[发明专利]基于试验特定风剖面修正到任意风剖面的海洋平台风荷载预报方法

摘要

一种基于试验特定风剖面修正到任意风剖面的海洋平台风荷载预报方法，该方法首先，基于设计风速对应的目标NPD风剖面模型和建筑结构四类场地风剖面模型选择试验用的成熟模拟风剖面模型；其次，根据流场进入紊流状态一定范围内结构广义体系系数基本不随雷诺数或风速变化确定试验风速，在此基础进行风洞试验并计算风荷载预报系数；最后，根据目标风剖面下结构整体体型系数与试验选定风剖面下结构整体体型系数一致的原则确定预报风荷载系数修正并建立其修正系数计算方法。该方法不需要进行设计风速对应的目标NPD风剖面模型的调试模拟，节约调试模拟时间，提高结构风洞试验工作效率，节约成本。

主权项

1.一种基于试验特定风剖面修正到任意风剖面的海洋平台风荷载预报方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：根据海洋平台结构的设计风速U₀；/n步骤2：确定目标风剖面模型/n根据步骤1确定的设计风速U₀和NPD风剖面模型，确定设计风速U₀对应NPD风剖面模型的模型参数；根据该NPD风剖面模型与风洞实验室已模拟成熟的四类场地风剖面模型比较，选择最接近的一个风剖面模型作为进行海洋平台结构风洞试验的目标风剖面；/n步骤3：测试、验证目标风剖面模型/n在风洞实验室模型试验段进行尖劈、粗糙元、格栅布置，布置完成后进行风剖面测试，验证测试结果与目标风剖面模型的合理性，误差在要求的误差范围内则风剖面模型模拟完成；/n步骤4：确定海洋平台结构风洞试验试验风速/n在目标风剖面模型的测试、验证完成之后，安装海洋平台结构模型，安装后进行海洋平台结构模型变风速测力试验，根据变风速测力试验结果计算结构体型系数与风速或雷诺数的变化曲线；并根据该曲线判断流场进入紊流状态的临界风速或临界雷诺数；根据流场进入紊流状态雷诺数相似准则自动满足的原则，因此试验风速大于临界风速雷诺数，相似准则自动满足，则可根据临界风速确定试验风速；/n步骤5：进行海洋平台结构模型风荷载测力试验/n根据步骤4确定的试验风速对海洋平台结构模型进行吹风测力试验，根据试验要求完成所有工况对应的测力试验，为所有工况的对应风荷载预报系数确定提供基础；/n步骤6：计算风荷载预报系数/n根据风荷载计算模型得到结构模型风力计算公式：/n /n其中，ρ为空气密度；C_S为结构体型系数；A_i为距离地面高度为z_i处的结构模型迎风面积；V(z_i)为距离地面高度为z_i处风速，根据试验风速和式(1)计算，n为结构模型沿高度分层数量；i为结构的分层序号；/n距离地面高度为z_i处风速V(z_i)可根据选择的目标风剖面计算，即：/n /n其中：V(z)为任意高度Z米处的风速，单位为m/s；V₀为标准高10米处的基本风速，单位为m/s；α为地面粗糙度指数；/n结合式(1)和式(2)得结构模型风力计算公式：/n /n将式(3)结构模型的荷载转换到结构原型，得结构原型风力计算公式：/n /n其中，γ为模型比尺；/n根据式(4)定义结构原型的风力预报系数：/n /n其中，F_c为试验测得风力，V₀为风载荷试验时海平面上10m高处试验风速；/n同理确定力矩的预报系数：/n /n其中：M_c为试验测得风力矩；/n结构原型风荷载预报公式为：/n /n /n其中，F_y、M_y为根据U₀预报的风力、风力矩；U₀为海平面上10米处的时均风速；/n步骤7：确定风荷载预报系数的修正系数/n将反应建筑结构指数律风剖面特性的荷载预报系数修正为反应NPD风剖面特性的荷载预报系数；/n对于海洋平台结构，风剖面模型为NPD模型，也即是海面上z(m)处相应时均风速U(z):/n /n其中，U₀为海平面上10米处的时均风速；/n结合式(1)和式(8)，基于NPD风剖面得到海平面上10m高处试验风速为V₀的结构模型风力计算公式：/n /n根据式(3)得结构体型系数：/n /n当F_z为结构模型的测量风力时，结构模型风力计算公式为：/n /n将式(5)中的F_c换为F_n，则确定风力预报系数反应NPD风剖面特性，则其计算公式为：/n /n令风力预报系数的修正系数为：/n /n同理可得风力矩预报系数的修正系数为：/n /n根据式(2)和式(5)则考虑修正的风力预报系数为:/nC_Fn＝C_Fc(V₀,U₀)C_F (15)/n同理可得考虑修正的风力矩预报系数为：/nC_Mn＝C_Mc(V₀,U₀)C_M (16)/n步骤8：海洋平台结构设计风荷载预报/n根据预报风荷载系数修正系数的计算方法对预报荷载系数进行修正，在此基础根据设计风速对设计荷载计算预报，其中，风荷载预报公式为：/n /n /n