半潜式平台结构强度的分析中的波浪载荷计算.pdfVIP

第 18 卷　第 2 期　　　　　　　　　　　　　中　国　海　洋　平　台　　　　　　　　　　　　　　　　 ·1 · 文章编号: 100 1- 4500 (2003) 02- 000 1- 04 半潜式平台结构强度分析中的波浪载荷计算 刘海霞, 肖　熙 (上海交通大学, 上海 200030) 　　摘　要: 分析了海洋工程受波浪载荷的情况, 阐明具体计算理论和方法。对于小结构物, 波 浪的拖曳力和惯性力是主要分量, 波浪载荷用M o r ison 公式计算。对于大结构物, 波浪的惯性力 和绕射力是主要分量, 波浪载荷用线性绕射理论计算。大型半潜式平台的波浪载荷计算采取 M o r ison 公式和势流理论相结合的方法。 　　关键词: 波浪载荷;M o r ison 公式; 绕射理论 　　中图分类号: P 752　　　　　　文献标识码: A 1　前言 　　海洋平台在建造和使用期间承受的环境载荷指由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自 然环境引起的载荷。波浪载荷是平台强度分析、结构设计与安全评估中一个非常重要的载荷之一, 正确 计算波浪载荷对结构安全性具有重要意义。 在风浪作用下, 半潜式平台始终处于运动状态, 因此对平台的载荷进行计算是一个非常复杂的动力 问题, 难于精确计算。 目前普遍使用的方法是将动力问题转化为准静力问题来处理, 从而在满足工程精 度要求的前提下简化计算。 波浪是一个随机的过程, 而平台强度校核计算需要得到确定的结果, 所以需要采取一定的分析方法 对波浪载荷进行处理。 目前的方法主要有谱分析法和设计波法, 设计波法应用较多。 设计波法是根据平台工作地区的环境条件和设计的要求, 选取平台可能遇到的最大的波浪作为设 计波, 规范通常规定使用百年一遇的最大规则波, 然后计算平台在设计波作用下的运动、载荷和构件应 力, 并根据规范的强度要求校核平台的结构安全性。 2　计算理论和方法 　　作用在物体上波浪诱导的载荷是由于波浪产生的压力场引起, 一般波浪诱导载荷分为三种: 拖曳 力、惯性力和绕射力。拖曳力是物体造成水流的扰动引起的; 惯性力包括两部分, 一是入射波压力场引起 的作用力, 二是流体的惯性引起的附加质量力; 绕射力是波浪受物体影响发生绕射引起的作用力。 波浪诱导载荷各分量对于具体的结构物而言并非同等重要, 其影响程度取决于结构物的型式和尺 度以及所选取的波浪状况等。海洋工程结构中, 通常对大尺度结构和小尺度结构采取不同的方法计算波 ( 浪载荷。所谓大小结构之分是相对波浪的尺度而言, 并无绝对界限, 一般以D L ≤0. 2 作为小结构物 D ) 为构件界面的特征长度,L 为波长 。 2. 1　 公式 M o r ison [ 1 ] 对于小结构物, 波浪的拖曳力和惯性力是主要分量, 波浪载荷用 公式计算 。 公 M o r ison M o r ison 式如下, 其中包括相对运动的影响: 2 ( ) 2 ( ) ( ) F = M - Ca - Ca + I x + iB x - + f c + f g + f b 　　式中: 为入射波频率; 为水密度;