不成正比，与横荡位移成正比；波高与吊缆力、管道横荡位移、管道Mises应力成正比；当波浪入射角度较大时，对沉放施工安全较为不利；波浪周期对缆力影响较小，对管道横荡位移和Mises应力影响较大；当波浪为不规则波时，在放气刚开始阶段影响更大。 （3）与直管不同，多浮体耦合长大过江弯管沉放过程中会出现吊缆张紧松弛现象，导致部分吊缆缆力过大，另一部分吊缆缆力为0，极有可能诱发工程事故。管道弯矩和Mises应力最大值出现在管道弯曲角度极值处。鉴于此，弯管宜同步放气与下放，设置较小的预张力，且适度延长放气时间。 |
| 作者： | 方一如 |
| 专业： | 工程(建筑与土木工程) |
| 导师： | 巫志文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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