海洋平台设计中的风浪参数选取标准
海洋波浪常规特征参数的定义和说明
第一部分波浪的相关知识第二部分波浪的主要参数第一部分波浪的相关知识波浪测量入门：本文介绍有关波浪的一些知识，通过本文，你会对波浪有一些了解，并对你要测量什么样的波浪以及如何去测量出这些波浪有一些相关的认识。
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什么是波浪？在所有的水体中，我们都能体验到波的存在。
这些波浪波长范围很广，长波的有潮汐（有太阳和月亮之间的万有引力产生的），短波的是由微风吹过水面产生的。
如果从波浪的能量分布来看，你会发现波浪能量主要分布在0.5秒到12小时之间的波浪范围。
比较有意义的能量分布区域为频段在0.5至30秒范围的波浪区域，这些波浪通常都是风产生的（见图1）。
这一波浪频段也正是波浪学家和海洋学家分析波浪时所关注的。
如何精确地测绘波浪，也就是说如何使用正确的测量方法将这一频段的波浪描绘出来。
对于0.5 - 30秒的波浪，表明波浪是变化的，而且特征独特。
波浪起始于当地季风产生的波高较小、周期较短的小波，随着风力的加大，风持续时间的延长，波浪就会越来越大。
因此，位于一个特定海域的波浪状态是由当地海风产生的微波和远距离（可能是几百或几千公里外）以外的飓风产生的波浪的组合形成的。
这对于我们测波的人来说，就需要明白，测量点的波浪情况通常是由不同幅度、不同周期、不同方向的波浪组成的集合。
掌握这一点是精确测绘波浪的第一步。
我们如何测量波浪？既然波浪是随机的，当我们测量波浪就需要在采样一段时间内，而且呢，这段采样时间最好能代表测量海区的完整的波浪状态。
经验上，我们一般会设定预计所测量的最大的波周期的100倍的时间作为采样周期。
例如，若我们预计测量海域的最长波周期为10秒，我们取1000秒作为采样周期。
单纯时间序列的原始数据是没有太大实际意义的，我们需要将这些数据进行处理并得出相关的波浪特征值的参数，这些特征值能够广泛的精确地代表测量海域的波浪状态。
最通常的波浪特征值包含，对应于时间序列的波高、周期、波向的单一数值。
海洋平台的动态响应评估
海洋平台的动态响应评估在海洋工程领域，海洋平台作为开发海洋资源的重要基础设施，其安全性和可靠性至关重要。
而对海洋平台的动态响应进行评估，则是确保其在复杂海洋环境中稳定运行的关键环节。
海洋平台所处的海洋环境极为复杂多变，受到海浪、海流、风等多种因素的共同作用。
这些外界载荷会引起平台结构的振动、位移和应力变化，从而影响平台的正常运行和使用寿命。
因此，准确评估海洋平台的动态响应对于保障平台的安全、优化平台设计以及降低维护成本具有重要意义。
为了评估海洋平台的动态响应，首先需要对海洋环境载荷进行详细的分析。
海浪是海洋平台所承受的最主要载荷之一。
海浪的特征可以通过波高、波周期、波向等参数来描述。
通过海浪谱理论和数值模拟方法，可以对海浪的特性进行预测，并计算出作用在海洋平台上的波浪力。
海流对海洋平台的影响也不容忽视，特别是在深海区域，海流的速度和方向会对平台的稳定性产生较大影响。
此外，风载荷也是海洋平台设计中需要考虑的因素之一，尤其对于上部结构较为突出的平台。
在了解海洋环境载荷的基础上，需要建立海洋平台的结构模型。
这个模型要能够准确反映平台的几何形状、材料特性和连接方式等。
目前，常用的建模方法包括有限元法、边界元法和多体动力学法等。
有限元法是应用最为广泛的一种方法，它可以将复杂的平台结构离散为有限个单元，并通过求解方程组来获得平台的响应。
建立好结构模型后，就可以通过数值模拟或实验研究来评估海洋平台的动态响应。
数值模拟方法具有成本低、效率高的优点，可以在短时间内对不同工况下的平台响应进行预测。
然而，数值模拟结果的准确性往往依赖于模型的简化和假设，需要通过实验研究进行验证和修正。
实验研究则可以更加真实地反映平台的动态响应，但实验成本较高，且难以模拟极端海洋环境。
在评估海洋平台的动态响应时，需要关注的指标包括平台的位移、速度、加速度、应力和应变等。
位移和速度反映了平台的整体运动情况，加速度则与平台上设备的运行稳定性和人员的舒适度密切相关。
水上抗风浪等级
水上抗风浪等级
一般来说，抗风浪等级分为6级，分别是：
1. 风力小于5级，浪高小于0.5米，适宜正常航行和停泊。
2. 风力5-6级，浪高0.5-1.25米，适宜小型船只停泊，大型船只需寻找安全的避风港口。
3. 风力6-7级，浪高1.25-2.5米，适宜大型船只停泊，小型船只需寻找避风处。
4. 风力7-8级，浪高2.5-4米，大型船只需采取防护措施，小型船只需停泊或寻找安全的避风港口。
5. 风力8-10级，浪高4-6米，大型船只需在避风港口内停泊，小型船只需停靠或寻找安全的避风处。
6. 风力大于10级，浪高大于6米，所有船只都需紧急寻找避风处或返航。
在船舶的设计和建造中，抗风浪等级是一个非常关键的参数，它直接关系到船舶的安全性能和可靠性能。
因此，在船舶的设计和建造过程中，一定要严格按照相关标准和规范进行设计和建造，以确保船舶的安全性能和可靠性能。
- 1 -。
海洋平台工程设计服务中的抗风设计
海洋平台工程设计服务中的抗风设计随着人类对海洋资源的开发和利用需求的增加，海洋平台工程的设计和建设变得越来越重要。
而在海洋环境中，风力是其中一个常见的自然力量，对海洋平台的稳定性和安全性提出了挑战。
因此，在海洋平台工程设计服务中，抗风设计成为至关重要的一环。
抗风设计是指通过合理的结构设计和建筑材料的选择，使得海洋平台工程能够在风力作用下保持稳定，并具备足够的抗风能力，不受强风的影响。
首先，在海洋平台工程设计中，合理的结构设计是抗风设计的关键。
结构设计应考虑海洋平台的受风面和朝向，以及风力的频率和强度。
基于这些因素，设计师必须选择适当的结构形式，例如，通过采用良好的气动形状和减少投影面积，来减少风力的作用。
此外，通过增加海洋平台的自重和减小结构的负荷，可以提高其抗风能力。
其次，建筑材料的选择也对抗风设计起着重要作用。
针对海洋平台工程的特殊环境，应选择具备良好抗风性能的材料。
例如，高强度、耐风腐蚀和耐海水腐蚀的钢材和混凝土材料常被用于海洋平台的结构设计中。
这些材料具备较高的抗风性能，能够承受较大的风力冲击。
另外，抗风设计还需要考虑平台的稳定性和运动性。
平台的稳定性指平台在强风环境下仍能保持水平和竖直方向上的稳定，而平台的运动性指平台受到风力作用后的响应和反应。
对于稳定性的考虑，设计师可以通过合理的设计平台的形状、质量分布和重心位置来增加平台的稳定性。
对于运动性的考虑，则需要通过调整平台的减摇装置、锚链和缆绳等来减小其运动幅度，提高工作效率和舒适性。
此外，抗风设计还需要考虑人员和设备的安全性。
在海洋平台工程中，人员和设备的安全性极为重要。
合理的抗风设计应确保平台的稳定性和结构的强度，以便人员和设备在强风环境下能够安全运作。
设计师需要考虑人员和设备的疏散通道、紧急救援机制和避险设备等，以提供全面的保护。
最后，抗风设计还需要合理的施工和维护。
在海洋平台工程的施工过程中，设计师应确保结构的质量和稳定性。
合理的维护和修复工作也是提高平台抗风性能的关键。
IEC614003海上风力机设计要求
IEC 61400-3风力机－第三部分：海上风力机设计要求1概述IEC 61400的这一部分的要求是评估海上风力机场地的外部条件和联合IEC 61400-1一起指定确保海上风力机工程完整性的基本设计要求。
其目的是提供适当的水平保护风力机在计划使用期那不受任何危险的伤害。
这个标准主要关注海上风力机的结构部件的工程完整性，也考虑到子系统例如控制和保护机制，内部电力系统和机械系统。
2主要元素概述以下条款中给定了确保海上风力机的结构、机械、电力和保护系统的安全的工程和技术要求。
这个要求规范应用于海上风力机的设计、制造、安装和操作和维护手册以及相关质量管理程序，另外也考虑到按照在海上风力机的安装、运行和维护过程中使用的各种惯例制定安全程序。
设计方法海上风力机设计过程安全分类普通安全类型：应用于故障结果威胁到人员伤害或其他社会或经济结果。
特殊安全类型：应用于安全要求由当地规则决定和/或安全要求由制造商和客户共同决定。
质量保证推荐设计系统遵守ISO 9001的要求。
转子－机舱装配标记以下信息必须显著的标识在转子－机舱装配排上：●制造商和国家●模拟和连续号码●生产年份●参考风速●轮毂高度运行风速范围●运行环境温度范围●IEC风力机分类●风力机终端额定电压●风力机终端频率或在标称值上的变化大于2％时的频率范围。
3外部条件概述海上风力机的环境和电网条件可能影响它们的载荷、耐久和运行。
为了确保适当的安全和可靠性级别，环境、电网和土壤参数将被考虑到设计中并明白的规定在设计文件里。
环境条件被细分为风力条件、海洋条件（海浪、洋流、水深、海水结冰、海洋植物、海底运动和冲刷）和其它环境条件。
电力条件涉及电网条件。
外部条件在细分为普通和极端外部条件。
普通外部条件通常涉及周期性结构载荷条件，极端条件表现为罕见的极端设计条件。
设计载荷情况将包括潜在的危机联合这些风力机运行模型和其它设计工况的极端条件。
风力机分类对于海上风力机定义风力机分类依照风速和湍流参数保留适当的设计转子－机舱装配。
海洋平台的环境载荷
第二章 环境载荷
34
（1）艾里波理论
• 波面 • 波长
H cos kx t 2 gT 2 2d L th 2 L
• 速度势
gH chk y d sin kx t 2 chkd
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第二章 环境载荷
11
• 不同时距的风速之间有一定的关系，时距 短的风速比时距长的风速要大
不同时距平均风速与1h平均风速的比例系数
1h
时距
系数 值
10mi 1min 15s n
5s
3s
1.00 1.04 1.26 1.26 1.32 1.35
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第二章 环境载荷
12
• 基本风压的标准高度为海面上10m，所以 设计风速一般取海面上10m高处的风速
z v z v10 10
1 n
z CH 10
2 n
n值与测量风速的时距以及离岸的距离有关，一般在7～13之间变化 美国API规范建议，在开敞的海域，对于持续风风速n等于8， 对于阵风风速n等于13
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第二章 环境载荷
17
CCS规定
计算风力时，推荐下列作法： （1）当平台有立柱时，应计入全部立柱的投影面积，不 考虑遮蔽效应。 （2）对于因倾斜产生的受风面积，如甲板下表面和甲板 下构件等，应采用合适的形状系数计入受风面积中。 （3）对于密集的甲板室，可用整体投影面积来代替计算 每个面积，此时形状系数可取为1.1. （4）对于孤立的建筑物、结构型材和起重机等，应选用 合适的形状系数，分别进行计算。 （5）通常用作井架、吊杆和某些类型桅杆的开式桁架结 构的受风面积，可近似的取每侧满实投影面积的30%，或 取双面桁架单侧满实投影面积的60%，并选用合适的形状 系数。
风速浪高
国家海洋预报台在对海况进行描述时（一般用于沿海），对有必要发出警告的具有风险性的海况，从低到高分为海浪较大、浪高涌大、海况恶劣、海浪巨大。
这是习惯性用语，没有严格界限。
以下是国际标准海况等级。
FT为英尺，METER为米。
海况等级是以海面肉眼所见状况而分的。
其中1-9级分别称为无浪、微浪、小浪、中浪、大浪、巨浪、狂浪、狂涛、狂涛、怒涛。
浪高超过20米者为暴涛，因为罕见，未成为正式等级。
海况等级海面状况名称浪高范围海面征状0级CALM-GLASSY0 FT (0 METERS)海面光滑如镜或仅有涌浪存在；1级CALM-RIPPLED0-1/3 FT (0-.1METERS)波纹或涌浪和波纹同时存在；2级SMOOTH-WAVELET1/3-1 2/3 FT (.1-.5 METERS)波浪很小波峰开始破裂，浪花不显白色而呈玻璃色；3级SLIGHT 1 2/3 - 4 FT(.5-1.25 METERS)波浪不大，但很触目，波峰破裂，其中有些地方形成白色浪花—白浪；4级MODERATE4-8 FT(1.25-2.50 METERS)波浪具有明显的形状，到处形成白浪；5级ROUGH8-13 FT(2.50-4.0 METERS)出现高大的波峰，浪花占了波峰上很大面积，风开始削去波峰上的浪花；6级VERY ROUGH13-20 FT(4-6 METERS)波峰上被风削去的浪花，开始沿着波浪斜面伸长成带状，有时波峰出现风暴波的长波形状；7级HIGH20-30 FT(6-9 METERS)风削去的浪花带布满了波浪斜面，并有些地方到达波谷，波峰上布满了浪花层；8级VERY HIGH30-45 FT(9-14 METERS)稠密的浪花布满了波浪斜面，海面变成白色，只有波谷内某些地方没有浪花；9级PHENOMENAL>45 FT (>14 METERS)整个海面布满了稠密的浪花层，空气中充满了水滴和飞沫，能见度显著降低。
海洋平台钻进模块的抗风浪性能分析与改进
海洋平台钻进模块的抗风浪性能分析与改进随着世界经济的发展，对海洋资源的需求也越来越大。
海洋平台作为一种重要的海洋资源开发设施，承担着海上油气勘探、海洋风电等重要任务。
然而，海洋平台在面对恶劣的海洋环境时，特别是强风浪的作用下，往往会面临着风险和挑战。
因此，对海洋平台的抗风浪性能进行分析与改进，对确保海洋平台的安全运行具有重要意义。
一、抗风浪性能分析1. 风浪力对海洋平台的影响风浪是海洋平台运行中最主要的外力之一。
风力和浪高的大小直接影响着海洋平台的受力情况。
风力会对海洋平台产生水平和竖向力矩，而浪高的变化则会导致海洋平台的倾斜和振动。
因此，分析风浪力对海洋平台的影响是进行抗风浪性能改进的重要前提。
2. 抗风浪性能评估方法目前，对海洋平台的抗风浪性能评估主要采用数值模拟和物理试验两种方法。
数值模拟方法通过计算流体力学（CFD）模型，模拟海洋平台在风浪力作用下的运动响应，对其抗风浪性能进行评估。
物理试验则通过实际构建模型进行风洞试验和水槽试验，模拟海洋平台在实际海洋环境中的运动情况，进而评估其抗风浪性能。
这两种方法各具优势，可以相互补充，提高抗风浪性能评估的准确性和可靠性。
3. 抗风浪性能评估指标抗风浪性能评估指标包括平台运动响应（如位移、倾斜、加速度等）、结构应力和疲劳寿命等。
平台运动响应指标可以通过数值模拟和物理试验获得，反映了海洋平台受风浪力作用后的位移和倾斜情况。
结构应力指标则反映了海洋平台结构在受风浪力作用下的应力状态，可以通过有限元分析和物理试验获得。
疲劳分析则是基于结构应力的疲劳寿命计算，用于评估海洋平台的结构耐久性。
二、抗风浪性能改进1. 结构设计优化海洋平台的结构设计优化是提高其抗风浪性能的关键。
通过对平台的结构进行优化设计，可以有效减小风浪力对平台的影响。
其中包括减小平台的气动阻力和水动阻力，采用合适的剖面形状和斜度设计，使得平台能够更好地适应强风和浪况。
此外，还可以通过加强结构的刚度和强度，提高平台抵抗风浪力的能力。
船舶静力学概论 第七章 海洋平台稳性
其中：V为设计风速，m/s。
3、风载荷计算： F = ChCsSP kN
其中：Ch ： 高度系数，和构件形心高度有关 Cs ： 受风构件形状系数，和构件截面形状有关 S ： 迎风面积，m2 P ：风压，kPa
6.2 平台稳性衡准（CCS）
平台在各种作业工况下的完整稳性均应符合以下衡准： 1、对水面式和自升式平台，至第二交点或进水角处的复
原力矩曲线下的面积， 取其中的较小者，至少应比至 同一限定角处风倾力矩曲线下面积大40%。
2、对柱稳式平台，至第二交点或进水角处的复原力矩曲 线下的面积中的， 取其较小者，至少应比至同一限 定角处风倾力矩曲线下面积大30%；
3、对坐底式平台，至第二交点或进水角处的复原力矩曲 线下的面积，取其中的较小者，至少应比至同一限定 角处风倾6.1 平台风载荷计算
1、设计风速：
对无限作业区域的平台，其最小设计风速应为： ➢ 自存工况：51.5m/s（100kn） ➢ 正常作业工况：36m/s（70kn）
对具有营运限制附加标志的平台，其正常作业工况的风 速可适当减小，但应不小于25.8m/s（50kn）。
2、风压计算： P = 0.613×10-3V 2 kPa
海洋平台设计中的风浪参数选取标准
Α
-
(Α-
1) ]
G (x , y )
(7)
式中: A = exp (-
x
Ρ1
Λ1
)
,
B
=
exp (-
y
Ρ2
Λ2 )
。
将 (7) 式代入 (4) 式, 即得 PB GLD 模型。根据边缘分布函数的定义[9], 随机变量 X 和 Y 的边缘密度
函数可分别表示为:
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式中: x 和 y 分别表示风速和波高; Α和 Β 对具体的导管架平台近似为常数, 此处取 Α和 Β 分别为 0. 44
和 20. 18。
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件。而边缘分布同为冈贝尔分布的冈贝尔逻辑模型却无此取值范围的限制。若 G (x , y ) 符合冈贝尔逻辑
分布, 其分布函数为[8 ]:
G (x , y ) = exp {-
[ exp (-
x
- Λ1 ΑΡ1
)
+
exp (-
y
- Λ2 ΑΡ2
)
]Α}
(5)
式中, Α表示随机变量 x 和 y 之间相关性的参数。
a) 风速的拟合 b) 波高的拟合 图 1 边缘分布的原始冈贝尔分布拟合
3. 2 各样本的条件密度曲线
在样本 中, 当风速取百年一遇值 (28. 84m ·s- 1) 和五十年一遇值 (27. 50m ·s- 1) 时, 按照 (9) 式可
海边技术指标公式
海边技术指标公式1. 海浪海浪是海边工程中最重要的一个技术指标，它对于海边结构物的稳定性和抗风浪能力有直接影响。
海浪的主要参数包括波高、波长、波速等，其中波高是最常用的指标。
海浪波高的公式一般表示为：\[ H = aT^b \]其中，H为波高，a和b为系数，T为波周期。
在实际应用中，根据实测数据和不同海域的特点，可以通过拟合得到不同地区的海浪波高公式，以便进行工程设计和预测。
2. 潮汐潮汐是海边工程中另一个重要的技术指标，它对于海岸线的侵蚀、港口的淤积等有很大影响。
潮汐的主要参数包括潮位、涨落幅度、潮汐周期等。
潮汐的公式一般表示为：\[ H_t = A + Bt + Ct^2 \]其中，H为潮汐高度，t为时间，A、B、C为系数。
潮汐的周期性和规律性使得可以通过数学模型和实测数据计算得到潮汐的预测公式，以便为海边工程提供参考。
3. 风速风速是海边工程中另一个重要的技术指标，它对于海上设施的稳定性和强度有直接影响。
风速的主要参数包括平均风速、最大风速等。
风速的公式一般表示为：\[ V = A + Bt + Ct^2 \]其中，V为风速，t为时间，A、B、C为系数。
根据不同地区的气候特点和实测数据，可以得到各种不同风速的预测公式，以便为海边工程的设计和施工提供参考。
4. 海水盐度和温度海水盐度和温度是海边工程中另外两个重要的技术指标，它们对于海洋生态系统的稳定和海边工程设施的耐腐蚀性有直接影响。
海水盐度和温度的公式一般表示为：\[ S = A + Bt + Ct^2 \]\[ T = A + Bt + Ct^2 \]其中，S为海水盐度，T为海水温度，t为时间，A、B、C为系数。
根据海水盐度和温度的变化规律和实测数据，可以得到海水盐度和温度变化的预测公式，以便为海边工程的设计和施工提供参考。
总结海边技术指标是海洋工程中至关重要的一部分，通过对海浪、潮汐、风速、海水盐度和温度等多个技术指标进行准确评估和监测，可以为海边工程的设计、施工和运营提供可靠的参考。
海堤波浪要素及安全超高计算
海堤波浪要素及安全超高计算海堤是指建筑在海岸线上的一种结构工程，主要用于保护陆地免受海浪冲击。
对于海堤的设计和构建，需要考虑波浪的多个要素以及安全超高的计算。
1.波浪要素在设计海堤时，需要考虑以下几个重要的波浪要素：1.1引起海堤冲击的波浪高度（H）：波浪高度是指波浪顶部与静水面的垂直距离，通常采用H1/3、H1/10或H1/100来表示。
选择适当的波浪高度可以确保海堤能够抵御常见的波浪冲击作用。
1.2波浪周期（T）：波浪周期是指相邻波浪通过其中一点所需的时间，也叫波浪间隔。
不同的波浪周期对于海堤的冲击力有不同的影响。
1.3波浪方向（θ）：波浪方向是指波浪传播的方向，通常是以度数表示。
波浪方向的不同会导致不同的波浪冲击力，需要进行准确测量和分析。
1.4波浪频率（f）：波浪频率是指单位时间内波浪通过其中一点的次数，通常以波浪周期的倒数表示。
波浪频率越高，对海堤的冲击力就越大。
安全超高是指海堤的高度要超过理论波浪高度与预测洪水水位之和，以防止海水溢出堤体而对陆地造成伤害。
通常根据不同的海堤用途和地理条件，安全超高计算可分为以下几个步骤：2.1确定理论波浪高度：根据所在地域的波浪历史资料和波浪预报，通过数学模型计算得出预测的理论波浪高度。
2.2确定预测洪水水位：通过对该地区历史降雨和洪水资料的分析，结合水文数据模型，得出预测的洪水水位。
2.3确定安全超高：理论波浪高度与预测洪水水位之和即为安全超高。
根据该数值，设计海堤的高度应该超过此数值，以确保堤体的安全性。
3.其他考虑因素除了波浪要素和安全超高外，设计和构建海堤还需要考虑其他因素，如土质条件、地理特征、地震风险等。
这些因素将直接影响到海堤的稳定性和抗冲击能力。
综上所述，海堤设计和构建需要综合考虑波浪要素和安全超高计算，以确保海堤能够有效地抵御海浪冲击并保护陆地安全。
同时，还需要考虑其他因素的影响，确保海堤的稳定性和可靠性。
海堤的设计和施工需要专业的工程师和科学家共同合作，结合实际情况进行准确计算和方案制定。
中国波浪参数范文
中国波浪参数范文
一、波高(H)：
波高是指波浪顶部与波谷之间的垂直距离。
在中国海域，波高通常以米为单位进行描述。
中国东海、南海、黄海等地的波高变化范围较大，一般在0.5米到6米之间，但在有台风等强风作用的情况下，波高可以超过10米。
二、波周期(T)：
波周期是指波浪两个连续波峰之间的时间间隔。
波周期通常以秒为单位进行描述。
在中国海域，波周期的变化范围较大，一般在3秒到20秒之间，但在有台风等强风作用的情况下，波周期可以超过20秒。
三、波浪频率(f)：
波浪频率是指单位时间内波浪的数量。
波浪频率通常以每分钟波浪数量（单位为每分钟波浪个数）进行描述。
在中国海域，波浪频率的变化范围较大，一般在8个/分钟到30个/分钟之间。
四、波浪能量密度(E)：
五、波浪方向(D)：
波浪方向是指波浪传播的方向。
波浪方向通常以度数或罗盘方位进行描述。
在中国海域，波浪方向受到风向、地理条件和海底形态等因素的影响，变化较大。
不同季节、地区和水深可能存在较大的差异。
六、波浪速度(V)：
波浪速度是指波峰的传播速度。
波浪速度通常以米/秒为单位进行描述。
在中国海域，波浪速度的变化范围较大，一般在2米/秒到10米/秒
之间。
以上是对中国波浪参数的详细介绍。
了解和研究这些参数对于预测海浪、进行海洋工程设计、保障海上交通安全等方面都具有重要的意义。
不
同海域、季节和气象条件下的波浪参数变化都需要进行充分的观测和研究，以提供准确的数据和信息。
海洋平台波浪载荷计算方法的分析和建议-2006
收稿日期:2006-01-26作者简介:张金平(1976-),男,河北石家庄人,1998年毕业于西南石油学院机械制造与设备管理专业,主要从事海洋石油工程项目管理工作。
文章编号:1001-3482(2006)03-0010-05海洋平台波浪载荷计算方法的分析和建议张金平1,段艳丽2,刘学虎3(1.海洋石油工程股份有限公司,天津塘沽300452;2.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061;3.兰州石油机械研究所,甘肃兰州730050)摘要:文章综述了近年来海洋平台波浪理论及波浪载荷计算方法的研究与发展概况,包括不同海域波浪载荷的计算理论,以及不同类型、不同尺度海洋平台的波浪载荷的计算方法及其应用,并对各种不同波浪理论的适用范围及其优缺点进行了分析。
同时对目前应用较广的数值模拟技术在海洋平台方面的应用进行了分析,列举了相关应用实例,并对其发展前景进行了展望,提出了相关研究建议。
关键词:海洋平台;波浪载荷;计算方法;应用;数值模拟中图分类号:T E951.01 文献标识码:AThe analysis and proposal of computation methods of wave loads acting on offshore platformZH ANG Jin -pin 1,DU AN Yan -li 2,LIU Xue -hu 3(1.China Of f shore Oil E ngineer ing Co.L td 1,T angg u 300452,China;2.College o f Petro leum Eng ineer ing ,China Univer sity of P etr oleum (H uadong),D ongy ing 257061,China;3.L anz hou Petr oleum M echanical Resear ch I nstitute ,L anz hou 730050,China)Abstract:General status o f development on w ave theory and w ave loads on offsho re platform in r esent year s is sum marized in this paper,including com putation theory of w ave loads in different sea area,com -putation methods and applicationso f wave loads acting on offshore platform w ith differ ent type and dimen -sion,at the same tim e num er ical simulatio n techno logy being applied widely on offshore platform is analyzed in 这和文献[4]的结论完全一致。
海洋平台设计中的风浪参数选取标准
海洋平台设计中的风浪参数选取标准
董胜;樊敦秋;郝小丽
【期刊名称】《中国造船》
【年(卷),期】2005(046)001
【摘要】以我国渤海某区1970年至1993年风暴过程的后报资料为基础,提出了泊松二维冈贝尔逻辑分布,并将其用于风暴过程中伴生的风速与波高的联合概率计算,给出了美国石油协会(API)行业标准有关环境条件三种设计标准的具体做法.基于新的统计模式,同时提出了联合概率法设计标准.比较了多种标准所得设计参数的差异,给出了适合工程所在海区的环境荷载参数.计算结果表明,新的统计模式适用于遭受风暴影响的海洋工程结构设计,特别是边际油田的开发建设.
【总页数】6页(P8-13)
【作者】董胜;樊敦秋;郝小丽
【作者单位】中国海洋大学工程学院,山东,青岛,266071;中国海洋大学工程学院,山东,青岛,266071;胜利油田钻井工艺研究院,山东,东营,257017;中国海洋大学工程学院,山东,青岛,266071
【正文语种】中文
【中图分类】U674.381
【相关文献】
1.标准椭圆封头强度设计中参数的选取 [J], 高智
2.我国现行标准对铝制铁路罐车的适用性评析及设计参数选取 [J], 冯戬君
3.海洋石油平台HVAC系统设计参数选取的思考 [J], 刁素仿
4.辽东湾海洋工程可靠性设计的海冰参数选取 [J], 马玉贤;关湃;许宁;许有良;袁帅;刘永青;于福祥
5.不同抗震标准下的海洋石油平台设计地震动参数研究 [J], 彭艳菊;唐荣余;吕悦军;沙海军
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海边技术指标公式
海边技术指标公式主要用于评估海洋环境中不同技术或设备的性能以及对海洋资源的利用情况。
这些指标是根据海洋环境的特点和相关技术参数制定的，对于科研工作者和工程师来说是非常重要的工具。
下面是一些常用的海边技术指标公式：1. 水文气象指标：海洋环境中的气象和水文条件对于海边工程和技术设备的设计和运行都有重要的影响。
一些常用的水文气象指标包括风速、海浪高度、潮汐高度等。
这些指标的公式可以根据具体的海洋环境和需求进行调整，但通常包括以下几个基本参数：风速指标公式：V = (V1 + V2 + … + Vn) / n其中，V表示风速，V1、V2、…、Vn表示不同时刻的风速，n表示风速样本的数量。
海浪高度指标公式：H = Hmax - Hmin其中，H表示海浪高度，Hmax表示最大海浪高度，Hmin表示最小海浪高度。
潮汐高度指标公式：T = Tmax - Tmin其中，T表示潮汐高度，Tmax表示最高潮汐高度，Tmin表示最低潮汐高度。
2. 海洋资源利用指标：海洋资源的开发和利用是海洋技术领域的核心问题之一。
为了评估不同技术或设备对海洋资源的利用效率，可以定义一些相关的指标。
以下是一些常用的海洋资源利用指标公式：渔业资源利用率指标公式：RU = (C / Q) * 100%其中，RU表示资源利用率，C表示渔获量，Q表示资源总量。
海洋能源利用效率指标公式：EE = (W / A) * 100%其中，EE表示能源利用效率，W表示能源产出，A表示投入的能源。
3. 水下设备性能评估指标：许多海洋技术设备需要在水下工作，因此需要评估其在水下环境中的性能。
以下是一些常用的水下设备性能评估指标公式：水下视距指标公式：D = √(2 * H * r)其中，D表示视距，H表示水下设备的高度，r表示水下环境的折射系数。
水下定位误差指标公式：E = |X - Y|其中，E表示定位误差，X表示实际位置，Y表示目标位置。
以上是一些常用的海边技术指标公式，这些指标可以帮助科研工作者和工程师更好地评估海洋环境中不同技术或设备的性能，提高海洋资源的利用效率。
风浪计算——精选推荐
波浪计算厂址一： 1.计算风速1.1当有海上风速资料时直接用海上风速资料计算。
1.2短缺海上测风资料时，可运用邻近岸站长系列测风资料，推求设计频率平均最大风速，一般不作岸站的海拔高度订正，而采用式的近似方法来确定海面设计风速。
陆海KV V 式中尺为风速增大系数，应通过陆上和海上或海岛上同步风速资料的对比分析求得。
若当地缺乏实际资料，海上风速增大系数尺可参考表1确定。
取值方法为：当陆上风速小时，K 值取大，反之，K 值取小；岸站离海岸距离远时，K 值取大，反之，K 值取小；海面距海岸距离按风区长度的0.5分风向不同重现风速（m/s ）这里都按K=1.1换算2.2风区长度和风时2.2.1风区,风时和风浪状态的定义风区：风速差不大于2—4m/s ，而风向差小于30度的风吹行的区域。
风区长度：计算点到风区上沿的距离为风区长度。
风时：在均匀风速下，连续吹刮的时间。
定常状态：在给定风速下，当海浪受制于风区长度F ，而海浪成长与风时无关。
这种海浪状态为定常状态。
（一般风区很短或计算点离风区上沿很近）。
过渡状态：当风区很大，在给定风速下，海浪成长受制于风时，此时海浪状态与风区无关，这种海浪状态为过渡状态。
（外海风区长度能达到几百公里）。
充分成长状态：在给定风速下，当海浪达到最大值时，此时，风输入给海浪的能量与涡粘消耗的能量达到平衡，海浪的尺寸与风区，风时无关，这种海浪状态称为充分成长状态。
2.2.2风区长度的确定: 1. 单一风向法运用海图或实测海域地形图，从计算点反风向对岸零米等深线起量，量至计箅点，作为单一方向风向的风区长度。
2. 等效风区法当水域狭窄、形状不规则或有岛屿等障碍时，风区宽度对波浪的成长是有影响的，若海底地形起伏较大，对波浪的成长也有影响。
等效风区长度是指在±22. 5°范围内各风距在主风向上投影的平均值，按(1)式计算。
∑∑=ααi2i2i cos cosF F （ i= 0， 士 1， 士2， 士3，…） （1） 式中^用图解法求得：从计算点沿主风向作一直线为主射线，i=0， α=0°，风距F沿主风向的距离；从计算点在主射线两侧士22. 5°范围内，每隔7.5°作一直线，其与主射线夹角为5.7⨯=i iα,沿射线到上风岸的距离即为F i。
海洋工程环境 3-3风速
风速设计值
年最大风速样本：考虑气候的季节性变化、海洋工程物 对一年内任意时间最大风速都要承受
重现期：
设计风速平均TR年出现一次，即TR年一遇的概率 具有一定出现概率的最大风速 TR越长，荷载越大，对结构设计标准越高，即安全程 度越高
确定重现期对应的年最大风速：
≤ x ≤
f X (x) aeea(x ) ea(x )
, a 为此概率分布参数
x – 特性
X
0.5772 a
X
6
1 1.2825 aa
数学期望(或称均值)
– 近似求X
E(X ) X
x
1 N
N
xi
i 1
均方差（标准差） X :
X
1 N
N i
设计风速 :
xd x PN X
– P与N 经验频率P等有关, P=m/(N+1)×100％=1/TR – m为累积出现次数
算例
1年一遇 10年一遇 30年一遇 50年一遇 100年一遇
最小设计风速
自存状态 ：51.5m/s (100kn) 正常作业状态：36m/s (70kn)
中国近海大风及最大风速的地理分布
东海沿岸大风最多 年最大风日数100～180天
黄、渤海次
年最大风日数20～30天 岛屿100天以上
南海
年最大风日数约10天 海岛40～90天
强风区：台湾海峡、巴士海峡西部、越南东南近海 风速：离岸越远、海上>沿岸陆地 冬季强风频率>夏季
渤海海峡等 历史最大风速40m/s 北风、偏北风
黄海（大连、青岛等） 历史最大风速34m/s
东海
3.3 风速计算
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文章编号: 100024882 (2005) 0120008206
中 国 造 船 SH IPBU ILD IN G O F CH INA
V o l. 46 N o. 1 (Serial N o. 168) M ar. 2005
海洋平台设计中的风浪参数选取标准
Α
-
(Α-
1) ]
G (x , y )
(7)
式中: A = exp (-
x
Ρ1
Λ1
)
,
B
=
exp (-
y
Ρ2
Λ2 )
。
将 (7) 式代入 (4) 式, 即得 PB GLD 模型。根据边缘分布函数的定义[9], 随机变量 X 和 Y 的边缘密度
函数可分别表示为:
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若 r12 为 x 和 y 之间的相关系数, 则 Α可按 (1 - r12) 1 2 进行估计[8]。 式 (5) 中随机变量 x 和 y 之边
缘分布如下:
G x (x ) = exp [
exp (-
x
Ρ1
Λ1
)
]
(6)
G y (x ) = exp [ -
exp (-
y
Ρ2
Λ2
)
]
式中, (Λi, Ρi, i = 1, 2) 分别表示随机变量边缘分布的位置参数和尺度参数。
对 (5) 式中的随机变量 x 和 y 求偏导数, 得到 x 和 y 的联合概率密度函数为:
g (x , y ) =
ΑΡ11 Ρ2A
11
ΑB Α (A
1
Α+
B
1
Α)
Α-
2 [ Α(A
1
Α+
B
1
Α)
本文以后报资料为基础, 针对我国渤海某区风暴过程的特点, 考虑风暴发生频次的影响, 将泊松二 维冈贝尔逻辑分布 (Po isson B iva ria te Gum bel L og ist ic D ist ribu t ion, PB GLD ) 用于极值风速与波高的 联合概率计算, 给出了A P I 三种定义的具体结果, 比较了多种统计模式所求得的设计荷载, 对我国海上 油气资源开发的环境条件设计标准提出了建议。
董 胜1, 樊敦秋1, 2, 郝小丽1
(1. 中国海洋大学工程学院, 山东 青岛 266071; 2. 胜利油田钻井工艺研究院, 山东 东营 257017)
摘要
以我国渤海某区 1970 年至 1993 年风暴过程的后报资料为基础, 提出了泊松二维冈贝尔逻辑分布, 并将 其用于风暴过程中伴生的风速与波高的联合概率计算, 给出了美国石油协会 (A P I) 行业标准有关环境条件三 种设计标准的具体做法。 基于新的统计模式, 同时提出了联合概率法设计标准。 比较了多种标准所得设计参 数的差异, 给出了适合工程所在海区的环境荷载参数。 计算结果表明, 新的统计模式适用于遭受风暴影响的 海洋工程结构设计, 特别是边际油田的开发建设。
a) 风速的拟合 b) 波高的拟合 图 1 边缘分布的原始冈贝尔分布拟合
3. 2 各样本的条件密度曲线
在样本 中, 当风速取百年一遇值 (28. 84m ·s- 1) 和五十年一遇值 (27. 50m ·s- 1) 时, 按照 (9) 式可
得波高出现的众值分别为 4. 68m 和 4. 43m。 而在样本 中, 当波高取百年一遇值 (4. 70m ) 和五十年一 遇值 (4. 53m ) 时, 按 (9) 式计算出风速出现的众值分别为 27. 92m ·s- 1和 25. 97m ·s- 1。样本 的风速为
46 卷 第 1 期 (总第 168 期) 董 胜等: 海洋平台设计中的风浪参数选取标准 9
2 PB GLD 模式
如果工程所在海区每年发生的风暴潮次数 n 是一个离散型随机变量, 其分布概率为 P k , 而每次风
暴过程中的极值风速及相伴出现的波高设为 (Ν, Γ) , 无风暴年份的风速及伴随出现的极值波高设为
eΚGx (u) g (u, v ) dudv )
-∞ -∞
(4)
若 g (x , y ) 符合混合型冈贝尔分布, 由 (4) 式可得二维的泊松2混合冈贝尔分布[7]。由于泊松2混合冈
贝尔分布使用的一个必要条件是: 两个随机变量之间的相关系数的取值范围在[ 0, 2 3 ]之间, 这就极大
地限制了模型的应用。因为在实际的海洋工程中, 极值风速与波高之间的相关系数会经常不满足上述条
式中: x 和 y 分别表示风速和波高; Α和 Β 对具体的导管架平台近似为常数, 此处取 Α和 Β 分别为 0. 44
和 20. 18。
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件。而边缘分布同为冈贝尔分布的冈贝尔逻辑模型却无此取值范围的限制。若 G (x , y ) 符合冈贝尔逻辑
分布, 其分布函数为[8 ]:
G (x , y ) = exp {-
[ exp (-
x
- Λp (-
y
- Λ2 ΑΡ2
)
]Α}
(5)
式中, Α表示随机变量 x 和 y 之间相关性的参数。
10
中 国 造 船
+∞
∫ f x (x ) = g (x , y ) dy
0
+∞
∫ f y (y ) = g (x , y ) dx
0
在 Y = y 的条件下, 随机变量 X 的条件密度函数为[9]:
f x y (x
y) =
g (x , y ) f y (y )
3 PB GLD 在海洋平台设计中的应用
学术论文
(8) (9)
对渤海某海区 1970～ 1993 年海洋环境条件的后报资料进行风速与波高的极值统计分析, 其中风速 值为海平面以上 10m 高度处 10m in 平均风速, 波高为有效波高。对数据的不同取样, 可获得以下 2 种样 本: 样本 以极值风速为主的、同时发生的波高组成的二维序列; 样本 以极值波高为主的、同时发生的 风速组成的二维序列。 3. 1 风暴发生次数与各样本的边缘分布
关 键 词: 船舶、舰船工程; 海洋平台设计标准; 泊松二维冈贝尔逻辑分布 中图分类号: U 674. 381 文献标识码: A
1 前 言
海洋平台长期作业于复杂海况之中, 海洋环境条件设计标准的选取成为决定平台安全、结构型式以 及工程造价的关键因素之一。面对诸多自然因素的作用, 我国现有海洋工程设计规范采用的标准没能考 虑多种环境因素联合出现的概率, 往往过高估计环境设计条件, 造成投资成本的增加, 甚至使得部分边 际油田难以开采。
首先假设风暴发生的次数从泊松分布, 采用 ς2 检验法进行统计检验[10]。 计算表明, 在显著水平 0. 05 时上述假设成立。对样本的各个极值序列以冈贝尔分布进行极值分布拟合, 见图 1, 图中 P 表示风 速或波高的发生概率, 采用 K2S 检验法进行统计检验[10]。结果表明, 在显著水平 0. 05 时原假设成立, 即 各边缘分布皆符合冈贝尔分布。
46 卷 第 1 期 (总第 168 期) 董 胜等: 海洋平台设计中的风浪参数选取标准 1 1
对样本序列 和 , 由上式可以得出相应的基底剪力序列 和 , 以冈贝尔分布进行拟合, 将不同 的重现期, 如 50 年、100 年和 200 年, 对应的重现值曲线亦绘于图 4 和 5。 在样本 中, 百年一遇的基底 剪力与联合概率等值线相切的点 (风速为 27. 35m ·s- 1, 波高为 4. 67m ) , 即是A P I 定义 2 规定的风速与 波高的合理组合产生百年一遇的基底剪力; 同理, 在样本 中, 波高 4. 50m 与风速 28. 20m ·s- 1的组合 产生百年一遇的基底剪力。
(2)
则称:
∑ ∫∫ ∞
F (x , y ) = P 0 Q (x , y ) + P k k
k= 1
y
x
Gx (u) k- 1g (u, v ) dudv
-∞ -∞
(3)
为离散型分布 P k 与连续型分布 G (x , y ) 构成的二维复合型极值分布[7]。在典型的风暴海区, 非风暴过程
20 世纪 80 年代以来, 海洋工程界逐步认可了基金联合概率的设计标准。 例如, 被国际标准化组织 ( ISO ) 认可的标准 A P IR P2A 2L R FD (1995) , 在定义极端条件风速、波高和海流荷载时, 给出以下三种定 义[1]: (1) 重现期为一百年的波高及“相应的”风速和海流; (2) 风速、波高和流速的任何“合理”组合, 其 结果得到百年一遇的组合平台响应, 如基底剪力或倾覆力矩; (3) 将百年一遇的风速、百年一遇的流速 以及百年一遇的波高进行组合。其中, 定义 3 是推算环境要素设计标准的传统方法, 即单因素设计法, 它 往往过于保守; 定义 1 中的“相应”一词的意义较模糊; 定义 2 中“任何合理组合”使得不同的设计者有不 同理解, 可能得到完全不同的结果。然而A P I 对前 2 种定义并未给出具体做法[1]。实际上, 定义 1 和 2 都 是基于联合概率的方法, 而多维非正态、相关变量的联合概率模型的构造和求解, 一直是人们不断研究 的热点问题之一[2～ 7]。目前, 这方面的成果可归纳为以下三类: (1) 随机模拟法。基于重点抽样法[3], L iu 对风、浪、流作用下的海洋平台设计荷载标准进行了计算[4]。(2) 结构响应法。由于重点抽样法存在非单 一解的困难, 有人转而统计某种结构响应, 如风、浪、流联合作用的倾覆力矩[5], 从而确定多年一遇的环 境条件设计标准。(3) 多元极值理论。Yue 等将二维冈贝尔分布用于水文中的概率分析[6]; L iu 等提出了 二维泊松混合冈贝尔分布并用于嵊泗海区台风海浪的计算[ 7 ]。