第二章 设计荷载.ppt

第二章 设计荷载 第一节 设计荷载分类 一、使用荷载 二、施工荷载 吊装力：平台在预制和安装过程中作用于平台组件的起吊力 装船力：吊装装船和滑移装船 运输力：驳船装运或浮运 下水力：下水过程中支点对导管架的支撑力 扶正力：浮吊将导管架吊起时导管架受到的力 地基反作用力：导管架服役时地基对导管架的作用力 施工荷载是临时性荷载，一般不作为结构设计控制荷载，通常采取临时性措施解决。 二、环境荷载 风、波浪、海流、海冰、地震施加到平台结构上的荷载 第二节 使用荷载 一、甲板荷载 取决于甲板上的工艺设备、机械设备、生活和生产设施等 绘制甲板荷载分布图，甲板上的最大均布荷载和集中荷载值 均布荷载要求： 住所和走道≥4KN/m2 工作区域≥8KN/m2 生产储存区按实际储存物重量计算，但需≥14KN/m2 二、直升飞机着降荷载 根据制造厂家提供的数据计算 我国《海上固定平台入级与建造规范》规定，降落荷载不小于最大起飞重量的3倍。 三、船舶停靠荷载 系缆力：通过系船缆将船舶受到的外力传递给平台的力 挤靠力 撞击力 由稳定的风、流作用于船体的系缆力、挤靠力等具有静力性质；由波浪或靠离操作产生的荷载具有动力性质 1 系缆力 风、浪、流作用于船舶上都产生系缆力，水线以上受风作用，以下受海流和波浪作用 （1）风产生的系缆力F 当风向与船舶纵轴垂直时，每个系船柱上的系缆力： 当风向平行船舶纵轴时，每个系船柱上的系缆力： （2）海流产生的系缆力F 船舶系泊于平台，作用在船体上的水流力由形状阻力和表面摩擦力两部分组成 形状阻力： 表面摩擦力： 将这两部分力分解成垂直于船舶纵轴和平行于船舶纵轴的两个分力： 垂直于船舶纵轴的力为： 平行于船舶纵轴的力为： （3）波浪作用下的系缆力 与波浪要素和船舶动力特性有关，主要用模型试验方法确定，在初步估算时刻采用布莱恩经验公式： 2 挤靠力 停靠在平台的船舶受风、流或冰的作用，通过防冲设施传递给平台且方向指向平台的作用力。随时间变化很小，具有静力性质。 当风向垂直船舶纵轴时，船舶作用于平台的挤靠力: 防护设施连续布置： 防护设施间断布置： 3 撞击力 （1）船舶靠泊时的撞击力计算 船舶以速度u向平台靠泊时，动能的一部分损失掉，另一部分被船体、防撞设施和平台的变形所吸收，这部分称为有效动能。 有效动能被撞击的平台、防撞设施和船体变形吸收： 设撞击前变形为零，各部分是弹性变形，则： 代入整理得最大撞击力： （1）船舶靠泊的法向速度un 与船舶状况、自然环境、靠船装置的布置、靠船操作方法及操作人员技术等有关。 有掩护水域的大型船舶靠泊时速度小于10cm/s，无掩护水域可达20cm/s （2）有效动能系数Cd 有效动能与全部能量之比 影响因素很多，如附加水体质量、水体阻力、船舶横摇和回转等。 很难准确确定，对于大型油轮的靠泊，可采用下式： （3）平台、防冲设施及船体的变形系数C1，C2，C3 桩基平台： 当采用护木及缓冲碰垫时 防冲设施采用橡胶材料时，假定有效撞击动能全部由防碰设施吸收 橡胶防碰设施性能曲线，由吸收能量查得变形，再由变形查得反力，即船舶撞击力 （2）系泊时波浪作用引起的撞击力 影响因素多，难以从理论上推导计算公式。 试验给出波浪作用下船舶撞击时最大法向速度： 有效撞击能量： 分配在每个靠船墩上的有效撞击能量： 根据橡胶防撞设施性能曲线确定撞击力 当性能曲线为直线时，每个靠船墩上的撞击力为： 第三节 风荷载 风荷载特点：作用点高、力矩大、并有动力效应。 风荷载作用结果：使平台产生位移、摇动或疲劳。 风荷载对结构物的作用力：使结构物迎风面受到压力，背风面受到吸力，侧面受到摩擦力。 工程设计中，风的长周期变化一般按静态处理，短周期脉动按准动态处理。作用在高而细的柔性建筑物上时需考虑动力效应。 一、基本风压的计算公式 风压：垂直于流向的平面上所受到的具有一定流速的气流的作用。 假设空气流动为稳定流，根据伯努利方程得： 风速的确定 我国《海上固定平台入级与建造规范》规定的设计风速选取标准是：平均海平面以上10m处，重现期为50年，时距为1分钟的平均最大风速或时距为10分钟的平均最大风速。前者用于局部构件的基本风压计算，后者用于结构总体分析的基本风压计算。 二、作用在结构物上的风荷载 风载荷的影响因素： 基本风压值、建筑物受风面积、在风场中的空间位置、结构形式、挡风效果、风速沿高度的变化，对高耸建筑物还要考虑风的动力作用。 风荷载的计算公式： 1 风载体型系数K 在建筑物表面引起的实际压力与基本风压的比值，它表示建筑物表面静压力的分布规律，主要与建筑物的结构形状有关。表2-5 2 风压高度变化系数KZ 风速随高度变化，计算中给出的设计风速是标准