Jianshuo Wang;Tinghao Meng;Zechao Zhang;Zhihua Chen;Hongbo Liu
Earthquakes and Structures
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v.26
no.4
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pp.261-267
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2024
With the increase in the exploitation depth of offshore oil and gas, it is possible to control the global buckling of deep-sea pipelines by the snake lay method. Previous studies mainly focused on the analysis of critical buckling force and critical temperature of pipelines under the snake-like laying method, and pipelines often suffer structural failure due to seismic disasters during operation. Therefore, seismic action is a necessary factor in the design and analysis of submarine pipelines. In this paper, the seismic action of steel pipes in the operation stage after global buckling has occurred under the active control method is analyzed. Firstly, we have established a simplified finite element model for the entire process cycle and found that this modeling method is accurate and efficient, solving the problem of difficult convergence of seismic wave and soil coupling in previous solid analysis, and improving the efficiency of calculations. Secondly, through parameter analysis, it was found that under seismic action, the pipe diameter mainly affects the stress amplitude of the pipeline. When the pipe wall thickness increases from 0.05 m to 0.09 m, the critical buckling force increases by 150%, and the maximum axial stress decreases by 56%. In the pipe soil interaction, the greater the soil viscosity, the greater the pipe soil interaction force, the greater the soil constraint on the pipeline, and the safer the pipeline. Finally, the pipeline failure determination formula was obtained through dimensionless analysis and verified, and it was found that the formula was accurate.
The interaction of ground ice features with underlying seabed is one of the major considerations in the design of Arctic pipeline systems. Regarding the development of offshore gas field near Sakhalin Island, which is an ice-infested area, in this paper an ice scour model to determine the burial depth of Arctic offshore pipeline is studied. Using a simplified ice-seabed interaction process, ice scour depth is easily estimated. This nonlinear numerical model can simulate the scouring process for various enviromental parameters such as ice mass, incoming velocity, soil strength. This study also deals with interaction forces during the scouring process in sloping seabed conditions and discusses the ice loads that are transmitted through the seabed soil.
Yu, Su Young;Choi, Han Suk;Lee, Seung Keon;Do, Chang Ho;Kim, Do Kyun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.4
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pp.598-613
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2013
This paper deals with the dynamic effect of pipeline installation and embedment for the on-bottom stability design of offshore pipelines on soft clay. On-bottom stability analysis of offshore pipelines on soft clay by DNV-RP-F109 (DNV, 2010) results in very unreasonable pipe embedment and concrete coating thickness. Thus, a new procedure of the on-bottom stability analysis was established considering dynamic effects of pipeline installation and pipe-soil interaction at touchdown point (TDP). This analysis procedure is composed of three steps: global pipeline installation analysis, local analysis at TDP, modified on-bottom stability analysis using DNV-RP-F109. Data obtained from the dynamic pipeline installation analysis were utilized for the finite element analysis (FEA) of the pipeline embedment using the non-linear soil property. From the analysis results of the proposed procedure, an optimum design of on-bottom stability of offshore pipeline on soft clay can be achieved. This procedure and result will be useful to assess the on-bottom stability analysis of offshore pipelines on soft clay. The analysis results were justified by an offshore field inspection.
Jianbo Dai;Zewen Zhao;Jing Ma;Zhaocheng Wang;Xiangxiang Ma
Earthquakes and Structures
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v.26
no.3
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pp.239-249
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2024
A new layered shear continuum model box was developed to address the dynamic response issues of buried oil and gas pipelines under multi-point excitation. Vibration table tests were conducted to investigate the seismic response of buried pipelines and the surrounding soil under longitudinal multi-point excitation. A nonlinear model of the pipeline-soil interaction was established using ABAQUS finite element software for simulation and analysis. The seismic response characteristics of the pipeline and soil under longitudinal multi-point excitation were clarified through vibration table tests and simulation. The results showed good consistency between the simulation and tests. The acceleration of the soil and pipeline exhibited amplification effects at loading levels of 0.1 g and 0.2 g, which significantly reduced at loading levels of 0.4 g and 0.62 g. The peak acceleration increased with increasing loading levels, and the peak frequency was in the low-frequency range of 0 Hz to 10 Hz. The amplitude in the frequency range of 10 Hz to 50 Hz showed a significant decreasing trend. The displacement peak curve of the soil increased with the loading level, and the nonlinearity of the soil resulted in a slower growth rate of displacement. The strain curve of the pipeline exhibited a parabolic shape, with the strain in the middle of the pipeline about 3 to 3.5 times larger than that on both sides. This study provides an effective theoretical basis and test basis for improving the seismic resistance of buried oil and gas pipelines.
Moghaddam, Ali Shaghaghi;Mohammadnia, Saeid;Sagharichiha, Mohammad
Ocean Systems Engineering
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v.5
no.1
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pp.31-40
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2015
Three dimensional (3D) non-linear finite element analysis of offshore pipeline is investigated in this work with the help of general purpose software Abaqus. The general algorithm for the finite element approach is introduced. The 3D seabed mesh, limited to a corridor along the pipeline, is extracted from survey data via Fledermous software. Moreover soil bearing capacity and coefficient of frictions, obtained from the field survey report, and are introduced into the finite element model through the interaction module. For a case of study, a 32inch pipeline with API 5L X65 material grade subjected to high pressure and high temperature loading is investigated in more details.
Shi, Jiangwei;Wang, Jinpu;Ji, Xiaojia;Liu, Huaqiang;Lu, Hu
Geomechanics and Engineering
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v.30
no.4
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pp.383-392
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2022
Although pipelines are composed of segmental tubes commonly connected by rubber gasket or push-in joints, current studies mainly simplified pipelines as continuous structures. Effects of joints on three-dimensional deformation mechanisms of existing pipelines due to tunnel excavation are not fully understood. By conducting three-dimensional numerical analyses, effects of pipeline burial depth, tunnel burial depth, volume loss, pipeline stiffness and joint stiffness on bending strain and joint rotation of existing pipelines are explored. By increasing pipeline burial depth or decreasing tunnel cover depth, tunneling-induced pipeline deformations are substantially increased. As tunnel volume loss varies from 0.5% to 3%, the maximum bending strains and joint rotation angles of discontinuous pipelines increase by 1.08 and 9.20 times, respectively. By increasing flexural stiffness of pipe segment, a dramatic increase in the maximum joint rotation angles is observed in discontinuous pipelines. Thus, the safety of existing discontinuous pipelines due to tunnel excavation is controlled by joint rotation rather than bending strain. By increasing joint stiffness ratio from 0.0 (i.e., completely flexible joints) to 1.0 (i.e., continuous pipelines), tunneling-induced maximum pipeline settlements decrease by 22.8%-34.7%. If a jointed pipeline is simplified as a continuous structure, tunneling-induced settlement is thus underestimated, but bending strain is grossly overestimated. Thus, joints should be directly simulated in the analysis of tunnel-soil-pipeline interaction.
Characteristic behaviors of geo-structure during freezing and thawing process have to be understood based on fundamental knowledge on phase change in porous soil and interaction between soil and structure. Inversion analysis using published one-dimensional soil freezing tests was conducted to suggest a mechanical model to consider an effect of the ice saturation on Young's modulus. Silty soil was more sensitive to temperature than weathered granite soil and sand, and weathered granite soil was more affected by initial water saturation in stiffness decrease than silty soil. Numerical simulations on chilled gas pipeline showed that shielding effect from surrounding frozen zone around the pipe decreases impact from external load onto the pipe. And a pipe installed in sand backfill showed more heaving due to relatively low stiffness of sand during freezing than that of surrounding in-situ weather granite soil. However, it had more stable stress condition due to effective stress redistribution from external load.
The interaction of grounded ice ridges with underlying seabed is one of the major considerations in the design of Arctic pipeline system. Previously several ice scour models were developed by researchers to describe the ice scour-seabed interaction mechanism. In view of possible improvements, a comparative study of those ice scour models is performed and their limitation in modeling is discussed. Simple laboratory tests are carried out and then the shape pattern of deposited soil around the ice model is newly defined. Unlike the rectangular idealization of an ice block, in this modified ice scour model, trapezoidal cross sections are assumed to represent the typical shape of an ice ridge based on the field observation data. With the horizontal and vertical motion of ice model, the ice scour depth and soil reacting forces on seabed are calculated with varying the keel angle of an ice ridge.
This paper reports the application study of the ground reinforcement under a pipe joint. The soil-reinforcement interaction helps to minimize the stress concentration at joint. The settlement pattern and the earth pressure variation have been evaluated under the pipeline subjected to differential settlement. The pipeline is fixed at one side with the other side set free being loaded with a uniform surface loading. The problem has been studied by means of laboratory model test and flite element technique, and the analysis results are compared for both non-reinforced and reinforced cases to evaluate the effectiveness of the soil reinforcement for restraining the settlement of the pipeline.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.4
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pp.467-475
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2023
To ensure the safety of the pipeline against large deformation of the pipeline during lowering construction, the analysis for pipeline becomes emphasized. The FE analysis has a lower efficiency at calculating time, while it could be obtained high accuracy. In this paper, a reasonable analytical model for analysis of pipeline is proposed during lowering-in. This analytical model is partitioned considering the geometrical characteristics and modeled as two parameters Beam On Elastic Foundation and Euler-Bernoulli beam considering the boundary condition. This takes into account the pipeline-soil interaction and the axial forces acting on the pipeline. Previous model can only be applied to standardized conditions, whereas the proposed model defined as Segmented Pipeline Model can be considered for the majority of construction conditions occurred during lowering-in. In addition, minimized assumptions and segmented elements lead to improve the convenience and applicability of modeling. Nevertheless, the model shows accurate results compared to the FE model. Accordingly, it is expected that it will be used efficiently for configuration management as well as safety assessment of pipeline during lowering-in.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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