海洋环境条件联合设计标准.pdfVIP

笕16罄 第 2 海 洋 学 报 Vo1．16，NO．2 l994一O3 AC rA OCEANOLOGICA SINrCA March．1994 一 ／ 海洋环境条件联合设计标准* v 刘德辅 施建刚 王 铮 ，7 r 一 一 一 i f (天津大学海洋与船舶上程系 ) 川A 摘 要 随着海洋开发事业的进展，海洋环境设计标准的选定，已成为袭定工程结 构安全、造价及合理形式的最主要因素之一．基于海洋环境 条件 的复杂性、多 变性及随机性，惯用的海洋工程设计标准无法考虑多种环境条件联台出现的概率， 往往过高地估计环藐条件设计标准，造成不必要的浪费．本文肚实删和后报资料为 基础，按照多维联台概率理论，应用随机模拟技术，研究了作用在海洋工程结构曲 上的风、浪、沉联台荷载及相应的联合概率承平问题，提出了可供工程实践采用的 环境荷栽联合设计标准． 美键词 兰盖 模 技术 啦 ， 茚 前 言 窳所周 f，在采¨j概率设计法(或r 靠性分析方法)来取代传统的安全系数法以前，海洋 工程结构的设计外荷确定，仍然是采用l 00年一遇 50年一遇等不同重现期的设计外荷作为工 程设计标准．因此，在世界各国大力开展海洋工程结掏可靠性分析研究的同时，也花费了不 少力量进行海洋环境条件设计标准的研究． 工程界惯用的设计方法，是采用各种环境条件，分别进行概率分析，并选取各种环境条 件某一概率的极值，作为设计标准．如l 00年一遇渡高，l 00年一遇风速和海流等．这种作法显 然是保守的，因为各种l00年一遇环境条件联合出现的概率绝不会是[00年一遇的设计环境条 件．因此，采用 l O0年一遇的风暴 ， l 0o年一遇的台风 这样的概念，更为符合设计的要 求．因为在每一场风暴或台风的过程中，都包含了同时出现的风 浪、流不同组旮．以 风 暴 (storll~)或台风(typhoon)过程中同时出1现的风 浪、流作为随机升析的基本系 列，从而得到某组风 浪 沆组合及相应的概率水平，用以取代传统的设计标准，显然是更 为台理的．为此，必须建立多维的联合概率模型． 多维联台概率的推求，实际上是求解以下公式： r r r r P 一1Il…1，( ， ：，…， ． )d d ：…d ． (1) … ， [g(Y)0] 上式的求解与结构可靠性分析一样，只有当随机变量均符合高斯过程时，才能以解析法 本文于l99卜09一Ⅱ4 i到，修改稿于I 992 03一I 5 到 ·国家自热科学垦 错 顶R． 2期 刘德轴 ：海洋环境条俘磺台设计标准 求得．对于非商斯 相关的多维随机变量，用模拟法求解式(1)是行之有效的． 模拟法是基于现实资料的某些特征和假定，通过电子计算机来重现某些过程的方法，蒙 特卡洛法是其中的一种 但在求解较小的聪合概率时，蒙特卡洛法必然耗费巨大的机 时，带来较大的 差，因此，不得不寻求改进的新方法． “重点抽 榉 法” [importanee sampling proce6urv(ISP)]是降低方差、减少机时的一种行之有效的方法 ．其基本原 理是集中对分布的堆重要区域进行抽样，即对联合概率作出主要贡献的部分抽样，而不是扩 展到整个定义域内均等地取样，其示意图如图1所示． 图l 重点抽样法(ISP)示意图