CN112001051B - 一种大位移栈桥的配管设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大位移栈桥的配管设计方法，包括以下步骤：收集整理解决目标问题需要的设计成果文件，包括项目总体开发方案报告、仪表管线流程图、工艺流程图、管段表、平台相对位移值推算报告、栈桥结构布置图、平台结构布置图、平台及栈桥的总体布置图以及配管规格书；根据收集资料，应用管道应力分析软件对所有跨栈桥管线建立分析模型，并根据ASME B31.3的校核准则，对管线进行一次应力、二次应力校核及模态分析。本发明解决了深水海域平台栈桥管线的设计难题。
Description
技术领域
本发明涉及栈桥配管设计技术领域，具体涉及一种大位移栈桥的配管设计方法。
背景技术
海洋平台间常用栈桥来实现资源共享，受所在海域波、浪、流等环境条件影响，平台间的相对位移一般都很大。尤其在深水海域，平台间的相对位移甚至多达1.5米左右。这么大的位移附加在栈桥管线上，对管线的受力影响非常大。常规的栈桥管线设计主要针对水深较浅的海域，一般不超过80米，平台间相对位移最大不超过1米。一般依靠硬管连接即可解决管线自身的应力问题。通常的解决方案是增加膨胀弯如：U型弯、Z型弯以及门型弯等，也就是让管线在水平或者竖直方向上多拐弯来增加管线柔性，从而通过自身变形吸收热胀、冷缩及其它位移变形。但是面对近1.5米甚至更大的附加大位移时，尤其是深水海域平台栈桥，此种设计方法对于解决管线应力问题就无法实现了。
因此，为了解决现有栈桥配管方法的不足，需要一种新的大位移栈桥配管设计方法，才能够解决深水海域栈桥管线的附加位移过大引起的配管问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种大位移栈桥的配管设计方法，解决了深水海域平台栈桥管线的设计难题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种大位移栈桥的配管设计方法，包括以下步骤：步骤S1、收集资料，根据收集资料，整理出应力分析模型的基础数据，包括与目标管线关联的工艺参数、环境条件、偶然载荷、附加位移值；
步骤S2、根据栈桥结构、长度、栈桥与新建及已建平台之间的整体定位、仪表管线流程图和工艺流程图，对管线进行三维图设计，并根据栈桥结构对管线支架进行初步定位；
步骤S3、应用管道应力分析软件对管线进行建模；
首先定义管线及输送介质的基本参数，将步骤S1、步骤S2给定的信息进行数据输入，包括：材质、管径、壁厚、保温材料及厚度、环境温度、设计温度、操作温度、设计压力、操作压力、水压试验压力、介质密度；然后进行下一步；
步骤S4、接着输入管道单元的结构参数，根据步骤S2中的管线三维图进行输入，栈桥管线包括：直管段、弯头、法兰；然后进行下一步；
步骤S5、接着输入管线的边界条件，由步骤S1和步骤S2给出的信息确定跨栈桥管线的边界条件包括：位移边界条件和力边界条件；所述位移边界条件包括：支架定位、支架形式、附加位移；力边界条件主要包括两类偶然荷载：地震载荷、风载荷；这两种载荷的数据均以平台所在的环境条件进行设定；然后进行下一步；步骤S6、综合步骤S1至步骤S5，对栈桥管线所要承受的各种工况进行编辑，工况代号采用软件自定义的类别代号；所述工况包括：操作状态荷载工况OPE、持续荷载工况组合SUS、纯热态荷载工况组合EXP、偶然荷载工况组合OCC；其中操作状态荷载工况用于管道对支吊架的推力计算；持续荷载工况组合用于持续荷载下的一次应力校核；纯热态荷载工况组合用于管道的二次应力校核；偶然荷载工况组合用于偶然载荷作用下的一次应力校核；偶然载荷作用下的一次应力满足规范要求，即管道在工作状态下，由于重量、压力持续载荷产生的纵向应力SL、风载或地震偶然载荷产生的应力之和不超过基本许用应力的1.33倍。定义完工况后，然后进行下一步；
步骤S7、检查模型确认无误后运行管线应力分析模型，首先进行静力分析校核，静力分析校核包括：管道的一次应力、二次应力校核以及法兰泄露校核；当步骤S6中的每一种工况的核算结果都满足ASME B31.3和ASME NC-3653准则要求，则方案通过；否则当其中任一工况的运行结果不满足条件，则重复步骤S3、步骤S4和步骤S5，通过增加膨胀弯、调整管线的走向、支架定位、壁厚、弯头类型来增加管线柔性，以克服附加大位移带来的不利影响；直至所有的静力校核满足准则要求；当法兰泄露校核不满足ASME NC-3653准则要求时，对栈桥管线通过提高法兰的压力等级，从而提供其允许受力，来达到规范的准则要求；然后进行下一步；
步骤S8、管线满足静力分析校核后，还要同时满足模态分析的校核要求；管道的固有频率≥2.55Hz，以免轻微的干扰力就会使管道产生振动，从而造成疲劳破坏；模态分析通过校核步骤S7中操作工况下管线的固有频率，当所有操作工况下管线的固有频率≥2.55Hz，则方案通过；否则当任一操作工况下管线固有频率＜2.55Hz，则重复步骤S3、步骤S4和步骤S5；通过增加支架、调整支架形式、增加管线壁厚方式来提高管线固有频率；直至管道固有频率符合标准；然后进行下一步；
步骤S9、核实应力分析模型是否同时满足步骤S7和步骤S8，如果不满足则重新考虑布管方案，然后根据新的方案重新进行管道应力分析校核；如果满足条件，则确定方案最终通过。
进一步地，所述步骤S1，收集资料，所述资料包括项目总体开发方案报告、仪表管线流程图、工艺流程图、管段表、平台相对位移值推算报告、栈桥结构布置图、平台结构布置图、平台及栈桥的总体布置图、配管规格书。
进一步地，所述步骤S5中移位移边界条件的支架定位是根据步骤S2中的管线三维图进行设置；所述支架形式采用支撑型，附加位移大，限位、导向其他形式支架容易造成二次应力过大；所述附加位移是根据步骤S1的“平台相对位移值推算报告”中提供的极端工况下最大相对位移进行输入。
进一步地，所述步骤S7中的管道的一次应力校核满足规范要求，即管道系统内任一组件由于重量、压力持续载荷产生的纵向应力SL不超过相应温度下的许用应力值Sh：
SL＝Fax/Am+[(iiMi)2+(ioMo)2]1/2/Z+Pdo/4t≤Sh
式中：Fax代表由持续载荷产生的轴向力；
Am代表管道横截面积；
ii、io分别代表平面内、平面外应力增强系数；
Mi、Mo分别代表由持续载荷产生的平面内、平面外弯矩；
Z代表抗弯截面模量；P代表设计压力；
do代表管道直径；t代表管道壁厚；
所述二次应力校核满足规范要求，即由于位移产生的计算应力范围SE不超过许用应力范围SA：
SE＝[(iiMi)2+(ioMo)2+4MT]1/2/2≤SA＝f(1.25Sc+1.25Sh-SL)
式中：MT代表由温度二次载荷引起的扭转力矩；
Mi、Mo分别代表由于温度二次载荷引起平面内、平面外的弯矩范围；
Sc代表材料冷态下的许用应力；
Sh代表材料设计温度下的许用应力。
综上，本发明的有益效果在于：
通过收集整理解决目标问题需要的设计成果文件，包括项目总体开发方案报告、仪表管线流程图、工艺流程图、管段表、平台相对位移值推算报告、栈桥结构布置图、平台结构布置图、平台及栈桥的总体布置图以及配管规格书，根据收集资料，应用管道应力分析软件对所有跨栈桥管线建立分析模型，并根据ASME B31.3的校核准则，对管线进行一次应力、二次应力校核及模态分析，解决了深水海域平台栈桥管线的设计难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中大位移栈桥的配管设计方法的基础数据的分析图。
图2是本发明实施例中步骤S3的应力分析模型图；
图3是本发明实施例中步骤S9的应力分析模型图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图1所示，本发明提供了一种大位移栈桥的配管设计方法,包括以下步骤：
步骤S1、收集整理解决目标问题需要的设计成果文件，包括项目总体开发方案报告、仪表管线流程图、工艺流程图、管段表、平台相对位移值推算报告、栈桥结构布置图、平台结构布置图、平台及栈桥的总体布置图以及配管规格书。根据收集资料，整理出应力分析模型的基础数据，包括与目标管线关联的工艺参数、环境条件、偶然载荷、附加位移值；
步骤S2、根据栈桥结构、长度、栈桥与新建及已建平台之间的整体定位、仪表管线流程图和工艺流程图，对管线进行三维图设计，并根据栈桥结构对管线支架进行初步定位；
步骤S3、应用SAESAR II版本号：10.00.00.7700管道应力分析软件对管线进行建模；首先定义管线及输送介质的基本参数，将步骤S1给定的信息进行数据输入，数据包括：材质、管径、壁厚、保温材料及厚度、环境温度、设计温度、操作温度、设计压力、操作压力、水压试验压力、介质密度；然后进行下一步；
步骤S4、接着输入管道单元的结构参数，根据步骤S2中的管线三维图进行输入，栈桥管线包括：直管段、弯头、法兰；然后进行下一步；
步骤S5、接着输入管线的边界条件，由步骤S1和步骤S2给出的信息确定跨栈桥管线的边界条件包括：位移边界条件和力边界条件；所述位移边界条件包括：支架定位、支架形式、附加位移；移位移边界条件的支架定位是根据步骤S2中的管线三维图进行设置；所述支架形式采用支撑型，限位、导向其他形式支架容易造成二次应力过大；所述附加位移是根据步骤S1的“平台相对位移值推算报告”中提供的极端工况下最大相对位移进行输入。力边界条件主要包括两类偶然荷载：地震载荷、风载荷；这两种载荷的数据均以平台所在的环境条件进行设定；然后进行下一步；步骤S6、综合步骤S1至步骤S5，对栈桥管线所要承受的各种工况进行编辑，工况代号采用软件自定义的类别代号；所述工况包括：操作状态荷载工况OPE、持续荷载工况组合SUS、纯热态荷载工况组合EXP、偶然荷载工况组合OCC；其中操作状态荷载工况用于管道对支吊架的推力计算；持续荷载工况组合用于持续荷载下的一次应力校核；纯热态荷载工况组合用于管道的二次应力校核；偶然荷载工况组合用于偶然载荷作用下的一次应力校核；偶然载荷作用下的一次应力满足规范要求，即管道在工作状态下，由于重量、压力持续载荷产生的纵向应力SL、风载或地震偶然载荷产生的应力之和不超过基本许用应力的1.33倍。定义完工况后，然后进行下一步；
步骤S7、检查模型确认无误后运行管线应力分析模型，首先进行静力分析校核，静力分析校核包括：管道的一次应力、二次应力校核以及法兰泄露校核；当步骤S6中的每一种工况的核算结果都满足ASME B31.3和ASME NC-3653准则要求，则方案通过；否则当其中任一工况的运行结果不满足条件，则重复步骤S3、步骤S4和步骤S5，通过增加膨胀弯、调整管线的走向、支架定位、壁厚、弯头方式来增加管线柔性，以克服附加大位移带来的不利影响；直至所有的静力校核满足准则要求；当法兰泄露校核不满足ASME NC-3653准则要求时，对栈桥管线通过提高法兰的压力等级，从而提供其允许受力，来达到规范的准则要求；然后进行下一步；
所述管道的一次应力校核满足规范要求，即管道系统内任一组件由于重量、压力持续载荷产生的纵向应力SL不超过相应温度下的许用应力值Sh：
SL＝Fax/Am+[(iiMi)2+(ioMo)2]1/2/Z+Pdo/4t≤Sh
式中：Fax代表由持续载荷产生的轴向力；
Am代表管道横截面积；
ii、io分别代表平面内、平面外应力增强系数；
Mi、Mo分别代表由持续载荷产生的平面内、平面外弯矩；
Z代表抗弯截面模量；P代表设计压力；
do代表管道直径；t代表管道壁厚；
所述二次应力校核满足规范要求，即由于位移产生的计算应力范围SE不超过许用应力范围SA：
SE＝[(iiMi)2+(ioMo)2+4MT]1/2/2≤SA＝f(1.25Sc+1.25Sh-SL)
式中：MT代表由温度二次载荷引起的扭转力矩；
Mi、Mo分别代表由于温度二次载荷引起平面内、平面外的弯矩范围；
Sc代表材料冷态下的许用应力；
Sh代表材料设计温度下的许用应力；
步骤S8、管线满足静力分析校核后，还要同时满足模态分析的校核结果；管道的固有频率≥2.55Hz，以免轻微的干扰力就会使管道产生振动，从而造成疲劳破坏；模态分析通过校核步骤S7中操作工况下管线的固有频率，当所有操作工况下管线的固有频率≥2.55Hz，则方案通过；否则当任一操作工况下管线的固有频率＜2.55Hz，则重复步骤S3、步骤S4和步骤S5；通过增加支架、调整支架形式、增加管线壁厚方式来提高管线固有频率；直至管道固有频率符合标准；然后进行下一步；
步骤S9、核实应力分析模型是否同时满足步骤S7和步骤S8，如果不满足则重新考虑布管方案，然后根据新的方案重新进行管道应力分析校核；如果满足条件，则确定方案最终通过。
选择一种适合深水海域大位移栈桥配管的设计方案。综合考虑如下因素,1、受水深影响，平台间相对位移特别大，最大位移甚至接近1.5米。2、栈桥长度、定位已经确定，如果为了满足管线受力要求而改变栈桥长度、结构等，将会对项目引起大的方案性变动，从而带来一系列的不利影响。3、已建旧平台结构对增重比较敏感。4、对于附加大位移栈桥管道既要具有一定柔性，以满足二次应力校核要求，又要具有一定的刚度，以满足模态固有频率的校核要求，需要刚柔并济，那么对布管方案的要求是非常高的。综合以上影响因素，本发明将结合具体实施案例使用一种软、硬管结合的设计方案来解决深水海域大位移栈桥配管的设计问题。
下面根据一个具体实施案例，进一步说明本发明的一种大位移栈桥配管的设计方法。
已建平台A附近新建一座平台B，两平台通过栈桥连接，栈桥长37.9米，高4米，与A平台东西向夹角为28°，与B平台东西向夹角为29.5°。以D 323.9mm原油管线设计过程为例，进一步说明本发明的一种大位移栈桥配管的设计方法。
步骤S1、根据收集的设计成果文件，确定并核实管线及输送介质的工艺参数如表1所示、环境条件、偶然载荷、附加位移如表2所示。
表1 D 323.9mm原油管线基本工艺参数
| 材质 | 壁厚/mm | 设计压力/kPa | 操作压力/kPa | 设计温度/℃ | 操作温度/℃ | 测试压力/kPa |
| A106Gr.B | 14.27 | 2050 | 1050～1550 | 105 | 71～75 | 3075 |
表2 栈桥两端极端位移
环境条件：最低环境温度为13℃，最高环境温度为36℃。
偶然载荷：极限条件下三个方向的地震加速度分别为：0.109g、0.180g、0.115g其中g代表重力加速度。3秒阵风风速为65.1m/s。步骤S2、根据栈桥结构、长度、栈桥与新建及已建平台之间的整体定位、仪表管线流程图及工艺流程图等，选择方式一对管线进行初步的布置，并根据栈桥结构对管线支架进行定位。为了避免应力过大，采用常规方法，利用栈桥结构布置两个S型膨胀弯，且连接两个膨胀弯的高差基本达到最大值。
步骤S3、应用SAESAR II软件对管线进行建模，严格按照步骤S1和S2给定的信息，输入如图1所示的基础数据，然后定义准确的边界条件，包括位移边界条件和力边界条件，在定义力边界条件时，由于目前的设计方案只是全硬管铺设方案，因此不考虑软管作用力的影响。最后进行工况编辑。得到如附图2所示的应力分析模型。
步骤S4、运行软件，对输出的计算结果及法兰泄露校核结果进行分析归纳。详见表3：
表3方式一的应力比和模态固有频率
校核结果显示，应力核算和固有频率均不满足规范及企业标准要求。
步骤S5、对模型进行调整，尝试如下的调整方式：改变膨胀弯的形式、组合、数量；应用3D弯头代替普通的1.5D弯头；改变立管高度；调整管线壁厚；增加栈桥长度；经过多次的对比分析发现：1、如果保持栈桥整体结构、管线材质、壁厚不变，无论如何调整管线，二次应力和偶然应力都无法同时满足规范校核要求，而且固有频率都非常低，容易引起振动及疲劳破坏风险。无法满足企业标准要求；2、如果保持栈桥整体结构不变、管线壁厚增加到一定厚度时，所有的应力校核可以满足规范要求，但是固有频率依然非常低；3、如果增加栈桥长度、同时调整管线壁厚，可以做到所有的应力校核满足规范要求，固有频率满足企业标准要求。针对上述三种方案选择其中最优的布置方式进行对比，详见表4：
表4不同方式的应力比和模态固有频率
步骤S6、根据以上各种布置方式可以得出如下结论：如果不改变栈桥长度，单靠硬管连接无法满足如此大的附加位移引起的应力问题。如果改变栈桥长度，将会对整个的设计方案进行调整，尤其当已建平台对增重特别敏感时，增加长度意味着栈桥和管线都要增重，那么将会带来一系列的生产、施工问题。如果既要调整栈桥长度，又要增加管线壁厚，那么栈桥的强度及支撑都要受到严峻考验。还有以上的一系列影响因素都要纳入新方案的重点核实内容。
步骤S7、为避免上述各种问题，本发明将使用一种软、硬管结合的布置方式。其中软管设计以能吸收附加大位移带来的应力问题为核心。鉴于栈桥结构的常规设计：在新建平台一端设置为滑动端，主要是在沿栈桥轴向上可以自由滑动，其它方向则设计有左右及上下挡块；另一端设置为铰接端，也就是栈桥端部结构套在平台边缘的圆柱上，保留有间隙，使得栈桥可以绕着圆柱旋转。根据栈桥结构特点，考虑软、硬管布置的可调节性，在滑动端布置一段软管，其余的大部分管道是硬管连接，硬管部分仅需解决自身的应力问题即可。
步骤S8、根据步骤S1收集的设计资料，综合考虑介质工艺参数、弯曲半径、软管材料性能、设计寿命、偶然载荷等各方因素的影响，对软管自身性能进行分析。此部分设计由第三方提供。由于软管只有两端与管线固定，其它部分都是悬空，因此软管末端作用在管线上的力及力矩非常大，硬管部分在重新进行应力分析核算时，一定要考虑软管的附加作用力，其最大作用力详见表五：
表5 D 323.9mm原油软管最大作用力汇总
| Fx/kN | Fy/kN | Fz/kN | Mx/kN.m | My/kN.m | Mz/kN.m |
| 14.04 | 19.3 | 14.57 | 29.08 | 4.3 | 29.24 |
Fx为沿栈桥轴向上的作用力，Fy为沿栈桥侧向上的作用力，Fz为竖直方向上的作用力。Mx、My、Mz为与之相应的力矩。
步骤S9、对硬管部分进行重新进行三维设计并进行应力分析。由于软管依靠自身变形解决了附加大位移的不利影响，但是其末端作用在硬管端部的作用力非常大，同时考虑栈桥铰接端的影响，再次对硬管进行设计时需要考虑如下的影响因素：1、软管附加外力的影响。2、铰接端附加位移影响。其余的设计参数不变。输入如图1所示基础数据，然后按照步骤3、重新对硬管建立SAESAR II应力分析模型如图3所示，并进行应力核算分析，计算结果详见表6：
表6软、硬管结合设计方案的应力比和模态固有频率
校核结果显示，硬管部分的静力分析核算均满足规范要求，固有频率满足企业标准要求。
根据最终的设计方案出版软管及硬管设计报告，并据此提供施工方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种大位移栈桥的配管设计方法，其特征在于，包括有：
S1、收集资料，根据收集资料，整理出应力分析模型的基础数据，包括与目标管线关联的工艺参数、环境条件、偶然载荷、附加位移值；
S2、根据栈桥结构、长度、栈桥与新建及已建平台之间的整体定位、仪表管线流程图和工艺流程图，对管线进行三维图设计，并根据栈桥结构对管线支架进行初步定位；
S3、应用管道应力分析软件对管线进行建模；
首先定义管线及输送介质的基本参数，将步骤S1、步骤S2给定的信息进行数据输入，数据包括：材质、管径、壁厚、保温材料及厚度、环境温度、设计温度、操作温度、设计压力、操作压力、水压试验压力、介质密度；然后进行下一步；
S4、接着输入管道单元的结构参数，根据步骤S2中的管线三维图进行输入，栈桥管线包括：直管段、弯头、法兰；然后进行下一步；
S5、接着输入管线的边界条件，由步骤S1和S2给出的信息确定跨栈桥管线的边界条件包括：位移边界条件和力边界条件；所述位移边界条件包括：支架定位、支架形式、附加位移；力边界条件主要包括两类偶然荷载：地震载荷、风载荷；这两种载荷的数据均以平台所在的环境条件进行设定；然后进行下一步；
S6、综合步骤S1至S5，对栈桥管线所要承受的各种工况进行编辑，工况代号采用软件自定义的类别代号；所述工况包括：操作状态荷载工况OPE、持续荷载工况组合SUS、纯热态荷载工况组合EXP、偶然荷载工况组合OCC；其中操作状态荷载工况用于管道对支吊架的推力计算；持续荷载工况组合用于持续荷载下的一次应力校核；纯热态荷载工况组合用于管道的二次应力校核；偶然荷载工况组合用于偶然载荷作用下的一次应力校核；然后进行下一步；
S7、检查模型确认无误后运行管线应力分析模型，首先进行静力分析校核，静力分析校核包括：管道的一次应力、二次应力校核以及法兰泄露校核；当步骤S6中的每一种工况的核算结果都满足ASME B31.3和ASME NC-3653准则要求，则方案通过；否则当其中任一工况的运行结果不满足条件，则重复步骤S3、S4和S5，通过增加膨胀弯、调整管线的走向、支架定位、壁厚、弯头类型来增加管线柔性，以克服附加大位移带来的不利影响；直至所有的静力校核满足准则要求；当法兰泄露校核不满足ASME NC-3653准则要求时，对栈桥管线通过提高法兰的压力等级，从而提供其允许受力，来达到规范的准则要求；然后进行下一步；
S8、管线满足静力分析校核后，还要同时满足模态分析的校核要求；管线的固有频率≥2.55Hz，以免轻微的干扰力就会使管道产生振动，从而造成疲劳破坏；模态分析通过校核步骤S7中操作工况下管线的固有频率，当所有操作工况下管线的固有频率≥2.55Hz，则方案通过；否则当任一操作工况下管线的固有频率＜2.55Hz，则重复步骤S3、S4和S5；通过增加支架、调整支架形式、增加管线壁厚方式来提高管线固有频率；直至管线固有频率符合标准；然后进行下一步；
S9、核实应力分析模型是否同时满足步骤S7和步骤S8，如果不满足则重新考虑布管方案，然后根据新的方案重新进行管道应力分析校核；如果满足条件，则确定方案最终通过。
2.根据权利要求1所述的一种大位移栈桥的配管设计方法，其特征在于，所述步骤S1，收集资料，所述资料包括项目总体开发方案报告、仪表管线流程图、工艺流程图、管段表、平台相对位移值推算报告、栈桥结构布置图、平台结构布置图、平台及栈桥的总体布置图、配管规格书。
3.根据权利要求2所述的一种大位移栈桥的配管设计方法，其特征在于，所述步骤S5中移位移边界条件的支架定位是根据步骤S2中的管线三维图进行设置；所述支架形式采用支撑型；所述附加位移是根据步骤S1的“平台相对位移值推算报告”中提供的极端工况下最大相对位移进行输入。
4.根据权利要求3所述的一种大位移栈桥的配管设计方法，其特征在于，所述步骤S7中的管道的一次应力校核满足规范要求，即管道系统内任一组件由于重量、压力持续载荷产生的纵向应力SL不超过相应温度下的许用应力值Sh：
SL＝Fax/Am+[(iiMi)2+(ioMo)2]1/2/Z+Pdo/4t≤Sh
式中：Fax代表由持续载荷产生的轴向力；
Am代表管道横截面积；
ii、io分别代表平面内、平面外应力增强系数；
Mi、Mo分别代表由持续载荷产生的平面内、平面外弯矩；
Z代表抗弯截面模量；P代表设计压力；
do代表管道直径；t代表管道壁厚；
所述二次应力校核满足规范要求，即由于位移产生的计算应力范围SE不超过许用应力范围SA：
SE＝[(iiMi)2+(ioMo)2+4MT]1/2/2≤SA＝f(1.25Sc+1.25Sh-SL)
式中：MT代表由温度二次载荷引起的扭转力矩；
Mi、Mo分别代表由于温度二次载荷引起平面内、平面外的弯矩范围；
Sc代表材料冷态下的许用应力；
Sh代表材料设计温度下的许用应力。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102184289A (zh) * | 2011-05-06 | 2011-09-14 | 大连船舶重工集团装备制造有限公司 | 核一级容器ansys应力分析方法 |
| CN104392070A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-04 | 苏州纽威阀门股份有限公司 | 一种基于极限外载荷计算的管线阀门安全评估方法 |
| CN108005945A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-08 | 杭州福斯达深冷装备股份有限公司 | 一种高压低温离心泵的配管导向结构 |
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| 海洋平台栈桥管线总体布局研究与应用;韩化凤等;《应用化工》;20130828;全文 * |
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