作用于管道的载荷有环境载荷、工作载荷(包括安装状态和在位状态)以及偶然载荷等。
一、工作载荷
系指在理想状态(即无缝、无浪、无海流、无冰清、无地震等环境载荷作用)下,管道所承受的载荷。
1、在位状态的工作载荷通常有:
(1)重力,包括管道涂层,加重层和全部管子附件在内的管段重力,所输介质重力和浮力,防腐系统的牺牲阳极块重力等。
(2)压力,包括管道内部流体压力、外部股静水压力、埋没管道上的土壤压力以及稳定压块的重力等。
(3)胀缩力,管内介质温度与周围温度变化引起的膨胀力或收缩力。
(4)预应力,当预应力在一定程度上影响管道承受其它载荷的能力时,应考虑在安装状态中因永久性弯曲或伸长变形而产生的预应力。
2、安装状态的工作载荷
包括重力、压力和安装作用力。若“重力”项内将管段的浮力包括在内时,应追加由于压力产生的轴向作用力。安装作用力包括作用在管段上的由于安装作业施加的全部力,如铺管时施加的张力、挖沟机挖沟时产生的力、管道与周围土体间的摩擦力等均为典型的安装作用力。另外,检修管道作业中管段起吊和复位以及弃管作业时的管段受力都是特殊的安装作用力。
二、环境荷载
系由风、波浪、潮流、冰、地震和其它环境现象产生的载荷。环境载荷实际上属于随记载荷,通常利用概率统计方法进行计算。对于有可能同时发生的各种不同的自然环境现象,应考虑它们同时发生的概率,将各种单独作用的效果正确地迭加。
正常在位状态的环境载荷应考虑重视期不小于50年所发生的最大载荷。对安装状态,应取作业期预订持续时间的3倍作为设计周期,但不得少于3个月。对连续5天或少于5天短作业期间的环境载荷的环境参数,可根据天气预报决定。
三、偶然载荷
一般包括船舶的碰撞、拖网渔具的撞击和坠落物的撞击等。
海洋管道(包括立管)所受的载荷,根据其类型、来源、作用时期和性质等,综合列于表中。
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有些载荷还没有包括在表内,计算时应视具体情况加以考虑。
四、载荷的组合
由于海洋管道所处环境条件恶劣多变,所以构件受力复杂。为保证海洋管道工作安全,其载荷的确定至关重要。在确定海洋管道的载荷时,除了明确各种载荷外,还要研究载荷的组合。载荷组合的基本原则是:针对所选定的管道系统的设计状态和载荷条件,进行可能同时作用于管道上的各种载荷的最不利的组合,但地震载荷不与其他环境载荷组合;对同一管道的系统的不同构件或管段(管道、立管、接案管段)及其所处不同条件(铺设、拖曳、埋没、吊装、连接、运输、运行和修理等),按实际可能同时出现的最不利载荷情况进行组合。在组合时,如水深是一重要参数,则应考虑水位变动的影响。例如,通常有下列几种载荷组合:
1、管道正常运行状态的工作载荷与相应的环境载荷
2、管道施工安装、铺设时的工作载荷与相应的环境载荷
3、管道正常运行状态的工作载荷与地震载荷
对于双层管结构,内管与外管的受力状态必须分别进行组合计算。
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