بخشی از مقاله
چکیده
خطوط لوله فراساحل معمولاً در معرض نیروي محوري فشاري ناشی از دما و فشار بالا قرار میگیرند. این نیروي محوري فشاري میتواند سبب کمانش جانبی در خطوط لوله غیرمدفون گردد. کمانش غیرکنترل شده، پیامدهایی براي سلامت و عملکرد سازهاي آن در پی دارد. شیب عرضی بستر دریا در امتداد راستاي خطوط لوله میتواند رفتار کمانش خط لوله را تغییر دهد. ناپایداري خط لوله و تغییر شکل بیش از حد آن بر روي بستر شیبدار ممکن است بر اثر اندرکنش پدیده کمانش جانبی و اثر بستر شیبدار رخ دهد. ضریب اصطکاك بین لوله و خاك به همراه زاویه شیب بستر، مشخصات چالش برانگیزي براي پایداري خط لوله را تشکیل میدهند.
در این مقاله، حل تحلیلی با استفاده از نرمافزار متلب به منظور بررسی پاسخ خط لوله تحت بارگذاريهاي مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر آن، روش اجزاي محدود به جهت ارزیابی بیشتر رفتار و مقایسه نتایج، مورد به کارگرفته شده است. امکان وقوع کمانش جانبی، بار بحرانی کمانش و تغییر شکل خط لوله ارائه شدهاند به ازاي مقادیر مختلف شیب بستر و ضریب اصطکاك خاك و میتواند به منظور طراحی مناسب خطوط لوله فولادي فراساحل در مناطقی با شیب عرضی، مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
لولهاي که بر روي سطح بستر دریا قرار گرفته است، قید چندانی براي حرکت جانبی آن وجود ندارد. کمانش جانبی زمانی اتفاق میافتد که نیروي محوري فشاري در خط لوله در یک قسمت داراي تغییر شکل در لوله آزاد شود و نیروي محوري کاهش پیدا میکند و لوله در راستاي جانبی جابهجا میشود. کمانش جانبی یک صورتی از کمانش اویلري با انتهاي ثابت است که تابعی از مدول یانگ، ممان دوم سطح، طول غیر مقید و نیروي فشاري میباشد
هابز براي تحلیل کمانشی جانبی لولههاي کف دریا، 5 مود کمانشی تعریف میکند و براي هر یک، نیروي کمانشی، طول کمانش یافته، تغییر شکل و ممان خمشی ناشی از کمانش را محاسبه مینماید.[2] کرول [3] به بررسی رفتار کمانش حرارتی خطوط لوله دریایی در راستاي قائم پرداخته است.
وي به جهت بررسی رفتار کمانش قائم، خط لوله را همانند ستون تحت فشار در نظر میگیرد و از روش تحلیلی به حل بسته مساله میپردازد. در واقع در این روش یک مدل کلاسیک بررسی کمانش ستون مورد استفاده قرار میگیرد و قسمت بلند شده لوله از روي بستر تحت نیروي محوري فشاري و تحت وزن خود قرار دارد.
وانگ و همکاران [4] به بررسی کمانش قائم با استفاده از روش تحلیلی و حل عددي با کمک گرفتن از برنامه متلب پرداختهاند. در این تحقیق، علاوه بر قسمت بلند شده خط لوله از روي بستر، فرو رفتگیهاي دو طرف آن به داخل خاك بستر نیز در نظر گرفته شده است. بنابراین نتایج ارائه شده براي خاكهاي مختلف و با مقاومتهاي متفاوت، متغیر میباشد که در این مقاله به آن پرداختهایم.
حل اجزاي محدود
آنالیزهاي اجزاي محدود به منظور پیشبینی وقوع کمانش و توسعه آن بر روي شیب بستر صورت گرفته است. یک لوله به طول 2 کیلومتر در نظر گرفته شده است به عنوان یک تیر قرار گرفته شده بر روي یک سطح صلب با طول به قدر کافی بلند، تا بلندتر از طول کمانش یافته و طول تغذیه باشد.در ابتدا لوله به صورت کاملاً مستقیم و بدون تغییر شکل اولیه در نظر گرفته شده است.
براي لوله مدل شده در نرمافزار آباکوس هیچ گونه شرایط مرزي اعمال نشده و تنها تماس با بستر در مدل تعریف شده است. اندرکنش بین خط لوله و بستر دریا به صورت تماس سخت در جهت عمود بر سطح و اصطکاك همگن، معادل ضریب اصطکاك 0,5 در جهت مماس در نظر گرفته شده است. خصوصیات خط لوله مدل شده در برنامه اجزاي محدود در جدول 1 ارائه شده است.
جدول: 1 داده هاي استفاده شده بر مبناي خط لوله مورد بررسی
