[商检标准]-SYT 10050-2004 环境条件和环境荷载规范.pdf

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1、I CS 7 5. 01 0 P71 备 穷 号 14 09 7- 2 00 4 中华人民共和国石油天然气行业标准 S Y / T 1 0 0 5 0 - 2 0 0 4 环境条件和环境荷载规范 T h e s p e c i f i c a t i o n o f e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s a n d e n v i r o n me n t a l l o a d s ( D N V c l a s s i f i c a t i o n n o t e s N o . 3 0 . 5 ， m a r c h 2 0 0 0

2、 , E n v i r o n me n t a l c o n d i t i o n s a n d e n v i r o n me n t a l l o a d s , I D T ) 2 0 0 4 -0 7 -0 3发布2 0 0 4 -1 1 -0 1 实施 国家发展和改革委员会发 布 www.17jzw.co www.17bzw.c www.17jzw.ne www.3x888.co S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 目次 前言 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， n D N V前言 Ul 人级通讯 IV 1 概述 ， ， ， ， ， ，

3、， ， ， ， ， ， 1 1 . 1 总则 ， 。 ， ， ， 、 。 。 。 。 1 ，7 1 . 2 环境条件 ， 。 ， ， ， ， ， ， 1 1 . 3 环境荷载 ， ， . . 1 2 风 ， ， 1 2 - 1 平均风速 1 2 . 2 阵风 ， ， 2 3 波浪 ， ， ， ， ， 3 3 . 1 波浪理论 ， ， ， . 3 3 . 2 短期波浪条件 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， . ， . 4 3 . 3 长期波浪统计 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， . ， . . . 9 4 流和潮汐， ， ， ， ， ， ， 巧 4 . 1

4、流 。 ， 巧 4 . 2 潮汐 ， ， ， ， ， ， ， 1 6 5 风荷载 “ 1 1 6 5 . 1 风压 ， ， ， ， ， ， ， ， 1 6 5 . 2 风力 ， 1 6 5 . 3 形状系数 1 8 5 . 4 在直升机甲板上风的作用 ， ， 二 ， ， . . . . . 2 0 5 . 5 对风敏感结构的动力分析 ， ， ， ， 2 0 5 . 6 模型试验 ， ， 一2 2 6 波浪荷载和流荷载 . . . . . . ， . . . . . . 2 3 6 . 1 长细构件上的波浪荷载和流荷载 . . . . . . . 2 3 6 . 2 大尺度结构上的波浪荷载 。

5、， ， ， ， ， ， ， ， 。 ， ， ， ， 。 ， ， ， ， ， ， ， 一3 1 6 . 3 大尺度结构上的二阶波浪荷载 ， ， ， 3 1 6 . 4 波浪引 起的拍击荷载 ， ， ， ， . . . 3 1 6 . 5 破 碎 波引 起 的 冲 击 压 力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， 3 3 7 涡激振动 4 . . . . . . . . . . . . . . 3 3 7 . 1 总则 ， ， ， ， ， ， ， ， 3 3 7 . 2 风引起的涡

6、泄 ， ， ， ， ， ， . . ， 3 6 7 . 3 流引起的涡泄 ， . . . 3 7 7 . 4 波浪引起的涡泄 . . . . ， ， . . . . . ， 3 9 7 . 5 减小涡激振动的方法 ， ， ， ， . ， . . . 4 2 8 参考文献 ， 、 . ， 4 4 S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 前言 本 标 准 等同 采 用 挪 威船 级 社 ( D N V ) D N V N o . 3 0 . 5 , E n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n a n d e n v i r o n m e n

7、 - t a l l o a d s , Ma r c h 2 0 0 0 , 本标准在编译过程中，对第 3 章表的编号进行了修改。 对标准如有疑议，以采用本标准原文为准。 在海洋石油、天然气开发工程设计、建造和使用中涉及原标准所在国政府或其他主管当局的法 令、 法规和 规定时， 一律按中 华人民共和国政府主管部门颁布的相应法令、法规和规定执行。 本标准中计量单位以 法定 单位为主， 即法定单位在前， 将英制单位的相应值置在其后的 括号内。 为 不改变原标准中的公式、曲 线的形状特征、 常数和系 数， 凡使用英制单位的，仍沿用英制单位。 本标准由海洋石油工 程专业标准化技术委员会提出并归口 管

8、理 本标准起草单位:中国石油天然气股份有限公司辽河工程有限公司。 本标准主要起草人: 终光军、 李旭志、 任润卯、 刘丹、 庞秀英、裴红、康荣玉、 杜凯秋、 何廷 会。 本标准主审人:李玉成。 www.17jzw.co www.17bzw.c www.17jzw.ne www.3x888.co S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 D NV前言 挪威船级社 ( D N V )是一个旨 在保护海上及岸上生命、 财产以 及环境安全的独立自 主机构。 挪威船级社船舶检验协会 ( D NV A S )是该机构下设的一个附属分会，承担有关人级、认证，以 及保证船舶、海上移动装置、 海上固定

9、平台、 设施及系 统质量的服务， 并进行与此相关的 研究。 该协 会建立的船级检验站网络遍布全世界，并且获得了 1 2 0多个国家管理机构对开展人级检验活动的授 权，在大多数情况下还可以代表它们授予证书。 S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 入 级 通 讯 入级通讯是一 种提供有关船舶及其他设 施实用人级信息的出版物。 作为对一些较为通用规则 要求的 解释， 人级通讯中 还给出了 有关设计方案、 计算方法、 试验规程以及一些构件可接受的维 修方法等。 用户可向本协会索取最新的 人级通讯目录，也可从 船舶人级规则 、 海上移动装置人级规 则以及 轻型高速艇人级规则的最新版本 介绍

10、手册中找到该目录。 在 海上固定装置入级规则中只列出了同这种结构相关的 人级通讯目录。 www.17jzw.co www.17bzw.c www.17jzw.ne www.3x888.co S Y / T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 环境条件和环境荷载规范 概述 1 . 1 总则 1 . 1 . 1 本规范提供对重要环境条件描述以及环境荷载确定的指导。 环境条件描述见第2 章一第4 章， 环境荷载描述见第5 章一 第7 章。 1 . 2 环境条件 1 . 2 . 1 环境条件包括能引起损坏结构、干扰作业或者阻碍航行的自 然现象。概括起来，重要的现象 是 : 风。 波浪。 流。 在特定

11、情况下，可能重要的条件是 : 冰 地震 。 地质条件。 温度。 海生物附着。 能见度。 潮汐。 1 . 2 . 2 上述 各种条件通常采用统计的自 然物理变量描述。 统计描述应该能揭示极端条件以及长期和 短期变化。如果具有可靠的同步观测的 基础资料， 相关环境条件可采用联合概率描述。 1 . 2 . 3 环境设 计数据应对结构物位置或操作区 域具有代表 性。对于工作在世界范围的船舶和其他移 动装置， 可考虑极端不利区域的环境数据，女 口 北大西洋的 环境数据。 1 . 2 . 4 作为作业和设计评估基础的经验统计数据， 其所涵盖时间长度必须充分。 对限定时间作业， 必须考虑季节变化。对气象和海

12、洋学的资料应有 2 0 年的记录。如果资料记录较短，在分析中应考虑 气候的不确定性。 地震设计参数必须建立在长期历史数据基础上。 1 . 3 环境荷载 1 . 3 . 1 环境荷载是由于 环境现象产生的荷载。 用于设计的环 境荷载应基于特定位置和考虑作业要求方式的环境数据， 并考虑结构类型、 尺度、 形状和响应特性，采用适用于位置或作业的相关方法确定。 2风 2 . 1 平均风速 2 . 1 . 1 风速随时间和 距海平面的高度变化。因此， 风时距和高度必须 指定。 通用参考高度是 z , =l O m。通用风时距是 I mi n , 1 0 mi n 或 1 h , 时距大于I m i n

13、的平均风速称为持续风速。 2 . 1 . 2 平均风速和高度的 关系曲 线可按如下公式估算: S Y/ T 1 0 0 5 0 - 2 0 0 4 U ( z , t ， 一 U ( z t , ) ( 1 + 。 式中: z 平均海平面以 上的高 度，m ; z , 参考高度， 取 1 0 m; t 风时 距， m in ; t , - 一 参考时间， 取1 0 m m ; U ( 二 ，t )指定 z和t 的平均风速: U ( z t , )参考风速。 1 3 7 1n兰一。 z ,0 4 7 1n 户 ) U ( z , t ) / U ( z t , )比值在表 2 . 1 给出。 表

14、2 . 1 风速比 m 时间 3s5 s1 5 sl m i nl 0 m i n6 0 m i n 1 )( )9 3 4( )91 00 . 8 5 80 . 7 9 3 ( 6 8 5( 6 0 f ) 5 . 01 .1 5 41 . 1 3 0 1 . 0 7 81 . 0 1 30. 9 0 50 . 8 2 1 1 0 . 01 . 2 4 91 . 2 2 51 . 1 7 31 . 1 0 81 . 0 0 0( ) 9 1 6 2 0 ( 1 . 3 4 41 . 3 2 01 . 2 6 81 . 2 0 31 . 0 9 51 . 01 1 3 0 ( 1 . 3 9

15、91 . 3 7 51 . 3 2 41 . 2 5 91 . 1 511 . 0 6 6 4 0 . 01 . 4 3 91 . 41 51 . 3 6 31 . 2 98 1 . 1 9 01 . 1 0 6 5 0 . 01 . 4 6 91 . 4 4 51 . 3 9 41 . 3 291 . 2 2 01 . 1 3 6 1 0 0. 01 . 5 6 41 . 5 4 01 . 4 8 91 . 4 2 41 . 31 51 . 2 3 1 2 . 1 . 3 对于指定高度和时距的平均风速 U ( z , t )的统计特征可以采用威布尔 ( We ib u l l )分布来描 述

16、 : n， 二 丫 、广jU, -I r r w )= I 一e x p l 一 f 下 ! L “I 式 中: Pr( U) l i- 一一U 平均风速 U的累积概率; ( z , t ) ，风速 ; 队- We ib u l l 比 例参数; c - We i b u l ! 斜率参数。 2 . 1 . 4 对暴露时间T内的最大可能风速可由下式得到: T 1 / , U - l z, L ) =U , a i n T i 一、t厂 式中: 讥恒定风速持续的平均时间，通常取 3 h . 2 . 2阵风 2 . 2 . 1 在短时间范围内， 可以 把风认为是平均值为。 的随 机阵风分量与定常的

17、 平均风分量的叠加。 2 . 2 . 2 循环周期短于 1 mi n的阵风，可以采用 Ha r r i s 阵风谱来描述。 www.17jzw.co www.17bzw.c www.17jzw.ne www.3x888.co S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 f S ( f ， 一 KU ( z , t) ( 2 + 今 ) si6 式中: S( f )能量谱密度，m / Hz ; f - - 频 率， H z ; 产 - 一 频 率， 量 纲 为1 ， f = f L / U ( z , t ) ; L 长度参数尺度， m，可 选1 8 0 0 m ; 二表面拖曳力系数，

18、对恶劣海况可取。 . 0 0 2 0 ， 对一般海况可 取0 . 0 0 1 5 ; U ( z , t )平均风速。 该阵风谱不适用于频率 了 6 s ) S Y/ T 3.1 .5 在缺少其他可靠资料时， 对短期不规则海况的极限平均波陡5 可取为: 一 ) 介(T ( 6s) 1 5 ( 1 2 s ) 当双 1 2 s 时，S= 1 / 1 5 . 在6 s 。 。 时，取 0 . 0 9 ) ; 当y = 1 时， 上述谱即为P i e r s o n - M o s k w i t z 谱。 3 . 2 . 3 在无限风区的开阔 海域中， 中低海况经常由风浪和涌浪组成。 如果涌浪部分

19、是重要的，双峰 4 www.17jzw.co www.17bzw.c www.17jzw.ne www.3x888.co S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 谱可用来描述涌浪。例如， 义为风浪和涌浪的叠加 : S( f)= 式中 谱定义如下: 由北海的数据所得的双峰谱 T o r s e t h a u g e n谱可表述这种海况。该谱被定 S G ( f! 月., T , “ Y N， M) + S o ( f一 Hs -, T p -, y , N, M) 。 ， 、月z。 ， ，厂、 - N尸 3 G k j ) 一1 6 f p t 0 9 大)e x p 仁 一又 N

20、 , 二 - M 一 ( (f ) 1b 2 M八f p s J 。: 1 ， N, - . -N一1 、 一 v 0 一仁 MW ) 1 k M ) 回 归分析表明A ， 可近似为: A , y 一1 一4 . 1 ( N 一2 M 0 2 s + 5 . 3 ) (0 . 9 6 - 1 . 4 5 4 ) ( I n y ) f , 儿一( 2 . 2 N C + 0 . 5 7 ) N 0 5 - 0 5 5 “ 0 0 “ + 0 . 9 4 一1 . 0 4 N 1 - 9 当M = 4且 y 7 - l 时，简化如下 : A , y 一1 一4 . 1 ( N+ 2 . 3 5

21、) -0 “ ( I n y ) 0 . e . 5 9 K “ .T f )的 参数。 1 )主峰: 月S -= 丁马 钊二 r . , 月， 1 P S Y/ T 1 0 0 5 1 1 2 0 0 4 ， 一 3 5 ( 1 + 3 . 5 e x p ( 一 。 ,) ( L X 共、 。 ”， ( ， + 6 漂 、 、 盆a;产、J afi 几寸= 4 2 )次峰 : H , w =丫 不万币H , _( 1 . 2 8 ( 0 . 4 ) :， 月 ， 、 : ) 卜 ， i w . 一 1 G o ( N , M ) H am , 一 e x p l 一 3 1 全 式 中 :

22、 M 一 ， 一 0 . 7 e x p ( 一 3 H ) 一。 6 + 0 . 。 一 ( 丁 T T ,0 . 3 ( 2 5 - T ) 3 . 2 . 4 谱峰周期兀 与平均跨零波浪 周期T , 为下式: =T _ l 5 +y 一 ” 1 1+y 如果谱峰参数 y 未给出具体值，可采用下列值: “N 轰3 0 m) 式中: d 水深; H , 波浪模拟中采用的 有效波高; H , 给定重现期的有效波高。 对于水深不足3 0 m ， 通常首选根据3 . 1 . 3 规则波分析技术。对拖曳力非主导的 结构上述 修正不适 用 。 www.17jzw.co www.17bzw.c www.

23、17jzw.ne www.3x888.co S Y / T 1 0 0 5 0 -2 0 0 4 3 . 2 . 1 2根据 自升式半 台结构 的经验 ，如 卜 指南 刊用十检查小规则 时同序列 的生成 。 模拟的时间通常不应小于6 0 m i n 且不小于3 0 0 个响应周期。 时间步长通常在 孔/ 2 0的 最小值和 T , / 2 0的范围内 ( T 是产生共振的固有周期) 。 波浪模拟的有效性按如下参数校验: 正确的平均波面高度 ; 标准差= H , / 4 士1 %; 一 0 . 0 3 A A, ) 图4 . 1 流剖面随波浪拉伸的推荐方法 S Y/ T 1 0 0 5 0 -2

24、 0 0 4 4 . 1 . 3 当 缺乏 统计数据时， 在开阔海域风生流在静水面的流速可按如下取值: v M= 0 . 01 5 U( z , t ) z= l o m t = l h U ( z , t )在 2 . 1 . 2中给出。 4 . 2潮汐 4 . 2 . 1 潮差定义为最高天文潮位 ( H AT )和最低天文潮位 ( L A T )之间的差值 ，见图4 . 2 . 4 . 2 . 2 平均水位 ( MWL )定义为最高天文潮位和最低天文潮位之间的平均水位，见图 4 . 2 , 4 . 2 . 3 风暴潮包括风和压力引 起的影响。 4 . 2 . 4 静水位 ( S WI .

25、)定义为包括风暴潮在内的最高天文潮位，见图4 . 2 , 最高天文潮位 ( B A T ) 风.溯J水 平均静水位 ( 胭 砚 ) 天文湘差 最低天文潮位 ( 以T ) 最低御水位 风暴潮减水 图4 . 2 水位的定义 5风荷载 5 . 1 风压 5 . 1 . 1 基本风压由下式计算: 。 一 合 二 : 式中: 4 基本风压力或风吸力; P空气质量密度; 对干燥空气取为 1 . 2 2 5 k g / m 3 ; v , 在平均水位以上高度z( 以米计)处时距t 的 平均风速. 5 . 1 . 2 对于没有有效遮蔽的闭 式结构， 其水平或垂直外表面应按下式校核其局部 风压力或风吸力: h=

26、 士q4 式中: P 风 压力 或 风 吸 力; 9基本风压力或风吸力， 定义见5 . 1 . 1 ; C P 风压系数。 5 . 1 . 3 水平和垂直表面风压系数可取 1 . 0 . 5 . 2风力 5 . 2 . 1 垂直作用于 构件轴线或其表面上的风 力可按下式计算: F w =伪A s i n a 式 中 : C 一 一 一 形状系 数; 9基本风压力或风吸 力， 定义见5 . 1 . 1 ; A 垂直于风力方向的构件投影面积; 7 6 www.17jzw.co www.17bzw.c www.17jzw.ne www.3x888.co S Y/ T 1 0 0 5 0 -2 0 0

27、 4 a -暴露的构件轴线或者表面与风向之间的夹角。 当 计算由风引起的 构件内力时， 应采用在水平平面内 最不利风向。对大面积表面应考虑风的空间 相关性。 5 . 2 . 2 若多个构件位于垂直于风向的 平面内，如平面析架或一列立柱，必须考虑实体效应价 。 风力 F w 。可按下式计算: ,F , ,s o , =C必笋 s i n a 式中 : C Q 有效形状系数，见 5 . 3 . 7 ; 4 基本风压， 按5 . 1 . 1 计算; A 同5 . 2 . 1 定义。 取框架边界形成的投影面 积; 0- 实体度， 定义为垂直于风力方向 上暴露实体的投影面积与框架边界所围投影面积的比 值

28、; a - 暴露构件轴线和风向的夹角， 定义见5 . 2 . 1 . 5 . 2 . 3 如果两个或多 个平行框架沿风向布 置，需考虑遮蔽效应。 被遮蔽框架上的风力F w s , 可按下式 计算: 当用 5 . 2 . 1 中公式时: F w s w，F w 1 ( a ) 当用5 . 2 . 2中公式时: F w s w=F w s a . q ( b ) 式中: q遮蔽系数。 遮 蔽 系 数， 根 据 迎风 框 架 的 实 体 度 根据表 5 . 1 选取。 如果多个构件或框架沿风向布置， 的风荷载取用。 ( 0 ) 、 组成框架的构件类型和框架的间 距比而定。遮蔽系 数可 作用在其余构件或框架上的风荷载值可按第二 个构件或框架上 表5 . 1 遮蔽系