Fritspændsanalyser af en Offshore Rørledning
Translated title
Free-span Analyses of an Offshore Pipeline
Authors
Hartvig, Peres Akrawi ; Ruby, Kristian
Term
4. term
Education
Publication year
2008
Pages
303
Abstract
Dette projekt bruger numerisk modellering til at undersøge den dynamiske adfærd af en offshore rørledning med fritspænd (rørstrækninger uden støtte fra havbunden) i den danske del af Nordsøen. Arbejdet er tværfagligt og dækker konstruktion, hydrodynamik og geoteknik. Hydrodynamiske lastmodeller med tidsvarierende kraftkoefficienter og wake-effekter undersøges og sammenlignes med den konventionelle Morison-model (en standardformel for bølge- og strømlaster på slanke strukturer). Hydrodynamisk dæmpning indarbejdes som feedback i lastmodellerne. Empirisk modellering af hvirvel lock-in (vortex-inducerede vibrationer) er også inkluderet. Jorden omkring rørledningen beskrives som fjedre efter Winkler-modellen (jord som uafhængige fjedre), og de analytiske fjedre vurderes mod stivhed beregnet i en numerisk 2D kontinuummodel. Transmitterende randbetingelser for rør og jord udvikles og implementeres for at lade bevægelse forlade modellen uden kunstige refleksioner. Udmattelse i jorden som følge af cyklisk belastning vurderes kvalitativt. De konstruktionsmæssige analyser fokuserer på rørledningens udmattelse som konsekvens af den dynamiske påvirkning fra fritspændet, og søjleinstabilitet (buckling) inddrages. Et parameterstudie af et enkeltspænd identificerer de styrende parametre for det dynamiske respons og udmattelse, herunder forskelle ved laster fra regelmæssige og uregelmæssige bølger. Flerspænd analyseres med fokus på de dynamiske effekter, der opstår, når to nærliggende fritspænd interagerer.
This project uses numerical modeling to study the dynamic behavior of an offshore pipeline with free spans (sections not supported by the seabed) in the Danish North Sea. It is cross-disciplinary, covering structural engineering, hydrodynamics, and geotechnics. Hydrodynamic load models with time-varying force coefficients and wake effects are examined and compared to the conventional Morison model (a standard formula for wave and current loads on slender structures). Hydrodynamic damping is incorporated as feedback in the load models. Empirical modeling of vortex lock-in (vortex-induced vibrations) is also included. The soil around the pipeline is represented as springs using the Winkler model (soil as independent springs), and the analytical springs are evaluated against stiffness calculated in a numerical 2D continuum model. Transmitting boundary conditions for pipe and soil are developed and implemented to allow motion to leave the model without artificial reflections. Soil fatigue due to cyclic loading is assessed qualitatively. The structural analyses focus on pipeline fatigue caused by the dynamic effects of free spans, and column instability (buckling) is considered. A parameter study of a single span identifies the key parameters controlling dynamic response and fatigue, including differences when using loads from regular versus irregular waves. Multi-span analysis investigates the dynamic consequences when two nearby free spans interact.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
pipeline ; free-span ; offshore ; fatigue ; rørledning ; fritspænd ; udmattelse