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        鉆井平臺隔水管地震響應(yīng)分析

        2014-06-06 21:08:40李軍強
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年18期
        關(guān)鍵詞:計算公式內(nèi)力水管

        摘 要:隨著海洋石油工業(yè)的不斷發(fā)展,隔水管已成為鉆井平臺的必備設(shè)備。在抗震設(shè)計中最常用的振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上,對鉆井平臺隔水管的地震響應(yīng)進行了理論分析,把離散系統(tǒng)的有關(guān)抗震計算公式推廣到隔水管連續(xù)系統(tǒng)。分析計算了地震發(fā)生時隔水管所受的地震作用力,推導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式,為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        關(guān)鍵詞:鉆井平臺;隔水管;地震響應(yīng);反應(yīng)譜法

        鉆井平臺隔水管是浮式鉆井船或半潛式鉆井平臺的水下裝置之一,主要功能是隔離海水、引導鉆具和循環(huán)鉆井液。目前國內(nèi)外很多學者對隔水管的靜力學、動力學和疲勞問題進行了很多研究[1-4],但尚未看到對隔水管在地震作用下的力學行為進行分析的有關(guān)文獻。由于我國沿海地區(qū)處于地震活躍區(qū)域,因此對海洋鉆井隔水管進行抗震設(shè)計就顯得非常必要。隔水管所受的地震作用是通過海底地面運動而將地震力傳給隔水管,它與隔水管的動力學特性直接相關(guān)而且與具體的海底場地類型有關(guān)。采用抗震分析應(yīng)用廣泛的振型分解反應(yīng)譜法分析計算地震發(fā)生時隔水管所受的地震力,導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式,為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        1 隔水管動力學特性

        4 地震作用力引起的隔水管總內(nèi)力和總彎曲變形

        根據(jù)振型分解法,隔水管在任一時刻所受到的地震作用為該時刻各振型地震作用之和,并且所求得的相應(yīng)于各振型的地震作用力Fi(x)均為最大值,依據(jù)Fi(x)求得的地震作用引起的隔水管內(nèi)力和變形也是最大值。但是,各振型地震作用引起的隔水管內(nèi)力和變形并非一定同時達到最大值,這就出現(xiàn)了如何利用各振型的最大地震作用內(nèi)力和變形來總和隔水管總的最大地震作用內(nèi)力和變形問題。

        一般情況下,各個振型在地震總反應(yīng)中的貢獻將隨著其頻率的增加而迅速減小,所以頻率低的幾個振型往往控制著結(jié)構(gòu)的最大地震響應(yīng)。因此在實際計算中,一般采用前2~3個振型即可。但考慮到周期較長結(jié)構(gòu)的各個自振頻率比較接近,所以《抗震規(guī)范》規(guī)定,當基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時,可適當增加參與組合的振型個數(shù)。

        5 結(jié)束語

        5.1 文章在抗震設(shè)計中最常用的振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上,對海洋鉆井隔水管的地震響應(yīng)進行了理論分析,把離散系統(tǒng)的有關(guān)抗震計算公式推廣到隔水管連續(xù)系統(tǒng),該方法也可以推廣到其它連續(xù)體抗震分析中去。

        5.2 分析計算了地震發(fā)生時隔水管所受的地震作用力,推導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式。

        文章的分析結(jié)果可以為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        參考文獻

        [1]Sakdirat Kaewunruena,Julapot Chiravatchradejb,Somchai Chucheep

        sakul.Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid [J].Ocean Engineering,2005,32:417-440.

        [2]Marko Keber,Marian Wiercigroch. Dynamics of a vertical riser with weak structural nonlinearity excited by wakes [J]. Journal of Sound and Vibration,2008,315: 685-699.

        [3]劉秀全,陳國明,暢元江,等.深水鉆井隔水管時域隨機波激疲勞分析[J].中國石油大學學報(自然科學版),2012,36(2):146-151.

        [4]陶云,李杰,艾志久,等.深水環(huán)境下隔水管的橫向變形與彎矩分析[J].石油機械,2013,41(3):68-71.

        [5]方華燦.海洋石油鉆采設(shè)備理論基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1984.

        [6]方同,薛璞.振動理論及應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,1998.

        [7]王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].武漢理工大學出版社,2008.

        作者簡介:李軍強(1964-),男,博士,教授,研究方向:石油機械動力學。

        摘 要:隨著海洋石油工業(yè)的不斷發(fā)展,隔水管已成為鉆井平臺的必備設(shè)備。在抗震設(shè)計中最常用的振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上,對鉆井平臺隔水管的地震響應(yīng)進行了理論分析,把離散系統(tǒng)的有關(guān)抗震計算公式推廣到隔水管連續(xù)系統(tǒng)。分析計算了地震發(fā)生時隔水管所受的地震作用力,推導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式,為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        關(guān)鍵詞:鉆井平臺;隔水管;地震響應(yīng);反應(yīng)譜法

        鉆井平臺隔水管是浮式鉆井船或半潛式鉆井平臺的水下裝置之一,主要功能是隔離海水、引導鉆具和循環(huán)鉆井液。目前國內(nèi)外很多學者對隔水管的靜力學、動力學和疲勞問題進行了很多研究[1-4],但尚未看到對隔水管在地震作用下的力學行為進行分析的有關(guān)文獻。由于我國沿海地區(qū)處于地震活躍區(qū)域,因此對海洋鉆井隔水管進行抗震設(shè)計就顯得非常必要。隔水管所受的地震作用是通過海底地面運動而將地震力傳給隔水管,它與隔水管的動力學特性直接相關(guān)而且與具體的海底場地類型有關(guān)。采用抗震分析應(yīng)用廣泛的振型分解反應(yīng)譜法分析計算地震發(fā)生時隔水管所受的地震力,導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式,為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        1 隔水管動力學特性

        4 地震作用力引起的隔水管總內(nèi)力和總彎曲變形

        根據(jù)振型分解法,隔水管在任一時刻所受到的地震作用為該時刻各振型地震作用之和,并且所求得的相應(yīng)于各振型的地震作用力Fi(x)均為最大值,依據(jù)Fi(x)求得的地震作用引起的隔水管內(nèi)力和變形也是最大值。但是,各振型地震作用引起的隔水管內(nèi)力和變形并非一定同時達到最大值,這就出現(xiàn)了如何利用各振型的最大地震作用內(nèi)力和變形來總和隔水管總的最大地震作用內(nèi)力和變形問題。

        一般情況下,各個振型在地震總反應(yīng)中的貢獻將隨著其頻率的增加而迅速減小,所以頻率低的幾個振型往往控制著結(jié)構(gòu)的最大地震響應(yīng)。因此在實際計算中,一般采用前2~3個振型即可。但考慮到周期較長結(jié)構(gòu)的各個自振頻率比較接近,所以《抗震規(guī)范》規(guī)定,當基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時,可適當增加參與組合的振型個數(shù)。

        5 結(jié)束語

        5.1 文章在抗震設(shè)計中最常用的振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上,對海洋鉆井隔水管的地震響應(yīng)進行了理論分析,把離散系統(tǒng)的有關(guān)抗震計算公式推廣到隔水管連續(xù)系統(tǒng),該方法也可以推廣到其它連續(xù)體抗震分析中去。

        5.2 分析計算了地震發(fā)生時隔水管所受的地震作用力,推導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式。

        文章的分析結(jié)果可以為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        參考文獻

        [1]Sakdirat Kaewunruena,Julapot Chiravatchradejb,Somchai Chucheep

        sakul.Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid [J].Ocean Engineering,2005,32:417-440.

        [2]Marko Keber,Marian Wiercigroch. Dynamics of a vertical riser with weak structural nonlinearity excited by wakes [J]. Journal of Sound and Vibration,2008,315: 685-699.

        [3]劉秀全,陳國明,暢元江,等.深水鉆井隔水管時域隨機波激疲勞分析[J].中國石油大學學報(自然科學版),2012,36(2):146-151.

        [4]陶云,李杰,艾志久,等.深水環(huán)境下隔水管的橫向變形與彎矩分析[J].石油機械,2013,41(3):68-71.

        [5]方華燦.海洋石油鉆采設(shè)備理論基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1984.

        [6]方同,薛璞.振動理論及應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,1998.

        [7]王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].武漢理工大學出版社,2008.

        作者簡介:李軍強(1964-),男,博士,教授,研究方向:石油機械動力學。

        摘 要:隨著海洋石油工業(yè)的不斷發(fā)展,隔水管已成為鉆井平臺的必備設(shè)備。在抗震設(shè)計中最常用的振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上,對鉆井平臺隔水管的地震響應(yīng)進行了理論分析,把離散系統(tǒng)的有關(guān)抗震計算公式推廣到隔水管連續(xù)系統(tǒng)。分析計算了地震發(fā)生時隔水管所受的地震作用力,推導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式,為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        關(guān)鍵詞:鉆井平臺;隔水管;地震響應(yīng);反應(yīng)譜法

        鉆井平臺隔水管是浮式鉆井船或半潛式鉆井平臺的水下裝置之一,主要功能是隔離海水、引導鉆具和循環(huán)鉆井液。目前國內(nèi)外很多學者對隔水管的靜力學、動力學和疲勞問題進行了很多研究[1-4],但尚未看到對隔水管在地震作用下的力學行為進行分析的有關(guān)文獻。由于我國沿海地區(qū)處于地震活躍區(qū)域,因此對海洋鉆井隔水管進行抗震設(shè)計就顯得非常必要。隔水管所受的地震作用是通過海底地面運動而將地震力傳給隔水管,它與隔水管的動力學特性直接相關(guān)而且與具體的海底場地類型有關(guān)。采用抗震分析應(yīng)用廣泛的振型分解反應(yīng)譜法分析計算地震發(fā)生時隔水管所受的地震力,導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式,為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        1 隔水管動力學特性

        4 地震作用力引起的隔水管總內(nèi)力和總彎曲變形

        根據(jù)振型分解法,隔水管在任一時刻所受到的地震作用為該時刻各振型地震作用之和,并且所求得的相應(yīng)于各振型的地震作用力Fi(x)均為最大值,依據(jù)Fi(x)求得的地震作用引起的隔水管內(nèi)力和變形也是最大值。但是,各振型地震作用引起的隔水管內(nèi)力和變形并非一定同時達到最大值,這就出現(xiàn)了如何利用各振型的最大地震作用內(nèi)力和變形來總和隔水管總的最大地震作用內(nèi)力和變形問題。

        一般情況下,各個振型在地震總反應(yīng)中的貢獻將隨著其頻率的增加而迅速減小,所以頻率低的幾個振型往往控制著結(jié)構(gòu)的最大地震響應(yīng)。因此在實際計算中,一般采用前2~3個振型即可。但考慮到周期較長結(jié)構(gòu)的各個自振頻率比較接近,所以《抗震規(guī)范》規(guī)定,當基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時,可適當增加參與組合的振型個數(shù)。

        5 結(jié)束語

        5.1 文章在抗震設(shè)計中最常用的振型分解反應(yīng)譜法的基礎(chǔ)上,對海洋鉆井隔水管的地震響應(yīng)進行了理論分析,把離散系統(tǒng)的有關(guān)抗震計算公式推廣到隔水管連續(xù)系統(tǒng),該方法也可以推廣到其它連續(xù)體抗震分析中去。

        5.2 分析計算了地震發(fā)生時隔水管所受的地震作用力,推導出了隔水管在地震作用下每個橫截面上的剪力、彎矩和彎曲變形計算公式。

        文章的分析結(jié)果可以為隔水管考慮地震作用時的工程設(shè)計提供一定的理論參考。

        參考文獻

        [1]Sakdirat Kaewunruena,Julapot Chiravatchradejb,Somchai Chucheep

        sakul.Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid [J].Ocean Engineering,2005,32:417-440.

        [2]Marko Keber,Marian Wiercigroch. Dynamics of a vertical riser with weak structural nonlinearity excited by wakes [J]. Journal of Sound and Vibration,2008,315: 685-699.

        [3]劉秀全,陳國明,暢元江,等.深水鉆井隔水管時域隨機波激疲勞分析[J].中國石油大學學報(自然科學版),2012,36(2):146-151.

        [4]陶云,李杰,艾志久,等.深水環(huán)境下隔水管的橫向變形與彎矩分析[J].石油機械,2013,41(3):68-71.

        [5]方華燦.海洋石油鉆采設(shè)備理論基礎(chǔ)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1984.

        [6]方同,薛璞.振動理論及應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,1998.

        [7]王社良.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].武漢理工大學出版社,2008.

        作者簡介:李軍強(1964-),男,博士,教授,研究方向:石油機械動力學。

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