[发明专利]一种深水立管触地段管土相互作用的模拟系统

说明书

本发明提供一种深水立管触地段管土相互作用的模拟系统，包括：海床土体箱，在内部填充有试验土体和放置在试验土体上的试验管件；测试装置，包括输出弯矩和轴力的加载装置，其动力输出端通过法兰与试验管件连接，用于控制加载装置在试验管件所在平面内竖向升降与转动的位移控制杆，以及向试验管件内部施加内压的内压加载装置；检测装置，包括各种传感器；控制采集系统，用于控制试验过程并收集检测装置的采集信号。本发明可以对实验管件以多种载荷形式进行循环加载，同时可在立管截断点竖向高度与平面内转角不同的情况下进行试验，确定真实情况下土体和管件的变形情况，从而对实际立管触地段疲劳设计提供真实的数据和试验积累。

技术领域

本发明涉及海洋油气开发领域，特别是涉及一种模拟深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用的模拟系统。

背景技术

海洋石油工程中的油气开采由浅水区域逐渐向深水区域发展，油气输送系统所受荷载复杂、破坏形态多样，对系统的整体性与可靠性提出更高要求。立管作为连接海洋平台与海底油气输送管道的结构，在油气开采与输送中起至关重要的作用。钢悬链线立管以其经济性好、对顶部平台运动的适应性强的特点而广泛应用于深水油气工程中。其中，钢悬链线立管的顶部以及触地区域的疲劳寿命为钢悬链线立管设计的重点之一。导致立管顶部发生的疲劳损伤的原因主要为波浪荷载；而触地区域的疲劳损伤则通常是在浮体运动的情况下立管触地区域与海床土体持续相互作用而引起的。因此，需开展深水钢悬链立管触地区域管土相互作用机制的研究，同时对立管触地区域的疲劳损伤进行分析及安全评估。

深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用研究通常在海床上方一定高度处将立管截断，取该点下方悬链段立管及与海床接触部分立管进行模拟。在立管截断点施加对应于立管整体模型中该点的位移、转角、拉力及弯矩，即可还原该点以下立管变形及其与海床接触的情况。

但是现有立管触地区域管土相互作用系统存在立管截断点施加位移荷载形式单一、无法还原立管触地区域真实受力情况的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用的模拟系统。

具体地，本发明提供一种深水立管触地段管土相互作用的模拟系统，包括：

海床土体箱，为长方形且上部开口的箱形结构，在内部填充有试验土体和放置在试验土体上的试验管件；

测试装置，分别安装在海床土体箱的长轴两端外部，包括输出弯矩和轴力的加载装置，其动力输出端通过法兰与试验管件的端部连接，用于控制加载装置在试验管件所在平面内竖向升降与转动的位移控制杆，以及向试验管件内部施加内压的内压加载装置；

检测装置，包括用于获取试验管件在试验过程中的各种变化参数的传感器；

试验控制与数据采集系统，用于控制试验过程并收集检测装置的采集信号。

本发明可以实现对试验管件以多种载荷形式进行循环加载，同时可在立管截断点竖向高度与平面内转角不同的情况下进行试验，确定真实情况下土体和管件的变形情况，从而对实际立管触地段疲劳设计提供真实的数据和试验积累，以便有针对性地对钢悬链立管触地段管土相互作用实现进一步的设计，同时还能为实际工程建设的深水钢悬链立管安全评估提供依据。

本实施方式考虑安装、试验、卸载过程，在试验装置两端均设计的荷载加载装置，极大方便了安装过程，避免因残余应力影响试验结果，减小了试验误差，同时极大方便了试验装置的安装，提高试验过程的安全性。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的模拟系统结构示意图；

图2是图1所示模拟系统的剖视图；

图3是本发明一个实施方式的加载装置结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。