[发明专利]一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法

权利要求书

1.一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法，其特征在于，所述评估方法具体为：

步骤S1：选择一现役管道作为被测管道，检测被测管道最大尺寸腐蚀缺陷的位置及腐蚀尺寸；

步骤S2：根据步骤S1的检测数据，进行海浪荷载和海流载荷计算，确定被测管道所承受的弯矩大小及弯曲方向，从而确定出被测管道所承受的最大弯矩位置和最大弯矩值；

步骤S3：推导出含腐蚀缺陷管道的塑性极限弯矩公式，并依据步骤S1的检测结果按照塑性极限弯矩公式，计算出被测管道的塑性极限弯矩；

步骤S4：将步骤S2计算得到的最大弯矩值与步骤S3计算得到的塑性极限弯矩进行比较，若最大弯矩值等于或大于塑性极限弯矩时，则被测管道失效；若最大弯矩值小于塑性极限弯矩，则被测管道未失效；

在实际评估中需要考虑安全系数时，用许用塑性极限弯矩代替步骤S3计算得到的塑性极限弯矩进行比较，此时许用塑性极限弯矩取步骤S3计算得到的塑性极限弯矩除以安全系数n后的值，安全系数n依据管道规范要求确定；

其中，所述步骤S3中被测管道的塑性极限弯矩的计算过程，具体如下：

步骤S301：依据被测管道的腐蚀缺陷的位置及腐蚀尺寸，确定塑性中性轴的位置，并按照公式(1)和公式(2)计算得被测管道的受拉区面积A_I和受压区面积A_Π：

A_Ι＝2R_mtβ (1)

A_Ι＝2R_mt(π-β)-2Rhθ (2)

其中：为平均半径；R为管道外壁半径；t为被测管道的厚度，t远小于R；h为腐蚀深度，θ为腐蚀宽度的半角；

步骤S302：依据被检测管道的腐蚀缺陷的位置及腐蚀尺寸，能够得出塑性中性轴的角度β、腐蚀缺陷的位置角α、塑性中性轴与水平轴的夹角γ，进而按照公式(3)-(6)得出受拉区区域和受压区区域的形心坐标(y_c1，z_c1)和(y_c2，z_c2)

步骤S303：若被测管道处于塑性极限承载状态，则应满足以下两个条件：

a)：受拉区与受压区的形心连线平行于z轴，即y_c1＝y_c2；

b)：受拉区面积等于受压区面积，即A＝A_I＝A_Π；

由以上两个条件，计算可得：

步骤S304：依据步骤S303的计算结果，进而得到被测管道在塑性极限承载状态下的极限弯矩为：

M_p＝σ_yA(z_c2-z_c1)＝σ_y(4R_m²t sinβcosγ-2R_m²h sinθcosα) (9)

当缺陷相对z轴对称时，即α＝γ＝0，其塑性极限承载弯矩为：

M_p＝σ_yA(z_c2-z_c1)＝σ_y(4R_m²t sinβ-2R_m²h sinθ) (10)

步骤S305：将被测管道的腐蚀缺陷位置及腐蚀尺寸，代入到公式(9)或公式(10)，即可得到被测管道的塑性极限弯矩。

2.根据权利要求1所述的含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述腐蚀缺陷的位置包括腐蚀坑位置角。

3.根据权利要求1或2所述的含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述腐蚀尺寸包括腐蚀坑的腐蚀宽度、腐蚀深度和腐蚀长度。