分析现状：柔性管结构

管道极限状态是指失效与未失效之间的临界状态，此时所对应的外荷载力即为其极限承载力，该值是确定管道设计的重要基础与依据。柔性管结构分析一般是从理论模型、数值分析与试验测试三个不同的方面入手来掌握管道在材料、结构等层面上的失效机理。

柔性管的理论模型能够系统反映结构在外荷载作用下的响应机理。其主体思想是，根据管道所受的荷载情况选择管道适当的层结构，进行合理的假设和简化，并确定模型的初始状态。然后利用管端部及层间位移和接触力等条件将管各层结构组装起来，通过力学原理对其进行应力分析、位移求解等。其中非粘结柔性管由于结构复杂，在外荷载作用下各层之间可能会发生相对滑移，大量的非线性接触问题给柔性管的局部分析带来了极大的困难。理论模型虽然可以较快地得到柔性管在外荷载作用下的结构响应，但其大多是基于一定的简化和假设，无法精确给出柔性管在复杂荷载作用下各层的力学响应，存在一定的局限性。

随着计算机的快速发展和有限元理论的成熟完善，使用有限元模型模拟柔性管的力学响应，既可以弥补理论方法的不足，也可以节省时间成本。数值方法能够模拟截面复杂的几何构型、层间接触问题及非线性变形等情况，能更真实、全面地反映管道的实际情况。但由于非粘结柔性管接触面繁多，计算单元庞大，其收敛性不容易保证，计算效率也不高。目前来讲，数值分析主要用于研究一定长度模型的特殊响应。

由于柔性管理论模型存在一定的局限性，而有限元模型又存在收敛性不佳及计算时间较长的问题，为了更深刻地理解柔性管在各种荷载下的力学响应情况，试验研究是不可或缺的，其结果也可以作为其他两类研究方法的基础和有效验证。柔性管的试验要求及成本都较高，且一些工程技术均有保密性，相关非粘结柔性管的详细试验过程和结果资料都较少，这对其深入研究造成了一定的阻碍。同时在进行管道的全尺寸试验时，需要保证样管有足够的有效长度，以避免端部效应对所需测量结果的影响。(www.xing528.com)

综上所述，尽管很多学者对粘结和非粘结柔性管的力学性能做了相关研究，但由于管道系统中复杂的结构层，尤其是非粘结柔性管的层间接触、摩擦等问题导致结构的力学响应极其复杂，其结构几何变形非线性及材料非线性也给工程实践中的分析带来了很大困难。所以无论是在理论还是试验方面，其研究水平至今都远落后于相应的金属结构。到目前为止，非粘结柔性管的力学性能仍然没有被完全理解。

SSRTP作为一种新型海洋非粘结柔性复合管，其力学性能的研究更为少见、更不成熟。公开发表的杂志中很少能看到与SSRTP力学性能研究有关的文章。目前来说，其结构响应及评估主要是依据工厂生产经验，这将严重限制该种管道的应用范围，尤其是在复杂载荷工况时。SSRTP的增强层是宽而薄的钢带条，其力学性能较钢丝线或钢丝束更为复杂，且管材的弹塑性、层间摩擦等也会对SSRTP的力学响应产生一定影响。

在柔性管的生产应用方面，国外柔性管的应用水深已超过2 000 m，国内柔性管尚处于起步阶段，应用水深约100 m，尤其是热塑性玻纤增强柔性管，尚处于空白阶段。目前热塑性玻纤增强软管只按照生产经验进行了试生产，对生产中出现的实际问题无法寻求科学上的指导，其力学性能并没有相应的理论研究，国内也没有针对热塑性玻纤增强软管的相应规范。因此有必要对上述几种管道的力学性能做深入研究，从而指导相应的工程实践。