什么是海洋工程结构荷载?

[拼音]：haiyang gongcheng jiegou hezai

[外文]：load on offshore structure

可归纳为：恒载、活载和特殊荷载。

包括结构自重及结构使用期间固定不变的生产和生活所用的设备重量。

包括环境荷载和诸如钻井或采油作业中使用的设备装置与材料等不固定的使用荷载。环境荷载由风、波浪、海流、冰等气象和水文条件所引起的荷载，称风荷载、波浪荷载和冰荷载。环境荷载具有随机性质和动力性质。

海洋环境条件错综复杂，变化没有规律性，要准确地确定这些荷载是比较困难的，而它们往往又是导致海洋工程结构破坏的主要因素。目前，采用的多为基于数学模拟或物理模型试验的半经验、半理论荷载值。

波浪荷载是由波浪水质点与结构间的相对运动所引起的。波浪是一随机性运动，很难在数学上精确描述。当结构构件（部件）的直径小于波长的20％时，波浪荷载的计算通常用半经验半理论的美国莫里森方程；大于波长的20％时，应考虑结构对入射波场的影响，考虑入射波的绕射，计算时用绕射理论求解。影响波浪荷载大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、结构尺寸和形状、群桩的相互干扰和遮蔽作用以及海生物附着等。

波浪荷载常用特征波法和谱分析法确定。对一些特殊形状或特别重要的海洋工程结构，除了用上述的方法进行计算分析外，还应进行物理模型试验，以确定波浪力。

（1）特征波法。 选用某一特征波作为单一的规则波，并以它的参数（有效波高、波浪周期、水深）和结构的有关尺寸代入莫里森方程或绕射理论的公式，求出作用在结构上的波浪力。此法简便易行，在海洋工程设计广泛应用。

（2）谱分析法。利用海浪谱进行波浪荷载计算、结构疲劳和动力响应分析的一种方法。把波浪作为随机性的、由许多不同波高和波周期的规则波线性迭加而成的不规则波，用概率论和数理统计的方法收集、分析处理波浪观测数据，由于它能较精确地反映波浪的能量分布规律，所以是一种比较理想的方法。海洋工程结构设计中常用的有P-M和联合(JONSWAP)谱。

谱分析法中，波力谱(输出谱)Sff(ω)和海浪谱Sηη(ω)（输入谱）呈下述关系

Sff(ω)＝喣Tff(ω)喣2Sηη(ω)

式中Tff(ω)为频率响应函数;ω为波浪频率。波力谱确定后，可求出波浪力分布函数中的统计特征值，进而得到某一累积概率的波浪力。

在有结冰的海域建造海洋工程结构时，应考虑冰对结构的作用。冰荷载的主要作用形式有：

（1）巨大的冰原包围结构、整个海面处于冰覆盖状态。在潮流和风作用下的大面积冰原呈整体移动挤压结构。若结构强度足够，则冰原将被切入或破断而移动，荷载呈周期性变化，结构发生振动。

（2）自由漂流的冰对结构的冲击力。

（3）由于气温骤变引起整体冰盖层对结构的挤压力。

（4）冻结的冰盖层因水位变化而产生对结构的上拔力或下曳力以及冰块对结构的摩擦力等。上述第一种作用对结构具有更大的危险性。例如1969年春，中国渤海出现的特大冰封即以这种形式将一座固定平台推倒。

影响冰荷载大小的因素很多，如水文气象，地理位置、冰和结构的特性等。目前，提出了基于桩柱切入大面积冰原理论的冰荷载计算方法，其计算公式大部分是经验性的或半经验半理论性的，因而有一定的误差。

包括地震作用、施工荷载及事故荷载。施工荷载是在建造、装船、运输、下水及设备安装各施工阶段受到的暂时性荷载：

（1）吊装力。在建造和安装各阶段中的吊装力，其大小可根据实际情况按静力和动力确定。

（2）装船力。用滑道或带轮的轨道台车将结构组件移到驳船上时所产生的力，根据结构组件的支承条件计算。

（3）运输力。结构组件用驳船装运、吊运和浮筒浮运时的支承力、吊装力和拖航力，根据运输作业情况计算。

（4）下水力和扶直力。是整个结构下水过程中的结构重心、惯性力、浮力、水阻力、摇臂支持力以及起吊结构时的扶直力。施工荷载都具有动力作用，计算时应予考虑。

设计时，根据恒载及活载确定海洋工程结构各构件的截面，再用特殊荷载进行校核。

参考书目

API，Planninɡ，Desiɡninɡ and Constructinɡ FixedOffshore Platforms， API Production Department，Dallas，Texas，1981.DnV，Rules for the Desiɡn Construction and Inspection of Offshore Structures， DnV Head Office，Hovik，Norway，1980.T.Sarpkaya，M.Isaacson，Mechanics of Wave Forceson Offshore Structures，VNR Co.，New York，1981.