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第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 海底管道特点及分类 2

1.2.1 海底管道特点 2

1.2.2 海底管道分类 3

1.3 海底管道发展现状 4

1.3.1 海底管道建设现状 4

1.3.2 海底管道材料发展现状 5

1.3.3 海底管道铺设方法及应用现状 6

参考文献 8

第2章 海底管道力学基础理论 9

2.1 海洋水动力理论 9

2.1.1 波浪的作用 9

2.1.2 海流的作用 16

2.2 弹性地基梁理论 17

2.2.1 弹性地基梁的特点 17

2.2.2 弹性地基模型分类 18

2.2.3 弹性地基梁求解方法 19

2.3 纵横弯曲弹性基础梁理论 19

2.3.1 轴向力为拉力 20

2.3.2 轴向力为压力 25

2.4 加权残数法理论 29

2.4.1 基本概念 29

2.4.2 基本方法 30

2.4.3 试函数选择 31

参考文献 32

第3章 海底管道设计基本方法 33

3.1 海底管道载荷 33

3.1.1 载荷效应系数与载荷组合 33

3.1.2 功能载荷 34

3.1.3 特征载荷效应 34

3.1.4 环境载荷 34

3.1.5 建造载荷 35

3.1.6 偶然载荷 35

3.1.7 其他载荷 35

3.2 海底管道设计 36

3.2.1 管道设计规范 36

3.2.2 管壁厚度设计 36

3.2.3 管材等级选择 36

3.2.4 环向应力设计 37

3.2.5 等效应力设计 37

3.2.6 静水压溃设计 37

3.3 海底管道强度 38

3.3.1 内外压作用下的管壁应力 39

3.3.2 温度变化引起的管壁应力 41

3.3.3 管材强度校核 43

3.4 海底管道稳定性 44

3.4.1 海底管道稳定性条件 44

3.4.2 保持海底管道稳定性措施 45

3.4.3 海底管道理设深度 45

3.4.4 海底管道锚固 47

参考文献 47

第4章 海底管道铺设力学 48

4.1 海洋管道直接漂浮拖运分析 48

4.1.1 模型建 48

4.1.2 理论分析 50

4.1.3 算例分析 52

4.2 多浮筒海洋管道拖运分析 54

4.2.1 模型建立 54

4.2.2 理论分析 58

4.2.3 算例分析 60

4.3 海洋管道漂浮铺设充水下沉分析 63

4.3.1 模型建立 63

4.3.2 理论分析 64

4.3.3 非线性方程组求解 74

4.3.4 管道强度计算 74

4.3.5 算例分析 75

4.4 海底管道“J”型铺设力学 76

4.4.1 模型建立 76

4.4.2 理论分析 77

4.4.3 算例分析 83

4.5 海底管道“S”型与“J”型铺设力学对比分析 83

4.5.1 模型建立 84

4.5.2 理论分析 84

4.5.3 计算方法 87

4.5.4 算例分析 88

参考文献 89

第5章 海底管道振动分析 90

5.1 涡激振动基本原理 90

5.1.1 旋涡的形成 90

5.1.2 涡激振动 91

5.2 涡激振动控制参数 91

5.2.1 流体参数 91

5.2.2 结构参数 92

5.2.3 流固耦合参数 92

5.3 海底管道极限冲刷长度 93

5.3.1 管道自振频率计算 93

5.3.2 管道极限冲刷长度确定 98

5.3.3 应用举例 101

5.4 轴向力作用下海底管道极限冲刷长度 103

5.4.1 模型建立 103

5.4.2 理论分析 104

5.4.3 应用举例 109

5.5 海底输油管道耦合振动分析 111

5.5.1 流-固耦合弯曲振动方程 111

5.5.2 液-固耦合弯曲振动的频率方程 113

5.5.3 管道极限冲刷长度确定 116

5.6 充液不满海底管道耦合振动分析 116

5.6.1 流-固耦合弯曲振动微分方程 117

5.6.2 海底管道自振频率 122

5.6.3 管道的极限冲刷长度 126

5.7 海底管道振动与疲劳分析 127

5.7.1 悬跨管道涡激振动动力响应分析 127

5.7.2 悬跨管道疲劳可靠性分析 128

参考文献 132

第6章 海底管道热屈曲分析 133

6.1 刚性海床上海底管道热屈曲 133

6.1.1 刚性海床上管道垂向热屈曲 133

6.1.2 刚性海床上管道侧向热屈曲 136

6.2 刚性海床上外力触发管道热屈曲 137

6.2.1 刚性海床集中力触发管道垂向热屈曲 137

6.2.2 刚性海床集中力触发管道侧向热屈曲 139

6.3 柔软海床上海底管道垂向热屈曲 140

6.3.1 模型建立 140

6.3.2 理论推导 141

6.4 最小屈曲间距判别方法 145

6.4.1 轴向力判别法 145

6.4.2 滑动距离判断法 146

参考文献 146

第7章 海底管道机械损伤分析 148

7.1 坠落物冲击海底管道 148

7.1.1 能量法 148

7.1.2 经验公式法 150

7.2 抛锚作业冲击海底管道 151

7.2.1 理论分析 151

7.2.2 实验研究 155

7.2.3 锚击概率 155

7.3 拖网作业对海底管道影响 157

7.3.1 拖网作业特点 157

7.3.2 理论分析 157

参考文献 160

第8章 海床灾害下海底管道力学 162

8.1 海底滑坡对管道影响 162

8.1.1 滑坡区管道力学模型 163

8.1.2 管道各段控制方程 164

8.1.3 计算结果分析 165

8.2 海床断层运动对管道影响 166

8.2.1 理论解析方法 166

8.2.2 试验方法 172

8.2.3 数值仿真 172

8.3 地震波作用下管道应力与应变 175

8.3.1 地震时地基土体变形 175

8.3.2 地震时管道应力 177

8.4 海底管道抗震设计与措施 178

8.4.1 海底管道抗震设计 178

8.4.2 海底管道抗震措施 178

参考文献 178