水深对超大FPSO波浪载荷的影响研究

最大系泊载荷一、概念解释：最大系泊载荷最大系泊载荷是指船舶或海洋结构在特定条件下所能承受的最大张力。

它是一项重要的设计参数，关系到船舶及海洋工程的安全、稳定和可靠运行。

系泊载荷主要包括风力、波浪力、潮汐力等自然力作用下产生的载荷，以及船舶或海洋结构自身运动产生的载荷。

二、最大系泊载荷的计算方法1.基本公式最大系泊载荷可通过以下公式进行计算：P = F ×L × β其中，P表示最大系泊载荷，F为系数，L为系泊设施的长度，β为载荷因子。

2.影响因素最大系泊载荷的计算需考虑以下影响因素：（1）气象条件：如风速、风向、波浪高度等；（2）水域环境：如水深、海底地形、海水密度等；（3）系泊设施：包括系泊桩、系泊链、系泊缆等的设计参数和质量。

3.实例分析以一艘大型船舶为例，根据实测数据，可得到最大系泊载荷为1000吨。

具体计算过程如下：（1）收集气象和水文资料，确定系泊期间的平均风速、波浪高度等；（2）根据系泊设施的设计参数，计算出系泊链的拉力；（3）结合船舶的排水量、吃水等数据，计算出船舶在水中的重力；（4）根据以上数据，代入公式计算最大系泊载荷。

三、最大系泊载荷的应用1.船舶设计船舶设计过程中，最大系泊载荷是船体结构设计和强度校核的重要依据。

合理确定最大系泊载荷，可确保船舶在各种工况下的安全运行。

2.港口设施规划在港口设施规划中，最大系泊载荷是选择合适系泊设施、锚地的重要参考。

根据最大系泊载荷，可确保港口设施能满足船舶的系泊需求。

3.海洋工程设计在海洋工程设计中，最大系泊载荷是关系到海洋结构物安全稳定的关键因素。

准确计算和合理应对最大系泊载荷，有助于提高海洋工程的安全性和可靠性。

四、最大系泊载荷的注意事项1.气象条件在计算最大系泊载荷时，应充分考虑气象条件的影响，特别是风速和波浪高度。

实际操作中，可采用历史数据或现场实测数据进行计算。

2.水域环境水域环境对最大系泊载荷有很大影响，如水深、海底地形等。

浮式海洋结构物研究现状及发展趋势浮式海洋结构物研究现状及发展趋势1、浮式海洋结构物发展现状为迎接深水钻井和采油的挑战,先后发展了几大类适合于深水作业的浮式结构物:FPSO、半潜式平台、张力腿平台和Spar等.1.1 浮(船)式生产储运装置(FPSO)FPSO目前已在边际油田和油田的早期生产系统中得到广泛应用,该项技术已比较成熟,这种结构形式可提供多种用途,其主要特点为:(1)浮船型,机动性、运移性和结构稳定性好,具有在深水域中较大的抗风浪能力,允许在各种气候下装卸油,并且运输方便;(2)建筑成本低,建设周期短,是一种相对廉价的结构.典型的新建FPSO需2.5a左右,与张力腿平台(见图3)相比,后者至少要长1.5～2a[1].因而对于许多石油公司来说,FPSO具有较好的经济效益;(3)工作面开阔,可在甲板上装卸油,具有大产量的油、气、水生产处理能力以及较大的原油储存能力;(4)FPSO 本身没有钻井能力,但它与海底完井系统组合时,可具有适应深水采油的能力.它可以与导管架井口平台相组合,也可以与自升式钻采平台相组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统,但更主要的适用于深水采油与海底采油系统(包括海底采油树、海底注水井井口、海底管汇、立管管汇和控制系统等)组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统.从被统计的67艘FPSO中,工作水深主要在100～500m,但随着采油工作水深的增加,大于500m工作水深的在逐年增加.例如,由RoarRamde和挪威海事技术公司(MaritimeTentech) 联合设计,由韩国现代重工施工建造的“RamformBanff”号工作水深达1524m.另一艘工作水深达2000m的FPSO,由Harland&Wolff 全部负责设计和建造,由巴西国家石油公司(Petrobras)承担操作,用于与深海海底完井系统相结合的采油.1.2 半潜式平台(立柱稳定式平台)半潜式平台,又称立柱稳定式平台(见图2),是浮式海洋平台中的一种常见类型.它一般由平台本体,立柱和下体或浮箱组成.此外,在下体与下体,立柱与立柱,立柱与平台之间还有一些支撑与斜撑连接.平台上设有钻井机械设备,器材和生活舱室等,供钻井工作用.平台本体高出水面一定高度,以免波浪的冲击;下体或浮箱提供主要浮力,沉没于水下以减少波浪的扰动力;平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,立柱与立柱之间相隔适当距离,以保证平台的稳性,所以又有立柱稳定式之称. 半潜式平台在深水区域作业,需依靠定位设备,深水锚泊系统,需要大量链条,靠供应船运载.半潜式平台由于下体都浸没在水中,其横摇与纵摇的幅值都很小,有较大影响的是垂荡运动.由于半潜式平台在波浪上的运动响应较小,在海洋工程中,不仅可用于钻井,其他如生产平台、铺管船、供应船和海上起重船等都可采用,这也是它优于FPSO的主要方面.同时,能应用于多井口海底井和较大范围内卫星井的采油是它的另一优点.另外,半潜式平台作为生产平台使用时,可使开发者于钻探出石油之后即可迅速转入采油,特别适用于深水下储量较小的石油储层(例如4～5a内采完).随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展,它的应用将会日渐增多,诸如建立离岸较远的海上工厂、海上电站等,这对防止内陆和沿海的环境污染将有很大的好处. 目前,世界上共有半潜式生产平台40艘左右.在已知工作水深的35艘中,工作水深小于200m共9艘,占25.7%;工作水深200～500m的共15艘,占42.9%;工作水深500～1000m的共9艘,占25.7%;工作水深大于1000m的共2艘,占5.7%.由此可见,工作水深200～500m的比率接近半数[2].2艘最深水域采油的半潜式平台均属于巴西国家石油公司所有,其一是“巴油18”号,工作水深达1000m,抗风能力可适应风速为99kn,浪高≤32m,其锚泊为8点张紧锚,由锚链与钢缆相结合.其二是“巴油36”号,工作水深达1372m,是目前世界上半潜式平台最深的工作水深,可适应巴西近海百年一遇的海况条件,为16辐射张紧锚,锚为桩腿式,锚缆由高强度聚脂绳缆与锚链相结合.从半潜式平台适应风暴能力已知的21艘中,几乎均能适应百年一遇的海况条件,适应风速普遍为100～120kn,个别最低者也在85kn以上,适应浪高普遍为16～32m,个别最低者也在12m以上.半潜式平台具有适应深水采油的能力,用途广泛,其发展仅次于FPSO.1.3 张力腿平台(TLP)张力腿平台可视为半潜式平台的派生分支,是一种顺应式结构,它是由一个刚性的半潜式平台与一个弹性的系泊系统结合成的一种较新型平台.它是用系索(或钢管)将浮于海面的浮动平台与沉浸海底的锚锭(或基座)联结起来的,通过收紧系索,使浮体的吃水比静平衡浮态时大, 导致浮力大于浮体重力,该剩余浮力由系索的张力予以平衡.由于张力腿平台具有垂直系泊的某些特征,也称它为垂直锚泊式平台.为了能在较小的张力变化范围内就能限制平台的运动,平台本体采用半潜式.因此,也有称它为张紧浮力平台.从结构上一般可将其划分为5部分:平台上体、立柱、下体(含沉箱)、张力腿、锚固基础[3].通常又将平台上体、立柱、下体三部分并称为平台本体,事实上张力腿平台可以被看作一个带有张力系泊系统的半潜式平台. 张力腿平台受风、浪作用时,平台随缆索弹性变形而产生微量运动,就像有桩腿插入海底一样,所以称为张力腿.平台系统在垂直方向(垂荡、纵摇和横摇)是刚性的,在水平方向(纵荡、横荡和首摇)是柔性的,即在非张力控制方向可有一定的漂移.垂荡自然周期一般在2～4s,远低于海况的特征周期,而纵荡自然周期在100～200s,远大于海况的特征周期,从而可避免在波浪中的共振现象.又由于平台控制方向的张力对非控制方向的运动有牵制,漂移和摇摆比一般半潜式平台小,具有波浪中运动性能好、抗恶劣环境作用能力强等优点.与固定式平台相比,除了造价低以外,其抗震能力显著优于固定式,且张力腿平台在必要时还可移位,至多损失锚基和钢索,故适用于开采周期稍短的油田,在该油田开采完后,可将其移至不同地点重新安装,大大提高了其通用性和经济性,但目前还没有重新安装的经验.它的主要缺点是对重量变化敏感,有效载荷的调节有限制,在大波高的状况下,甲板载荷过大容易产生系泊索松弛现象.由于张力腿平台没有储油能力,主要用于生产平台,不能用作储油装置,在没有管路设施的地方,需要浮式油轮.1.4 独柱式平台(Spar) 为降低成本,弥补张力腿平台的不足,有人提出了Spar(见图4)的概念.最近20年在挪威海湾和墨西哥海湾都在进行大量的设计和研究工作,目前Spar已能适用于水深达3000m的环境较恶劣的海域. Spar的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构.它的水线结构是敞开的,基本不提供浮力,以减少垂荡;水线以下部分为密封空心体,以提供浮力,又称浮力舱,舱底部一般装水压载或用以储油(柱内可储油也成为Spar的显著优点);中部有锚链呈悬链线状锚泊于海底,底部有系缆或系留管锚固于海底.Spar可适用于深达3000m的海域.它的优点是在波浪中比较稳定,适应于任意角度的风浪,能显著减少垂荡反应;造价低,便于安装,可以重复使用,因而对边际油田比较适用;并且它的柱体内部可储油;它的大吃水形成对立管的良好保护,同时其运动响应对水深变化不敏感,更适宜于在深水海域应用[4].Spar 兼具了张力腿平台和浮(船)式生产储运装置的特点,优越性显著.被认为是除了张力腿平台之外的另一种适用于深水的海洋平台,有望在今后得到推广.2、浮式海洋结构物的发展趋势2.13 浮式海洋结构物的发展趋势随着浮式结构物在深海油气开发中的广泛应用,不少专家和学者对深海平台开展了大量的研究,开发了几种新型系统.为提高安全性和操作性,FPSO和半潜式平台都得到了很大的发展.新式的半潜式平台的设计努力减小垂荡运动以提高其性能.老式FPSO大部分由VLCC油轮改装,近年来FPSO大多根据规范制造,这些新的FPSO船体呈长方形状以增加可用体积.杨建民等对储油量为32万t,吃水为19.49m的软刚臂塔式大型FPSO在浅水中(水深为21～26m)的运动性能进行了试验研究,其结果表明:(1)FPSO的升沉、横摇和纵摇的波频运动随着水深的减少而减少,但在水平面的低频运动则增大;(2)即使水深降低至21m 的所谓“极浅水”,FPSO也极少碰底;(3)在“极浅水”状态,FPSO 并没有随流速的增加而下沉(无吸底现象).这一研究对采用大型FPSO开发浅水油田很有意义.FPSO在今后的发展中,工作水深在逐年增加,抗风暴能力不断增强(如“RamformBanff”号工作水深达1524m,抗风暴能力为百年一遇,浪高可达16.76m);原油储存能力增大,船的主尺度和载重吨位提高;原油、生产水的处理能力增强;立管型式增多,除大量使用挠性立管外,也可采用刚性立管;锚泊能力和动力配置能力增大,动力定位技术也有了新的发展,适应海况能力增强.FPSO因其在整体技术上的完善和提高,体现出优越的性能特点和较高的商业价值,从其近年来的发展趋势来看,在深海采油领域中,FPSO正迎来其广泛应用的黄金时期,它已成为浮式结构物中极具发展潜力的一种结构形式,前景极为广阔.Spar的研究重点已转移到保持其运动性能而不增加主体与水线上部重量之比上.提出了一种复合概念——TrussSpar.TrussSpar上部的圆柱箱体提供浮力,12～16根悬链线锚链保持位置,圆柱箱体下面桁架结构提供纵向强度.TrussSpar是一种典型的复合结构,由于其重量轻、易移动和可重复使用的特点,可用于深水的边际油田.TLP作为一种深海理想的平台型式得到了广泛的重视和发展,主要表现在以下几个方面:工作水深在逐年增加;建造成本得到降低,进一步提高了其经济性;注重多次重复实用性,对可移动性的研究取得了很大进展;由单一的井口生产平台向深海工作站发展,在所在地区形成一个以TLP 为核心的油气开发群.根据我国海上油田的分布特点,100～500m左右中等水深范围是一个很有开发潜力的海域,因此对浅海和中深水海域的浮式结构物的研究成为我国海洋工程的研究重点.针对边际油田和偏远油田,李润培等提出了一种适应中深水海域的轻型张力腿平台(miniTLP)概念.这种平台的浮力舱置于水下,浮力舱上竖立的空间刚架支承着平台甲板及其上的设备,浮力舱下端用四组钢管张力腿平台固定于海底,张力腿与海底的连接用筒型基础(吸力锚).对这种平台在100～500m水深范围内的理论与试验研究表明:这种平台有良好的运动性能,完全能满足海上油气开发对平台运动的要求.以120m 水深为例,其造价低于相应的导管架平台,随着水深的增加,其在造价上的优势更加明显.这种平台将是中深水边际油田开发的一种很有潜力的平台形式.由于TLP在整体技术上更加完善和提高,在今后的发展中向着更深、更广阔的水域进军,必将超出海洋油气开发的范畴而应用到更广泛的领域中去.4 结束语我国的海岸线辽阔，海洋资源十分丰富，浮式海洋工程结构物对于我国新世界海洋开发具有十分重要的战略意义。

FPSO的主要特点分析摘要：FPSO是浮式生产储油系统的英文缩写，概括的说，它仍然是属于一类油船，但兼有生产、储油和卸油的功能。

它在海上与钻井平台、水下装置和穿梭油船一起组成了一套完整的海上油气生产系统，属于目前海洋工程船舶中的高技术和高附加值产品。

文章结合中海油系统内现服役的主要FPSO船来分析其主要特点。

关键词：FPSO（浮式生产储油系统）；双层底和双舷；软钢臂式；内转塔式；模块支墩历史将会铭记1976年的一天，壳牌石油公司用一艘59 000 t的旧油轮改装成的世界上第一艘FPSO正式下水，并于1977年将其应用在地中海卡斯特利翁油田（西班牙近海）。

从此FPSO正式登上了新兴的海洋油气开发的舞台。

FPSO海工结构诞生至今不过30余年，但由于FPSO具有储油多、投资省、可转移等优点，得到了迅猛发展。

1989年7月，国内第一艘FPSO渤海“友谊号”正式完工并投入运营，这艘FPSO是由708研究所设计、上海沪东中华船厂建造，服役于渤海区域。

我国海油系统内目前正在服役的FPSO见表1，本表格基本囊括了在中国海域内工作的FPSO，特别是其中的大型FPSO，几乎都是近10年内建造和发展起来的。

1 FPSO的主要特点FPSO船体结构的基本组成与油船没有本质的区别，但是由于FPSO服役期间的工作特点和所处的环境不同，在结构形式上与常规油船又有一定的差别。

FPSO具有以下特点：①兼有生产和储备的作用，是一座海上油气加工厂，具有小至几千立方米，大到几百万立方米的油气处理能力。

②是一座储油轮，目前世界上正在服役的FPSO，其储油能力已达35万t。

③适应能力强，可在20～1 000 m水深范围内工作。

④可省去外输海底管道，用穿梭油轮将商品油运往外地。

⑤由于FPSO主要作为油田的长期储油设备，所以需要有很大的储油空间，因此其船长、船宽和方形系数都很大，并且平行中体所占船长的比例较大。

⑥FPSO长期工作于定位海域，通常没有航行的必要。

新型对接棱台状FPSO的浮体参数和水动力分析王文华;姚宇鑫;黄一;叶茂生【摘要】In order to solve the performance limitations of traditional ship-type and prismatic FPSO, a novel concept of docking pyramidal FPSO is presented. For the new floating body, five independent shape parameters are presented to decide the geometry of floating body and also affect the basic functions and hydrodynamic performance of FPSO. Then boundary element method based on potential flow theory is applied to analyze the motion response of docking pyramidal floating body in wave. Furthermore, the effect of shape parameters on the hydrodynamic performance of FPSO is qualitatively studied, and the design guideline of the new floating body is also proposed to improve the heave motion performance based on wave potential flow theory and engineering approximate method. Finally, the new floating body can be designed according to the basic functions of an octagon FPSO, and the comparison results show the performance advantages of docking pyramidal FPSO and the rationality of design principle in this paper provide effective engineering equipment and solutions for deep-water oil and gas development.%为解决传统船型和棱柱筒状FPSO的性能局限,提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.根据所研发的新型对接棱台状浮体模型,确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后,采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应,并且定性分析了不同浮体外形参数(下倾角、水线面外接圆半径等)对浮体水动力性能的影响.最后,根据频域势流理论和工程近似方法,分析并概括出基于垂荡运动性能的新型浮体设计准则和方案.在此基础上,结合某棱柱型FPSO的基本功能(载重量、排水量、储油空间、上甲板面积的设计值) ,完成新型FPSO的主浮体设计.通过性能比较,证明了对接棱台状FPSO的水动力性能优势和设计方案有效合理性,以期能够为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2015(047)010【总页数】6页(P76-81)【关键词】对接棱台状浮体模型;外形参数;下倾角;水线面外接圆半径;水动力性能【作者】王文华;姚宇鑫;黄一;叶茂生【作者单位】大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连;大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连;大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连;大连理工大学船舶工程学院, 116024 辽宁大连【正文语种】中文【中图分类】P751随着海洋油气的开采逐渐向环境恶劣的深海发展，在深水油气田开发模式中，FPSO以其储油量大、承载能力强、适应水深范围广等优点已经成为必不可少的重要环节.FPSO作为一种集生产、储油、外输、生活、动力于一体的多功能采油设施，有着广阔的应用前景［1－3］.但是，传统船型和棱柱状FPSO的性能存在以下不足［4－5］：传统船型FPSO对波浪的作用方向非常敏感，在深海环境载荷和单点系泊系统的联合影响下，FPSO经常会处于斜（横）向迎浪的状态，从而导致垂荡和横摇运动性能较差；船首长期暴露在波浪作用下，并且纵向尺度较大，因此甲板上浪现象比较普遍且危害很大；在深海环境载荷作用下，会产生频繁的首摇运动，从而严重磨损内转塔和流体接头.中海油公司设计的新概念八角棱柱状FPSO的性能虽然有所改善，但是还具有一些性能局限：浮体垂荡运动幅度较大；甲板面积较小，居住和工作空间太近，不利于危险区与非危险区分离；容易引发涡激振动.其中，垂荡是浮体非常重要的运动性能，直接影响到FPSO的甲板上浪和FDPSO的钻井功能.因此，以提高垂荡运动性能为主要目标，并且兼顾抑制涡激振动和增大甲板面积，本文提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.与钻采平台相比具有较大的储油空间，与船型和棱柱状FPSO相比又具有较好的运动性能、较强的极端海洋环境适应能力以及很高的作业有效性和安全性.能够广泛适用于深海和浅海的各种海洋环境，有利于实现各种海域大规模油气的多功能一体化，具有较好经济效益［6－9］.此外，新概念采用了一种名为“一种浮式平台及其装卸载过程中保持浮态和稳性控制方法”的专利技术，使得新概念在装卸载过程中排水量和吃水恒定，始终具备最佳水动力性能［10］.为了能够给新型对接棱台状FPSO的主浮体外形设计提供参考依据和准则，本文根据所研发的新型对接棱台状浮体模型，确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后，采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应，并且定性分析了不同浮体外形参数（下倾角、水线面外接圆半径等）对浮体水动力性能的影响，并且进一步定量推导出基于垂荡运动性能的浮体外形设计准则，制定出新型FPSO 的设计方案.在此基础上，结合某棱柱状FPSO的基本功能，完成新型对接棱台状FPSO的主浮体设计.此外，通过进行模型性能对比，分析了新型FPSO具有的水动力性能优势.新型FPSO的主浮体为对接棱台状结构，该浮体外形主要有如下参数：水线面外接圆半径RW，上甲板外接圆半径RT，下底面外接圆半径RB，干舷f，吃水d，下倾角α、上倾角β、水线面以上体积VT，水线面以下排水体积VB，如图1所示.其中，根据参数间几何关系可以确定，对接棱台状浮体相互独立的参数共有5个.这里根据设计初期的需要选择参数VB、VT、RT、RW和α确定主浮体外形，从而决定FPSO的功用和性能.其中，首先根据FPSO的基本性能要求（设计储油量、排水量、储油空间和上甲板面积等），选择合适的VB、VT和RT；其次通过调整能够决定水下浮体形状的两个参数RW和α，来实现对FPSO水动力性能的优化设计.因此，本文主要研究参数RW和α的变化对FPSO水动力性能的影响.这里，以PL19－3油田的30万t超大型FPSO为参考，基于软件AQWA建立新型对接棱台状FPSO主浮体的网格模型图（如图2所示）.在此网格模型的基础上，分析外形参数对其水动力性能的影响［11－12］.2.1 不同α对新型浮体模型水动力性能的影响首先，在水线面以上体积、上甲板外接圆半径、排水体积和水线面外接圆半径一定的情况下（VT＝136 304.46 m3、RT＝59.30 m、VB＝367 151.22 m3、RW＝40.00 m），建立不同下倾角α（40°～60°）的浮体模型，将计算所得纵荡运动、纵摇运动、纵向平均波浪漂移力和垂荡运动性能分别展示如图3所示.从图3（a）中可以看出，在ω＜0.2的区间内，纵荡运动响应直线下降至1.0以下，变化趋势极为剧烈，并且不同下倾角模型对应的纵荡RAO基本相同；在0.2＜ω＜0.8的区间内纵荡运动RAO逐渐减小，直至ω＝0.8附近趋近于零.其中，在波浪能量集中频率段（0.35＜ω＜0.60）中，下倾角越小的浮体模型纵荡运动响应RAO越大.在图3（b）中，纵摇运动响应在0＜ω＜0.7时呈抛物线变化，在ω＝0.4～0.5附近达到峰值，并且随下倾角的减小而增大；在ω＞0.6的区间，纵摇运动响应出现周期性振荡衰减变化趋势.在图3（c）中，在ω＜0.4的区间内，纵荡平均波浪力几乎为零，然后在ω＝0.4附近直线上升，到最大值后开始振荡衰减.其中，最大的平均波浪漂移力随着浮体模型的下倾角变小而增大.从图3中可以看出，外形参数α对浮体纵向水动力性能的影响比较明显；α越小，在波谱高能频带的纵摇运动、纵荡运动和平均漂移力的响应幅值越显著.此外，从图3（d）中可以看出，只在固有频率附近才有非常窄的垂荡RAO峰值带宽，而在两侧RAO会急剧下降.在频率较小的一侧，垂荡运动响应变化比较平稳，约为1.0.然而，在频率较大的一侧，垂荡运动RAO由最小值快速增大到峰值后缓慢下降，此处峰值远远小于固有频率处的RAO最大值.因此，如果将浮体垂荡固有周期设计为远离波浪能量峰值区域，那么新型FPSO就会具有较好的垂荡运动性能.此外，浮体模型α越小，垂荡运动附加质量越大，则垂荡运动的固有频率越小，越可能远离波谱高能频带；但是，在固有频率已经远离波浪高能频带的前提下，继续减小α，则最小值右侧的峰值反而会变大，从而增大新型浮体在波浪中的垂荡运动幅值.因此，通过改变α可以控制浮体垂荡运动固有周期，将其设计为远离波浪能量峰值区域，可以达到提高垂荡运动性能的目的.2.2 不同RW对新型浮体模型水动力性能的影响在水线面以上体积VT、上甲板外接圆半径RT、排水体积VB和水线面外接圆半径RW一定的情况下（VT＝136 304.46 m3、RT＝59.30 m、VB＝367 151.22 m3、α＝47.27°），建立不同水线面半径RW（30～50 m）的浮体模型，将计算所得纵荡运动、纵摇运动、纵向平均波浪漂移力和垂荡运动性能分别展示如图4所示. 如图4（a）～（c）所示，浮体模型的纵荡和纵摇运动响应，以及纵荡平均漂移力会受到水线面半径的影响，但是影响程度各不相同.其中，水线面半径越小，纵荡和纵摇运动响应越小，但是彼此相差不是很明显，因此在设计中可以不予考虑.但是水线面半径对纵荡平均漂移力的作用效果比较显著，水线面半径越小，则对应的平均漂移力幅值越小.此外，从图4（d）中可以看出，随着浮体模型的水线面半径逐渐增加，垂荡运动的固有频率越大，越可能靠近波浪能量峰值区域.所以，同样可以通过改变水线面半径，来控制浮体垂荡运动固有频率，进而达到提高垂荡运动性能的目的.3.1 新型对接棱台状浮体的垂荡运动响应为了进一步定量地分析α、RW与浮体垂荡运动响应的影响，这里采用频域势流理论，参考文献［13－15］，对新型浮体所受波浪入射和绕射力进行推导，得到工程近似估算公式为：式中：δ＝（RB－RW）／RW，r0＝（RB+RW）／2；ω为波浪频率；ξ为波浪波幅；k为波数；A33为垂荡附加质量；B33为垂荡阻尼；AW为浮体水线面面积.此外，针对新型浮体模型，将由棱台底面和侧面产生的附加质量采用圆柱竖向附加质量理论值［13］进行估算，并且将外扩倾角引入可以得到用于工程的垂荡附加质量的估算公式为式中：AB为下底面面积；α为浮体下倾角.在此基础上，可以推得浮体垂荡运动响应RAO为式中：x3为浮体垂荡运动位移；K33为浮体垂荡静水回复刚度；z0＝dδ.通过分析新型浮体的垂荡运动幅值响应RAO的估算式（3），可以求得垂荡运动RAO最小值对应的频率ωmin为进一步，以P－M波浪谱为例，如果在新型浮体设计过程中控制ωmin略小于波浪谱的起始频率ωL，那么可以保证垂荡运动RAO峰值频率远离波浪高能频带，从而达到提高沙漏型浮体垂荡运动性能的目的.3.2 新型对接棱台状浮体外形的设计准则在设计初期，首先，需要根据业主的要求可以确定FPSO的储油量、载重量、排水量、储油空间和上甲板面积，从而可以确定新型浮体载重量DWT、排水量Δ、水线面以下排水体积VB、总体积、水线面以上体积VT和上甲板外接圆半径RT；其次，结合上述分析结论，通过调整水下浮体形状的两个参数水线面外接圆半径RW和下倾角α，来实现对FPSO水动力性能的优化设计，需要遵循的设计准则可以概括如下：1）遵循式（6）确定浮体外形参数，从而保证垂荡运动响应极大值频率（固有频率）远离波浪能量峰值区域，达到提高浮体垂荡运动性能的目的.2）根据浮体外形参数计算浮体初稳性高，从而保证浮体初稳性满足稳性衡量标准. 3）在满足上述1）和2）设计准则的基础上，尽量设计具有较大下倾角的浮体外形，从而保证在波谱高能频带范围内浮体具有较好的纵摇和纵荡运动性能以及遭受较小的波浪平均漂移力.4）在满足上述1）和2）设计准则的基础上，尽量设计具有较小水线面半径的浮体外形，从而保证在波谱高能频带范围内浮体遭受较小的波浪平均漂移力.最后，将整个分析流程概述如下：根据FPSO的功用和性能，确定新型浮体的DWT、Δ、VB、VT和RT.然后，选择初始浮体下倾角α和初始水线面半径RW，根据几何关系计算新型浮体所有外形参数.根据初稳性浮体外形，获得浮体初稳性高GM，判断是否满足稳性衡准.如果“否”的话，增大RW进行循环计算，直至稳性能够满足要求.然后通过求解式（5）得到垂荡运动RAO最小值对应的频率ωmin，进一步计算波浪谱的起始频率ωL，判断ωmin是否略小于ωL.如果“否”的话，减小α重新循环计算.直至满足稳性和垂荡运动性能要求，此时设计完成，可以得到新型浮体外形参数.3.3 对接八角棱台状浮体的性能分析以某八角棱柱状FPSO的主浮体模型的主尺度信息为参考，以保证稳性和提高水动力性能为目标，根据提出的设计准则和方案，进行新型对接八角棱台状浮体的外形设计，如图5所示.通过势流边界元方法数值模拟得到的各浮体模型垂荡运动响应RAO如图6所示.其中，八角棱柱状FPSO为八角棱柱状FPSO的主浮体，新型对接八角棱台状FPSO为新型对接八角棱台状浮体模型.进一步，通过谱分析法计算各种海况下两种模型的垂荡和纵摇运动平均值，将其展示如表1所示.从图6和表1中可以看出，在波浪能量峰值频率段内，八角棱柱状浮体模型的垂荡运动RAO具有较大的峰值变化，然而新型对接八角棱台状浮体模型的极大峰值位置则在波浪高能频率之外.因此，相比八角棱柱状浮体模型而言，新型浮体模型在满载状态下，遭遇任何海况都具有较好的垂荡运动性能.八角棱柱状浮体模型在频率段0.2＜ω＜0.4内具有极大的纵摇RAO峰值，所以在任何海况下新型浮体模型的纵摇性能都要优于八角棱柱状浮体模型.最后，将计算得到的完整大倾角静稳性曲线和稳性特征参数展示如图7、表2所示.从图7可看出，与八角棱柱状浮体模型相比，新型浮体模型的初稳性高在满足IMO稳性规定的前提下相对较小.随着倾角增大，新型浮体模型的回复力矩迅速增加，最大复原力矩和稳性消失角都明显大于八角棱柱状浮体模型.此外，根据静稳性曲线的形状，可以得出新型浮体模型具有较大的曲线面积，并且能够承受相对更大的极限风倾力矩.这说明新型浮体模型在具有较大纵（横）摇固有周期的前提下，同样具有较大的极限回复力矩，能够抵御更大的极限风倾力矩.因此，可以认为新型浮体模型的静稳性曲线形状较为理想，具有良好的完整大倾角稳性.本文针对新型对接棱台状FPSO外形特点，建立浮体水动力模型.采用势流边界元方法研究了不同下倾角和水线面外接圆半径对浮体运动性能的影响，制定出基于垂荡运动性能的浮体外形设计准则和方案，进一步将新概念与传统模型进行性能对比分析.通过研究发现：新型对接棱台状浮体外形设计可以使得垂荡运动RAO峰值远离波谱高能频带，并且能够大幅度地增大纵摇附加质量和阻尼，从而有效地提高FPSO的垂荡和纵摇运动性能.尤其，在波浪作用下新型浮体模型垂荡运动幅值至少降为1／2以下.此外，新型浮体模型在具有较大纵摇固有周期的前提下，具有较大的极限回复力矩，能够抵御更大的极限风倾力矩.因此，本文提出的新型浮式主体设计方案是有效合理的，能够显著地提高FPSO 的垂荡、纵摇（横）运动性能和稳性，从而可以大幅度地提高FPSO在工作工况下的作业效率和自存工况下的安全性，为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.【相关文献】［1］SHIMAMURA Y.FPSO／FSO：state of the art［J］.Journal of Marine Science and Technology，2002，7（2）：59－70.［2］MA Yu，HU Zhiqiang，QU Yan，et al.Research on the characteristics and fundamental mechanism of a newly discovered phenomenon of a single moored FPSO in the South China Sea［J］.Ocean Engineering，2013，59（1）：274－284.［3］马延德.新型FPSO发展趋势及设计［C］／／中国海洋油气国际峰会2010论文集.北京：中国石油石化工程研究会：2010：1－30.［4］王天英，冯永训.新概念FPSO最新研究进展［J］.船海工程，2011，40（5）：184－188. ［5］吴家鸣.FPSO的特点与现状［J］.船舶工程，2012，34（Z2）：1－4.［6］黄一，王文华，姚宇鑫，等.沙漏型海洋工程浮式结构物：ZL201220526277.4［P］.2013－05－08.［7］黄一，王文华，姚宇鑫，等.对接圆台式浮式生产储油系统：ZL201220526712.3［P］.2013－04－10.［8］黄一，王文华，姚宇鑫，等.对接八角棱台式浮式生产储油系统：ZL201220526306.7［P］.2013－04－03.［9］姚宇鑫，王文华，黄一.新型沙漏式浮式生产储油系统的概念设计分析［J］.上海交通大学学报.2014，48（4）：558－564.［10］黄一，王文华，姚宇鑫，等.一种浮式平台及其装卸载过程中保持浮态和稳性控制方法：ZL201410106561.X［P］. 2014－06－04.［11］李彬彬.新型深吃水多立柱平台的水动力与运动响应研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.［12］刘应中，缪国平.船舶在波浪上的运动理论［M］.上海：上海交通大学出版社，1987. ［13］SALVESEN 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12.5 浅水立波在海洋、水库等广阔水面上所发生的波浪，波高常达数米甚至更大，波陡L H /一般约为1/10~1/30。

因此水质点波动的振幅是有限值，这种波浪称有限振幅波。

当波浪向前传播遇到各种类型的建筑物时，将受到这些建筑物的反作用，并发生反射、破碎、绕流等复杂现象而改变原来波浪的运动性质。

当水深大于临界水深，行进的波浪遇到直墙式建筑物时将发生反射现象。

波浪的反射和一般横波的反射原理相同。

反射波以与原始推进波和建筑物的交角相等的反射角从建筑物的直墙面上反射出来。

在建筑物前反射波系与原始推进波系叠加而成的波系称为干涉波。

波浪与较陡的斜墙相遇或波浪越过直墙顶时墙前也要产生局部反射现象。

如果推进波属于二向自由规则波，波浪行进的方向又和建筑物直墙面相垂直，则原始推进波系和反射波系叠加形成完整的立波，见图12.5.1所示。

因此，立波是干涉波的一种特殊典型情况，但又是设计计算时必须加以考虑的重要情况之一。

本节将介绍有限振幅立波的基本运动规律和作用在直墙上的波压力。

图12.5.1 原始推进波和反射波叠加形成立波两个具有完全相同的波高、波长和波周期的原始有限振幅推进波与其在直墙前产生的反射波互相叠加形成了立波。

叠加后立波的最大振幅为原始推进波的二倍，而波长和波周期则不变。

在直墙面上和离直墙2Ln （n 为正整数）处，波面反复升降交替出现波峰和波谷，这些点称为波腹；在离直墙42LL n处，波面几乎没有升降，只是波面的倾斜度发生周期性的变化，这些点称为波节。

立波的波形不再向前移动，而是在波节之间的波面呈周期性的上下升降运动，所以称为立波或驻波。

立波的水质点运动轨迹不再是封闭曲线而是一段抛物线，抛物线的主轴铅直向下，线形弯曲向上，每个水质点只在抛物线的一段距离上往复摆动。

图12.5.2 浅水立波水质点的运动轨迹，为一抛物线立波水质点的运动情况如图12.5.2所示。

设墙前波面通过静水面时某水质点位于O 点，当墙前波面上升出现最大波峰时，该水质点上升至最高位置O '点；当墙前波面下降出现最大波谷时，该水质点下降至最低位置O ''点。

浪压力计算
水库表面波浪对建筑物产生的拍击力叫浪压力。

浪压力的影响因素较多，是动态变化的，可取不利情况计算。

当坝前水深大于半波长，即H ＞2
L 时，波浪运动不受库底的约束，这样条件下的波浪称为深水波。

水深小于半波长而大于临界水深H cr ，即L /2＞H ＞H cr 时，波浪运动受到库底的影响，称为浅水波。

水深小于临界水深，即H ＜H cr 时，波浪发生破碎，称为破碎波。

临界水深H cr 的计算公式为
)22ln(41%
%1h L h L L H cr πππ-+= （1） 三种波态情况的浪压力分布不同，浪压力计算公式如下：
（1）深水波。

见图1（a ）
图1 波浪压力分布
（a ）深水波；（b ）浅水波；（c ）破碎波
)(41%w Z L h h L
P +=γ （kN/m ） （2）
式中L 、h 1%、h Z ——分别按（1-3）、（1-2）、（1-4）式计算。

注意算出h l 应换算成h 1%。

对于其它建筑物如水闸应根据其级别换算成相应的超值累积频率
21γγL
H π22）。

（3）破碎波。

见图1（c ）， 2
0P γ2）； K 0——系数，为建筑物前底坡影响系数，与i 有关，见表1。

表1 河底坡i 对应的K 0值。

浅水波理论及其在海洋工程中的应用研究引言海洋工程是以海洋为工作环境，利用海洋空间资源进行建设、开发、利用和保护的一种综合性技术领域。

其中，波浪理论是海洋工程中至关重要的一部分，而浅水波理论则是其中的一个重要分支。

本文将从浅水波的定义、特征、传播方式、相互作用以及在海洋工程中的应用等几个方面探讨浅水波理论及其在海洋工程中的应用研究。

一、浅水波的定义和特征浅水波是指当波浪传播时，波长远大于水深的情况下，波浪的特征。

在一定条件下，海波可划分为深水波和浅水波。

浅水波的波速比深水波的波速要小，波长比深水波的波长要短，而频率则比深水波高。

在浅水区，波浪的传播速度会受到水深的影响，当水深减小时，浅水波的产生会显著增强。

浅水波的特征为波高相对较大，波长相对较短，波速相对较慢。

在浅水区，波浪传播的速度会随着水深的变化而变化，而在深水区则是由于水深不变而波速也保持不变。

二、浅水波的传播方式浅水波的传播方式与深水波有所不同，主要表现为波浪的速度会随着水深的变化而变化。

在浅水区，波浪会向着水非常浅的方向发展，而在深水区，波浪则朝着水深的方向传播。

在浅水区，波浪的传播速度可以通过泊松比和水深的关系进行计算。

三、浅水波的相互作用由于浅水区波浪的传播速度受到水深的影响，波浪的相互作用也随之发生变化。

在波浪相遇的过程中，波浪之间会发生合并和干涉等现象。

当波浪传播方向相反时，两者会发生干涉，而当波浪传播方向相同时，两者会发生合并。

由于浅水波的传播过程中存在着很高的不确定性，因此在海洋工程中，需要对浅水波的理论进行深入研究，并寻找有效的途径加以控制和利用。

四、浅水波理论在海洋工程中的应用研究在海洋工程中，浅水波理论的应用极其广泛。

其中，船舶安全和船舶设计是应用浅水波理论的主要领域之一。

在设计船舶时，需要对船体在水中的运动状态进行模拟和计算，以及预测航行中可能会遇到的波浪情况，从而进行合理的设计和改进。

海岸线保护是另一个重要的领域，浅水波理论的研究可帮助确定海岸线保护措施的类型、尺寸和位置等，从而减少波浪对海岸线的破坏。

第三章 波浪与波浪载荷第一节 概述一 有关坐标系和特征参数1 坐标系的建立2 波浪要素波峰；波谷，波高，波长，周期，圆频率无量纲参数：波陡（Ｈ／Ｌ），相对波高（Ｈ／d ），相对水深（d/Ｌ）——浅水度 3 波浪要素的统计分布规律 •平均波高•部分大波平均波高⎪⎭⎫ ⎝⎛101311H H H P和常用的有•波列累积率F%的波高•波高与周期联合分布4 我国各海域大浪分布规律 重力波：风浪和涌浪及近岸波（海浪） 产生原因：风 海 啸 地 震 海面震荡 气压变化 潮 波 重力、科式力三、波浪理论1 规则波浪理论（对单一波浪的研究） 线性波浪理论（微幅波、Airy 波、正弦波） 非线性波浪理论（有限振幅波）Ｓtokes 波浪理论；孤立波浪理论；椭圆余弦波浪理论。

2 随机波浪理论（对过程的研究）谱描述理论第二节 线性波浪理论一、基本方程和边界条件假设：流体是理想均匀的，不可压缩的，无粘性的理想流体，其运动是无旋的。

从以上假设有：w zv y u x V Rot t=∂∂=∂∂=∂∂==∂∂φφφρ::0:0kzj y i x u u kzj y i x zu y u x u V ky u x u j x u z u i z u y u V V Rot z y x x y z x y z∂∂+∂∂+∂∂=∇=∂∂+∂∂+∂∂=∇∂∂+∂∂+∂∂=•∇⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂=⨯∇=φφφφφφ的剃度，即函数写成某个标量：将矢量函数速度势算子： 基本方程１）连续方程0)(=∇+∂∂V t ρρ２）动力学方程P F dt Vd ∇-=ρ1其Ｌagrange 积分：0)(21222=+-++++∂∂gz Pat P w v u t ρφ Ｐat 为大气压力。

2 边界条件 １）动力学边界条件0)(21222=++++∂∂ηφg w v u t （1） 海底：d z z w -=∂∂=φ（2）海面：ηηφηφηηφ==∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂=∂∂z z yy x x t z （3）从上述方程中可看出，部分条件是非线性的。

内波、沙波沙脊现象在我国南海海域一直存， 对深海资源的开发、水下安全作业造成较大困难以及威胁，同时也由于深海作业距离陆地较远，受复杂多变海洋环境的影响下，对南海内波、沙波沙脊的观测十分不便，致使当前的检测技术也还不够完善。

内波、沙波沙脊对水下设施具有巨大危害，容易造成深海水下结构物损毁。

因此对南海内波流沙波沙脊研究受到各界相关人士重视，大家不断对内波、沙波沙脊活动频繁的区域进行相关研究。

一、我国南海某海区内波、沙波沙脊特征及影响由于海水密度温度盐度的原因在海水分布中形成一定的分层分布规律， 其流体层在受到外力冲击时就会产生一定的变化，由于这种变化而引起的流体的波动不断被称为内波流。

海洋内波目前最大的内波流是我国南海，能够达到上百米的程度，周期也高于海上的波浪。

同时，中国南海部分深水海域也出现了海底大型沙波沙脊现象，高度达到百米级，并且具有移动及形状变化的特点。

二、海洋内波流、沙波沙脊对深水结构物的影响内波流的破坏力主要处于产生内波的跃层附近， 会形成相 反的内波流，产生相反的作用力，这种内波速度又很高，强度度很大，当水下结构物遇到内波流的时侯，就会很容易就受到比较大的冲击力，使水下结构物在内波流的影响区域中容易处在比较不稳定的状态，在冲击力的作用下会产生位置移动。

1.内波流对平台导管、海管、PLET安装作业的影响。

平台导管、海管、PLET等水下结构物安装时遇到冲击力比较强的内波流时， 会由于安装船舶无法 抵抗这些冲击力的作用， 而使得船舶具体定位产生 误差和移动，无法进行正常的施工作业。

近些年以来，许多南海深海水下结构物安装作业都受到内波流的冲击和影响， 造成作业中断现象时有发生。

2.海底沙波沙脊对海底结构物场址选择、处理、设备的运维影响。

由于洋流的作用形成了海底的沙波沙脊，海底场址不平致使水下结构物无法安装，须对场址进行处理，困难极大。

由于沙波沙脊具备移动的特性，对水下设施的运维造成资金投入增大，后期海底影响处理次数增多。

涡激振动对FPSO外输系统的动态响应分析洪伟宏【摘要】外输系统包括FPSO、外输浮筒、外输管线主要构成部分,在外载荷的推动下,各个构件间存在复杂的耦合作用.由于输管线跨距长,在复杂的海洋环境载荷作用下极易发生涡激振动现象,从而引起管线的疲劳破坏.为研究涡激振动对FPSO外输系统的动态响应的影响,本文对FPSO及其外输系统进行了一系列的水动力分析,结合考虑浮体/管线的耦合效应和管线涡激振动现象,求解FPSO与外输浮筒的总体运动响应及外输管线的张力、疲劳损伤值,总结管线涡激振动现象对整个FPSO外输系统总体性能的影响.计算结果表明,管线的涡激振动效应对其自身的疲劳寿命起到主导性作用,而对FPSO及外输浮筒的运动响应和系缆张力的影响较小.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)010【总页数】6页(P141-146)【关键词】涡激振动;FPSO;外输系统;动态响应【作者】洪伟宏【作者单位】海军舰船办,北京100073【正文语种】中文【中图分类】U6610 引言近年来石油/天然气等开发工程由陆地、近海等浅水区域逐渐转向深水区域，当前在深水海域应用较多的以浮式生产储卸油装置 (Floating Production Storage and Offloading System，FPSO)外输系统为主，并与相应的水下生产系统进行配合开发的深水油气开发工程模式。

FPSO外输系统主要包括FPSO、外输油管线和外输浮筒。

在对FPSO外输系统进行初步设计时，随着FPSO不断向更深的海域应用，其所经受的环境载荷也变得越来越复杂，如何模拟浮体和系泊系统之间的耦合作用关系成为设计FPSO外输系统的关键技术点。

同时，由于连接FPSO和外输浮筒的外输管线跨距长，在海流作用下外管线的尾流区会产生旋涡现象。

若产生漩涡的泄放频率趋近于外输管线的自振频率点，则会出现旋涡泄放频率在一个较大的流速范围内接近于外输管线自振频率的“频率锁定”现象，同时伴随着大幅度振动现象，即“涡激共振”［1］，由此会造成其疲劳损伤，从而会影响FPSO外输系统的使用寿命。

世界桥梁2021年第49

卷第6

期(总第215

期)

World Bridges, Vol. 49, No. 6, 2021

(Totally

No. 215)

78

深水浮式桥梁浮箱式承台水动力特性分析汤淼，

向升，

程斌

(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，

上海200240)

摘要：为研究不同设计参数条件下深水浮式桥梁浮箱式承台的水动力特性,基于势流理论

，采用水动力软件AQWA对吃水

深度10 m、排水量21 000 m

3

的浮箱式承台开展数值模拟和参数化分析，研究承台截面形状(圆形、长方形、端部倒角形、端部

圆形、端部尖角形、椭圆形)、垂荡板、承台潜深等因素对其水动力特性的影响规律。结果表明：减小承台迎浪面尺寸、合理调整

承台截面形状可显著降低其横荡方向的波浪力，其中，椭圆形截面承台效果最佳;承台横荡波浪力随入射角增大会逐渐减小，

同一入射方向下各形状承台波浪力大小关系基本保持不变,可基于主入射角开展研究；垂荡板的设置可有效调整桥梁固有周 期，使其避开能量集中波浪周期域，从而减小桥梁运动响应;半潜式承台的受力和经济性均优于全潜式承台

。

关键词：浮式桥梁；浮箱式承台；势流理论;数值模拟；参数分析；

水动力特性

中图分类号：U44& 19

；U443.25；U441 文献标志码：A 文章编号：1671-7767(2021)06-0078-07

1引言

我国海岸线上分布着众多海湾和岛屿，随着区 域一体化建设的推进，跨海大桥作为跨越海湾、连接

陆岛的重要交通方式，近年来得到了蓬勃发展

。曾

甲华、郑和晖和周建强等口切围绕跨海大桥的结构设

计、施工技术、防腐蚀性能等方面开展了较为系统的 研究。然而，传统跨海大桥通过固定式基础承载于 地基，在宽水面、高水深海域面临着建造经济性与高 技术难度的双重挑战。深水浮式桥梁通过浮式基础 借助水浮力承载结构自重和交通活载，可避免传统 桥梁深水基础建设存在的困难，在此类海域的跨域 工程中具有显著优势，被认为是未来深水海域交通 建设的重要发展方向⑷。永久性浮式桥梁在美国、 挪威、日本等国发展较早，已建成数座代表性浮式桥 梁结构。为实现多处峡湾跨越，挪威学者正针对大 跨度缆索承重浮式桥梁结构开展深入研究顷。我国 在相关领域研究较少，目前尚无大型工程应用。深水浮式桥梁服役于海洋环境当中，长期承受 风、波浪、洋流等环境荷载的作用，其动力响应问题 是研究关注的重点之一。相关研究表明，基础的变 位将导致上部结构出现不可忽略的次内力和次变 形,甚至可能成为引发桥梁整体垮塌的关键原因⑷。 对于浮式桥梁，针对直接承受水动力荷载的浮式基 础进行水动力特性优化,以保证其位移刚度、减小基 础变位，对保障桥梁整体的动力响应和结构安全具 有重要意义。目前关于浮式桥梁动力性能的研究仍然不充 分，针对浮箱式承台水动力特性的研究鲜有报道。 姜海西等⑷提出了一种由浮箱式承台、张力腿系统 和锚固系统组成的浮式基础结构体系，

整理后：波浪荷载的计算理论波浪是发生在海洋表面的一种波动现象，其波动性质因受浅水区域海底地形影响和水深的变浅，发生波浪破碎现象，成为影响海岸侵蚀和变形以及海岸带污染物迁移与扩散的最主要的水动力环境之一。

破浪破碎与冲击现象对海上工程设施的安全也十分重要。

由于波浪破碎及冲击作用的机理极其复杂，至今仍然是海岸工程领域没有解决的困难课题之一。

因此，开展近海波浪破碎与冲击过程数值模型的研究，就有着重要的理论意义和工程意义。

波浪荷载,也称波浪力，是波浪对港口码头和海洋平台等结构所产生的作用。

目前按绕射理论进行分析。

波浪对结构物的作用由四部分组成：水流粘性所引起的摩阻力（与水质点速度平方成正比）；不恒定水流的惯性或结构物在水流中作变速运动所产生的附加质量力（与波浪中水质点加速度成正比）；结构物的存在对入射波浪流动场的辐射作用所产生的压力和结构物运动对入射波浪流动场的辐射作用所引起的压力。

包括上述全部作用影响的波浪力理论称为绕射理论。

在目前实际工作中，常用只考虑了结构受到波浪摩阻力和质量力影响的半经验半理论的莫里森（Mrison ）方程分析波浪力。

波浪荷载是由波浪水质点与结构间的相对运动所引起的。

波浪是一随机性运动，很难在数学上精确描述。

当结构构件（部件）的直径小于波长的20％时，波浪荷载的计算通常用半经验半理论的美国莫里森方程；大于波长的20％时，应考虑结构对入射波场的影响,考虑入射波的绕射,计算时用绕射理论求解。

影响波浪荷载大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、结构尺寸和形状、群桩的相互干扰和遮蔽作用以及海生物附着等。

波浪荷载常用特征波法和谱分析法确定。

对一些特殊形状或特别重要的海洋工程结构，除了用上述的方法进行计算分析外，还应进行物理模型试验，以确定波浪力。

① 特征波法。

选用某一特征波作为单一的规则波，并以它的参数（有效波高、波浪周期、水深）和结构的有关尺寸代入莫里森方程或绕射理论的公式，求出作用在结构上的波浪力。

多点系泊FDPSO 水动力性能模型试验研究魏跃峰，杨建民，陈 刚，胡志强（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240）摘要：浮式钻井生产储油轮（Floating, Drilling, production, storage and offloading vessel ）简称FDPSO ，是具备油矿钻探、原油生产、储备以及外输等多功能的海洋平台。

采用模型试验的方法对南海海域多点系泊FDPSO 水动力性能开展模型试验研究。

模型试验包括静水衰减试验、白噪声试验和不规则波试验。

静水衰减试验测量了FDPSO 船体垂荡、横摇和纵摇运动的固有周期和阻尼系数。

白噪声试验获得了船体迎浪、斜浪和横浪下的船体六自由度运动幅值响应算子（RAO ）。

不规则波试验模拟了多点系泊FDPSO 在南海一年一遇和百年一遇海况下船体的六自由度运动时历和系泊缆张力。

试验时风浪流的方向包括风浪流同向180°和风浪流同向135°两种。

不规则波试验研究了多点系泊FDPSO 在南海海域的水动力特性。

关键词：FDPSO ；多点系泊；水动力；模型试验海上油气开发不断向深海拓展，涌现出很多新的平台形式。

FDPSO 是在FPSO 的基础上结合钻井设备发展而来，即具有FPSO 较强的生产储油特点，又具备钻探和完井的功能，降低了投资成本，缩短了生产周期，自20世纪90年代提出之后，引起海洋工程界的广泛关注，有很多研究机构对此开展研究，并逐渐由实船建造。

2009年8月，世界上第一艘FDPSO 在西非海域Murphy 油田投入使用[1]。

该FDPSO 主船体由一艘VLCC 改造而成，定位系统采用16根系泊缆进行多点系泊。

2009年11月，第二艘FDPSO ，即SEVEN DRILLER ，用于巴西海域。

该平台主船体为一圆柱体，采用DP-3动力定位系统。

FDPSO 长期处在海上进行作业，需要定位系统将其限制在一定范围内。

FDPSO 的定位方式包括动力定位、单点系泊定位和多点系泊定位三种。