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波浪载荷计算书

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平台波浪力计算书

二、平台基本数据和环境条件

平台主尺度 ：长 57.75 m，宽 34.5 m，型深 5 m

桩腿尺度 ：2.3*45 m

桩腿间距 ：横向 28.5 m 纵向 44.55 m 基线距海底 ：28.5 m

设计水深 ：d = 20 m

最大天文潮高 ：dt= 4 m

最大波高 ：H = 6.5 m 波浪周期 ：T = 7.0 ~ 13.0S

最大流速 ：U = 1.5 m/S

最大风速 ：V = 41.15 m/S

作业工况波高 ：H1= 4 m 作业工况风速 ：V1 = 25.8 m/S

迁航波高 ：HC = 4 m

迁航航速 ：VC = 4 knot

迁航时桩腿在基线下 ：0.75m (Min.)

图1 荷载方向

三、自存工况

(一)波浪荷载和海流荷载

1．计算原理

因为桩腿的直径和波长之比小于0.2，桩腿所受的波浪与海流荷载按Morison公式进行计算，

单根桩腿单位长度所受的波流力为：

FW＝FD＋FI (1)

＝Cd××D×| U|×U/2＋Cm×××D2/4×a

＝Cd××D×( | u＋v| )×( u＋v )/2＋Cm×××D2/4×a

式中: FW ＝波流力，N。

FD ＝阻力，N。

FI ＝惯性力，N。

 ＝海水密度。=1. 025*103 kg/m3。

Cd ＝垂直于构件轴线的阻力系数。按照规范规定取值为1.0。 1

Cm ＝惯性力系数。按照规范规定取值为2.0 。

D ＝构件的直径。D =2.3m。

U ＝垂直于构件轴线的水质点相对于构件的总速度分量，m/s。

u ＝垂直于构件轴线的波浪引起的水质点相对于构件的速度分量，m/s。

v ＝垂直于构件轴线的海流引起的水质点速度分量。计算中海流的方 向取和波浪相同的方向，v = 1.5m/s。

a ＝垂直于构件轴线的水质点相对于构件的加速度分量，m/s2。

波浪引起的水质点相对于构件的速度分量u和加速度分量a。根据给定的周期和水深采用有限水深五阶Stokes波理论计算。选择的具体标准见规范。

根据有限水深五阶Stokes波理论，有：

u= )ncos()nkscosh(nc5

1n'n

 (2)

a= )nsin()nkscosh(nTc25

1n'n2

 (3)

＝)ncos(k15

1n'n

 (4)

其中k为波数, d为水深, s为水质点距海底高度，为各桩柱处波浪相位。c为波浪速度，

’n为各阶速度势分量。为波面升高。

c = )CC1(k)kdtanh(g

2412 (5)

’n = 

5

1inii5,1nA (6)

n = 

5

1inii5,1nB (7)

 是表示Stokes波非线性程度的特征数值，k为波数，A，B，C都是kd的函数，其表达式比

较复杂，不能一一列出，具体算法见参考资料。和k可以通过解方程组： 

d2HBBBkd155535333 (8)



224221gTd4CC1kdtanhkd (9)

求得，其中波高H，水深d，周期T皆为已知量。

有限水深五阶Stokes波的详细计算方法见参考资料3和4。

本平台桩腿间距远大于桩腿直径，故在计算中不需考虑桩腿之间的群桩效应。

参考资料：

1.《海上移动式平台入级与建造规范》，人民交通出版社，1992年 2. 任贵永《海洋活动式平台》天津大学出版社 3. 王言英《海洋工程导论》 4. 罗传信《海洋桩基平台》

2．计算示例

下面对于波浪周期T为13秒，入射波相位为0(即4号桩柱波浪相位为0，处于波峰位置)的 2

情况给出1号桩柱波流力计算过程的示例，其它情况计算方法都与之相同。本节以后的计算工况

将直接给出最后结果，不再详细列出中间过程。

将波高H=6.5m，水深d=20+4=24m，周期T=13s 代入方程组(8)和(9)解得：

03384.0k0.10484,

对应kd的系数A，B，C分别为：

A11 = 1.105768 A13 = -3.790054 A15 = -8.076843

A22 = 0.560644 A24 = -2.227105 A33 = 0.180933

A35 = 0.064049 A44 = 0.003471 A55 = -0.034372

B11 = 1.000000 B22 = 2.112639 B24 = -0.741737

B33 = 4.203695 B35 = 4.190925 B44 = 9.105851

B55 = 21.492029

C1 = 3.904654 C2 = 51.710312

C3 = -0.205034 C4 = 0.394104

波长L = 2/k = 6.2832/0.03384 = 185.68 m

下面给出1号桩柱在该相位波浪作用下的波浪力计算结果作为示例：

1号桩柱处的波浪相位=28.5/185.68*360=55.26

根据公式(5)可得波速c c = )CC1(kd)kdtanh(g

2412 = )710312.5110484.0904654.310484.01(03384.0)2403384.0tanh(81.942

= 14.2836 m/s

1号桩柱处波面升高可由公式(4)和(7)求出

＝ )ncos(k15

1n'n

 = )ncos(Bk15

1n5

1inii

 = 25.3625m

由公式(6)，各阶速度势分量’n为

’1 = 0.111463

’2 = 0.005894 ’3 = 0.000209

’4 = 0.00000042

’5 = -0.00000043

将各阶速度势分量’n代入公式(2)和(3)可得距海底不同高度处的波浪水质点速度和加速

度，然后代入公式(1)可求得各段桩柱所受阻力FI、惯性力FD和总波流力FW。从海底开始间隔1

米的分段的计算结果见表1。

表1. 1号桩柱波浪力计算示例

距海底高

度s(m) 波浪引起的

速度u(m/s) 波流合速度

u+v(m/s) 加速度 a(m/s2) 阻力 FD(KN) 惯性力 FI(KN) 合力 FW(KN) 3 0.500 0.839779 2.339779 0.788142 6.453142 6.712814 13.165956 1.500 0.840457 2.340457 0.789599 6.456886 6.725228 13.182114 2.500 0.841813 2.341813 0.792518 6.464371 6.750094 13.214464 3.500 0.843845 2.343845 0.796909 6.475593 6.787488 13.263081 4.500 0.846549 2.346549 0.802783 6.490544 6.837523 13.328067 5.500 0.849922 2.349922 0.810160 6.509217 6.900350 13.409567 6.500 0.853959 2.353959 0.819061 6.531596 6.976164 13.507761 7.500 0.858652 2.358652 0.829514 6.557666 7.065196 13.622862 8.500 0.863994 2.363994 0.841551 6.587405 7.167718 13.755123 9.500 0.869976 2.369976 0.855209 6.620789 7.284049 13.904838 10.500 0.876588 2.376588 0.870531 6.657784 7.414549 14.072332 11.500 0.883818 2.383818 0.887564 6.698349 7.559625 14.257974 12.500 0.891650 2.391650 0.906362 6.742438 7.719731 14.46217 13.500 0.900070 2.400070 0.926984 6.789994 7.895374 14.685368 14.500 0.909058 2.409058 0.949495 6.840947 8.087108 14.928055 15.500 0.918594 2.418594 0.973969 6.895215 8.295553 15.190768 16.500 0.928656 2.428656 1.000482 6.952701 8.521375 15.474075 17.500 0.939215 2.439215 1.029123 7.013289 8.765315 15.778605 18.500 0.950242 2.450242 1.059984 7.076846 9.028169 16.105015 19.500 0.961705 2.461705 1.093168 7.143213 9.310810 16.454023 20.500 0.973565 2.473565 1.128787 7.212208 9.614185 16.826393 21.500 0.985780 2.485780 1.166961 7.283615 9.939322 17.222937 22.500 0.998303 2.498303 1.207820 7.35719 10.287331 17.64452 23.500 1.011082 2.511082 1.251507 7.432648 10.659423 18.092072 24.500 1.024058 2.524058 1.298174 7.509664 11.056898 18.566563 25.500 1.037166 2.537166 1.347988 2.750600 4.161926 6.912526 合计 173.50391 207.52332 381.02723

这里的结果和第4节中相同条件下的计算结果有微小差异，这是因为具体计算时桩柱上划分

的分段较密，而本示例中的分段较粗造成的。 3．海况的选取

A.波浪周期的选择

根据规范规定，在给定的周期范围7—13秒内选取三个波浪周期7秒，10秒，13秒进行计算。

在其中选取波浪荷载最大的情况。

对每个波浪周期和不同的波浪入射角度，需要在波浪运动的一个周期内选择产生最大荷载

的入射波相位，在本次计算中对于入射波相位从0(波峰在4号桩柱)开始每隔15计算一次当时的

总波浪荷载，在其中选取产生的最大荷载和相应的入射波相位。

根据上述方法计算得到各波浪周期下波流横向、斜向和纵向入射情况下，不同入射波相

位时平台的总波流荷载见图5 - 图13。

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张力腿平台波浪载荷计算

张力腿平台波浪载荷计算

・６・　胡志敏等；张力腿平台波浪载荷计算　２００２年６月　

文章编号：１００１—４５００（２００２）Ｏ３—０００６—０６　

张力腿平台波浪载荷计算　

胡志敏　，董艳秋　，张建民　

（１．清华大学，北京１０００８４；２．天津大学，天津３０００７２）　

摘要：根据张力腿平台的结构形式将平台本体简化为浮式、截头、直立柱群。应用匹配渐　进和特征函数展开法得到流场速度势的半解析解，采用改进平面波法计算了张力腿平台本体在　不同参数组合下的绕射波浪载荷的解析解。　关键词：张力腿平台；波浪绕射；速度势；水动力相互作用　中图分类号：Ｐ７５２，Ｕ６７４　文献标识码：Ａ　

１　引言　

随着人类石油勘探逐渐向深水领域扩展，涌现出一些新型的适应深海海洋环境的平台，其中张力腿　

平台是一种典型的深水海洋石油平台，以其半固定半顺应的运动特征在深水海洋石油工程中广为应用。　

一般张力腿平台由三部分组成——平台本体、张力腿系统和基础部分，其中平台本体又由上体平台、立　

柱和水平浮箱三部分组成　从保证结构整体冈《度出发一段立柱的尺度相对较大些，对于浮箱来说，不仅　尺度较小，而且还位于水下较深位置，由于表面重力波对整个波浪场的扰动作用主要集中于自由表面附　

近一定深度，因而可以近似认为作用在水平浮箱上的波浪载荷相对较小而予以忽略。据以上分析在计算　

张力腿平台波浪载荷时可以将张力腿平台本体简化为大尺度截头直立浮式柱群。张力腿平台本体的波　浪载荷主要集中于这些浮式柱上。故浮式柱群载荷的计算是张力腿平台本体外载计算的关键问题。　

对于一个在波浪场中微幅运动的大尺度结构物来说，波浪对于结构的载荷作用可以分解为两部分　

一一波浪对结构的绕射作用和对结构的辐射作用。绕射作用是指波浪向前传播遇到结构物后，在结构的　

表面将产生一个向外散射的波，入射波与散射波的叠加达到稳态时将形成一个新的波动场，在这样的波　

动场中结构所受到的载荷作用称为波浪的绕射作用。波浪的辐射效应是指以一定模态小振幅振荡运动　的结构在稳定的波浪场中产生一个向外辐射的波动场，波动场中的结构必然受到辐射势的载荷作用一　，　

基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法

基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法

基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法

任慧龙;孙葳;李辉;童晓旺

【摘 要】In order to recalculate the hydrodynamic pressure on the

structural meshes robustly and accurately, a new calculating method of

wave loads consistent with structural analysis has been presented. In

accordance with the line-ar potential flow theory and the three-dimensional calculating method of wave loads in frequency domain, the

boundary integral equation based on the hydro-structural model was

established to solve the velocity potential on the structural nodes. This

model can calculate the hydrodynamic pressure on structural meshes

directly. Then the wave pressure calculating and automatic loading

program were developed, which are applicable to the universal finite ele-ment method (FEM) solver MSC.NASTRAN. Finally, the hydrodynamic

calculation and structural analysis of a re-plenishment ship were

小水线面双体船波浪设计载荷估算方法(精选文档)

小水线面双体船波浪设计载荷估算方法(精选文档)

小水线面双体船波浪设计载荷估算方法（精选文档）

(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载） 49卷 第3期(总第182期中 国 造 船Vol.49 No.3(Serial No.182 2021年9月SHIPBUILDING OF CHINA Sep.2021文章编号:1000-4882(202103-0104-008

小水线面双体船波浪设计载荷估算方法

林吉如, 石理国, 尤国红, 钱家玉

(中国船舶科学研究中心,江苏 无锡 214082

摘要

以中国船舶科学研究中心开展的200t至3500t多艘SWA T H船模试验结果和美国的15艘从3000t至30 000t小水线面双体船波浪载荷模型试验资料为基础,给出了小水线面双体船波浪设计载荷估算公式。用该估算公式算得的小于3000t的小水线面双体船的波浪设计载荷的估算值更加接近模型试验结果,而小于目前常用的A

BS公式估算值,从而可较大地减轻结构质量和建造成本。

根据小水线面双体船受力特点,还提出了小水线面双体船在进行横向强度、扭转强度、总纵强度校核时各种载荷的组合方案和施加方式,供结构设计人员全面、合理地进行强度分析参考。

关 键 词:船舶、舰船工程;小水线面双体船;波浪载荷;横向波浪力;水平扭转力矩;纵摇扭转力矩;载荷组合

中图分类号:U661.4 文献标识码:A

1 引 言

小水线面双体船与常规单体船相比较具有优越的耐波性能(在风浪中运动量最小,失速不严重和宽广的甲板面积,引起了造船界和船东的极大兴趣。美国、日本等国更掀起了建造小水线面双体船的热潮,从20世纪70年代开始建造了40多艘用于海洋考察、水声监听、车客摆渡以及旅游观光的小水线面双体船。我国从1994年开始开展了小水线面双体船的实用设计研究,2001年建成了第一艘200t级的海关监管艇,随后又陆续设计并正在建造最高吨位达到2500t可在全球航行的小水线面双体船,开创了中国造船界一个崭新的领域。

妯娌水库土石坝波浪雍高计算书

妯娌水库土石坝波浪雍高计算书

妯娌水库土石坝波浪雍高计算书

土石坝波浪雍高计算书

项目名称_____________日期_____________

设计者_____________校对者_____________

一、基本设计资料

1．依据规范及参考书目：

《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）

《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）

2．计算参数：

建筑物位置类型：平原滨海地区

建筑物等级：5级

正常蓄水位时，迎水面前水深H ＝13.700 m

设计洪水位时，迎水面前水深H d＝15.120 m

校核洪水位时，迎水面前水深H c＝15.590 m

正常蓄水位时，风区内水域平均水深H m＝13.700 m

风区长度D ＝250.000 m

多年平均的最大风速v o＝18.000 m/s

风速的测量高度H c＝10.000 m

风向与坝轴线法向夹角β＝0.00 度

糙率及渗透性系数K△＝0.900

地震安全加高he ＝1.000 m

迎水面坡度类型为：单一坡度，坡比m ＝1.900

二、计算依据

按莆田实验站公式计算出平均波高h m（m）、平均波周期T m（s）：g×h m/v o2＝0.13×tanh[0.7×(g×H m/v o2)0.7]×

tanh{0.0018×(g×D/v o2)0.45/[0.13×tanh(0.7×(g×H m/v

o2)0.7)]} T m＝4.438×h m2

式中：

h m——平均波高（m）； T m——平均波周期（s）；

v o——计算风速（m/s）；

D ——风区长度（m）；

H m——水域平均水深（m）；

g ——重力加速度，取9.81m/s2；

平均波长与平均周期的关系：

L m＝g×T m2/2/π×tanh（2πH/L m）

三、设计洪水位加正常运用条件下的计算

1．计算条件：

建筑物等级为5级，设计洪水位条件下，安全超高A＝0.50 m

5级建筑物正常运用条件下，计算风速W＝1.5×v o＝27.00 m/s