SY／T 7060-2016 标准规范下载简介：

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SY／T 7060-2016 海底管道稳定性设计

本章提供了管道的垂向与横向稳定性设计方法和接 管道垂向稳定性的设计公式： 即海水中下沉。为保证管道放置海床上或埋设海床中的垂向稳定性，将以通用条款提出设计方法。 对于横向在位稳定性分析，详细给出三种设计方法： 动态横向稳定性分析方法。 一基于动态分析和模拟结果数据库的通用横向稳定性方法。 一绝对静态横向稳定性方法。 动态横向稳定性分析需要基于时域的管道响应模拟，包括由不规则海况和土壤抗力引起的水力

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荷载。 通用横向稳定性和绝对静态横向稳定性两种设计方法给出了管道稳定性设计详细结果。 采用允许位移的通用横向稳定性方法。允许位移由管道标高处垂直管道的波浪振荡速度的设计谱 得出。设计波谱的特征量为：频谱派生的特性Us（振动速度）、T（周期）和相关的稳定海流速度V。 作为一个特例，“近似稳定”的位移取管径的一半，这个位移并没有降低土壤的抗力，而且无论所在 区域的海况持续多久，位移值也不会增加。 绝对静态横向稳定性方法是一种“设计波”方法，即确保在单一设计（极端）波浪诱发振动下的 绝对静态稳定性。设计振动的三个特征量是振动速度幅值U、周期T和相关的稳态分量V。通常情 况下V=V，但是一些水动力模型考虑到波浪诱发振动下的局部平均速度V，此时可能会和总平均速 度V有所不同，

为了避免管道在水中出现漂浮NB/T 51004-2012 井巷揭煤地质说明书编制规范，管道在水中的重量应满足下列准则：

如无法确认负浮力是否足够、可以采用安全系数2,=1.1。

3.3海床上和埋设的垂向稳定性

W≤1.00 u Ws +b

对于埋设管道，宜校核其下沉或漂浮的可能性。下沉时宜考虑管道中的最大介质密度，如管道充 水工况，而上浮宜考虑管道的最小介质密度，如管道空管工况。 若管道的密度（含水）小于土壤的密度，无需进行下沉安全性分析。对于低剪切强度的土，可以 考虑土压力对管道的影响。如果土壤已经或有可能发生液化，宜考虑液化深度或增加下沉阻力来控制 管道的下沉深度。 若管道的密度小于土壤的密度，土壤剪切强度宜足以防止管道上浮。在已液化或可能液化的土壤 中，对于需要理设的管道，密度宜大于土壤密度。 放置海床上的管道宜采用与上述埋设管道相同的方法，进行下沉可能性校核，

3.4动态横向稳定性分

动态横向稳定性分析的目的是计算管道在某一设计海况下，受到由波浪与海流组合产生的水动力 作用，引起管道的横向位移。 表面波谱必须转化为海床上管道处波浪诱导水质点速度的时间序列。通常情况下，水质点速度等 于一个恒定流速加上波浪的诱导速度，而水动力荷载的大小取决于管道和总的水质点速度之间的相对 速度与加速度。 土壤的抗力通常包括两部分，即库仑摩擦力和被动土抗力，后者的大小取决于管道在土壤中的沉 降量。 动态模拟宜该针对某一完整的海况来进行。如果缺少完整海况数据，推荐使用三小时的海况数 据。 在位稳定性具有高黏/滑动非线性响应，这种非线性现象对于大流波比和长波浪周期更为明显 硬黏土和岩石比软黏土和砂土的沉降和被动土抗力更大，管道在位稳定性的非线性现象也更为明显。 风暴模拟可以通过应用波浪引起的水质点速度和加速度的线性斜坡函数来实现，因此在分析到

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在位稳定性的分析可以遵循以下三种方法之 1）保证绝对稳定性，参考3.6。该方法是基于力平衡建立的，保证在设计海况极端振荡循环作 下水动力荷载小于土壤抗力。

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2）保证王壤不破坏，参考3.5。该方法允许在最大波浪海况下发生小的位移，但是最大位移必须 小于管径的一半，并保证管道不偏离其位置，即管道是稳定的。该方法具有管道在发生小的 位移时产生被动土壤抗力的优势。此时，管道不考虑累积位移，并且最大位移与时间无关。 3）允许累积位移，参见3.5。该方法考虑在设计海况中采用一个准确的、大的允许位移。管道在 整个海况期间将出现好几次偏离其位置的情况，而累积位移量宜假设与时间成正比，即考虑 海况的波数。值得注意的是：位移是一种累积损伤，即使某一海况不如设计海况恶劣，也可 能使管道发生位移，即增加了管道的损伤

管道附近稳定海流可以分为以下几部分： 潮流。 风生流。 风暴潮流。 密度流。

管道直径范围内的平均垂向海流速度为

Vc = Ve(z,) D ·sin c Zo

上式中，流速的方向为c，即流速和管道轴向的夹角。如果流速方向无法确定，则宜假定流速 与管道垂直。 参照海流宜在平均海流沿水平方向变化较小的水深位置测量。对于相对平坦的海床，参照标高

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高于1m，.并与海底的粗糙程度相关。 可以通过修改稳定海流速度剖面考虑波浪与海流之间的非线性相互作用。

3.4.3短期波浪条件

可采用数值模拟或解析波浪理论计算管道位置的波致振荡流。波浪理论应能描述管道所处位置处 的条件，应包括浅水效应（如有）。 短期固定的不规则海况可以通过波谱S（の）来描述，也就是海平面处的功率谱密度函数。浪谱 作为测量谱，可以通过表格形式给出，也可以通过分析的形式得到。 对于最常用的JONSWAP谱，其谱密度函数如下：

可以用峰值增强因子来代替其他的信息：

5H.0p (10.287lnr) 16 g'

数G将海平面位置转化成海床处波致流速，为：

式中： d一水深； k—波数，可以从下面的超越方程中迭代求得。

Suu(0) =G(0)·S.,(の)

G(0) = sinh(k ·d)

G(の) = sinh(k d)

管道标高的有效流速幅值为：

建议计算波浪诱导速度时不考虑边界层效应的影响。 管道处振荡水流的平均上跨零周期为：

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M, = f" o" · Su(o)do

T. = 2元 M。 "M,

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U V2nz+ 0.5772 1 U. V2lnt

..........................

单一设计振荡的速度周期与平均上跨零周期（均位于海床表面）之间的比值是现场确定的。 其他的数据资料时，比值可以取为：

参见文献【[3】有关线性波理论的适用性。

3.4.4波的方向和传播

主波的方向和波的传播的影响等于折减系数乘以有效流速，也就是投影到管道 和波的传播效应。

其中波的能量传播方向函数采用与频率无关的余弦幂函数来表示：

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Rp= J Dw(0)de

实验表明，建立在周围流速和时间不变系数上的莫里森型计算公式不可以用来计算由于水动力荷 载而产生的管道横向位移。对于管道，水力荷载将产生一定位移，使总位移量增大。这种情况的原因 主要有： 一即使对于无水流条件下的规则正弦波，其水动力也不会呈现出莫里森方程所预测出来的那种 规则形式，而是明显呈现出由不同的频率和相位的谐波方程叠加在一起的形式。 尤其升力与流动历史相关，也就是，前半周期波浪的属性取决于波浪产生的一种尾波，尾波 使管道来回摇晃，因而对力的幅值和相对相位都产生了不小的影响。 对于最常见的设计条件，即流速和不规则波速度叠加的情况，莫里森方程式的荷载预测出现

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很大的偏差，特别是对于两个速度分量相反时半周期中的升力的预测。 另外，水动力系数很大程度上取决于海流和波浪的比值和KC数，对于不规则波来说，不同 不规则波将呈现出不同的情况。 目前相关力学的模型已经得到发展，可以用来解释以上所列效应，例如可参考文献[6]，[7]， [81,[9]。

由于管土相互作用而产生的荷载折减

由于以下几个原因，水动力荷载 可渗透性的海床系数rperm，ic 管道沉降海床系数rpen.i° 挖沟影响系数rtrench，i° 则总的折减系数为：

由于以下几个原因，水动力荷载可以折减： 可渗透性的海床系数rperm，1° 管道沉降海床系数rpen.i° 挖沟影响系数 Trech,i° 则总的折减系数为：

“”是在表示水平荷载时取y：在表示垂直荷率

因海底渗透产生的荷载减少

tot,='pem.,""pen."r.

可渗透性海床允许海流在管道下面的海床里流动，因而会减小垂向荷载。如分析中采用的垂直 荷载是基于无渗透性海床假定所得到的荷载系数的话，可以采用下面的荷载折减系数：

Irem. =0.7

沉降的定义如图3一5所示，在水平和垂直方向上由于沉降产生的荷载折减因素分别为（参考 4）：

挖沟而产生的负荷减少

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在弹性区域Y≤Y，中，砂土的刚度k可取为50N/m～100N/m，黏土则取为20N/m～40N/m。 刚度随砂土的密度和黏土的剪切强度的增加而增加。在此区域，管道沉降是一个常数，等于初始时的 沉降值。 在Y≤Y≤Y区域，管土相互作用增大了沉降和被动土抗力。 需要注意的是，管道破土极限状态下的土抗力F2的值不能预先计算得到，这是由于该数值与Y 与Y，区域内的管道横向累积位移有关。 如果管道横向位移超过Y，管道发生破土。累积功设置为零，而且在这一区域内，被动土抗力不 做功。管道在土壤中的沉降从Y，处（破土极限状态下的数值）的数值线性减少到Y，处的数值（此数 值为破土极限状态下数值的一半），从而被动土抗力也相应减小。

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在黏土中被动土抗力F。可取为：

在砂土中管道的初始沉降值可以取为：

黏土中管道在的初始沉降值可以取为：

(a) 3 和 Kc= S.·D S.·D D·Ys Fc

兑明用来计算管道沉降的土壤参数的正确性。 降值可以认为是初始沉降值和管道运动导致的沉

= 0.037ks 0.6 D

=0.0071 J +0.062 Go D K

总沉降值为以下几部分的和： 由于自重而产生的初始渗透值。 管涌。 安装期间的动态荷载产生的沉降值。 在波流联合作用下管道运动而产生的沉降值。 第4章简要说明了海床整体稳定性和土壤液化现象。 计算管道在砂土和黏土中的初始沉降值时所使用的参数K。和K。时，需要假定管道处于最大管重

总沉降值为以下几部分的和： 由于自重而产生的初始渗透值。 管涌。 安装期间的动态荷载产生的沉网 在波流联合作用下管道运动而产 第4章简要说明了海床整体稳定性

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状态（例如系统测压时充水状态）和零升力。 对于铺设管沟中的管道，沟壁的抗力可以采用等效沉降值2.来计算：

=tan0，但是≤号

3.5通用横向稳定性方法

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GB/T 5293-2018 埋弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合管道的无量纲横向位移Y在很大程度 组无量纲参数控制（参见文献12）

Y=f(L,K,M,N,t,Gs,G)

式中，无量纲参数均已在第1章中定义。 由于重要输入参数较少，因此，在位稳定性问题可以通过建立数据库，在该数据库中位移由一系 列输人参数确定。 多数管道在横向位移小于特定值的的情况下不会出现问题，因此，通过设置允许位移可以大幅减 小对管道重量的要求。 动态分析得到的重量是基于平坦海床，忽略了温度升高、压力以及管端约束引起的轴向力效应

对于深水情况，K值可能会很小，而海流会导致M值很大，建议根据3.6计算管道的绝对稳定 性。 Lbs与海面状况持续时间无关，而L。在1000个波浪内都是有效的，并可以假定其与海况中波 数t成比例。若L

Y,=0.5+(100.5)× =0.5+0.00952 1000

例如对于一个T，>10.8s的三小时海况，表明管道受到的波数小于·1000，预测的横向位移相应 减少。 计算M，K值时可采用线性插值法。 对中间位移准则的管道所需重量可按以下公式进行计算

该设计方法适用于N≤0.024的黏土和N≤0.048的砂土。 对于黏土，当假定L与/G。成比例时，G。可以采用插值法计算（砂土中管道由于土壤密度 影响已被忽略）。需注意：该设计曲线仅适用于G。≤2.78。对于更高的G。值，建议采用绝对

HG/T 3466-2012 化学试剂 磷酸二氢铵SY/T 70602016