第23卷第5期
2008年10月
文章编号:1001—4500(2008)05—032—04
中国海洋平台
CHlNA()FFSt4()RE
V01.23NO.5()ct.,2008
Pt.ATF()RM
埒式殇没堤的锚铀系统
侯
勇,王永学,董华洋,王彦哲,刘思阳
(大连理工大学,大懑116023)
臻
要:基于静态憨缒线理论攀导了滚海滓式转浚堤秘锫链羽疫鸯线表逸武。络盘了滓式绐毒鸯耪编移量一
环境力一颈张力的关系曲线匿。为浮式防波堤锚泊系统定位的发展奠定了一定的理论基硅。
美键词:浮式防波蜓;锚泊系统;刚度曲线
巾圈分类号:U656
文献标识码:A
薯HE蠢耋ooR重NGSYSTE蠢耋oFFLOATlNG
BR戴AKWATERS
HOUYong,WANGYong—xue,DONGHua—yang,WANGYan—zhe,LIUSi—yang
(DalianUniversityTechnology,Dalian
116024,China)
Abstract:Based
on
catenariestheory,themooringchaincharacteristic
curve
offloating
breakwatersinbluewateriSderived。andtherelativerelationsofoffset,outsideloadsandtensileforceoffloating
structureare
made.Thebasicanalyticalresultsshowthatthedevelop—
mentoffloatingbreakwatersmooringsystem。
Key
words:floatingbreakwaters;mooringsystem;mooringchaincharacteristic
curve
0
前言
2l邀纪是人类全蠢遴军海洋的时我,海洋资源开发巅熙的跨护设慈将遵睡一个突飞猛进、空l;{}繁荣的新时期k引。深水区域薪型浮式防护设施(翔浮式防波堤)因其造价低,黪建迅速,拆迁容易,受柬深和地瓞条件影"f14',海水交换功能强等优点而备受关注。为满足工作要求必须对其进行定位,使其在海洋中处于相对固定的位置。目前已知的浮式结构物的定位方法有两种引:动力定位和锚链系泊定位。动力定位对于浮式防波堤等大型的海上浮式结构物来说是镞难擞到的,{i{i锚链定位系统园子结构簿革、工作安全、实熙可靠、经济性好等优点,成为移动式海洋结构物和浮式防护设施在复杂环境海洋中定位的落选。
相对予体积大、重量沉的超大型浮式海洋结构物而言,海洋环境力对它的动力响应糕绝大多数情况下都是微不足道的,因此,有必要用悬链线理论对海上浮式结构物的锚泊系统进行研究。l
锚泊方式
浮式结构物的锚泊方式可分为单点系泊(如船舶的船髅系泊)和多点系泊(如船舶的艏、艉系泊)。筚点
系泊主要用于开场水域,将船艏用系缆或锚链连接于海底的锚碇装置。这时除船艏的水平运动受到一定限制外,船舶仍保留较多的自嘲度,随风、浪、流的方向可在一定水域半径内自南回转,单点系泊的主要优点
羧蔫蠢襄:2008一e5—28
基金项目:网家自然科学基金资助项目(批准号:50479054)作者简介:侯薅(1984一),男,硕士生,主要从事深海锚泊系统研究。
第5期侯勇等浮式防波堤的镶泊系统
・33・
是,它总是趋向予取得最小受力的方位。但随着近海活动日箍向深海发展,除擎点系泊外,务种方式的多点系泊系统正得到更广泛的应用(如图1)。对于浮式防波堤而吉,最主要的魁多点散射系统锚泊方式。
(a)轮胎制动型<b)块重制动型
≤0j鼻交叉镒定型
图1备释方式的多点散射系泊系统
(d)交叉镂定型
2
锚泊系统的刚度
圭予浮式防波堤等浮式绻褥对子拳平纛蠹的运动(纵荡、横荡、垂摇)不英有复愿秀,鸯此,须采鬻锚漉
系统(有时还需要兼用动力定位系统)对其定位。锚泊系统的主要作用是减小浮体的水平运动,但同时为保证系泊系统本身的强度,又不盥产生过大的约束力。最小运动与最小系泊力要求是矛盾的,因此,系泊系统的设计关键藏于选择系统最适宜的刚度。
vazque扩瓣ernandez[53弱RobertoMontes--Iturrizagar63等入基于罐泊系统的局部安全程整俸安全努别
提出了计算锚治系统孛镭链雕度的计算方法。
锚泊系统利用缆(链)的张力将系泊物体通过锚系留予海底。缆中的张力来自缆的重力。当系泊物体受到环境力而运动时,引起缆线构型变化,也使缆中张力发生变化。张力的水平分量形成系泊系统的(水平)刚度。
r—p列z
垂2势力基链瑾论及攀嚣受力示意嚣
计算缆的静力刚度时,采用静力悬链线理论,只考虑缆的藏力及浮力。设坐标系XOZ的OZ,轴通过缆与海底接触点F(该处伽一o),缆与系泊系统逡接点E近似认为在静水面处(如图2)。缆主要承受张力T,故缆微段ds(如图2右)的切向及法向平衡方程为
dT~pgAdz=wsincfls
(1)(2)
(T—pgAz)咖一谢cos∥s
式中,A为缆横剖面积;硼为缆在水中的单位长质量。
中国海洋平台第23卷第5期
引用
T7一丁一pgAz
(3)
则由式(1)和式(2)得:
磐=型翌d。
1
COS(O。
/~
4)
从而,
丢一志
(5)
得出:
s一去于岳妒=誓tg妒
z—j『coS∥s=鲁・n(志托妒)…,一卜妙=鲁(去一・)
pO
)
/7)
(8)
因此
将式(6)及式(8)写成
群乩等
s=口sinh三
z+d2
TH=T’o
(9)(10)
(11)
n(coSh詈一,)
丁H
(12)
其中
由式(3)、(5)、(9)、(12)还可得
(13)
T+pgA2一未亳一丁n+∞&+d)
即T=TH+z耐+(叫+pgA)名
缆中最大张力出现于系泊着缆点(缆上端点)处,为
(14)(15)
L。一TH+删
系泊刚度是系泊结构的水平系泊力T。与结构位移X之间的比值。由:
(16)
卜心nh(芋)
(17)
d=口p(李)一・]
可得d=[以z+Z;]专一口故
㈣,
(19)(20)
口=等
预张力一环境力一偏移量之间的关系
对不同缆长z。可由式(20)算出对应的口,然后由式(13)及式(17)计算TH及X,即可作出缆刚度曲线。3
假设一浮式防波堤用两锚A、B对称锚泊于水深d中,水中缆长l,有长为(z~l。)的一段缆卧置于海底,当结构物在平衡位置(无环境力的作用)时由绞车给缆以预张力丁(单位:kN),如图3所示。
第5期侯
勇等浮式防波堤的锚泊系统
・
35
・
给定不同的预张力,利用上述公式分别求出对应的X、X。和丁H,同时认为当X=X。时,结构偏移量艿达到最大,得到A、B两缆张力之差丁。。量值相等的环境力FH。从而得到预张力一环境力一偏移量的关系图(如图4~图6)
。蓖车孓
图3浮式结构物示意图
Z
.Z
c。
一
£
栅
蝻
■..
墨至
图4预张力与偏移星之间的关系
≮R墅!
至
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杂
磐
瓷
鸶
图5偏移量与环境力之间的关系图6预张力与环境力之间的关系
由图4可看出,结构的偏移量随预张力的增加而减小,因此,增加结构的预张力可有效地减小结构的偏移量,从而增加架构在海洋中的稳定性,提高结构的安全性。由图5可知,结构的偏移量随外部环境力的增加而呈梯度越来越小的增加,当环境力达到一定程度时,偏移量将无限度地增加,这说明结构已达到抛锚状态。由图6可知,结构的预张力越大,结构所能抵御的外界环境力越小,当预张力大到一定程度时,结构几乎不能抵御任何环境力,这时浮式结构物也就失去其存在的意义。4
讨论
在深水浮式防波堤的设计中,希望结构在较小的偏移条件下可抵御较大的环境力,由以上分析可看出,这是一个矛盾的统一体。如何在矛盾中寻求最合理的拐点(即最合理的预张力)是我们今后需重点考虑的
问题。
参考文献
113李玉成.海洋工程技术进展与对发展我国海洋经济的思考[J].大连理工大学学报,2002,42(1):1—5.[2]邱大洪.海岸和近海工程学科中的科学技术问题[J].大连理_T大学学报,2000,40(6):631—637.[3]聂武,刘玉秋.海洋工程结构动力分析[M].哈尔滨:哈尔滨T程大学出版社,2002.[4]徐兴平,方华灿.锚链弹性系数研究[J].石油学报,1994,15(3):134—138.[5]Vazquez—Hernandez
ria[J].Appl[6]
Roberto
Ocean
AO,EllwangerGB,SagriloLVS.Reliability—basedcomparativestudyformooringlinesdesigncrite—
Res。2006,28(6):398--406.
Montes—lturrizaga,ErnestoHeredia~Zavoni,FranciscoSilva—Gonza}ez.Ontheestimationofmooringlinechar—
acteristicresistanceforreliabilityanalysis[J].Applied
Ocean
Research,2007,29:239—241.
浮式防波堤的锚泊系统
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
侯勇, 王永学, 董华洋, 王彦哲, 刘思阳, HOU Yong, WANG Yong-xue, DONG Hua-yang, WANG Yan-zhe, LIU Si-yang大连理工大学,大连,116023中国海洋平台
CHINA OFFSHORE PLATFORM2008(5)
参考文献(6条)
1.Roberto Montes-Iturrizaga;Ernesto Heredia-Zavoni;Francisco Silva-Gonz alez On the estimation ofmooring line characteristic resistance for reliability analysis[外文期刊] 2007(4)
2.Vazquez-Hernandez AO;Ellwanger GB;Sagrilo LVS Reliability-based comparative study for mooringlines design criteria[外文期刊] 2006(06)3.徐兴平;方华灿 锚链弹性系数研究 1994(03)4.聂武;刘玉秋 海洋工程结构动力分析 2002
5.邱大洪 海岸和近海工程学科中的科学技术问题[期刊论文]-大连理工大学学报 2000(06)6.李玉成 海洋工程技术进展与对发展我国海洋经济的思考[期刊论文]-大连理工大学学报 2002(01)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zghypt200805007.aspx
第23卷第5期
2008年10月
文章编号:1001—4500(2008)05—032—04
中国海洋平台
CHlNA()FFSt4()RE
V01.23NO.5()ct.,2008
Pt.ATF()RM
埒式殇没堤的锚铀系统
侯
勇,王永学,董华洋,王彦哲,刘思阳
(大连理工大学,大懑116023)
臻
要:基于静态憨缒线理论攀导了滚海滓式转浚堤秘锫链羽疫鸯线表逸武。络盘了滓式绐毒鸯耪编移量一
环境力一颈张力的关系曲线匿。为浮式防波堤锚泊系统定位的发展奠定了一定的理论基硅。
美键词:浮式防波蜓;锚泊系统;刚度曲线
巾圈分类号:U656
文献标识码:A
薯HE蠢耋ooR重NGSYSTE蠢耋oFFLOATlNG
BR戴AKWATERS
HOUYong,WANGYong—xue,DONGHua—yang,WANGYan—zhe,LIUSi—yang
(DalianUniversityTechnology,Dalian
116024,China)
Abstract:Based
on
catenariestheory,themooringchaincharacteristic
curve
offloating
breakwatersinbluewateriSderived。andtherelativerelationsofoffset,outsideloadsandtensileforceoffloating
structureare
made.Thebasicanalyticalresultsshowthatthedevelop—
mentoffloatingbreakwatersmooringsystem。
Key
words:floatingbreakwaters;mooringsystem;mooringchaincharacteristic
curve
0
前言
2l邀纪是人类全蠢遴军海洋的时我,海洋资源开发巅熙的跨护设慈将遵睡一个突飞猛进、空l;{}繁荣的新时期k引。深水区域薪型浮式防护设施(翔浮式防波堤)因其造价低,黪建迅速,拆迁容易,受柬深和地瓞条件影"f14',海水交换功能强等优点而备受关注。为满足工作要求必须对其进行定位,使其在海洋中处于相对固定的位置。目前已知的浮式结构物的定位方法有两种引:动力定位和锚链系泊定位。动力定位对于浮式防波堤等大型的海上浮式结构物来说是镞难擞到的,{i{i锚链定位系统园子结构簿革、工作安全、实熙可靠、经济性好等优点,成为移动式海洋结构物和浮式防护设施在复杂环境海洋中定位的落选。
相对予体积大、重量沉的超大型浮式海洋结构物而言,海洋环境力对它的动力响应糕绝大多数情况下都是微不足道的,因此,有必要用悬链线理论对海上浮式结构物的锚泊系统进行研究。l
锚泊方式
浮式结构物的锚泊方式可分为单点系泊(如船舶的船髅系泊)和多点系泊(如船舶的艏、艉系泊)。筚点
系泊主要用于开场水域,将船艏用系缆或锚链连接于海底的锚碇装置。这时除船艏的水平运动受到一定限制外,船舶仍保留较多的自嘲度,随风、浪、流的方向可在一定水域半径内自南回转,单点系泊的主要优点
羧蔫蠢襄:2008一e5—28
基金项目:网家自然科学基金资助项目(批准号:50479054)作者简介:侯薅(1984一),男,硕士生,主要从事深海锚泊系统研究。
第5期侯勇等浮式防波堤的镶泊系统
・33・
是,它总是趋向予取得最小受力的方位。但随着近海活动日箍向深海发展,除擎点系泊外,务种方式的多点系泊系统正得到更广泛的应用(如图1)。对于浮式防波堤而吉,最主要的魁多点散射系统锚泊方式。
(a)轮胎制动型<b)块重制动型
≤0j鼻交叉镒定型
图1备释方式的多点散射系泊系统
(d)交叉镂定型
2
锚泊系统的刚度
圭予浮式防波堤等浮式绻褥对子拳平纛蠹的运动(纵荡、横荡、垂摇)不英有复愿秀,鸯此,须采鬻锚漉
系统(有时还需要兼用动力定位系统)对其定位。锚泊系统的主要作用是减小浮体的水平运动,但同时为保证系泊系统本身的强度,又不盥产生过大的约束力。最小运动与最小系泊力要求是矛盾的,因此,系泊系统的设计关键藏于选择系统最适宜的刚度。
vazque扩瓣ernandez[53弱RobertoMontes--Iturrizagar63等入基于罐泊系统的局部安全程整俸安全努别
提出了计算锚治系统孛镭链雕度的计算方法。
锚泊系统利用缆(链)的张力将系泊物体通过锚系留予海底。缆中的张力来自缆的重力。当系泊物体受到环境力而运动时,引起缆线构型变化,也使缆中张力发生变化。张力的水平分量形成系泊系统的(水平)刚度。
r—p列z
垂2势力基链瑾论及攀嚣受力示意嚣
计算缆的静力刚度时,采用静力悬链线理论,只考虑缆的藏力及浮力。设坐标系XOZ的OZ,轴通过缆与海底接触点F(该处伽一o),缆与系泊系统逡接点E近似认为在静水面处(如图2)。缆主要承受张力T,故缆微段ds(如图2右)的切向及法向平衡方程为
dT~pgAdz=wsincfls
(1)(2)
(T—pgAz)咖一谢cos∥s
式中,A为缆横剖面积;硼为缆在水中的单位长质量。
中国海洋平台第23卷第5期
引用
T7一丁一pgAz
(3)
则由式(1)和式(2)得:
磐=型翌d。
1
COS(O。
/~
4)
从而,
丢一志
(5)
得出:
s一去于岳妒=誓tg妒
z—j『coS∥s=鲁・n(志托妒)…,一卜妙=鲁(去一・)
pO
)
/7)
(8)
因此
将式(6)及式(8)写成
群乩等
s=口sinh三
z+d2
TH=T’o
(9)(10)
(11)
n(coSh詈一,)
丁H
(12)
其中
由式(3)、(5)、(9)、(12)还可得
(13)
T+pgA2一未亳一丁n+∞&+d)
即T=TH+z耐+(叫+pgA)名
缆中最大张力出现于系泊着缆点(缆上端点)处,为
(14)(15)
L。一TH+删
系泊刚度是系泊结构的水平系泊力T。与结构位移X之间的比值。由:
(16)
卜心nh(芋)
(17)
d=口p(李)一・]
可得d=[以z+Z;]专一口故
㈣,
(19)(20)
口=等
预张力一环境力一偏移量之间的关系
对不同缆长z。可由式(20)算出对应的口,然后由式(13)及式(17)计算TH及X,即可作出缆刚度曲线。3
假设一浮式防波堤用两锚A、B对称锚泊于水深d中,水中缆长l,有长为(z~l。)的一段缆卧置于海底,当结构物在平衡位置(无环境力的作用)时由绞车给缆以预张力丁(单位:kN),如图3所示。
第5期侯
勇等浮式防波堤的锚泊系统
・
35
・
给定不同的预张力,利用上述公式分别求出对应的X、X。和丁H,同时认为当X=X。时,结构偏移量艿达到最大,得到A、B两缆张力之差丁。。量值相等的环境力FH。从而得到预张力一环境力一偏移量的关系图(如图4~图6)
。蓖车孓
图3浮式结构物示意图
Z
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一
£
栅
蝻
■..
墨至
图4预张力与偏移星之间的关系
≮R墅!
至
<
杂
磐
瓷
鸶
图5偏移量与环境力之间的关系图6预张力与环境力之间的关系
由图4可看出,结构的偏移量随预张力的增加而减小,因此,增加结构的预张力可有效地减小结构的偏移量,从而增加架构在海洋中的稳定性,提高结构的安全性。由图5可知,结构的偏移量随外部环境力的增加而呈梯度越来越小的增加,当环境力达到一定程度时,偏移量将无限度地增加,这说明结构已达到抛锚状态。由图6可知,结构的预张力越大,结构所能抵御的外界环境力越小,当预张力大到一定程度时,结构几乎不能抵御任何环境力,这时浮式结构物也就失去其存在的意义。4
讨论
在深水浮式防波堤的设计中,希望结构在较小的偏移条件下可抵御较大的环境力,由以上分析可看出,这是一个矛盾的统一体。如何在矛盾中寻求最合理的拐点(即最合理的预张力)是我们今后需重点考虑的
问题。
参考文献
113李玉成.海洋工程技术进展与对发展我国海洋经济的思考[J].大连理工大学学报,2002,42(1):1—5.[2]邱大洪.海岸和近海工程学科中的科学技术问题[J].大连理_T大学学报,2000,40(6):631—637.[3]聂武,刘玉秋.海洋工程结构动力分析[M].哈尔滨:哈尔滨T程大学出版社,2002.[4]徐兴平,方华灿.锚链弹性系数研究[J].石油学报,1994,15(3):134—138.[5]Vazquez—Hernandez
ria[J].Appl[6]
Roberto
Ocean
AO,EllwangerGB,SagriloLVS.Reliability—basedcomparativestudyformooringlinesdesigncrite—
Res。2006,28(6):398--406.
Montes—lturrizaga,ErnestoHeredia~Zavoni,FranciscoSilva—Gonza}ez.Ontheestimationofmooringlinechar—
acteristicresistanceforreliabilityanalysis[J].Applied
Ocean
Research,2007,29:239—241.
浮式防波堤的锚泊系统
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
侯勇, 王永学, 董华洋, 王彦哲, 刘思阳, HOU Yong, WANG Yong-xue, DONG Hua-yang, WANG Yan-zhe, LIU Si-yang大连理工大学,大连,116023中国海洋平台
CHINA OFFSHORE PLATFORM2008(5)
参考文献(6条)
1.Roberto Montes-Iturrizaga;Ernesto Heredia-Zavoni;Francisco Silva-Gonz alez On the estimation ofmooring line characteristic resistance for reliability analysis[外文期刊] 2007(4)
2.Vazquez-Hernandez AO;Ellwanger GB;Sagrilo LVS Reliability-based comparative study for mooringlines design criteria[外文期刊] 2006(06)3.徐兴平;方华灿 锚链弹性系数研究 1994(03)4.聂武;刘玉秋 海洋工程结构动力分析 2002
5.邱大洪 海岸和近海工程学科中的科学技术问题[期刊论文]-大连理工大学学报 2000(06)6.李玉成 海洋工程技术进展与对发展我国海洋经济的思考[期刊论文]-大连理工大学学报 2002(01)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zghypt200805007.aspx