S型铺管中上弯段管道受力研究

党学博，龚顺风，金伟良，李志刚，赵冬岩，何 宁

（1中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2浙江大学 结构工程研究所，杭州 310058；3海洋石油工程股份有限公司，天津300452）

1 引 言

在深水或者离岸较远的海域铺设海底管道一般采用铺管船法，包括S型、J型以及卷管法等。其中技术最成熟、应用最广泛的是S型铺管法。近几十年来，国内外众多学者都对这一铺管方法进行了研究，KYRIAKIDES[1]介绍了包括S型铺管法在内的各种海底管道铺设方法及其受力特点，马良[2]总结了S型铺管的求解方法，如线性梁法、非线性梁法、悬链线法和有限元法等。黄玉盈[3]和曾晓辉[4]等人提出用奇异摄动法求解海底管道铺设问题，宋甲宗[5]从管道微段受力平衡出发，用三次样条曲线拟合出了管道铺设形态。Gu[6]和龚顺风[7]等人利用悬链线理论计算了深水海底管道S型铺设的形态和受力情况。

然而，上述工作都着重于研究管道下弯段，对于上弯段通常简化为与托管架曲率相同的圆弧进行计算。在实际铺管作业中，托管架多为带有滚轮的离散支撑，并通过滚轮对管道施加约束。这使得管道上弯段内的应变分布更加复杂，在张力、弯矩以及滚轮支撑反力的共同作用下，容易产生较大的应变，甚至发生破坏。因此，管道上弯段与托管架的相互作用是海底管道S型铺设分析的重要内容。戴英杰等[8]用样条函数配点法求解管道的平衡微分方程，对比了连续型托管架、2点支撑和3点支撑托管架上的弯矩分布，指出多点支撑托管架更接近工程实际，但是其采用的托管架模型过于简化。……