桩柱最大水平波浪力的一种新计算方法.pdf

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1、第35卷第10期2013年10月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．10Oct．，2013桩柱最大水平波浪力的一种新计算方法张天宇，朱克强，徐为兵，王自发，张洋(宁波大学海运学院，浙江宁波315211)摘要：从Morison方程出发，对其进行适当变形、推演，最终得到一种可直接计算近海平台支撑物所受最大水平波浪力的计算方法。通过实例计算，得出不同情况下最大水平波浪力。将该计算结果与经典计算法所得结果进行对比，在实际情况下，该算法与经典算法所得结果相近。在工程项目初始阶

2、段，可使用该方法进行综合估算。关键词：桩柱；最大波浪力；Morison方程中图分类号：TV312文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)10—0038—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．10．009ResearchonanewcalculationmethodofthemaximumwaveforceoncylindersZHANGTian·yu，ZHUKe—qiang，XUWei—bing，WANGZi-fa，ZHANGYang(TheMaritimeFa

3、culty，NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：Inthispaper，ananalyticalsolutionforthedirectcalculationofthemaximumwaveforceonasupportofanoffshoreplatformisrealizedthroughformuladerivationandtheoreticalanalysisofMorisonequation．Withtheanalyticalsolution，

4、thepapercalculatesthemaximumwaveforceofapplicationexamples，andbecomparedwiththeresultsofthetraditionalmethod．Thenumericalexamplesshowthattheresultswhicharecalculatedwiththemethodproposedinthispapercanbeestimatedasequaltotheresultswhicharecalculatedwiththetr

5、aditionalmethod．Thesolutionallowstheestimateofusefulsynthesistobearrivedatinthepreliminaryphaseoftheproject．Keywords：cylinder；maximumwaveforce；morisonequation0引言大多数情况下，海洋中垂直桩柱多为圆剖面型桩柱，该圆剖面型桩柱是近海平台支撑结构的基本组成部分。计算小直径桩柱所受波浪力的最常规方法是通过Morison方程计算其大小。因此很大一部分研究都是基于

6、对Morison方程进行深入分析得到的。由于雷诺数Re(Reynolds)与邱卡数K(Keulegan—Carpenter)间的比例关系通常超过104，可以假设惯性系数与阻力系数的近似值¨1。由SarpkayaT和IsaacsonM于1981年发表的论文可知，取C。的近似值为1．85，取c。的近似值为0．62¨1。这组数已被Sumer和Fredsoe于1997年证实¨。。但在K的取值(5，20)范围内，C。的渐近值将小于1．85，C。的渐近值将大于0．62¨1。自海床至海洋表面(对于突出海洋表面的桩柱为海床至

7、波面)，作用在桩柱上的瞬时横向力来源于几个分力的合力，各分力可由Morison方程算得。该力的最大值在某一瞬间将出现在平衡位置与波峰之间。在此阶段，惯性力分量与阻力分量有相同的方向。在合力作用下，波浪间的相关性导致其更加复杂，因此在实际设计中，波浪力的最大值多采用数收稿日期：2013—03—05；修回日期：2013—04—07基金项目：国家自然科学基金资助项目(11272160)，宁波市学科项目(szxll066)作者简介：张天宇(1989一)，男，助理研究员，主要从事船舶与海洋工程结构动态响应研究。第10期

8、张天宇，等：桩柱最大水平波浪力的一种新计算方法·39·字表示法。GiuseppeBarbaro于2007年提出一种可直接计算近海平台支撑物上所受最大水平波浪力的计算方法。本文将从Morison方程出发，最终得到直接计算桩柱最大波浪力的表达式。如今，计算机可以很便捷地算得桩柱的最大合力。此方法在分析综合体时具有绝对的优势，这在设计的规划阶段尤为重要。事实上，在许多实例中，此分析方法可以使人们简单并清楚