2023吸力锚的岩土工程设计与安装

吸力锚的岩土工程设计与安装指南II目  次目次 I前言 II范围 1规范性引用文件 1术语、缩略语和符号 1术语 1缩略词 2符号 3总则 8岩土设计 8概述 8失效机制 9设计准则 9分析计算模型 11分析计算的参数及需要考虑的因素 13基于概率的设计 19安装设计 196.1概述 20吊装分析 20装船固定分析 23贯入分析 23回收分析和移除分析 25海上安装 267.1概述 26安装条件 26安装前准备 27安装作业 27附录A（资料性）极限状态和破坏后果等级 30附录B（资料性）吸力锚极限平衡状态模型指导说明 32附录C（资料性）吸力锚在自重作用下贯入时锚侧土体抗剪强度计算指导说明 34附录D（资料性）吊装分析、索具设计和装船固定计算方法 35参考文献 49PAGEPAGE1吸力锚的岩土工程设计与安装指南范围本文件提供了吸力锚的岩土设计、安装设计和安装过程建议。本文件适用于正常固结黏土中，张紧式、半张紧式和悬链线式系泊系统的临时性或永久性吸力锚。用于水下结构物基础的吸力桩可参考使用。规范性引用文件GB∕T14090—2020海上油气开发工程术语APIRP2A（Recommendedpracticeforplanning,designingandconstructingfixedoffshoreplatforms）DNVNo.30.6海洋结构物的结构可靠性分析（StructureReliabilityAnalysisofMarineStructures）DNVGL-OS-C101海上钢结构设计规范（Designofoffshoresteelstructures,general）DNVGL-OS-E301单点系泊（PositionMooring）DNVGL-RP-F107管道防护风险评估（Riskassessmentofpipelineprotection）DNVGL-RP-E302（Designandinstallationofplateanchorsinclay）DNV-OS-H205（VMO2-5部分）LiftingOperations（VMOStandardPart2-5）DNVGL-RP-N103（Modellingandanalysisofmarineoperations）术语、缩略语和符号下列术语和定义、缩略语和符号适用于本文件。3.1.1吸力锚/桩suctionanchor/pile利用抽吸方法形成的负压压入海底土壤中，作为锚泊固定点或结构物固定基础的封顶空心圆柱结构。注：用于船舶或浮式平台的系泊系统，主要承受水平力及斜向上或垂直向上的拉力，一般称作吸力锚；用于固定平台及水下生产系统等基础，主要承受垂向力及水平力，一般称作吸力桩。本文件通称为吸力锚。[来源：GB∕T14090—2020，4.1.9，有修改]3.1.2自重贯入self-weightpenetrationPAGE10PAGE10吸力锚下放至海床后，依靠自身重力贯入到泥面以下一定深度的过程。3.1.3负压贯入underpressurepenetration通过抽取吸力锚内的水、气，在锚内外形成压差，迫使吸力锚贯入到设计深度的过程。3.1.4重构效应set-up注：黏土中，重构效应一般通过估算黏性系数随时间的变化来处理，主要影响吸力锚的垂向承载力，对水平承载力的影响相对较小。3.1.5erngcpctycorc根据形状、方向和嵌入深度的影响而对承载力进行修正的系数。3.1.6锚抗力anchorresistance锚能承受的各种承载力的组合,即锚抵抗作用效应的能力。3.1.7最优系泊点Optimalloadattachmentpoint锚端部中心线的倾覆力矩为零所对应的系泊点的深度。注：为了优化设计，对于给定几何形状的吸力锚，有必要确定能提供最高锚抗力时系泊点的位置，即最优系泊点。当失效模式是无旋转的平移模式时，通常会获得最大锚抗力。3.1.8系泊点padeye吸力锚侧壁上用于连接系泊链的吊耳。3.1.9土塞SoilPlug吸力锚沉贯过程中内部泥面隆起现象。3.1.10抗剪强度shearstrength土体在剪切面上所能承受的极限或允许剪应力，即土体抵抗剪切破坏的极限强度。注：依据实际载荷情况，抗剪强度可以是静态的或循环的。3.2缩略词ALS意外损伤极限状态accidentaldamagelimitstateCC失效后果等级failureconsequenceclassCC1不严重的失效后果failureconsequencesnotseriousCC2很严重的失效后果failureconsequencesmaywellbeseriousDSS直接剪切directsimpleshearULS极限状态ultimatelimitstateUU不固结不排水unconsolidatedundrainedDAF动态放大因子dynamicamplificationfactor符号下列岩土设计缩略语和符号适用于本文件。α 抗剪强度系数t p D ins s n 负压作用内表面的俯视投影e l （）p 和间的比率和间的比率t D锚直径或锚外径e 优吊位情下抗特值折系数t 斜况，抗特值折系数n 征均泊张力项数或荷数）n 征态泊张力的项数或荷数）m 抗特值的项数或料数）’ T 1 H 锚的贯入深度（安装深度）S e 被土力产的平反力e 剪力产的向力被侧）e 主土力产的平反力e 剪力产的向力主侧）e 水向切而生水向力e 垂剪而生垂反力e （）e （）p 主土力产的平反（用锚部）p 垂剪力产的向力作于深）p 水向切而生水向力作于底）p 垂正力改而生垂反（用锚）p k 不排水抗剪强度的梯度κ 在l 锚的壤作力得倾力矩由于吊耳水平度的变化导致的力矩变化c 的载系数v OCR超固结比0有效上覆土压力0Qside 沿锚侧壁的阻力Qtip 锚的端部阻力Qtot 总贯入阻力Qtot（t=tr）回收时刻tr全部的土壤阻力p 化耳度zp的抗力e 泥处吊间锚力C 抗特值d zp锚上土壤总反作用力的水平向和垂向分量，对应的最大值分别为v

xr 粗糙度系数t SuDSS 直接简化剪切强度（建议改为“单剪不排水抗剪强度”）SuAVSutip

锚端部三轴压缩和三轴拉伸不排水抗剪强度的平均值u 贯入深度内的平均单剪不排水抗剪强度锚端部处的平均不排水抗剪强度su,C，su,E和su,D的平均值的2/30 suD v C E l ur e a 均应力D 均应水y 环应力D 环应水y 环剪度循环单剪抗剪强度循环三轴压缩抗剪强度循环三轴拉伸抗剪强度C n n d n n e p zpP y 0 a l ’ p z 端部贯入深度D 着泥点p 最佳吊耳深度的绝对深度偏差t 倾而致吊深变’ 壤效度下列安装设计缩略语和符号适用于本文件。act 吊臂顶的特征单项幅值垂向加速度A 横截面积A33 附加质量A33s 对应未开孔附加质量A33i 静水面到波峰或波谷Aij 吸力锚因j方向运动引起的i方向的附加质量AP 吸力锚运动或流向的法向投影面积APi i方向投影面积As 入水抨击投影面积Aw 水线面面积Bij 兴波阻尼系数ACij 附加质量系数AACV 附加质量系数A的比率CD 振荡流中的曳力系数CDSi i方向拖曳力系数Ce 出水力系数的比率Cs 抨击力系数t d 吸力锚浸没部分重心至水面的距离dA∞dh 浸没部分附加质量的变化率D 锚直径DAFconv 转化后的动态响应因子g 重力加速度ƒ 轴向（或竖向）剪切力ƒa 拉或压应力ƒb 弯曲应力ƒCOG 重心偏移系数ƒDAF 动态放大系数ƒSKL 偏心载荷系数ƒu 焊缝公称最低极限抗拉强度ƒWCF 重量系数ƒz 轴向拉力或轴向压力FB（t） 吸力锚承受浮力Fc 吸力锚承受的拖曳力Fd 拖曳阻力FD 特征拖曳阻力FDi 粘性激励力FDHL 动态钩头载荷FDSL 动态索具载荷Fhyd 吸力锚特征水动力FL 纵向惯性力Fm 水动力质量力FM 特征质量力Fρ 浮力改变量Fs 入水冲击力FSD 索具设计载荷FSHL 静态钩头载荷Fslam 特征入水抨击力FSL 静态索具载荷Fsnap 突发力Fstatic 吸力锚静态重力FT 横向惯性力Ftotal 总受力Fy 屈服强度G50 τ=0.5×su的割线剪切模量ℎ 相对水面的浸没深度ℎ' 焊脚高度Hs 波浪有义周期k 绝对粗糙度k 波数吊装系统的刚度吊索长度l' 焊缝长度m 吊索单位长度质量吸力锚在空中的质量Mi 吸力锚在空气中质量Mmin 最小质量（与空气中质量相同）Mmax 最大质量（空气中质量及完全注水质量）MBL 索具最小破断力p 孔隙率ri 锚的内径t T 吸力锚振荡运动周期Tz 波浪跨零周期T∅ 横摇周期Tθ 纵摇周期W 吸力锚设计重量Wrig 索具设计重量Uc(z0) 吸力锚在z0水深处的速度v 水粒子垂向加速度vc 吊钩下放速度vct 吊臂顶特征垂向速度幅值vj i方向的加速度vw 特征波浪水粒子速度vr 总的相对速度vri i方向的相对速度分量vs 入水抨击速度V 吸力锚相对静水面的浸没体积Vi 吸力锚相对于静水面的排水体积VR 附加质量系数对应参考体积V(t) 吸力锚排水体积W0 吸力锚承受重力xj 吸力锚吊装速度j 吸力锚j方向的加速度z 从平均吃水至吸力锚重心的垂向距离aw 特征波浪粒子加速度ρ 海水密度ζ 规则波水面抬升ζa 波幅Çt 波面抬高Ç 水面垂向速度η 吸力锚垂向位移η 吸力锚垂向速度吸力锚垂向加速度50 基本利用系数ηa 吊装吸力锚的单相位位移幅值θ 考虑吊索质量和可能的柔性连接的修正系数c 纵摇振幅ω 波浪圆频率ωη 吸力锚垂向运动的圆频率β 浪向角βw 相关系数s 波浪和吊臂顶运动的相位差δV 静水面到波峰或波谷δV(ζη) 相关垂向运动引起的排水体积改变量yc 结果影响系数yƒ 吊装系数ym 材料系数yr 索具折减系数ysƒ 索具公称安全系数yw 磨损系数a⊥ 垂直于焊缝有效截面的法向应力r⊥ 垂直于焊缝轴向的剪切应力（焊缝有效截面的平面内）r⫽ 平行于焊缝轴向的剪切应力（焊缝有效截面的平面内）∅ 横摇振幅总则吸力锚能承受垂直向下/下载荷、水平载荷、弯矩以及各载荷的组合，可用于深水系泊系统和水下岩土设计概述吸力锚岩土设计分析模型宜能够模拟实际土体强度分布（包括强度各向异性、加载速率影响和循环弱化效应（包括吸力锚倾斜和艏向误差影响当失效机制是垂直移动和水平移动模式的组合时，将发生垂直抗力和水平抗力间的耦合。耦合1）。图1吸力锚锚抗力示意图（即最优系泊点位置如使用简化模型，宜充分了解模型的局限性，并充分校正计算的锚抗力，以消除简化模型分析中未考虑的因素。简化模型得到的结果宜是保守的。失效机制吸力锚周围黏土的失效机制取决于各种因素，如载荷角度、长径比、系泊点深度、抗剪强度随深度变化曲线，以及锚顶部的密封情况。如果载荷角度接近于垂直，则锚会呈现上拔破坏并脱离海床的趋势，此时上拔抗力主要来自锚（导致锚壁底部土体的反向承载力（顶板进水口未关闭如果载荷角度更接近于水平，则锚上部的抗力将包括锚体前后的被动和主动土抗力以及侧面的剪切力。在锚下部更深位置，土体可能会在水平面上绕锚流动或在锚下方绕锚流动。对于介于水平和竖直之间的倾斜载荷，垂直抗力和水平抗力之间将存在相互作用。这种相互作（如图1）。计算模型宜恰当地表示上述失效机制，并考虑垂直失效模式和水平失效模式之间可能发生的相互作用。设计准则吸力锚设计标准是基于极限状态（A）设计方法实现的。设计标准宜满足式（1）要求：Rd(Zp)−Td(Zp)≥0 （1）式中：)——)和)可以通过表达式（2）计算：式中：

Td(Zp)=Td(ZD)−∆Rlined （2）；入泥点（3：Td(ZD)=TC−mean×ymean＋TC−dyn×ydyn （3）式中：n；）。nDNGL-S-E0ULS状态，采用完整系泊系统工况计算系泊张力；对于ALS状态，采用单根系泊线失效工况计算系泊张力。由于埋入部分系泊缆与土的相互作用，从入泥点到系泊点位置处的系泊张力会逐渐减小，张力到DNVGL-RP-E302（见图2）。图2入泥点与系泊点之间的系泊张力和角度的变化p（4：Rd(Zp)=Rc(Zp)/ym （4）式中：；）。考虑了锚浮重贡献的锚抗力的特征值Rτ

的特征值计算的，C 表1列出了与本文件结合使用的分项系数要求。表1系泊张力和锚抗力的安全系数极限状态ULSALS后果等级1212分项系数n1.101.401.001.00n1.502.101.101.25m1.201.201.001.202/3ULS11DNVGL-OS-E3011分析计算模型极限平衡模型对于具有较大的长径比，且在最优系泊点的吸力锚，在锚的上部会调动土体的主动和被动土3图3锚在最优系泊点下的失效模型极限平衡模型可以包括锚在顶部打开（可回收顶盖）和安装后回收锚上部的一部分（深度在最优系泊点加载（失效时无旋转）；各向异性不排水抗剪强度分段随深度分段线性增加，但抗剪强度梯度没有明显变化；c）贯入深度与锚直径之比＞1.0；与土体相比锚是刚体；从水平到垂直的所有载荷角度；在主动侧有或没有开放式垂直裂缝；g）循环载荷方向与系泊张力方向相同。B3图3是基于Brich-ansn2）从=62）变化到=4.5倍44给出的24中（为1.2Nc=6.2×(1＋0.34×arctanzi/D) （5）图40.53），并且循环抗剪强度宜取，和的平均值。对于不规则抗剪强度曲线，即抗剪强度并非随深度增加而线性增加的情况，宜谨慎使用在0.25倍直径深度处获得的抗剪强度，可以考虑使用在其它参考深度处更保守的抗剪强度。在锚顶部开口的情况下，如果内侧摩阻力小于锚底部处承载力，则使用内侧摩阻力而非锚底部处承载力来计算垂直抗力。p h v 由于沿锚壁的垂单剪应力与土压力之间和锚底部水平剪切应力与反向承载力之间存在耦合，1R和RW包括在R）；Zpp h v 其中：

Rℎ=Tp×cos（αp）Rv=Tp×sin（αp）Msoil=Tp×cos（αp）×（H−zp）-Tp×sin（αp）×xp

（6）（7）（8）3；（相对于水平方向）；H——锚锚壁贯入深度；W有限元模型有限元分析是极限平衡分析的补充或替代方法，特别是对于非常规的几何形状或载荷条件，5.13三维有限元程序可自动考虑几何形状和三维效应，其局限性在于它们使用起来更耗时。特定有限元模型会自动找到临界的失效机理，确保垂直和水平抗力之间的正确耦合，可以解决复分析计算的参数及需要考虑的因素系泊缆—土相互作用效应的计算D当载荷自入泥点通过土中的系泊缆传递到系泊点时，系泊缆在土体中发生拖拽，由于土体摩2DNVGL-RP-E302循环抗剪强度的计算概述（极限平衡（有限元法在静载荷长期作用的情况下，需考虑由于蠕变效应可能导致的不排水抗剪强度的降低。评估是否发生排水以及排水对锚抗力的影响也很重要。。循坏抗剪强度的组成。100，100和注：恒定。特征风暴的持续时间可能因位置和风暴所导致的荷载类型而变化。循环抗剪强度还取决于循环载荷周期，因此循环剪切试验应在能代表循环系泊荷载的周期下进行。吸力锚的锚抗力将基于以下三种类型的循环抗剪强度：a）：循环单剪抗剪强度；b）：循环三轴压缩抗剪强度；c）：循环三轴拉伸抗剪强度。在下文中，将循环单剪抗剪强度用作参考抗剪强度。循环单剪抗剪强度与循环三轴抗剪强度之间的关系，由式（9）和式（10）给出：rc =CC×rD

（9）ƒ,cy ƒ,cyrE=CE×rD

（10）ƒ,cy ƒ,cy注：用于强度转换的Cc和Ce及其他用于与与Su、D进行强度转换的系数，需要基于现场土质确定。理想情况下,应根据对实际现场土体样本充分的试验室测试结果得出。如果此类试验结果无法得到，可使用相似类型的黏土的试验结果作为指导参考,但应选择保守值。参考附录A中给出了已发布的数据库。（1：ƒ,cyUcy=rD/su,D （11）ƒ,cysDCCCE和A）6。单剪不排水抗剪强度，如图5所示。图5Marin/u和DSS强度）6中相关和6（应变协调注：DNVGL-RP-E302中给出了文献6中提出的计算循环抗剪强度的程序。在通过图5612计算：ra/su,D=(Td−mean−∆Rlined)/(Td−∆Rlined)×Ucy （12）（1r/s

=(T

/T)×U

（13）a u,D d−mean d cy1DSS不排水抗剪强度得到的：Ucy=a0+a1×(ra/su,D)+a2×ra/su,D2+a3×ra/su,D3 （14）示例Marlin3验数据拟合得到下列表达式（见式（15）），另见图7。0 eqv a=0.0090×lnN 2−0.1583×lnN 0 eqv a1=−0.0079×lnNeqv

2+0.5547×lnN

eqv

＋0.4953

（15）a2=−0.290×lnN

eqv

2−2.0959×lnN

＋2.0834eqv3 eqv a=−0.2174×lnN 2+1.6789×lnN eqv3 eqv 图6 同常结的Drmmen土循环DSS曲线示例2：对于正常固结的Drammen黏土，经历了代表性英国北海海况条件的3小时风暴载荷历史，这四个系数的可由试验数据拟合得到下列表达式（见式（16））。a0=0.1401×lnNeqv＋1.2415a1=0.0995×lnNeqv＋1.0588a2=−0.5795×lnNeqv＋0.3426a3=0.6170×lnNeqv－1.6048

（16）据方确的循环DSS度=用确相的轴环度和的参考强度。抗剪强度和锚外壁的重构效应概述外面土界黏的剪度土抗强之/称为构应系数。r沿外侧面再固结重塑黏土的抗剪强度。沿着锚体外侧的锚壁的抗剪强度随的时间的变化，取决于锚壁是通过负压还是通过自重贯4C注：假如吸力锚钢表面没有涂漆。油漆会减小侧摩阻力，宜通过减少计算中的土与锚壁界面摩擦阻力来加以考虑。自重贯入工况下沿锚壁的抗剪强度自重贯入的重构效应系数可以采用与锚相同的程序进行计算，因为锚壁贯入的置换效应会C。在这种情况下也会存在触变效应，在安装之后、孔隙水压力消散之前，α初始值可以通过×(1)APIRP2A4的下限曲线确定，也可以通过对现场特定土体进行试验测试来确定。负压贯入工况下沿锚壁的抗剪强度4a）重塑黏土的不排水抗剪强度；b）原状土的再加荷压缩模量；c）重塑黏土的原始压缩模量；d）原状和重塑黏土的渗透系数；e）重塑黏土的触变系数。2表2锚外壁α下限值Ip<25%25-50%>50%St>30.580.650.65St<30.580.651.95/St≤1.0注90％的孔隙压力消散后的α2内出现。7A图7基于超固结比（OCR，见参考文献4）的α修正26.5。4.5m90％的时间通常将少于两个月，4抗剪强度和沿锚内壁的重构效应对于顶部开口的锚或者无法依赖外力产生锚内负压情况，评估时需要考虑沿着内壁的抗剪强度。通过负压安装的桶状锚，其沿着内壁的不排水抗剪强度可表示为式（17）ƒ,cysu,rr=α×rD （17）ƒ,cy其中：（）；——锚贯入之前原状黏土的动单剪不排水循环抗剪强度，包括加载速率和循环弱化的影响；α——重构效应系数，可按下文规定确定；沿内壁的抗剪强度取决于锚内部是否有加强筋（5）33α3α不得超过1.0。表3锚内壁α下限值p)α=D10d3个月<3011t14t30-5011t04-.×-0/014t0.5550-80(.50025×-0)t03-.×-0/019t05-.×-0/0>8019t19t注：对于正常固结黏土，通过负压安装，内壁不设加强肋的α使用的是给出最大值的表达式，最大值不能大于1.0。3OCR4Drammen1.0在大多数实际情况下，可根据灵敏度和触变性，估算内部环形加强肋上方与内壁相接触的土OCR4Drammen0.80.7。如果在贯入过程中，在环形加强肋之间的土塞与内壁相接触，则可以根据剖面上部分黏土的由于上面提出的重构效应系数可能偏低，因此在进行回收和移除分析时应谨慎使用，见附录6.5。主动侧沿外壁产生裂缝的影响锚抗力可能受在加载期间是否会沿着锚主动侧产生裂缝的影响。目前产生裂缝的预测尚不确定，需要进一步研究以解决这个问题。18：su,c>y'×z/4 （18）其中：Cz该平面应变假设在土体顶部是相对合理的。但是在较大深度处，三维效应将导致产生裂缝，（土体在锚周围发生塑性流动的深度e设置为零。即使根据上述考虑预测会出现裂纹，实际中也未必会形成裂缝。这是由于当锚倾向与土体分由于裂缝形成具有不确定性，因此可以同时计算形成和不形成裂缝时的锚抗力，在设计时使倾斜和非最优系泊点与完全垂直（非倾斜）、荷载加载在最佳位置的锚相比，倾斜或非最优系泊点都将会降低锚注：尽管针对具体每个案例要进行具体评估,但如果海床倾斜角小于5º，则倾斜安装误差通常设置为±5º。如果海床倾斜角超过5º，则应增加安装允许倾斜误差。类似地，预测锚抗力时也应考虑实际加载点（锚链连接位置）不同于最优位置造成的折减效（19由式（1粗略估计：式中：

Δz/H （19）Δz取1~2。化值计算由于系泊点的垂直和水平位置的变化引起的锚中心和海床处倾覆力矩的变化Δztilt=ΔM/Td×cosαp （20）艏向误差相对于艏向安装零误差锚，艏向安装误差可能会降低锚抗力。这种削减可以通过相应地减小注：通常，艏向安装误差设置为±7.5°，但应根据具体情况进行评估。可以通过将锚壁上的合成剪应力（包括由于艏向误差产生的力矩引起的剪应力）保持在界面剪切强度以下来降低重构效应系数，以反映艏向误差带来的影响。基于概率的设计作为确定性设计的替代方案，针对相关的安全等级，完整的概率设计也可以满足相关确定性设7、8，并且必须对校准结果进行详尽检查，至少要做一个测试案例的对比。结构可靠性是结构安全性的度量，定义为不发生失效的概率，即在指定时间段内，不发生超过规定失效标准的概率。本章提供了结构可靠性分析的要求，以说明符合设计规范的吸力锚设计方法。DNVNo.30.631.0。对于11210。安装设计概述吊装分析概述吊装分析是根据吊装特点和环境参数，计算吊装过程中的受力，来确定适宜吊装施工的海况吊装输入数据宜明确记录于图纸、计算文件和施工程序等文件，吊装设备与船舶的证书、测试报告、版本注释宜完备可查。吊装设备、船舶及附属设备宜处于良好状态，可完成吊装作业，需考虑以下因素。吊装设备需配备可靠的载荷监控系统，监控系统正常精度误差不超过起重机最大吊装能力的510%。II吊装过程所有阶段需要充分考虑吊装间隙，保持安全吊装间隙需要考虑的因素包括吊装工作吊装分析需充分考虑吊装过程中的如下载荷，宜计算载荷数值并进行吊装受力计算校核，根据特定吊装阶段载荷主次特点，吊装载荷的校核可简化处理。DAF吸力锚吊装分析宜满足索具松弛准则、强度准则等接受准则要求。索具松弛准则是指，吸力空气中吊装吸力锚在空气中的吊装载荷，主要包括吸力锚自身重力、吊装索具拉力、风载荷等。风载荷受作业时的风速影响，风速较小时可不作考虑。船舶运动及吊装设备操作会引起吸力锚运动，从而导致吊装索具及设备承受动态载荷，空气DAF2-1表4空气中吊装DAF经验值吊钩静载荷SHL陆地吊装DAF遮蔽海域吊装DAF开放海域吊装DAF3-100吨a1.101.07+0.05100SHL1+0.25100SHL100-300吨b1.051.121.25300-1000吨b1.051.101.20a吸力锚吊装吊钩静载荷小于100吨时，经验值不适用以下条件a) ＞253；b) 涌浪和风浪引起船舶剧烈运动。b吸力锚吊装吊钩静载荷不小于100吨时，经验值不适用以下条件：涌浪引起船舶剧烈运动；Hs＞2~2.5mHs＞1~1.5m。注80mDAF取值不宜小于（1.5a+g）/g，其中，a是起重机臂顶部的加速度，g是重力加速度。吸力锚空气吊装也可采用数值解析和软件仿真模拟计算动态载荷，计算结果更为精确。数值D.1。入水吊装吸力锚部分入水吊装是吸力锚穿越飞溅区的一个重要环节，该过程中吸力锚受到自身重力、完全入水吊装可分为三个阶段，需要考虑的因素如下。吸力锚浸没水面一定水深后，将不受到波浪力和入水冲击力影响，在从水面到该深度过程中，300m吊装能力校核是基于空气中重力进行的，因此动态响应因子DAF需转化为对应于空气中重力的一个因子。吊装入水总受力由所受力计算而来，其计算公式见附录D.1。DAFconv=Ftotal/M×g （21）其中：DAFconv——转化后的动态响应因子；M——吸力锚在空中的质量；g——重力加速度；Ftotal——总受力。注：含锚头链的吸力锚吊装，锚头链需在吸力锚上良好固定，锚头链质量作为吸力锚质量的一部分。D.1。（（Rev）KCKeulegan-CarpenterKC=vm×TD）有关，其中vm为吸力锚最大速度，D为流体粘性系数，T为波浪周期或振荡周期。根据吸力锚入水吊装受力特点，可采用简化方法分析水动力。简化方法可用于吸力锚从水面D.1。D.1.4，可用于估算吸力锚从穿过水面过程的吊装分析，也适用于回收过程的吊装分析。完全入水吊装简化方法可参考飞溅区吸力锚位于水面以下工况进行，在一定水深共振分析也注：共振分析方法适用于各种水深。飞溅区因水深较小，共振概率极低，一般可不进行共振分析。索具设计索具长度设计包含如下内容。6060重心和钩头位置：吸力锚吊装对重心敏感，重心应严格控制在允许的范围内。对于单钩吊装，钩头中心位于重心的正上方，吊索分别连接到钩头上对应的钩齿位置。索具理论长度：索具的理论长度是吊点孔中心与吊钩之间的距离。∆X2∆X2+∆Y2+∆Z2

Ltℎ=

（22）∆X、∆Y、∆Z——分别为吊点孔中心和钩齿连线在X、Y、Z轴上的投影坐标差。索具选择要求如下：吊装重量是影响索具拉力的关键因素，索具的安全系数指破断载荷与设计工作载荷的比值。c）d）根据索具规格和长度，计算索具重量。吸力锚在吊装过程中受海况和操作过程影响，起重船和吸力锚处于运动的状态，在设计中一D.2。装船固定分析吸力锚一般是薄钢壁、大截面，容易因临时支撑不足而在装船、运输等环节产生损伤，宜制作临时支撑以确保吸力锚上的应力始终小于设计允许应力。吸力锚装船后，宜对吸力锚进行固定，以保证在海上运输过程中结构物与船舶的安全。固定强度计算是对吸力锚装船固定的结构强度进行计算分析，校核其是否满足规范要求。应进行装船强度分析计算，并根据分析计算结果进行装船设计，确保海上运输过程中的安全。应根据装船布置图纸完成吸力锚吊装装船，装船布置主要考虑以下因素：吸力锚码头吊装上船和海上吊装入水的路径；吸力锚安装次序（适用于一个航次多个吸力锚安装）；船舶甲板结构强度；吸力锚装船固定计算；预留安全所需的人员逃生路径；方便操作人员甲板作业。吸力锚预安装的索具、安装设备及工机具应采取焊接固定、绑扎固定等固定措施。吸力锚海固切割时，海固切口距锚体应有一定距离，确保在切割过程中锚体不会受损。对于吸力锚装船，通常会使用底座，以增加接触面积，将吸力锚压力均布于甲板，以满足运输吸力锚在底座上就位以后，装船固定通常会采用焊接筋板的样式，筋板能够将不同截面位置的8筋板一：吸力锚与装船底座之间的连接固定；筋板二：装船底座与船舶甲板之间的连接固定。图8 筋板固定示意图校核筋板固定强度时，主要包括轴向拉或压应力、水平剪切应力、垂向剪切应力、弯曲应力和D.3APIRP2A-SD21T与AIS-AS。贯入分析概述对所有的贯入深度，典型的贯入分析都包括三个量的计算：——土体作用于锚上的贯入阻力；——使锚能够贯入的负压要求；——引起土塞失效的极限压力。正确估算将吸力锚贯入到设计深度所需要的负压，是吸力锚结构（如锚壁和锚封盖结构）设计中是一项关键输入参数，也是安装过程中泵运行提供现场负压的依据。贯入阻力贯入阻力可计算为下述几项之和：锚侧壁阻力、作用在侧壁和任何突起物的端部阻力。应计zp×EQE+）A

（23）其中：沿侧壁的阻力；

tip

c

tip（；ztip（；tipz——端部贯入深度。安装过程中的黏性系数，通常被定义为重塑剪切强度与原状土抗剪强度的比值，是土体灵敏土体灵敏度可能存在不确定性，因为其受到与其有关的原状土强度性质的影响。此外，通过但是一些安装记录表明，在安装过程中给定深度的变化接触面剪切强度可能小于锚侧壁摩擦5.9.7.5，公式(25。表5推荐的系数目的表面形状c计算锚端贯入阻力条形7.5计算引起土塞失效的极限负压圆形6.2~9.0，取决于插入率计算突出物的贯入阻力变化的5~13.595中23需求负压采用的最大负压不应大于产生内部士塞的负压。2)计算：ΔU=（Q

）A

（24）其中：安装中，锚在水中的重量；

req

将会引起锚端整体反向失效以及大量土体吸入锚内的负压压力，定义为给定深度处的极限负2)：UA

×（α

）

（25）其中：

critc

tip

inside

ins

DSS

AVEin浅水中，应验证极限负压压力不超过水的空穴压力。1.5。如果安装过程中土塞现象得到监控并保证不发生土塞失效，可接受更小的安全系数。安装过程中锚内被吸起的土体可估算为，假定一定比例的黏土体积，被锚的横截面所取代并（自重贯入或负压贯入50%将进入锚内。内部土塞面的最终上升高度，可能也与锚筒壁厚的变化、内部土塞的稳定性以及内部加强结构的类型和间距有关。土塞的升高在计算自由站立和整体长度时，应被计入。回收分析和移除分析在该设计规范中，用如下所述来区分回收和移除：移除：在运营阶段完成后的永久移除。吸力锚回收程序与分析应考虑估算最长调定时间。用于贯入分析的计算公式可以用于回收和移除分析，但沿裙板的侧向剪切的重构效应必须加以考量。26)计算：（ΔU）

QA

（26）req

retr

r =023用于拆除锚的船通常可通过回收缆施加给锚一个上拔力。这一辅助的力可显著降低所需拔锚应考虑最大拔锚力对吸力锚钢结构的影响，拔出吸力锚所需的最大超压是锚壁和锚封盖结构的设计依据之一。对于移除分析，计算中应使用土体参数的上限。DNVGL-OS-C101W'设定为零。海上安装概述吸力锚安装过程中，应明确贯入深度、倾斜度、吸力锚位置及艏向等接受标准，明确设计贯入速度。应监测吸力锚的安装，以确保安装过程按预期进行，并按照设计安装吸力锚。监测参数包括贯入深度、施加负压、贯入速率、倾斜度和艏向等。对于大型锚且用顶部排水（排水口受限）的吸力锚，验证吸力锚安装深度的方法，应在锚设计方、安装方和使用方共同参与下进行开发、测试和验证。还应有用于测量吸力锚倾斜度、艏向的方法，以及在完成安装之后土塞高度的测量方法。安装测量结果应与安装验收标准进行比较，安装验收标准应反映设计阶段规定的允许安装误差和安全标准，这些安装监测结果将是最终验收吸力锚安装的重要依据。安装设计应基于吸力锚参数、安装位置勘察报告、作业环境等基础数据，并以此为依据进行作业资源选型和方案设计。可通过建立计算模型对施工过程进行分析校核，形成安装技术文件。应针对安装过程的各个环节潜在的风险进行评估，并制订应急预案。安装条件吸力锚安装需要关注的参数主要包括：空气/水中重量；尺寸；偏移/艏向/水平等安装精度要求；贯入深度。安装作业通常会受到天气和海况的限制，作业前应根据吸力锚所能承受的作业资源的限制条件对环境条件进行全面评估，以确保有足够作业的天气窗口。需评估的安装作业环境主要包括：水深；风；潮汐；波浪；海流；地质条件。作业资源主要包括：DP船舶选型：应根据水深、吸力锚重量等参数进行船舶选型；特定区域内船舶的适航性；起重机和提升设备：由作业性质决定的其他要求。应进行安装相关的方案设计，并提供以下相关技术文件：安装分析报告：包括装船固定强度校核等；安装施工程序；安装辅助件图；运输装船布置图；吊装索具布置图。安装前准备在装船或装船前，应对吸力锚系统功能、ROV下水前，吸力锚甲板准备工作包括：连接吸力锚吊装索具；进行吸力锚顶部检查，包括吊装索具、ROV确认吸力锚锚壁标记；开启吸力锚排气阀；检查吸力泵接口。2吸力锚制造时，应进行吸力锚顶部吸力泵接头匹配性测试和吸力锚顶部排气阀开合测试，保证达到安装设计要求。安装作业46。表6吸力锚安装各环节监测与检查内容环节监测与检查内容空气吊装及以前·7.3.2涉及的检查内容。作业船舶处于安全区域，艏向符合设计要求；海况符合作业要求。·转移路径上的障碍物已提前清除。水下吊装应跟随吸力锚观察，以确保其不会与任何现有的海底设施发生碰撞。水下重量，确认吸力锚中心位置和倾斜度、吊机载重满足设计要求。·当吸力锚安装位置、艏向均调整达到设计值时方可着泥。自重贯入数在安装误差允许范围内，以便及时纠偏。负压贯入吸力锚每下沉吸力锚倾斜度、吊机载荷等参数，应确保吸力锚提升索具在负压贯入期间保持松弛。·当吸力锚贯入到目标深度，应确认吸力锚艏向、倾斜度、贯入深度是否满足设计要求。吸力锚下放过程中存在意外坠落、碰撞海底水下设施的可能，可认为坠落能达到的最大水平位DNVGL-RP-F107（特别是二者水平分量与入水角一致时等对水平位移的影响不可忽视，安全作业距离应进行修正，可通过建模模拟算得。吸力锚跨越飞溅区时，剧烈的水平面运动容易导致吸力锚与安装船发生碰撞，过大的波浪拍击0.1m/s；当计算不允许时，可通过使用升沉补偿装置来缓解作业限制海况。应根据吸力锚的稳定性、关键性及敏感性来综合考虑跨越飞溅区时重心及浮心允许的最大公差。吸力锚下放至海床时，应考虑由海流引起的水平偏移（流速可随时间变化，其大小和方向随水深变化0.3m/s。吸力锚贯入过程分为自重贯入和负压贯入，在吸力锚贯入时应根据吸力锚安装分析曲线进行。吸力锚自重贯入：贯入过程可采用吊机控制，吊机切换到恒张力模式，阶梯减少吊机提拉力，让吸力锚缓慢贯入到设计深度。自重贯入时，吸力锚吊装索具应保持一定载荷，不得松弛。吸力锚稳定。注2：贯入前出现艏向偏差，可通过ROV旋转吸力锚来纠正，贯入后出现偏差，则需收回并重新定位。将倾斜度降低到可接受范围内，则需移除吸力锚并重新定位。注4：出现贯入受阻时，可将压差降至零（或短暂为负值）然后再次增加，以降低沿吸力锚壁的阻力；反向操作吸力泵，将吸力锚顶起0.1m，然后再贯入安装，上述两种方法反复操作后，仍不能贯入则需移除并重新定位。注5：出现拒绝贯入时，可通过将水注入吸力锚使泥浆水从泄漏处扩散，来判断泄露部位。注6：确定吸力锚重新安装位置：如果在自重贯入过程中，贯入深度未达到设计深度，则可将收回的吸力锚重新安装在相同位置；如果贯入深度较深，则需要重新定位的最小距离应大于先前位置中心的3倍吸力锚外径。启动负压贯入需要有一个最小负压克服海床阻力、土体与锚壁的摩擦力。随着吸力锚的贯入，附录A（资料性附录）极限状态和破坏后果等级极限状态在系泊系统中，吸力锚的主要功能是确保在所有环境条件下系泊缆的端部固定。由于极端的环境条件会产生较大的系泊张力，设计时宜特别注意这些极端工况。如果极限系泊张力导致吸力锚的移动超过了其失效位移，则吸力锚不能实现其预期功能。失效位移是激发吸力锚产生最大锚抗力所需的位移，可达到锚直径10％~30％的量级。因此，在整个系泊系统设计中，要保证当吸力锚基础的位移小于失效位移时，不会对系泊系统产生不利影响。系泊系统宜对以下两种极限状态进行分析：ULS：确保各个系泊缆具有足够的强度，以承受极端环境作用所施加的载荷；ALS111作为系泊系统组成部分的锚固基础，上述针对系泊系统定义的两种极限状态对其也同样有效。ULS本文件适用于锚固基础的系泊位置失效导致其产生平移失效（锚固基础不旋转）的模式，此种失效模式可以使锚固基础提供最高的承载力，而此时系泊点所处位置称为最优系泊点位置。原则上，没有旋转的吸力锚有两种平移失效模式：由系泊点处的垂直载荷分量导致吸力锚被垂直拔出；由系泊点处的水平载荷分量引起吸力锚水平移动。根据本文件计算可以得到的两个最重要的结果：a）b）。如果系泊点的位置偏离了产生平移失效模式的系泊点深度，则锚抗力将变小。后果等级ULS和ALS都宜考虑以下两种后果等级：CC1：失效不会导致不可接受的后果，如人身伤亡、与相邻平台发生碰撞、原油或天然气不受控制的泄漏、平台的倾覆或沉没；CC2：失效可能导致上述不可接受的后果。CC2DNVNo.30.6在实践中可能会出现各种各样的设计背景，以下简要地讨论一些案例来说明后果评级可能的应用。如果在ULS状态下，出现初始锚链失效，则会出现额外的锚链失效和平台位移，这是因为：在风暴中最极端的荷载出现后，具有相似幅值大小的重复性动态载荷将会出现；初始锚链失效后，其余锚链的系泊张力趋于增加；未损坏系泊缆强度的随机变化性通常很小。ALS对于ULS状态，下述推定同时适用于吸力锚和锚链：a）吸力锚与吸力锚之间，土体条件的随机变化不大；b）循环荷载作用的效果累计对锚抗力的影响较小；c）初始锚固失效后，残余阻力或残余系泊张力很小。对于锚固基础行为进行详细评估，并将其在设计其余系泊和立管系统中予以考虑，是一个非常复杂的过程。因此，通常将某一锚固基础的失效等同于CC2状态中的一条锚链失效，在结构设计中这种失效被认为是脆性破坏。在设计中应该认识到，由于与竖向位移相关的贯入深度和荷载作用点深度的减少，吸力锚垂直方向上的失效比水平方向上的失效更为严重。在5.2和本附录中讨论了吸力锚的失效模式和失效机理。如果平台设计用于在最恶劣环境条件下生产石油，由于失位的风险，系泊缆和吸力锚通常要依照CC2进行设计。除非在安装之后、生产之前，才需要考虑按照CC1进行设计。如果计划在严苛的环境条件下关闭生产平台，并且采用适当的安全措施使得移位的风险很小，那么系泊缆和吸力锚在最恶劣的环境条件下可以依照CC1设计。然后，对于最恶劣的环境条件运行的工况，需要依照CC2的要求进行额外的检查。移动钻井平台在钻井或用于试井时风险等级须被视为CC2。如果移位的风险低，那么在停止运营后风险等级应被调整为CC1。如果移位会导致与附近平台发生碰撞、造成明显损坏的风险，或拖曳锚对海底装置造成损害，那么后果等级应设置为CC2DNVGL-OS-E301提供了更多的关于与附近平台的距离相关的后果等级选择的指导。在生存条件和极限作业条件下，操作限制条件之间存在较大差异的场区/位置，在作业条件下可进行粗略的CC2安全校核。对于具备更连续环境条件的其他场区/位置，则在生存条件下的CC1和在运行条件下的CC2都需要被校核，以确保设计结果可被接受。附录B（资料性附录）吸力锚极限平衡状态模型指导说明由土反力产生的锚抗力如图B.1所示：a（前部；b（后部；c（前部；d（后部；e；；（3效应）；h（3效应）；i；j；k；l锚上部的主动和被动土压力基于经典土压力系数进行计算，但在计算中，需要考虑各向异性的影响对不排水抗剪强度进行校正。如图B.13D图A.1在锚上部被动侧的界面剪切（3D效应）图B.1r（被动侧向上为正与单剪强度之间的比值。等于垂直面上单剪强度乘以αss。3D有限元分析发现系数αss0.6。ce对于假设土体绕锚发生塑性流动的锚的下部，土压力是基于锚壁完全光滑和完全粗糙（见参考文献[14]）的假设进行计算的。但是需要针对于裙壁/的变化和裙壁处的垂单剪切较主动、被动土压力和锚侧剪切应力合力的水平分量，与绕锚土体流动对应的破坏机制产生的土压力，。附录C（资料性附录）吸力锚在自重作用下贯入时锚侧土体抗剪强度计算指导说明20%时，APIRP2A给出了式（B.1）来计算α：当s/p'≦1.0，α=0.5×s/p'−0.5u 0 u

（B.1）当s/p'>1.0，α=0.5×s/p'−0.25u 0 u 0其中，α上限为1.0。对于粉质黏土<20％），参考文献10和参考文献11建议降低α值。参考文献10中，通过锚竖向荷载试验给出正常固结的低塑性粉质黏土和黏质粉土的α值，相比于正常固结高塑性黏土（α=1.00.2p>2010APIRP2给出的1190％孔隙压力消散的时间可能很重要，完全消散往往需要花费数月甚至数年，具体时长取决于锚直径、裙板厚度和黏土类型。90％孔隙压力耗散时间可由径向固结理论加以计算。1.1闭口锚，rp=D×G50/su0.5开口锚，r=r×G/s

×r2−r2/r20.5 （B.2）其中：i

p 0 50

0 1 00==0.在上述分析中，应使用卸载/4。附录D（资料性附录）吊装分析、索具设计和装船固定计算方法吊装分析计算吊装分析受力的计算重力吸力锚在空气中承受的重力可表达为公式（C.1）：W0=M×g （C.1）式中：W0——吸力锚承受重力。浮力的考虑吸力锚在水中承受的浮力可表达为公式（C.2）：FB（t）=ρ×g×V(t) （C.2）式中：FB（t）——吸力锚承受浮力；ρ——海水密度；V(t)——吸力锚排水体积。海水拖曳力稳态海流施加给吸力锚的拖曳力可表达为公式（C.3）：××F= ×ρ

×A×U(z)2 （C.3）式中：

c 2

Pi c0Fc——吸力锚承受的拖曳力：CDSi——i方向拖曳力系数；APi——i方向投影面积；Uc(z0)——吸力锚在z0水深处的速度。惯性力惯性力是因运动引起的，吸力锚纯移动引起的惯性力可表达为公式（C.4）：Fij=−(M×ðij+Aij）×j （C.4）式中：ðij=1(i=j)或ðij=0(i≠j)；j——吸力锚j方向的加速度。附加质量通常采用附加质量系数可表达为公式（C.5）：AAij=ρ×CV×VR （C.5）A式中：ACV——附加质量系数；AVR——附加质量系数对应参考体积。注：吸力锚为对称结构物，水平方向的附加质量系数相同。吸力锚穿越飞溅区时，浸没在水中的体积和垂向附加质量A33应考虑至静水面z=0处。波浪阻尼力通常情况下，吸力锚在自由水面附近运动时，会激发水面波浪，这种波浪能来自吸力锚运动做功，（C.：Fwd=Bij×xj （C.6）式中：Bij——兴波阻尼系数；xj——吸力锚吊装速度。2π×D/g对于振荡运动，波浪阻尼力在高频和低频运动时会衰减。满足公式（C.7），波浪阻尼可以忽略。2π×D/gT≫式中：T——吸力锚振荡运动周期；

（C.7）D——吸力锚运动方向法向特征尺度，即吸力锚外径。波浪激励力i方向受到的波浪激励力可表达为公式（C.8）：AFWi=ρ×V×ðij+Cij×vj+FDi （C.8）A式中：AV——吸力锚相对静水面的浸没体积；Cij——附加质量系数；Avj——水粒子在i方向的加速度；FDi——粘性激励力。对于部分浸没吸力锚，吸力锚在i方向的受到的激励力可表达为公式（C.9）：AFWi=ρ×g×Aw×Çt×ði3+ρ×V×ðij+Cij×vj+FDi （C.9）A第一项是伴随入射波水面抬升的静水力，式中：Aw——水线面面积；Çt——波面抬高；ði3=1（i=3）或ðij=0（i≠3）。拖曳阻力i方向受到的拖曳阻力可表达为公式（C.10）：1Fdi=2×ρ×CD×AP×|vr|×vri

（C.10）式中；CD——振荡流中的曳力系数；AP——吸力锚运动或流向的法向投影面积；vr——总的相对速度；vri——吸力锚i方向的相对速度分量。入水抨击力C.1C.1：1Fs(t)=2×ρ×Cs×AP×vs

2 （C.11）式中；Cs——抨击力系数；

Cs=

2ρ×AP×vs

∞× 33dt

2ρ×AP

∞×dh

（C.12）dA∞dh——浸没部分附加质量的变化率；AP——吸力锚运动或流向的法向投影面积；ℎ——相对水面的浸没深度。1F(t)= ρ×C×

×（Ç

2（C.13）s式中：Ç——水面垂向速度；η——吸力锚下放速度。

2 s P η）注：吸力锚过飞溅区会也承受浮力和粘性阻力，但在吸力锚刚接触水面时，入水抨击力占主导地位。对于吸力锚，上端面入水时，Cs可取为5。出水力× 33×× 33×ve 1Fet=−ve×

1d1dt2×A0×ve2d1dt2

dt出水力也可以采用出水力系数表达，公式为（C.15）：式中：

1Fet=−2×ρ×Ce×AP×ve

2 （C.15）Ce——出水力系数，定义为（C.16）：1

dA0

1 dA0Ce=

ρ×AP×

× 33dt

ρ×

× dh

（C.16）吸力锚出水的出水力系数通常可以取为3。内含水吸力锚吊出水面时，内含水通常不能快速从吸力锚内流出，内含水质量视为附加质量。水动力系数确定方法概述确定吸力锚水动力系数的较精确方法有采用基于源-汇软件的分析方法和模型试验方法，模型试验方法的结果最为准确。两种模型试验方法最为常用：运动自由衰减试验和强迫振荡试验。在源-汇软件分析方法和模型试验方法的基础上，形成了一些水动力系数存在经验值或经验公式，可合理直接使用。曳力系数吸力锚的曳力系数和吸力锚外表面的粗糙度关系很大。高雷诺数（Re>106）和高KC数下，稳态流曳力系数CDs可按公式（C.17）取值：0.65；∆<10−4（光滑表面）CDs∆=

29+4log10∆；10−4<∆<10−2201.05；∆>10−2（粗糙表面）

（C.17）式中：∆=k/D——粗糙度，无量纲；k——绝对粗糙度。吸力锚在振荡流中，曳力系数和KC数的关系可近似表达为公式（C.18）：CD=CDs×T×KC （C.18）CD=CDsD.1表D.1吸力锚曳力系数经验值轴向径向长度直径比（L/D）轴向曳力系数（Re>103）长度直径比（L/D）径向曳力系数（Re<105）径向曳力系数（Re≥5×105）01.1220.580.8010.9150.620.8020.85100.680.8240.89200.740.9070.99400.820.98附加质量系数估算C.2表D.2吸力锚附加质量系数经验值轴向径向长度直径比（L/D）轴向附加质量系数长度直径比（L/D）径向附加质量系数1.20.62-1.002.50.785.00.909.00.96∞1.00吸力锚顶部多为一定开孔结构，孔隙率对附加质量的影响可粗略估算为公式（C.19）：A33s，p≤5式中：

A33=

A33s

0.7+0.3cosπp−53410−pπp−534A33se28

，5<p<34，5≤p≤34

（C.19）A33s——对应未开孔附加质量；p——孔隙率。水动力简化估算方法规则波逼近方法采用规则波逼近吸力锚的方法进行吊装吸力锚分析，可采用表格、编程的方式进行。301.8302.0倍的有义波高。规则波波浪周期假设为跨零周期。简化计算方法中，被吊装吸力锚的垂向运动假设与吊臂顶相同。规则波波面方程规则波波面方程可表达为公式（C.20）：ζ=ζa×sin(ω×t−k×x×cosβ−k×y×sinβ) （C.20）式中：ζa——波幅；ω——波浪圆频率；t——时间（0,0.1,0.2，……，T）k——波数（k=ω2g）；x和y——吸力锚各划分部分的重心；β——浪向角。波浪粒子的垂向速度为公式（C.21）：v=ω×ζa×ekz×cos(ω×t−k×x×cosβ−k×y×sinβ) 波浪粒子的垂向加速度为公式（C.22）：v=−ω2×ζa×ekz×sin(ω×t−k×x×cosβ−k×y×sinβ) （C.22）式中：z——吸力锚垂向重心。吊装吸力锚的垂向运动吊装吸力锚的垂向运动假设跟随吊臂顶的运动，吊臂顶的运动假设以一个幅值ηa和规则周期Tct。当施工时间在30分钟以内时，ηa=3.6×að；当施工时间在30分钟以上时，ηa=4.0×að；að是吊臂顶的标准差。吸力锚垂向运动、速度和加速度可表达为公式（C.23）、（C.24）、（C.25）：式中：

η=ηa×sin(ωη×t+s)η=ωη×ηa×cos(ωη×t+s)η¨=−ωη2×ηa×sin(ωη×t+s)

（C.23）（C.24）（C.25）η——吸力锚垂向位移；η——吸力锚垂向速度；ηa——吊装吸力锚的单相位位移幅值（假设与吊臂顶最大幅值相等）；ωη——吸力锚垂向运动的圆频率（ωη=2π/TCT）；s——波浪和吊臂顶运动的相位差。垂向水动力作用在吸力锚上的垂向水动力公式（C.26）：Fℎyd=Fρ+Fm+Fs+Fd （C.26）式中：Fρ——浮力改变量；Fm——水动力质量力；Fs——入水冲击力；Fd——拖曳阻力。浮力改变量吸力锚过水面时的浮力改变量可表达为公式（C.27）：Fρ=ρ×g×δV(ζ−η) （C.27）式中：δV(ζ−η)——相关垂向运动引起的排水体积改变量；ζ——规则波水面抬升；η——吸力锚垂向运动位移。水动力质量力吸力锚在水中承受的水动力质量力可表达为公式（C.28）：Fm=ρ×V×v+A33×v−−M×（C.28）式中：A33——附加质量；V——排水体积；v上式中定义的质量力是惯性力和波浪激励力的和值。入水抨击力吸力锚过水面时的入水抨击力可表达为公式（C.29）：Fs=0.5×ρ×Cs×As×(v−η)2 （C.29）式中；As——入水抨击投影面积；η——吸力锚垂向速度。拖曳阻力吸力锚过水面时承受的拖曳阻力可表达为公式（C.30）：Fd=0.5ρ×CD×AP×v−y×|(v−y)| （C.30）跨零周期Tz在给定的Hs下分析的跨零周期Tz需满足公式（C.31）要求：HsgHsg

≤Tz

≤13 （C.31）式中；Hs——波浪有义周期；Tz——波浪跨零周期。若施工程序中有更多Tz限制条件，则需要另外作考虑。飞溅区吊装简化方法简化方法有以下假设：被吊装吸力锚的水平方向尺度小于波长；被吊装吸力锚垂向运动跟随吊臂顶部运动；载荷情况主要决定于被吊装吸力锚与水之间的相对运动，其他模式的运动可以忽略。静态重力浸没吸力锚的静态重力可表达为公式（C.32）：Fstatic=M×g−ρ×V×g 公式（C.33）、（C.34）：式中：

Fstatic−min=Mmin×g−ρ×V×gFstatic−max=Mmax×g−ρ×V×g

（C.33）（C.34）Mmin——最小质量（与空气中质量相同）；Mmax——最大质量（空气中质量及完全注水质量）。波浪周期的考虑波浪周期Tz在给定波高Hs下的考虑范围需满足公式（C.31）要求。吊臂顶运动简化方法假设吸力锚垂向运动与吊臂顶垂向运动相同。吊臂顶的速度和加速度需包括最大特征单项幅值响应。波浪粒子运动特征波幅表达为公式（C.35）：Ça=0.9×Hs （C.35）简化方法中，波浪粒子的速度和加速度表达为公式（C.36）、（C.37）：2πTz−4π2πTzzvw=Çaz2πTzaw=Ça2πTz

×eT2×g2 −4π2×dz×eT2×gz

（C.36）（C.37）式中：vw——特征波浪水粒子速度；aw——特征波浪粒子加速度；Ça——特征波浪波幅；d——吸力锚浸没部分重心至水面的距离。入水抨击力部分浸没吸力锚的入水抨击力可表达为公式（C.38）：Fslam=0.5ρCs×As×vs2 （C.38）式中：vs——入水抨击速度。vct2+vwvct2+vw2式中：vc——吊钩下放速度；

vs=vc+

（C.39）vct——吊臂顶特征垂向速度幅值；vw——特征波浪水粒子速度。vctvct2+vw2×k2式中，1.0≤k≤2.0。浮力改变量

vs=vc+

（C.40）部分浸没吸力锚的浮力改变量可表达为公式（C.41）：Fρ=ρ×δV×g （C.41）式中：δV——静水面到波峰或波谷。排水体积改变量可估算为公式（C.42）：δV=w

Ça2+ηct2 （C.42）质量力[(Mi[(Mi+A33i)×act]2+[（ρ×Vi+A33i)×aw]2FMi=

（C.43）式中：Mi——吸力锚在空气中质量；A33i——静水面到波峰或波谷；act——吊臂顶的特征单项幅值垂向加速度；Vi——吸力锚相对于静水面的排水体积。拖曳阻力作用在吸力锚上的拖曳阻力可表达为公式（C.44）：FDi=0.5×ρ×CD×Api×vr2 （C.44）式中：Api——吸力锚浸没部分水平面上的投影面积；vct2+vw2vr——吸力锚和水粒子垂向特征相对速度，可表达为公式（C.45）：vrvct2+vw2

（C.45）水动力简化方法中，考虑各种成分的水动力表达为公式（C.46）：(FD(FD+Fslam)2+(FM−Fρ)2FD——特征拖曳阻力；

Fhyd=

（C.46）Fslam——特征入水抨击力；FM——特征质量力Fρ——浮力变化量。承受波浪冲击的吸力锚部位，入水冲击力可认为是该吸力锚部受到的唯一载荷。吊装系统共振分析MM+A33+ϵ×m×KT0=2π×

（C.47）式中：m——吊索单位长度质量；L——吊索长度；K——吊装系统的刚度；ϵ——考虑吊索质量和可能的柔性连接的修正系数。当波浪周期Tp明显大于吊装系统周期T0（TP>1.6T0）（TP−ct>1.3T0）船舶艏向的考虑飞溅区吊装分析工况1mFslam，作用于吸力锚顶部，方向向上；浮力改变量Fρ，质量力FM和拖曳阻力FD可忽略，这是因为吸力锚水平投影面积较小。1mFslamFρ，质量力FM和拖曳阻力FD需要计算。特征垂向相对速度和加速度参考浸没部分重心计算。接受准则吸力锚总受力吸力锚下放穿过水面承受的特征总受力可表达为公式（C.48）：Ftotal=Fstatic+Fhyd （C.48）式中：Fstatic——吸力锚静态重力；Fhyd——吸力锚特征水动力。当有突发力发生时，吸力锚承受的特征总受力可表达为公式（C.49）：Ftotal=Fstatic+Fsnap （C.49）式中：Fsnap——突发力。索具松弛准则突发力需要尽可能避免，天气准则需进行调整以对此进行保证。当水动力大于吸力锚静态重力，会发生突发力。为避免钢丝绳和吊索承受突发力情况，下面的准则需满足公式（C.50）要求：Fhyd≤0.9×Fstatic−min （C.50）式中，Fhyd方向垂向向上。强度准则起吊吸力锚和起吊设备的能力需进行校核。吸力锚吊点及吊装索具设备强度需大于相应各自最大受力。索具设计计算方法的钩头载荷进行计算：FSHL=(W+Wrig)׃WCF （C.51）式中：FSHL——静态钩头载荷；W——吸力锚设计重量；Wrig——索具设计重量；ƒWCF——重量系数。式中：FDHL——动态钩头载荷；

FDHL=FSHL׃DAF （C.52）ƒDAF——动态放大系数，由于受风浪影响船舶运动和吊机运动产生。吊装索具中的单根索具受力，在设计时可按公式（C.53）进行计算：FDSL=FSL׃WCF׃COG׃DAF׃SKL