李小超，王永学，王国玉，蒋梅荣，何 旭

（1长沙理工大学 水利工程学院，长沙 410114；2水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，长沙 410004；3大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024；4杭州欧佩亚海洋工程有限公司，杭州 310000）

1 引 言

海底管道的正常运行是海上原油生产的重要保障，管道一旦出现损伤和泄漏，将导致油田停产，污染海洋环境，甚至引起爆炸，给企业和国家造成巨大经济损失。悬空管线的产生给海底管线的安全运行带来许多隐患，管线悬跨段在水流作用下发生的涡激振动是引发管线疲劳断裂和失稳的重要原因。

由于涡流的作用，使圆柱在横向和顺向各产生一个随时间脉动的水动力荷载，迫使圆柱在两个方向上发生振动，当漩涡的脱落频率与结构的自振频率比较接近时，漩涡的脱落频率不再遵循Strouhal定律，而是在一个较大的流速范围内漩涡的脱落频率被锁定在结构的自振频率附近，此时，结构处于一个共振状态，振动非常强烈，上述现象称为涡激振动。由于流体载荷的复杂性，目前海底管跨的涡激振动问题仍然以实验研究为主。管线顺向振动的振幅比横向振动的振幅一般要小一个数量级，基于此，很多学者主要关注于管线的横向振动。 Tsahalis（1984，1987）[1-2]、Bryndum 和 Bonde（1989）[3]、沙勇，王永学等（2009）[4]开展了固定海床上柔性管实验；Fredsoe，Sumer等（1987）[5]、 Yang，Gao 等（2006）[6]等学者开展了固定海床上弹性支撑刚性圆柱实验。Nielsen，Sreide等（2002）[7]考察了管线初始下垂对大跨度悬跨管线涡激振动的影响，分析了管线的多模态振动特征。……