Finite Element Analysis of Upheaval Buckling of Submarine Pipelines with Initial Imperfection

Riyadul Arman, Kshama Roy, Bipul Hawlader, Ashutosh Dhar

In the proceedings of: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Transportation Geotechnics IV - Railways & Pipelines

ABSTRACT: Offshore pipelines are considered to be one of the most effective and efficient systems for transporting hydrocarbons. Pipelines are often buried and generally travel long distances through a variety of soil conditions. During operation, the rise in temperature and internal pressure result in longitudinal expansion of the pipeline, which might cause upheaval buckling and failure in some cases. Finite element analysis of upheaval buckling of submarine pipelines is presented in this paper. Both surface laid and buried pipes are considered in the present study. An initial imperfection, which could have occurred during the manufacturing or installation process, is considered in the numerical modelling of pipes. Soil is modelled using a set of nonlinear springs. The FE model is validated with the analytical solution available in the literature. A parametric study is performed for various burial depths and soil stiffness. The role of post-peak degradation of uplift soil resistance on upheaval buckling of pipe is highlighted.

RÉSUMÉ: Les pipelines extracôtiers sont considérés comme l'un des systèmes les plus performants et efficaces pour le transport des hydrocarbures. Les pipelines sont souvent enterrés et parcourent généralement de longues distances à travers diverses conditions du sol. Pendant le fonctionnement, l'augmentation de la température et de la pression interne entraîne une dilatation longitudinale de la canalisation, ce qui pourrait provoquer un flambement et un échec du bouleversement dans certains cas. L'analyse des éléments finis du flambement de bouchons des canalisations sous-marines est présentée dans ce document. Les deux tuyaux superficiels et enterrés sont considérés dans la présente étude. Une imperfection initiale, qui pourrait se produire pendant la fabrication ou le processus d'installation, est considérée dans la modélisation numérique des tuyaux. Le sol est modélisé à l'aide d'un ensemble de ressorts non linéaires. Le modèle FE est validé avec la solution analytique disponible dans la littérature. Une étude paramétrique est réalisée pour diverses profondeurs funéraires et la rigidité du sol. Le rôle de la dégradation post-pic de la résistance du sol de soulèvement sur le flambement du bouleversement est mis en évidence.

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