余志兵， 孙国民， 戚晓明， 高 嵩

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

0 引 言

海底管道是保证海上油气正常安全输送的一个关键且有效的工具。随着我国海上油气的开发逐渐转入深水领域，海底管道面临的环境也越来越复杂，其中恶劣的海床地形对管道的路由选择及结构设计提出全新挑战。众所周知，海床的凹凸不平、沙波、沙脊、沙坝等因素会造成海底管道较大的悬跨。悬跨过长会使管线的形变及应力幅值增大，严重时管道的悬跨段会发生疲劳失效，甚至断裂。

工程界通常运用DNV-RP-F105规范推荐的计算方法对超跨海管进行详细的疲劳分析与评估。然而，该规范所推荐的经验公式有一定的限制条件，涉及跨长与管径的比值、跨长范围内的变形量及有效轴力的大小。另外，该规范仅适用于进行单一悬跨的强度及疲劳评估，对于多跨海管问题，规范中的相关推荐公式已不适用，一般可通过有限元分析方法来解决[1-3]。

本文建立多跨海管Abaqus数值计算模型，提出悬空海管模态分析的计算方法，结合管-土相互作用参数，通过工程实例获得多跨海管顺向和垂向涡激振动(Vortex-Induced Vibration，VIV)的模态响应，根据规范推荐的公式完成其疲劳寿命评估。

1 DNV-RP-F105规范推荐公式的限制条件

DNV-RP-F105规范所列的静态许用悬跨和动态悬跨响应值的计算公式[4-5]适用如下条件：

(1) 悬跨长度LS与钢管外径D之比小于140，即LS/D<140；

(2) 管线变形δ与包括涂层在内的管线外径D之比小于2.5，即δ/D<2.5；

(3) 有效轴向力Seff与欧拉屈曲载荷PE之比大于-0.5，即Seff/PE>-0.5。