案例分析：不同形状管道的拉伸力比较

在本节中，包括了案例1“受纯拉伸载荷的‘金属带柔性管’”，该研究已由相关文献［16］发表。对于一系列不包括抗压铠装层的MSFP，拉力主要由PE层贡献。基于MSFP的结构，在其内部横截面设计中增加了额外的抗压铠装层，如案例2所示，由抗压铠装层引起的对整体径向刚度的贡献很大，从而忽略最内层PE和最外层PE的贡献。管道可看作由抗压铠装层和四层钢带加强层组成，钢带厚度为h=0.5 mm，它代替了本节研究案例3中的抗拉铠装层。案例2的详细纵向剖面如图15.28所示，为了对结果进行合理判断，内径和载荷条件与前一种情况相同。理论模型扩展到新几何形状，式（15.11）和式（15.12）应通过考虑层数和厚度的变化来修改，可表示为

图15.28　案例2的纵向剖面图

图15.29　各案例应变与拉力的关系(www.xing528.com)

图15.29显示了具有三种不同配置管道的拉伸力比较。正如预期的那样，MSFP提供的强度最小。实际上，对于相同内径，与包含两层抗拉铠装层的管道相比，MSFP的轴向抗力只有其的81.07%。同时通过案例1与案例2的比较，可以看出当MSFP中加入了抗压铠装层，其抗拉强度得到了明显改善。当管道设计中包含抗压铠装层和抗拉铠装层，径向刚度由两者共同提供。因此如果减少钢带厚度，不仅影响了抗拉强度，也减少了承受外压的能力。

由以上结论可以得出，在浅水区可以采用钢带增强管，在水深区宜使用较厚的抗拉铠装层。在案例2和案例3中可以看出，抗压铠装层引起的径向刚度的贡献在管道轴向强度上起着非常重要的作用。