海结原理(8)-环境载荷

1、海洋环境载荷船舶工程学院陈明海洋结构物设计原理讲义（8）环境条件的确定（1）在作业海域内根据实际测量结果与实船工作情况决定；（2）根据规范确定；（3）根据业主或用户要求确定；（4）根据海况与气象的实测资料推算的结果确定设计波参数：最大波高、周期、概率1、风载荷中国船级社规定：正常作业状态设计风速不小于：36m/s(70kn)自存状态设计风速不小于：51.5m/s(100kn)在遮蔽海区设计风速不小于：26m/s(50kn)1.1 CCS风载荷计算法规范规定风压计算公式：PSCCFsh2613. 0VP 构件上的风力F计算公式：S：受风构件的正投影面积Ch：暴露在风中的构件的高度系数，其值可根据

2、构件几何心距离设计水面的高度查表得到。Cs：暴露在风中的构件的形状系数，根据构件形状查表取得或根据风洞实验得到。如球形的取0.41.2 美国风载荷计算法实际上风力分为与风速方向一致的拖曳力FD和垂直于风向的升力FLSVCFSVCFLLDD222121CD：阻力系数CL：升力系数1.3 脉动风压的动力效应结构的高度大于其宽度的5倍以上，自振周期长于0.5s，结构对动力相应比较敏感，就需要考虑风载荷动力相应，即在计算中考虑加入阵风系数：阵风系数:查表得到，是自振周期的函数SVCCPFPtPshcc2)(2 波浪载荷 线性波理论（微幅波）(初步设计中广泛采用) 斯拖克斯波（2阶到5阶波） 椭圆余弦波

3、 孤立波 流函数 绕射理论2.1 波浪理论2.2 线性波理论1 、线性波浪理论假设：流体均匀且不可压缩；不计科氏力；不计表面张力；流体无旋；底部水平、静止且不可穿透；波浪为二维；波浪不受其他水流运动地影响；表面压力为尝数；1) 波幅相对波长、水深为小良。2、波浪参数定义波高：H周期：T波幅：A1/2H波长：L水深：d水表面质点高度： 相对静止水面水质点相对轨迹中心地水平和垂直坐标：水支点运动地水平和垂直速度分良：),(),(wu3、线性波浪分类 4、 线性波理论总结水深d0.9144波高H0.1524周期T1质点位置z-0.6096判断d/gT20.093306122 深水波波速C0gT/(2

4、*Pi)1.559718波长L0gT2/(2*Pi)1.559718波数k2Pi/L4.02841水平速度upiHe(kz)/T0.041垂向速度wpiHe(kz)/T0垂向加速度az2H(pi/T)2e(kz)0.258水平加速度ax2H(pi/T)2e(kz)0一造波水池长170米，宽6米，深4米，装有0.9144米深淡水。造波机产生波高0.1524米，周期1秒的波浪。计算波峰处位于静止水表面下0.6096米的水质点的速度和加速度5、线性波理论应用2.3 波浪载荷计算方法邱卡数: DTUKm/雷诺数: /ReDUmUm波峰处水质点的速度T波浪周期D构建直径 海水运动黏性系数步骤一：计算两个

5、常数 K 和 Re步骤二：根据常数决定用哪个算法步骤三：如果用Morison方程nndnmuudACuVCF21dddF: 在体积dv、投影面积为dA的构件微段上的波浪力垂直于构件轴线的速度和加速度；Cm 阻力系数，Cd惯性力系数。微分形式：竖直圆柱Morison方程（1）zurCzuurCFdmdddd|002zuzdrCzuuzdrCMdmddd)(d|)(002利用线性波浪理论的水质点速度和加速度带入上面的表达式，取,tx , 0cos|cos|sin22122dmCACATLrHFcos|cos|sin243222dmCACATLrHMkdkdkddkkdAkdkdkdkdHrAkdk

6、dkdAHrA2ch12sh22sh641chsh1sh42sh2sh161222243221一个波浪周期内竖直圆柱受力变化水平放置圆柱受力3 冰载荷我国北部的渤海和黄海的冰情虽然不及严寒地区严重，但是在严重年份的2，3月份，对海上钻井平台、采油平台带来的影响也不容忽视。一般的办法是在冰期不作业。3.1 冰载荷的主要形式1. 冰原包围 整个海面处于冰层覆盖状态。在潮流和风的作用下，大面积冰原呈整体移动，挤压平台。如果平台能够承受，冰原被桩腿切入或割裂。 这种载荷呈现周期性，并伴随着振动。在大面积冰原破碎前，平台受到的挤压力最大。3.1 冰载荷的主要形式2. 流冰（浮冰） 自由漂浮流动的冰块，冲

7、击平台产生的冲击力。3. 冰层膨胀 冬季气温急剧变化的情况下，整体冰盖层由于温度变化引起的冰体膨胀（冰密度变化）而产生的对平台的挤压的膨胀力。3.1 冰载荷的主要形式4. 附连冰的拖曳力 平台四周海冰因温度下降而结成一体附连在平台上，冰体由于潮流和风力作用而移动产生对平台的拖曳力。由于水位的波动还会产生垂直的作用力（附连冰的重力和浮力）。5. 流冰期冰块对平台的摩擦作用力 前两种冰载荷为主要形式。3.2 冰载荷计算1. 大面积冰原挤压孤立垂直桩柱所产生的冰载荷P PmK1K2Rcbh (kN)m：桩柱的形状系数，对于圆柱采用0.9K1：局部挤压系数(2.53.0)K2: 接触系数（0.30.45）Rc:冰块试样的极限抗压强度（kN/m2，渤黄海取1470）b:桩柱宽度或直径(m