海洋工程環(huán)境條件及其荷載

書名 海洋工程環(huán)境條件及其荷載

責(zé)任者 孫意卿

主要責(zé)任關(guān)系 編著

主題/關(guān)鍵詞 海洋工程

出版社 上海交通大學(xué)出版社

出版地 上海

出版日期 1989-12

標(biāo)識 7-313-00481-8

版次 1

中圖法分類號 P75

ISBN號 7-313-00481-8

第一章緒論 ----------------8

1.1我國海域概況 ----------------8

1.2海洋工程環(huán)境學(xué)的內(nèi)容 ----------------9

1.3研究海洋工程環(huán)境條件的意義 ----------------11

1.4海洋工程環(huán)境條件分析內(nèi)容 ----------------13

第二章風(fēng) ----------------16

2.1風(fēng)的成因及風(fēng)系 ----------------18

2.2大氣運(yùn)動方程及柯氏加速度 ----------------21

2.3風(fēng)逮的計算 ----------------25

2.4實測風(fēng)速資料的統(tǒng)計分析與表達(dá) ----------------37

2.5風(fēng)的紊動性與陣發(fā)性 ----------------41

2.6風(fēng)對建筑物的作用力 ----------------48

第三章海浪 ----------------58

3.1海浪的生成與發(fā)展機(jī)理 ----------------60

3.2作為隨機(jī)過程的海浪 ----------------66

3.3波浪理論概述 ----------------106

3.4利用風(fēng)況資料推算海浪 ----------------121

3.5波浪進(jìn)入淺水區(qū)后的變形 ----------------135

3.6波浪對建筑物的作用力 ----------------149

第四章水面高程變化 ----------------200

4.1潮汐 ----------------201

4.2風(fēng)暴潮 ----------------228

4.3海嘯及其他長周期水位變化現(xiàn)象 ----------------235

4.4設(shè)計水位 ----------------239

4.5我國沿海的潮汐現(xiàn)象 ----------------243

第五章海流及泥沙運(yùn)動 ----------------247

5.1潮流 ----------------247

5.2風(fēng)漂流 ----------------254

5.3我國海流 ----------------258

5.4海流的實測分析 ----------------263

5.5海流作用力 ----------------265

5.6泥沙運(yùn)動抽 ----------------266

第六章海冰 ----------------279

6.1海冰分類、一冰的結(jié)構(gòu)及物理特性 ----------------280

6.2我國冰情 ----------------286

6.3海冰的力學(xué)性能 ----------------289

6.4海冰對建筑物的作用力 ----------------295

第七章長期分布 ----------------303

7.1概述 ----------------303

7.2龔貝爾極值分布 ----------------307

7.3皮爾遜型分布 ----------------320

7.4韋布爾分布 ----------------330

7.5對數(shù)正態(tài)分布 ----------------334

7.6重現(xiàn)期TR'遭遇概率Ec及生存期 ----------------339

參考文獻(xiàn) ----------------3432100433B

隨著海上油、氣等資派的逐步開發(fā)和海上交通運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展.，人們對海洋工霍環(huán)境條件及其荷幼的分析研究也日益受到人才的重視。

介紹

可歸納為：恒載、活載和特殊荷載。

恒載

包括結(jié)構(gòu)自重及結(jié)構(gòu)使用期間固定不變的生產(chǎn)和生活所用的設(shè)備重量。

活載

包括環(huán)境荷載和諸如鉆井或采油作業(yè)中使用的設(shè)備裝置與材料等不固定的使用荷載。環(huán)境荷載由風(fēng)、波浪、海流、冰等氣象和水文條件所引起的荷載，稱風(fēng)荷載、波浪荷載和冰荷載。環(huán)境荷載具有隨機(jī)性質(zhì)和動力性質(zhì)。

海洋環(huán)境條件錯綜復(fù)雜，變化沒有規(guī)律性，要準(zhǔn)確地確定這些荷載是比較困難的，而它們往往又是導(dǎo)致海洋工程結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。采用的多為基于數(shù)學(xué)模擬或物理模型試驗的半經(jīng)驗、半理論荷載值。

波浪荷載 　波浪荷載是由波浪水質(zhì)點與結(jié)構(gòu)間的相對運(yùn)動所引起的。波浪是一隨機(jī)性運(yùn)動，很難在數(shù)學(xué)上精確描述。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件（部件）的直徑小于波長的20%時，波浪荷載的計算通常用半經(jīng)驗半理論的美國莫里森方程；大于波長的20%時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)對入射波場的影響,考慮入射波的繞射,計算時用繞射理論求解。影響波浪荷載大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、群樁的相互干擾和遮蔽作用以及海生物附著等。

波浪荷載常用特征波法和譜分析法確定。對一些特殊形狀或特別重要的海洋工程結(jié)構(gòu)，除了用上述的方法進(jìn)行計算分析外，還應(yīng)進(jìn)行物理模型試驗，以確定波浪力。

① 特征波法。 選用某一特征波作為單一的規(guī)則波，并以它的參數(shù)（有效波高、波浪周期、水深）和結(jié)構(gòu)的有關(guān)尺寸代入莫里森方程或繞射理論的公式，求出作用在結(jié)構(gòu)上的波浪力。此法簡便易行，在海洋工程設(shè)計廣泛應(yīng)用。

② 譜分析法。利用海浪譜進(jìn)行波浪荷載計算、結(jié)構(gòu)疲勞和動力響應(yīng)分析的一種方法。把波浪作為隨機(jī)性的、由許多不同波高和波周期的規(guī)則波線性迭加而成的不規(guī)則波，用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法收集、分析處理波浪觀測數(shù)據(jù)，由于它能較精確地反映波浪的能量分布規(guī)律，所以是一種比較理想的方法。海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的有P-M和聯(lián)合(JONSWAP)譜。

譜分析法中,波力譜(輸出譜)Sff(ω)和海浪譜Sηη(ω)（輸入譜）呈下述關(guān)系

Sff(ω)=喣Tff(ω)喣2Sηη(ω)

式中Tff(ω)為頻率響應(yīng)函數(shù);ω為波浪頻率。波力譜確定后，可求出波浪力分布函數(shù)中的統(tǒng)計特征值，進(jìn)而得到某一累積概率的波浪力。

冰荷載

在有結(jié)冰的海域建造海洋工程結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮冰對結(jié)構(gòu)的作用。冰荷載的主要作用形式有：①巨大的冰原包圍結(jié)構(gòu)、整個海面處于冰覆蓋狀態(tài)。在潮流和風(fēng)作用下的大面積冰原呈整體移動擠壓結(jié)構(gòu)。若結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠,則冰原將被切入或破斷而移動,荷載呈周期性變化，結(jié)構(gòu)發(fā)生振動。②自由漂流的冰對結(jié)構(gòu)的沖擊力。③由于氣溫驟變引起整體冰蓋層對結(jié)構(gòu)的擠壓力。④凍結(jié)的冰蓋層因水位變化而產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)的上拔力或下曳力以及冰塊對結(jié)構(gòu)的摩擦力等。上述第一種作用對結(jié)構(gòu)具有更大的危險性。例如1969年春，中國渤海出現(xiàn)的特大冰封即以這種形式將一座固定平臺推倒。

影響冰荷載大小的因素很多，如水文氣象，地理位置、冰和結(jié)構(gòu)的特性等。提出了基于樁柱切入大面積冰原理論的冰荷載計算方法，其計算公式大部分是經(jīng)驗性的或半經(jīng)驗半理論性的，因而有一定的誤差。

特殊荷載

包括地震作用、施工荷載及事故荷載。施工荷載是在建造、裝船、運(yùn)輸、下水及設(shè)備安裝各施工階段受到的暫時性荷載：①吊裝力。在建造和安裝各階段中的吊裝力，其大小可根據(jù)實際情況按靜力和動力確定。②裝船力。用滑道或帶輪的軌道臺車將結(jié)構(gòu)組件移到駁船上時所產(chǎn)生的力，根據(jù)結(jié)構(gòu)組件的支承條件計算。③運(yùn)輸力。結(jié)構(gòu)組件用駁船裝運(yùn)、吊運(yùn)和浮筒浮運(yùn)時的支承力、吊裝力和拖航力，根據(jù)運(yùn)輸作業(yè)情況計算。④下水力和扶直力。是整個結(jié)構(gòu)下水過程中的結(jié)構(gòu)重心、慣性力、浮力、水阻力、搖臂支持力以及起吊結(jié)構(gòu)時的扶直力。施工荷載都具有動力作用，計算時應(yīng)予考慮。

設(shè)計時，根據(jù)恒載及活載確定海洋工程結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的截面，再用特殊荷載進(jìn)行校核。

參考書目

API,Planninɡ,Desiɡninɡ and Constructinɡ FixedOffshore Platforms, API Production　Department，Dallas，Texas，1981.

DnV，Rules for the Desiɡn Construction and Inspection　of　Offshore　Structures, DnV　 Head Office，Hovik，Norway，1980.

T.Sarpkaya,M.Isaacson,Mechanics of Wave Forceson Offshore Structures,VNR Co.，New York，1981.2100433B

選用某一特征波作為單一的規(guī)則波，并以它的參數(shù)（有效波高、波浪周期、水深）和結(jié)構(gòu)的有關(guān)尺寸代入莫里森方程或繞射理論的公式，求出作用在結(jié)構(gòu)上的波浪力。此法簡便易行，在海洋工程設(shè)計廣泛應(yīng)用。

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