[发明专利]一种多波况大尺寸固定式海工平台水平力计算方法

说明书

本发明涉及一种多波况大尺寸固定式海工平台水平力计算方法，属于海岸、洋工程和桥梁工程技术领域。该方法包括：获取大尺寸海工平台相关数据；计算大尺寸海工平台水平力；根据当地海域的流速条件及桥墩结构对大尺寸海工平台水平力进行依次修正，得到最终波流联合作用下的大尺寸海工平台水平力。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和水流作用力，计算得到的水平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。该计算方法对海岸、洋工程设计有较高的指导作用。

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，特别涉及一种多波况大尺寸固定式海工平台水平力计算方法。

背景技术

海工平台在海工结构物中起到承上启下的作用，是海工结构物设计和施工中的关键环节。海工平台一般设置海水表面，波浪和水流作用明显。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，推动了越来越多海工结构物的兴建，海工结构物尺寸也在不断加大，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也越来越恶劣和复杂，海工结构物建设面临重大技术挑战。同时近年来，随着全球气候变暖等因素的变化，极端性天气事件增多，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。对于复杂重要的海工结构物，在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水平力，但该过程耗时长，费用较高，且需要专业机构进行研究。

目前，基于规则波的波浪载荷研究基于规则波的方法又称为设计波法，它是根据平台结构工作海域的特点，人为地选用一个波浪理论描述波浪的响应特征，然后利用一般的Morison公式计算。这种方法计算简便，理论发展相对成熟，现仍经常为海洋工程设计采用，也是我国规范中所规定的波浪力计算方法之一。但是由于它根据理想化的规则波计算波浪力，不能完全反映实际海况对平台的作用力，同时Morison方程只适用于小尺寸结构物，对于大尺寸结构物并不适用，在实际使用过程中关键参数还需通过查图表得到，人为影响因素大。同时，设计波法在计算过程中波高是确定的，周期往往不确定，一般取平均周期，并不是最不利周期，实际应用过程中往往会造成海工平台水平力偏小。

不规则波浪载荷的方法是建立在统计特征上的，这种方法没有确定的波浪公式，而是把实际海面上的不规则波浪认为是由许多具有随机相位的简单波叠加而成。许多文献使用这种波浪流载荷模型进行结构动力响应的时域模拟，这种模型的缺点是计算量过大，计算人员计算任务繁重，不利于在工程中推广应用。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术存在问题，提供一种多波况大尺寸固定式海工平台水平力计算方法，该计算方法适用性强，考虑因素多，计算方法简单，易操作，能够快速地计算出多种波浪条件下大尺寸固定式海工平台水平力。

本发明提供的技术方案是：一种多波况大尺寸固定式海工平台水平力计算方法，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，获取大尺寸海工平台附近海域的水位、流速及波浪资料；

步骤二：计算大尺寸海工平台水平力，计算公式如下：

式中：为流速为0时大尺寸海工平台水平力；α为水平力系数；β为公式系数；k为波数，k＝2π/L，L为波长；b为海工平台长度的1/2；ρ为水体密度；g为重力加速度；H为波高；l为海工平台宽度；d为水深；z_top+d为海工平台顶面到海底距离，若海工平台顶高于水面，则z_top＝0；z_bot+d为海工平台底面到海底距离；

步骤三：根据当地海域的流速条件对大尺寸海工平台水平力进行修正，得到流速影响下的大尺寸海工平台水平力；