浅海石油平台风浪设计准则的比选.pdf

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1、第43卷第6期2013年6月中国海洋大学学报PERl0DICAL0F0CEANUNIVERSITYOFCHINA43(6)：098～102Jun．，2013浅海石油平台风浪设计准则的比选+樊敦秋1’2，董胜一(1．中国海洋大学212程学院，山东青岛266100；2．胜利石油管理局钻井T艺研究院，山东东营257017)摘要：固定式平台是近海区域海洋石油开采的主要装备。由于渤海地区水浅，且纬度相对较高，经常遭受台风与寒潮的影响。为了描述灾害性天气对平台的作用，本文提出了泊松型二维逻辑极值分布，将其用于海洋结构设计中极值风速与波高的联合概率计算，实现了美国API标准提出的3种风

2、浪参数设计准则。并以石油平台的基底剪力为例，进行了计算对比。算例表明，与传统的单因素设计标准比较，新的分布模型可以反映风速与波高对海洋结构的联合作用，使得基底剪力设计值降低。关键词：泊松二维逻辑极值分布；海洋环境；动力条件；天气过程；石油平台中图法分类号：P751文献标志码：A文章编号：1672—5174(2013)06—098—05在海岸及近海工程设计中，环境条件的大小在很大程度上决定了平台结构的规模与投资。根据现有的工程设计规范，环境荷载设计参数是在各种外界自然条件分别统计的基础上，采用各自50年一遇或100年一遇的值作为设计标准。由于它们出现的概率很低，其同时发生的

3、可能性更小。有研究表明[1]，对于固定式平台结构，风、浪、流各自选取50、100、200年重现值作为设计荷载时，所得平台的整体倾覆力矩比考虑三者同现概率影响的值高出17％～21％。由于设计条件的提高，使得部分油田，特别是边际油田，往往因投资成本过高而放弃开采。近年来，多种环境条件联合设计标准的研究引起国内外研究者的广泛关注。Liu等[2]采用重点抽样法估计海洋平台的风浪流荷载参数；在多元统计理论的应用方面，Yue[3]将二维冈贝尔分布用于水文中的概率分析；Liu等[4]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；Repko等[5]假设有效波高与波陡相互独立的

4、假设，研究了波高与峰值周期的联合分布；Bitner—GregersenE6]研究了具有风浪和涌浪成分海域的波高与风速的联合分布；Dong等[7]采用泊松二维冈贝尔分布计算了风浪的联合概率；LeiraE8]研究了海洋工程极值统计中的二维威布尔分布；Dong等[9]采用二维最大熵分布研究了风浪的联合设计标准。在台风等灾害性天气过程中，与最大波高伴随发生的风速通常不是最大值，同样，与最大风速伴随发生的波高通常也不是最大值。因此，近似采用同一过程中出现的最大波高与最大风速作为过程同现极值，虽然有一定误差，但估计得到的联合重现值偏大，对于海洋工程设计是安全的。本文根据渤海海域灾害性

5、天气出现的特点，首先提出泊松型二维逻辑极值分布，然后将其用于风、浪联合概率的计算，再以平台基底剪力为例，给出了API标准的几种设计准则[10

6、，并进行了工程设计参数的比较分析。1PBLEVD模式假设渤海地区每年的风暴潮次数咒为一离散型随机变量，其分布概率为P。，而每次风暴过程中的极值风速与极值波高设为(￡，刁)，无风暴年份的极值风速与极值波高设为(亭，y)。设(e，77)和(e，y)为二维连续型随机向量，二者的联合概率分布函数分别为G(x，y)和Q(z，y)。(车，叩)的联合概率密度函数为g(x，y)；车的分布函数为G(z)。设(e，孕)为(亭，叩)的第i次观测值，，z为

7、与(S，77)独立的取值为非负整数的随机变量，其分布函数记作：fP{n—k)一P女，忌一0，1，⋯1∑P。一lq’定义随机向量(X，y)(x，y)一j‘}，)，)’咒一o(2)l(max拿。，maxT／i)，竹≥1*基金项目：国家自然科学基金项目(51279186)；国家重点基础研究发展规划项目(2011CB013704)资助收稿日期：2012—11—15；修订日期：2013—02—10作者简介：樊敦秋(1968一)，男，博士生。E-mail：fandunqiu@126．COrn**通讯作者：E-mail：dongsh@OUC．edu．cn则称100协刑絮黧-嚣淼搿嚣篡纛

8、戮髹嚣要荔：H松分布，平均每年出现的风暴次数为叉’。3’氏张札州：F(z，3f)：P。．Q(z，3，)+蚤[一麓。口(z，y’](4’F(z，y)一一P0．El-Q(z，y)]+善[一翁。ph，y浦)J离缨鬣暑：)糕勰萋主磐篇当搭溉翟嚣赛器兰筠：赢cⅢ满舻F(‘譬’奠茹里拦∥hc磊zF(xexpA，y)5I一^L1u、。’J7’若随机变量z和y之边缘分布为广义极值分布’q(y)一eXp[川+＆学)一蝴‘8’意：篓麓警翕嚣鬟譬菱骘薯喜竺位置参数、尺度参数和形状参数。则b。函y川q口一维逻辑分布，其分布函数为‘111：G(圳)：e