[发明专利]一种大尺寸固定式海工平台波浪垂向力计算方法

说明书

本发明涉及一种大尺寸固定式海工平台波浪垂向力计算方法，属于海岸、海洋工程和桥梁工程技术领域。包括：获取大尺寸海工平台相关数据；根据水位和海工平台顶高程相对关系，计算大尺寸海工平台为半淹没和全淹没的垂向力。该计算方法能够较好地预测大尺寸海工平台在恶劣海况中所受的波浪作用力，计算得到的垂向力和物理模型试验结果以及数学模型计算结果相接近，与传统的物理模型和数学模型相比，节省了时间成本和试验成本，有较高的经济性。该垂向力计算方法对海岸、洋工程设计有较高的指导作用，对已建海岸、洋工程安全性能够起到很好的校核作用，在海岸、洋工程防灾减灾领域具有很好的应用价值。

技术领域

本发明属于一种海岸、海洋工程和桥梁工程技术领域，特别涉及一种大尺寸固定式海工平台波浪垂向力计算方法。

背景技术

波浪垂向力是海工平台设计的重要荷载之一。近年来随着海洋的不断开发及我国交通、能源、渔业、国防等事业的快速发展，推动了越来越多的海工结构物的兴建，且海工结构物尺寸不断加大，屡屡刷新记录，并规划不断往外海域、深海域发展。随着水深不断增加，跨海桥梁、海洋风电平台、海洋石油平台等大尺寸海工结构物所处的海域环境极其恶劣和复杂，海工结构物建设面临重大技术挑战。近年来，随着全球气候变暖等因素的变化，极端性天气事件增多，热带气旋中生成台风(包括台风、强台风、超强台风)的比例升高，沿海地区登陆的台风呈频率增加、强度增大的态势，海工结构物面对的海况越来越恶劣，海工结构物的安全形势变得越来越紧张。

海工结构物上的波浪荷载计算是一个复杂问题，尤其是大尺寸海工平台，由于处于静水位附近，当波峰到来时，其可能处于淹没状态或半淹没状态，有时伴有波浪破碎；当波谷到来时，海工平台可能处于半淹没状态或完全露出水面，同时，结构物附近产生涡旋。波流联合作用下的大尺寸海工平台垂向力是目前海岸、洋工程领域的难点，由于缺少成熟的计算公式，在海工结构物设计阶段，需通过专门的波浪水流数学模型或物理模型试验来确定大尺寸海工平台所受的垂向力，但该过程耗时长，费用较高，且需要专业机构进行研究。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术存在问题，提供一种大尺寸固定式海工平台波浪垂向力计算方法，该计算方法适用性强，考虑因素多，计算方法简单，易操作，能够快速地计算出波流联合作用时大尺寸海工平台垂向力。

本发明提供的技术方案是：一种大尺寸固定式海工平台波浪垂向力计算方法，包括如下步骤：

步骤一：获取大尺寸海工平台截面形式、尺寸以及海工平台顶底高程数据；

步骤二：获取大尺寸海工平台附近海域的水位、流速及波浪资料；

步骤三：根据水位和海工平台顶高程相对关系，

当大尺寸海工平台为半淹没时(海工平台顶在静水位以上，海工平台底在静水位以下)，大尺寸海工平台垂向力计算公式为：

式中，为大尺寸海工平台垂向力；A为海工平台面积；ρ为水体密度；g为重力加速度；H为波高；k为波数，k＝2π/L，L为波长；z为海工平台底距静水位高度，负值；d为水深；α为水深系数，取α＝0.8～1.2；β为衰减系数，取值范围为0.5～1.5，其中矩形海工平台β值小于圆形海工平台；b为海工平台长度的1/2；

当大尺寸海工平台为全淹没时(海工平台顶在静水位以下)，大尺寸海工平台垂向力计算公式为：

式中，系数ε取8.0～10.0；σ为公式系数，取0.7～1.0；λ为变化系数，取1.0～3.0。

进一步的，对于规则波而言，当有明确的波高和波长时，直接采用波流联合作用时大尺寸海工平台垂向力计算公式计算；若波高值确定，波长不确定，同时缺少实测的波高时间序列和波浪谱资料，则海工平台半淹没状态下波长可假定无限长，全淹没状态下波长L＝2πb/σ。