海洋工程環(huán)境學第四章風載荷(編輯修改稿)
2025-10-08 21:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，且伴有霜凍、大風現(xiàn)象的天氣過程。主要集中于11月至次年 2月 。寒潮有效穩(wěn)定的路徑，它們主要 發(fā)源于北極，途經(jīng)西伯利亞，并在那里得到加強，然后進入我國 。 ?夏季的季風，其氣流來源，一是太平洋熱帶高壓海洋氣團，二是印度赤道海洋氣團。前者主要控制東海，后者主要影響南海。 海洋環(huán)境因素分析 熱帶氣旋在我國又稱 臺風 ，在美洲通常稱 颶風 。它是發(fā)生在熱帶海洋上的具有很大破壞性的 低壓渦旋 。 影響我國海域的臺風發(fā)源地主要有兩個區(qū)域：一個在菲律賓以東、關島以西洋面；另一個在南海中部海域。 全球每年平均大約有 80個熱帶氣旋發(fā)生，其中半數(shù)以上可以發(fā)展成臺風，臺風集中發(fā)生在西北太平洋、孟加拉灣、東北太平洋、西北大西洋、阿拉伯海、南印度洋、西南太平洋和澳大利亞西北海域等 8個地區(qū)。 西太平洋 是全球熱帶氣旋發(fā)生最多的地區(qū)，約占全球總數(shù)的三分之一。 熱帶氣旋的多發(fā)地帶集中在 5176。 ～ 10176。 緯度帶內(nèi)，而南北半球緯度 5176。 以內(nèi)幾乎沒有熱帶氣旋發(fā)生。 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 按世界氣象組織的標準可劃分為四類： ? 熱帶低壓 (中心最大風速 — ／秒，相當于6— 7級風 ) ? 熱帶風暴 (中心最大風速 — ／秒，相當于8— 9級風 ) ? 強熱帶風暴 (中心最大風速 — ／秒，相當于 10一 11級風 ) ? 臺風 (中心最大風速＞ ／秒以上，相當于 12級風以上 )。 臺風表現(xiàn)為強烈的氣旋性環(huán)流，低層有強烈的流入，高層有強烈的流出，并有極強烈的上升運動。地面是氣旋式輻合流場，氣流從四周以螺旋曲線的形式流向臺風中心區(qū)。臺風天氣表現(xiàn)為大風、暴雨、狂浪和風暴潮。 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 北半球逆時針運動的熱帶氣旋 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 海洋環(huán)境因素分析 風速計算包括： ?最大風速樣本的取值 ?不同時距風速的修正 ?不同高度風速的換算 ?最大風速重現(xiàn)期的統(tǒng)計分析 風速計算與風速資料統(tǒng)計 風速垂向變化規(guī)律： ?風速與其近地面的距離成正比，越近風速越??； ?規(guī)定以 10m高度的風速為標準高度，其他高度應換算得到，不同地貌環(huán)境對風速的摩擦作用不同，采用摩擦參數(shù)表達。 ?摩擦層內(nèi)的風速表達： 近地表小于 100m高度的風速符合對數(shù)公式規(guī)律 風速計算與風速資料統(tǒng)計 0100lg( )10lg( )zzzVVz?地面粗糙度 近地表高于 100m高度的風速符合指數(shù)公式規(guī)律： m10 10zVzV??? ????其中，為距地面高度 z的風速與地面基準高度為 10米的風速之比， m 取決于地面形狀。 對于平坦地面和海面 m=1/7, 對于近岸區(qū)域 m=2/7. API規(guī)范中建議取 m= 風速計算與風速資料統(tǒng)計 平均風速與時距修正： ?平均風速的大小與計算所用的時距密切相關，采用不同的時距得到的平均風速不同。 ?時距越長，小風速成分亦多，大風速的顯著性降低，平均風速降低； ?不同時距的平均風速需要修正，一般以 10min時距為標準時距，其他換算成為 10min時距 風速計算與風速資料統(tǒng)計 時距 1h 10min 5min 2min 1min 30s 20s 10s 5s 瞬時 比值 1 挪威船級社 DNV規(guī)范中給出平均風速計算公式： 風速計算與風速資料統(tǒng)計 ( ) ( 1 )( ) ( 1 0 )( )10t h rw i w izV z G F V ???其中，海面高度 z處時距為 t的平均風速； GF是陣風系數(shù)，為時間 t內(nèi)最大風速與小時風速之比值，在 t=1min時， GF=；t=10min時， GF=；是海面 10米高處時距 1小時的平均風速；β系數(shù)為 ~。 算例：分別求海面高度 10m、 100m處時距為 1min、 10min的平均風速。 最大風速樣本及其重現(xiàn)期： ?最大風速樣本：一般取 年最大風速 作為風速樣本 （ 海洋工程 ） ?重現(xiàn)期：設計結構時依據(jù)重現(xiàn)期來確定風速設計值 ?一般收集資料為幾年 十幾年 ， 而結構使用壽命在幾十年 上百年 ， 因此設計風速的長期分布研究 ?重現(xiàn)期 TR是指該設計風速平均每隔 TR年將出現(xiàn)一次 ,(即概率問題 ),重現(xiàn)期越長 ,設計標準就越高 ,成本也越高 . ?在我國 ,一般結構重現(xiàn)期取 30年 ,重要 /特殊的結構取 100年 ,海洋工程結構取 50年或 100年 . 風速計算與風速資料統(tǒng)計 設計風速計算 (一般要求資料不小于 15年 )： ?將 N個年最大風速從大到小排列 ,計算累積出現(xiàn)次數(shù) m,以及與 N的比值 ,累積出現(xiàn)的概率 P=m/N 100%。 ?計算并繪出各個風速值對應的多年經(jīng)驗累積頻率曲線 。 ?利用長期理論分布函數(shù)來描述最大風速樣本的變化規(guī)律 ,再根據(jù)重現(xiàn)期計算其設計風速 . ?一般采用極值 Ⅰ 型概率分布函數(shù) 風速計算與風速資料統(tǒng)計 ( ) e x p [ e x p ( ) ]P x y? ? ? ?設計風速計算 (一般要求資料不小于 15年 )： ?風速資料的數(shù)學期望等于各年最大風速的數(shù)學平均值 : ?均方差 : ?經(jīng)變換可得設計風速的計算公式為 : ?其中 , 是與樣本個數(shù) N及經(jīng)驗頻率 P有關的參數(shù) ,可查表 . ?第 m項遞減變量的經(jīng)驗頻率計算公式為 P=m/(N+1),且 P=1/TR ?P反映出不超過設計風速 xd的概率 . 風速計算與風速資料統(tǒng)計 11() NiiE x x xN??? ?2211 NxiixxN?????d P N xxx ????PN?某海區(qū)收集有 26年的 10m高 10min時距年最大風速資料，現(xiàn)需按50年重現(xiàn)期的設計風速要求確定該
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