5浮式结构设计与分析-深吃水沉箱式SPAR
流体中浮式结构物水动力响应分析
流体中浮式结构物水动力响应分析关键词：floating struction; hydrodynamic; fluid浮式深海平台的水动力特性问题的深入研究，可以为我国油气勘探开发系统装备的设计、制造与应用提供技术支持，提高我国未来在深水油气勘探开发中使用浮式平台的技术水平和安全性，并在国际深水资源开发领域的学术高地上占有一席之地。
理论分析方法、数值计算方法和流体实验方法是流体力学科研工作中最常用的三种方法。
这几篇文章都是利用数值方法，分析结构物在流体中受到的作用，并分析了影响作用的因素。
几篇文章分别根据不同的工程背景，从并行布置的圆柱绕流、水坝竖直闸门的水压力、规则波中张力腿平台的流体响应、电机轴承系统支承结构这几个不同角度分析了流体与结构物的作用以及结构物的流体响应。
一般首先进行数学分析，考察问题中所涉及的变量，列出控制方程；然后进行建模，建立模型的时候采用有限元方法；接着确定模型参数；设置边界条件；绘制网格；进行数值计算。
分析影响电机轴承系统的基础和支承结构的因素的时候，数学推导过程中运用利用整体体积、阻尼系数和固有频率等模态参数。
采用有限元方法建立轴承模型和基础模型。
基础的模型参数是由响应函数和各自的傅立叶转换估计得来的，实验验证它是正确的。
综合考察电机轴承系统和基础完成了整个系统的频率响应分析。
并行布置的圆柱绕流的水动力系数评估中。
利用有限体积法用来研究水动力系数。
为了证实这种数值方法的适用性，举了一个分层粘性流体绕单个圆柱的例子，结果与原先公开的数据相一致。
仔细考察发现五种不同的涡流模型可以很好地描述水动力系数的改变，也可以用来解释两个绕流圆柱周围的流场。
考虑流体与建筑的影响下的竖直闸门的水压力时。
运用有限元法研究了连接在一个钢制水坝且受到地面加速度影响的竖直闸门的水压力，研究了波浪对建筑作用的水动力，包括来波频率、流体的可压缩性和动压下闸门的变形。
基于沉箱浮游稳定性计算原理的浮码头横稳性计算方法
2021年3月第3期总第580期水运工程Port & Waterway EngineeringMar. 2021No. 3 Serial No. 580基于沉箱浮游稳定性计算原理的浮码头横稳性计算方法张兴旺（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）摘要：浮码头中的浮箱横稳性关乎旅游码头运营安全及游客人身安全。
JTS 165-7—2014《游艇码头设计规范》发布之前，工程设计中浮箱横稳性计算均采用重力式沉箱浮游稳定性计算原理。
在梳理沉箱和浮箱计算原理的基础上，采用理论 分析、公式推导、工程案例验证的研究方法，证实了浮箱横稳性计算采用重力式沉箱浮游稳定性计算原理是合理可行的。
研究成果对后续研究及设计工作具有重要的参考价值。
关键词：横稳性；浮游稳定性；浮码头中图分类号：U 656文献标志码：A文章编号：1002-4972（2021）03-0058-06Calculation method of horizontal stability of floating wharfbased on calculation principle of caissons floating stabilityZHANG Xing-wang(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Beijing 102600, China)Abstract ： The horizontal stability of the pontoon in the floating wharf is related to the operation safety of thetourist wharf and the personal safety of tourists. Before the issuance of JTS 165-7一2014 Code for design ofmarinas, the calculation principle of the floating stability of the pontoon in the engineering design was based on the calculation principle of the floating stability of the gravity caisson. Based on combing the calculation principles ofcaissons and pontoons, this paper uses the research methods of theoretical analysis, formula derivation andengineering case verification to verify that it is reasonable and feasible to calculate the floating stability of pontoons by using gravity caisson floating stability calculation principles. The research results of this paper have importantreference value for the follow-up research and design work.Keywords ： horizontal stability; floating stability; floating wharf20世纪90年代飞速发展的游艇产业掀起了 游艇码头的建设热潮[1],国内已建游艇码头多采用浮码头结构形式 。
沉箱码头稳定验算和内力计算
沉箱码头稳定验算和内力计算码头稳定性验算（一）作用效应组合持久组合一：设计高水位（永久作用）+堆货门机（主导可变作用）+波谷压力（非主导可变作用）持久组合二：设计高水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作用）+堆货门机（非主导可变作用）短暂组合：设计高水位（永久作用）+波峰压力（主导可变作用）不考虑地震作用去1（二）码头延基床顶面的抗滑稳定性验算根据《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290-98）第3.6.1规定应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变时：按（JTJ290-98）中公式（3.6.1-4）计算。
01()()E H E qH P B G E V E qV u BU dE E P G E E P fγγγψγγγγψγγ++≤+++应考虑波浪作用，波浪力为主导可变时：()()f E P E G E P E qV E Bu u V E GdqH E B P H E ψγλγγγψγγγγ+++≤++1o短暂组合情况，按《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98）公式5.2.7计算f P G P Bu u G B p )(0λλλλ-≤式中：o γ——结构重要系数，一般港口取1.0；E γ——土压力分项系数；取1.35 PW γ——剩余水压力分项系数；取1.05 PR γ——系缆力分项系数；1.40ψ——作用效应组合系数，持久组合取0.7；V H E E 、——码头建筑物在计算面以上的填料、固定设备自重等永久作用所产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值；W P ——作用在计算面以上的总剩余水压力标准值； RH P ——系缆力水平分力的标准值；qV qH E E 、——码头面上的可变作用在计算面上产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值；RV P ——系缆力垂直分力的标准值；G γ——结构自重力的分项系数，取1.0；G ——计算面以上的结构自重力标准值；f ——沿计算面的摩擦系数设计值，查表可得0.6，胸墙0.55d γ——结构系数，不考虑波浪作用，取1.0（三）码头延基床顶面抗倾稳定性验算根据JTJ290-98第3.6.3规定应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变时，按JTJ290-98公式3.6.3-4计算：()()PBu u Eqv E EV E G GdPB P EqH E EH E o M M M M M M M ψλγγγγγγγγ+++≤ψ++1应考虑波浪作用，且波浪力为主导可变作用时，按JTJ290-98公式3.6.3-3计算：()()E q VE PBU U EV E G GdEqH E PB P EH E o M M M M M M M ψλγγγγγγγγ+++≤ψ++1短暂组合情况，按《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98）公式5.2.5计算 G G dPBu u PB P M M M λλλλλ1)(0≤+抗倾稳定性见表抗滑稳定性计算表组合项目土压力为主导可变作用时0()E H E qH P B E E P γγγψγ++1()G E V E qV u BU dG E E P fγγγψγγ+++结论qHEψP γB P 结果d γG γGfV EqVEu γBU P结果组合11 1.35432.8820.92 0.7 1.2179 730 1.11 3273.23 0.6 110.7 97.21 1.3 0 1938.4稳定组合项目波压力为主导可变作用()qH E B P H E E P E ψγγγγ++o 短暂组合Bp P λλ0()fE P E G qV E Bu u V E Gdψγλγγγ+++1f P G Bu u G )(λλ-结论qHEψP γB P结果d γG γGfV EqVEu γBU P结果组合2 1 1.35 432.88 20.92 0.7 1.2 179818 1.1 1 3273.23 0.6 110.7 97.21 1.3 0 1917 稳定短暂组合11.3520.92/1.2172 206.4/123110.61.229.821365稳定γEγHE 0γEγHE抗倾稳定性验算计算表组合项目土压力为主导可变作用时()PB P EqH E EH E oM M M γγγγψ++()PBu u Eqv E EV E G G dM M M M ψλγγγγ+++1结论EH MEqHMψP γPB M结果d γG γG MEV MEqvMu λPBu M结果组合11 1.353834 1027.9 0.7 1.32361.6 8713 1.35 1 21118.4 1439.1 271.96 1.3 0 17354.3稳定组合波浪力为主导可变作用时 ()EqH E PB P EH E o M M M γγγγψ++短暂组合)(0PBu u PB P M M λλλ+ ()EqV E PBU U EV E G GdM M M M ψλγγγγ+++1GG dM λλ1结论EH M P γψPB MEqHMPBu M 结果d γ G γG MEV MU γPBu MEqVM结果组合2 11.3538340.72361.6 1027.9 /9217 1.35 121118.4 1439.1 1.30 271.96 17272.7稳定短暂组合 1 1.35 0 1.2 / 2052.30 217 2723 1.25 1 15136.71.2 / 0 12109.4稳定γEγ0γEγ（四）基床承载力验算1.基床顶面应力计算组合持久组合情况一：设计低水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作用）+（堆货+前沿堆货+门机情况）（非主导可变作用）短暂组合情况：设计高水位（永久作用）+波峰期波峰压力（主导可变作用） 2.持久组合一基床顶面应力计算：)/(28.43917.2745.1177.24139021.9722.3547m kN V K =+++++=)/(02.30077934429096.2715.10285.152671.22951m m kN M R ?=+++++=)/(1.805112019.10273.175185.40700m m kN M ?=+++=3)(02.528.43911.805102.3077Bm >=-=ξ)(53.102.521.13m e =-=kPa 600)1.1353.161(1.1328.43915.5749.171maxmin =<=?±=λσσ3.短暂组合情况基床顶面情况计算： )/(228182.292311m kN V k =-=)/(7.15136m m kN M R ?=)/(3.22692173.20520m m kN M ?=+=3)(64.5228122697.15136Bm >=-=ξ)(91.064.521.13m e =-=kPa 600)1.1391.061(1.1322817.2469.143maxmin =<=?±=λσσ满足承载能力要求（五）码头整体稳定性验算按照《港口工程地基规范》第5.1.3 条规定，取设计低水位进行验算。
深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究
深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究闫发锁;门骥远;彭成【摘要】文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块.以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法.通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用.%The method to perform coupling analysis for offshore floating wind turbines (OFWT) is developted through integrating hydrodynamic and aerodynamic modules in time domain. Morison method is used for hy-drodynamic computation of floating body and its mooring system, in which relative velocity between structure elements and waves is implemented by the Hybrid Wave Model with second order accuracy. Slender rods theories are applied on the mooring systems, and the aerodynamics load induced by wind turbine is simulat-ed by NREL's code-FAST. Loads and displacements are transferred between the submodules based main-ly on floating body control equations in every time step by Newmark-βmethod. Motion response of a 5MW 3 blades spar type OFWT is predicted with and without FAST to validate the combined program. A compar-ison with results from available3D linear potential flow method in a random sea condition shows that the code is capable of hydro-aero dynamic analysis for OFWT.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2017(021)002【总页数】9页(P159-167)【关键词】浮式风机;动力响应;混合波浪模型;系统耦合【作者】闫发锁;门骥远;彭成【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨 150001;美国德州农工大学土木工程系,大学城 77843【正文语种】中文【中图分类】P752;TK89海洋风能储量丰富，在倡导绿色环保、节能减排的可持续发展的全球背景下，海上风电的开发利用是资源环境与社会可持续发展模式的典型示范，已成为国际可再生能源开发的主力方向。
浮式防波堤的实验的分析
浮式防波堤的实验研究摘 要浮式防波堤是应用在没有必要修建坐底防波堤及所掩护的水域要求有良好的水质交换条件等情况下一种较优的结构型式，它在港口工程和养殖业等领域有非常多的用途。
本文通过在波浪水槽中进行的实验，研究了固定不动的二维浮式防波堤的消波特性以及其表面压强的变化特征及分布情况。
根据本论文实验研究目标以及试验设备和测试手段的特点，自行设计了与波浪水槽同宽的方箱形浮式防波堤，并且运用浪高仪和压力传感器采集波面变化数据以及表面压强数据。
在理论上对水面固定方箱的透射系数给出线性解析解，再对于浪高仪采集的波面数据汇总研究，得出浮式防波堤的透射系数随不同工况的变化，并以此对比理论解析解，得到了透射系数随周期和吃水深度变化的特性。
另外一方面，对于压力传感器采集的压强数据汇总研究，得出浮式防波堤的表面压强的变化特征及分布状况，并且得到了浮式防波堤表面最大动压强与绝对压强的位置。
关键词：浮式防波堤，波浪水槽实验EXPERIMENTAL RESEARCH OF FLOATINGBREAKWATERABSTRACTFloating breakwater is a useful structure which can be applied when building a standing breakwater is unnecessary, or in water area requiring good water exchanging quality. It is widely used in coastal engineering and aquatic breeding, etc.Through the experiment conducted in a wave flume, this article studies the wave dissipation characteristic and surface pressure distribution of a fixed two-dimensional floating breakwater. According to the research target of this experiment with the experimental equipment and testing method, a square-box floating breakwater is designed, which has the same width as the wave flume. Also, the wave profile data and surface pressure data are acquired by wave gauges and pressure sensors separately.The analytical solution of the transmission coefficient can be solved. According to the investigation of the wave profile data acquired by wave gauges, variation of transmission coefficient with different parameters is studied here. By comparing with the analytical solution, the variation of the transmission coefficient with cycle and draft is procured. On the other hand, according to the surface pressure data acquired by pressure sensors, the variation characteristic and pressure distribution of the surface pressure is studied. Also, the position of biggest kinetic pressure and absolute pressure is revealed.KEY WORDS: Floating breakwater, wave flume experiment目录第一章 引言 (1)1.1研究背景及进展 (1)1.2本文的工作 (5)第二章 实验器材、实验模型和实验过程 (6)2.1实验器材 (6)2.1.1 波浪水槽 (6)2.1.2 液压伺服造波机系统 (7)2.1.3 波高仪 (7)2.1.4 压力传感器 (8)2.1.5 信号采集系统 (8)2.2实验模型 (13)2.3实验布置 (14)2.4实验过程 (15)2.4.1 仪器标定 (15)2.4.2 实验工况 (15)2.4.3 实验数据的采集 (17)2.4.4 入射波波高的校定 (17)2.5本章小结 (17)第三章 消波特性的研究 (18)3.1二维箱式浮式防波堤散射问题解析解 (18)3.2入射波与透射波的波面变化及波高计算 (22)3.2.1 入射波 (22)3.2.2 透射波 (26)3.3透射系数的分析 (41)3.3.1 透射系数的解析解 (41)3.2.2透射系数的实验结果 (43)3.4孤立波的透射 (46)3.5本章小结 (48)第四章 模型表面压强的测量结果 (50)4.1表面压强的变化特征 (50)4.2本章小结 (55)第五章 总结 (56)参考文献 (57)致谢 (60)第一章 引 言1.1 研究背景及进展浮式防波堤通常是由金属，钢筋混泥土和塑料材料制造的浮式构件和锚泊系统组成的防浪设施。
深吃水多立柱式平台的运动响应分析
理 论和 试验 证 明其 能够 有 效 降低 平 台垂 荡 响应 【。垂 荡板 为 水平 面积 很大 的薄 板 ，平 台竖 向运 动 时 ， ２ Ｊ 法 线方 向能够 激起 较大 附加水 质 量 ，同时尖锐 的平 板边 界提供 了一 定 的粘 滞 阻尼 ，Ｔｕｓ ｐｒ ｒｓ ａ 的垂 荡 自 Ｓ
关 键 词 ：船舶、舰船性能；深水平台；概念设计；运动响应；时域；频域；Ｓａ ｐｒ 中 图 分 类 号 ：Ｕ ７． Ｐ ５ ６４ ８ ７ １ ３ 文 献标识 码 ：Ａ
０ 引 言
近年 来深 海石 油工 业快 速发 展 ，一些 海上 浮式 钻井 生产 单元 例如 张力 腿 Ｔ Ｐ平 台、半潜 式和 Ｓ ａ Ｌ ｐｒ 平 台得 到 了广 泛应 用 。Ｔ Ｐ 平 台依靠 张力 键连 接平 台主 体与 海底 基础 ，由于竖 向刚 度较 大 ，垂荡 自然 Ｌ 周 期在 ２ 左右 。因此垂 荡 响应很 小 ，适合 干式 采油 树 的使用 。但 Ｔ Ｐ平 台造价 高并 对水 深敏 感 ，不 适 ｓ Ｌ
合在 超 深水水 域 使用 。半潜 式平 台经 过几 十 年 的发展 ，设计和 建 造技 术 已经 比较 成 熟 ，常 用 于深水 或
超深 海域 钻井 。由于多 柱支撑 的 平 台主 体 结构形 式 ，Ｔ Ｐ 和 半潜 式平 台的 上体 设计 弹性和 使用 面积 更 Ｌ 大 。Ｓ ａ ｐｒ立柱式 平 台吃水 深 ，重心 低于 浮心 ，稳 心较 高 ，具有 良好 的稳 定性 ，受 到 了不少 石油 公司及
的立 柱 ｓａｓ ｐ ｒ、中央 井 ｓａ、垂荡板 、压 载舱 、系 泊系 统 、立 管系 统 以及 平 台上体 组成 。 ｐｒ
１ Ｄ ＭＳ平 台概念介绍 Ｄ
ＤＤ ＭＳ平 台 ，结合 了张 力腿 、Ｃａｓ ｐｒ Ｔｕｓ ｐｒ的一些特 点 ，如 图 １ 示 ，在 结构 型式 上 ｌ ｉ Ｓ ａ 和 ｒｓ Ｓ ａ ｓｃ 所 进行 了创 新 。其 概念演 变及 形成 过程 如 图 ２所示 。首 先考 虑到平 台主 体 的制 造难 度 ，将单个 Ｓａ 平 台 ｐｒ 分离 为 ４个 小直 径 的 ｓａ。ＤＤＭＳ平 台所采 用 的立 管是依 靠连接 在其 顶 部的浮 力罐提 供 张力 ，因此 能 ｐｒ 够大 大提 高平 台的有 效荷载 ， 目前 这种 立 管 已经 在 Ｓ ａ平 台上 得 到了应 用 。为了使 浮力罐 以及 立管 免 ｐｒ 受波 浪和海 流 的冲击 ，可在 平 台 中部 设置 封 闭式 的 中央井 。这样 一 来 ，５个较 小直径 的 ｓａ 组成 了 ｐｒ就
浮码头囤船定位桩结构的设计与研究
Abstract: Taking a floating pontoon wharf in Wuhan as an example, we analyze the effect of pile diameter,
different conditions by Midas Civil software, and give the more reasonable range of pile diameter and pile spacing,
2013 年 3月 第 3 期 总第 477 期
水运工程 Port & Waterway Engineering
No. 3
Mar. 2013 Serial No. 477
浮码头囤船定位桩结构的设计与研究
刘 普，万爱玉，周 伟，盛 灿
(中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430071) 摘要：选取武汉某浮码头囤船定位桩结构为工程实例，利用通用有限元软件Midas Civil，分析了在4种荷载工况作用下
1.3
定位桩结构 1）钢管桩桩径：选定5种桩径（直径）来分
ᣘүڄᓔ NfNfN
析，分别为：1.0 m，1.1 m，1.2 m，1.3 m，1.4 m， 壁厚均为18 mm，材料为Q345B。
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同）来分析，分别为：2.5倍桩径、3倍桩径、4倍
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收稿日期：2012-08-20
、囤船上下游侧各布置 2 根定位桩
[3-4]
构相比，浮码头采用1根定位桩（墩）时，为了使
作者简介：刘普（1986—），男，硕士，助理工程师，从事水运工程结构设计和研究。
•
102
•
水 运 工 程
深水作业浮标系泊系统研究与设计 (1)
１ Ｌｌ／ｍ ４００ ４００ Ｄｌ／ｒａｍ ２０ Ｌ２／ｍ ４００ ３００ ０５／ｍｍ ２０ ２０
与第２组第一段链长相同，但第二段伸出比第２组
要长。因此位移会大一些：第３组位移较大是因为其 第二段直径的减少。使得第二段锚链的强度韧性降 低，不能很好的限制住浮标，也就不能很好的控制浮
伸出长度，ｍ
６００ ５５０
［收稿日期】２０１２—０７—０４；【修回日期］２０１２－０７—２０
尤其是对其系泊系统展开研究，对我国深水资源的 开发和利用具有重要意义…。 本文主要根据南海海况为５００ ｍ海洋浮标设 计一套系泊系统。经过浮标选型、总体设计、水动力 分析以及数值模拟系泊方式等研究，验证了当前深 水浮标单点系泊的适用性。并得出若干有益结论，对 后期类似研究工作有一定的参考价值。
时域分析后
３９．２ ７．５７２
２深水浮标系泊系统设计
２．１锚泊布置方式 根据相关参考资料。目前浮标主要采用单点单
位移／ｍ 垂直浪向 锚 受力／ｌ【Ｎ 导缆孔
１１．４２
链Ｓ型顺应式锚泊系统和单点张紧式锚泊系统。前
者主要适用于深水、恶劣的海洋环境条件，整个锚泊 系统包括上端顺应式锚泊线，悬浮浮子，底端张紧式 锚泊线，海底重力基础锚组成；后者主要适用于海况 较为温和的海域。具有系泊浮标水平运动范围小的 特点，整个锚泊系统由张力弹簧，张紧式锚泊线，海 底重力基础锚组成。 利用锚泊分析软件Ａｒｉａｎｅ７对浮标进行锚泊布
万方数据
王小波．等：深水作业浮标系泊系统研究与设计 ¨ ＝宝 ¨ 他
。
置的研究，根据南海海况并考虑到对浮标随波特性 的要求，确定此深水浮标的系泊方式为Ｓ型单点单 链系泊，模拟状态如图４。
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