海洋平台结构设计课件第二章 设计荷载

（3）撞击力
1）船舶靠泊时的撞击力计算
有效动能：引起船舶、平台及防冲设施变形的能量。
Fmax
Cd
m C1 C2 C3
C d C s C m Ce
r 0.2 ~ 0.25L
r2 Ce 2 r a2
Cd —— 有效动能系数 Cs —— 船壳变形系数，一般取为0.9 Cm —— 附加质量系数 Ce —— 偏心率，即考虑船舶回转而对船舶能量的折减系数 r —— 船舶回转半径 L —— 船长 a —— 船舶重心与撞击接触点之间的距离 C1 —— 平台的变形系数 C2 —— 防冲设施的变形系数 C3 —— 船体的变形系数
b. 作用于船体表面的摩擦力Fm：
Fm 1.37 Au 2
h A LB 1.22 t 0.46 Cb 0.765 B
K ——绕流系数 u ——海流速度 Á ——船体浸水部分表面积 L ——船长 B—— 船宽 ht—— 船舶吃水 Cb—— 方形系数
K n F0 n1 cos cos
（当风向垂直于船舶纵轴时） F0 KpA
（当风向垂直于船舶纵轴时）
Kn ——各系船柱受力不均匀系数 F0 ——作用于船体上的风压力 K —— 船舶的风载体型系数 p —— 风压强度 A ——船舶的空载横向受风面积 n ——风向垂直船舶纵轴时，实际受力的系船柱最少数目 n1—— 风向平行船舶纵轴时，实际受力的系船柱最少数目 ɑ —— 系船缆的水平投影与平台靠船装置前沿线的夹角 β —— 系船缆与水平面的夹角
第二章பைடு நூலகம்
第一节
设计荷载
设计荷载分类
按建造、安装和使用期间海洋平台所经受荷载的性质对作用于海 洋平台上的荷载进行分类。 固定荷载
使用荷载
活动荷载 吊装力
设计荷载
装船力
施工荷载
运输力 下水力和扶正力
环境荷载
地基的反作用力
一、使用荷载
定义：平台在使用期间，除环境荷载以外的各种荷载。
作用在平台水下部分的浮力 结构自重 防腐阳极块重量 附属结构重量 固定荷载 机械设备重量 管道重量 使用荷载 容器重量 可变荷载 活动荷载 动力荷载
结 构 在 空 气 中 的 重 量
可变荷载：荷载的大小或位置随时间缓慢变化的荷载，一般 按静荷载处理。 动力荷载：随时间而变化具有显著的动力性质的荷载，包括 循环荷载、冲击荷载及事故荷载。通常把动荷载乘以一个动 力放大系数，把动荷载转化为等效静荷载。
对使用荷载进行分类主要在于为构件的强度和稳定设计 提供最危险的荷载组合。
Fj
Fj
K j F0
K j F0 n
l
（防护设施连续布置） （防护设施间断布置）
Kj —— 挤靠力分布不均匀系数，取为1.1 F0 —— 作用于船体上的风压力 l —— 船舶直线段与码头接触的长度 n —— 与船舶接触的防护设施数目 Kj —— 各接触点挤靠力分布不均匀系数，取为1.3
2）系泊时波浪作用引起的撞击力计算
求解撞击力的关键是确定波浪作用下船舶撞击结构物的法向速度un。 法国平台设计规范推荐的计算船舶最大撞击力的公式：
H Fmax 26 0 . 05 2 gT
H —— T —— Δ —— g —— 船舶停靠时，最大波高 船舶停靠时，波浪的最大周期 可能停靠于平台的船舶满载排水量 重力加速度
将海流对船舶的作用力F分解： 垂直于船舶纵轴的力FN： FN FD Fm sin 平行于船舶纵轴的力FT： FT FD Fm cos
垂直于船舶纵轴的力F： F 平行于船舶纵轴的力F： F
K n FN n sin cos
K n FT n1 cos cos
二、施工荷载
定义：平台在施工期间所受到的荷载；它是发生在建造、装 船、运输、下水和安装等阶段的暂时性荷载。
1. 吊装力
确定吊装力时，应考虑作用于结构上的力的特性。 （1）为补偿可能发生在吊点上的任何侧向荷载，应加上与静吊索荷载同 时作用的大小为5%的静吊索荷载的水平力 （2）应考虑重物由于运动而产生的动力荷载和其它因素引起的额外荷载 （3）对吊点构件设计，应取荷载系数去乘所得到的静荷载
2）海流作用产生的系缆力F
船舶系泊于平台时，作用于船体上的水流力包括形状阻力和表面摩擦阻力。 a. 作用于船体水下部分的形状阻力FD：
FD Ku 2 A sin
A 0.9 Lht
K ——绕流系数 u ——海流速度 A ——水线以下船体侧面投影面积 L ——最大船长 ht—— 平均吃水深度 γ —— 海流流向与船舶纵轴的夹角
工作区 生产储存区
≥4kN/m2
≥8kN/m2 ≥14kN/m2
冲击荷载
2.直升飞机着降荷载
（1）直升飞机着降通常以制造厂家提供的数据作为设计依据 （2）直升飞机降落荷载约为其最大起飞重量的2～3倍 （3）《海上固定平台入级与建造规范》规定：直升飞机降落时 的冲击荷载不得小于直升飞机最大起飞重量的3倍
设计时使用荷载主要包括：甲板荷载、直升飞机着降荷载、 船舶停靠平台时的停靠荷载。
1.甲板荷载
（1）甲板荷载主要取决于布置在甲板上的工艺设备、机械设备、生活和生 产设施，以及其他的备用品和补给品 （2）根据工艺布置绘制甲板荷载分布图，明确相应作业工况下甲板上各部 分的最大均布荷载和集中荷载值
甲板上均布荷载 住所、走道
3）波浪作用下的系缆力F
波浪作用对系缆力的影响较大，它与波浪要素、船舶动力特性有关。 用布赖恩公式对其值进行初步估计： F 8.97
H 2 L sin 2
2
H ——波高 F0 ——作用于船体上的风压力 θ —— 船舶仰俯角 L —— 最大船长
（2）挤靠力
定义：停靠在平台的船舶受风、流或冰的作用，通过防冲设施传递给靠 船结构物且方向指向结构物的作用力。 当风向垂直于船舶纵轴时的挤靠力Fj：
3.船舶停靠荷载
系缆力
船 舶 停 靠 荷 载
由于风和流的作用，通过系船缆 作用在平台上的力
挤靠力
由于风和流的作用，使停靠在码 头的船舶直接作用在平台上的力
撞击力
船舶靠岸或在波浪作用下撞击平 台时产生的力
河海大学 港口海岸与近海工程学院
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（1）系缆力
1)风产生的系缆力F
F
F
K n F0 n sin cos