海洋工程環(huán)境學(xué)第四章風(fēng)載荷-資料下載頁
2025-09-11 21:28本頁面
【正文】 于風(fēng)引起的力 ： 工程中阻力系數(shù)和升力系數(shù)由 模型實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬得到。 風(fēng)力分為與風(fēng)速方向一致的拖曳力 FD和垂直于風(fēng)向的升力 FL 221212DDLLF C V SF C V S????CD：阻力系數(shù) CL：升力系數(shù) V FD FL 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 不同形式結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力 1. 鉆塔和起重設(shè)備 小直徑桿件組成：流態(tài)由雷諾數(shù)決定，阻力項(xiàng)為主要成分，可能發(fā)生漩渦釋放。 2. 駕駛室，居住艙 大尺度矩形表面：氣流發(fā)生分離，產(chǎn)生漩渦和尾流。采用迎風(fēng)平面的阻力系數(shù)計(jì)算風(fēng)力。 3. 直升機(jī)平臺(tái) 大型平面：產(chǎn)生升力，漩渦引起結(jié)構(gòu)顫動(dòng)。 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 海洋工程類設(shè)計(jì)與建造規(guī)范風(fēng)載荷計(jì)算公式 移動(dòng)式平臺(tái)規(guī)范： CCS規(guī)范要求 固定式平臺(tái)規(guī)范： API規(guī)范： LR規(guī)范： PSCCF sh ????0ZF K K A P? ? ? ?212 sF u A C???2wsF K A V C? ? ?Kw = ? 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 規(guī)范規(guī)定風(fēng)壓計(jì)算公式： PSCCF sh ???? VP ?構(gòu)件上的風(fēng)力 F計(jì)算公式： S：受風(fēng)構(gòu)件的正投影面積 Ch：暴露在風(fēng)中的構(gòu)件的高度系數(shù)，其值可根據(jù)構(gòu)件幾何心距離設(shè)計(jì)水面的高度查表得到。 Cs：暴露在風(fēng)中的構(gòu)件的形狀系數(shù)，根據(jù)構(gòu)件形狀查表取得或根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到。如球形的取 CCS風(fēng)載荷計(jì)算法 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 風(fēng)載荷計(jì)算高度影響系數(shù) Ch 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 風(fēng)載荷計(jì)算高度影響系數(shù) Ch 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 受風(fēng)與風(fēng)力臂計(jì)算算例 見表格 結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷計(jì)算 ?風(fēng)在運(yùn)動(dòng)過程中受到結(jié)構(gòu)物的阻擋會(huì)產(chǎn)生 順風(fēng)力 ， 橫向力 和 扭力矩 。 ?實(shí)測風(fēng)速 包含 平均風(fēng)速 和 脈動(dòng)風(fēng)速 兩項(xiàng)。 F 順風(fēng)力 橫向力 扭力矩 結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷計(jì)算 風(fēng)在 單位高度上 的順風(fēng)力、橫向力和扭力矩分別表示為： 2222121212DDLLMMFBFBFB? ? ?? ? ?? ? ????其中，公式最前面的系數(shù)分別是阻力系數(shù)、橫向力系數(shù)和扭矩系數(shù)； B是結(jié)構(gòu)參考尺（ m2）； p是空氣密度； v是風(fēng)速，對于常規(guī)結(jié)構(gòu)，風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用以 順風(fēng)力為主 。 結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷計(jì)算 以下討論以順風(fēng)向?yàn)橹鳎瑢?shí)測風(fēng)速可表示為： mdv v v??其中，平均風(fēng)速周期通常在 10min以上，遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的自振周期，因此這部分風(fēng)速用其均值來表示，對結(jié)構(gòu)的作用相當(dāng)于靜力作用；脈動(dòng)風(fēng)速周期在幾秒左右，引起結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。 同理 ,將風(fēng)壓分解為平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓： w w m w dP P P??結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷計(jì)算 平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓可以近似得到： 212wm D mwd D m dPvP v v??????定義風(fēng)振系數(shù) β，使結(jié)構(gòu)在總風(fēng)力作用下的響應(yīng)等價(jià)于在等效靜風(fēng)力 β*Pwm作用下的響應(yīng)，這樣就將脈動(dòng)風(fēng)引起的 動(dòng)載荷轉(zhuǎn)化為等效靜載荷 來考慮。 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 ?結(jié)構(gòu)的高度大于其寬度的 5倍以上，自振周期長于 ，結(jié)構(gòu)對動(dòng)力效應(yīng)比較敏感，需要考慮風(fēng)載荷動(dòng)力效應(yīng)，可在計(jì)算中考慮加入風(fēng)振系數(shù)： 風(fēng)振系數(shù) :查表得到，是結(jié)構(gòu)自振周期的函數(shù) 000( ) ( 1 )hsP t K P PF C C P A??? ? ??脈動(dòng)風(fēng)壓的動(dòng)力效應(yīng) 結(jié)構(gòu)基本自振周期 T, s 風(fēng)振系數(shù) ? 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 渦激振動(dòng) （ VortexInduced Vibration ： VIV） ?結(jié)構(gòu)物的后部產(chǎn)生尾流和渦流 ,出現(xiàn)流線分離現(xiàn)象 . ?周圍的流態(tài)和旋渦的形成與瀉放的變化過程與流場的雷諾數(shù)有關(guān) ,出現(xiàn)無流動(dòng)分離到流動(dòng)分離、層流到湍流的變化； ?雷諾數(shù) Re是表征流體流動(dòng)情況的無量綱數(shù)。 ?當(dāng) 300≤Re ＜ 時(shí)，紊流旋渦 亞臨界階段 ?當(dāng) ≤Re ＜ 時(shí)，旋渦脫落 過度階段，隨著阻力系數(shù)的急劇減小和逐漸增大，分為臨界和超臨界狀態(tài) ?當(dāng) ≤Re 時(shí)，紊流旋渦恢復(fù)周期性泄放 跨臨界階段 ?以上幾個(gè)階段，需對結(jié)構(gòu)物進(jìn)行分析校核。 53 10?53 10? 10? 10? 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 渦激振動(dòng)中的幾個(gè)關(guān)鍵因素 ?旋渦的發(fā)放頻率 f：用斯特勞哈爾數(shù) St表示。 ? ，其中， V是垂直于構(gòu)件軸線的風(fēng)速； D是圓柱直徑，St是構(gòu)件剖面形狀與雷諾數(shù)的函數(shù)。 ?雷諾數(shù) Re=VD/υ，其中 υ是空氣運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù) , m2/s ?對于圓形截面，當(dāng) 300≤Re ＜ 時(shí) , St=。 當(dāng) ≤Re ＜ 時(shí)， St=~。 當(dāng) ≤Re 時(shí) , St=。 ?對于方形或其它截面， St=。 10?53 10?StVfD?53 10? 10? 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 作用在結(jié)構(gòu)物上的風(fēng)載荷 渦激振動(dòng)的危害與抑制 ?主要影響因素：橫向力隨尾渦的交替發(fā)放而周期性的改變大小與方向，動(dòng)態(tài)效應(yīng)強(qiáng)于沿流向的拖曳力，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。 ?當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振頻率與旋渦的發(fā)放頻率接近時(shí)，共振現(xiàn)象發(fā)生。 ?工程上主要的抑制措施： 對構(gòu)件剛性加固，增大尺度提高剛度； 改變構(gòu)件后的尾流場，破壞旋渦的規(guī)律性泄放。
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