《海洋工程环境》第3章风.ppt

3.3 风速计算 地表摩擦作用，越近地面，风速越小。 10m高度风速为标准高度，其他非标准高度风速依风速沿垂向变化规律计算 1. 垂直分布规律： 实测风速资料进行换算、统计分析以满足设计计算需要 近地表小于100m的风速沿垂向符合对数公式规律 VZ: 高度z处风速； V10: 高度10m处风速 Z0: 地面粗糙度；表4－2。文献[37]建议z0取0.003m 近地表大于100m的风速沿垂向符合指数公式规律 VZ: 高度z处风速； V10: 高度10m处风速 m: 与地面粗糙度和z有关 某海域10m高处的风速为20m/s，分别求海面上30m高处和150m高处风速。z0＝0.003 m=0.125 Example 3.1 实测风速时，记录时间不同 平均风速与时距密切相关。 时距越长，平均风速越小 不同时距的平均风速进行修正 我国规范10min时距为标准时距，其他时距需换算 表4－3 DNV平均风速： 2.平均风速 时距修正： 3.3 风速计算 3.最大风速样本、重现期： 年最大风速样本：考虑气候的季节性变化、海洋工程物对一年内任意时间最大风速都要承受 重现期： 设计风速平均TR年出现一次，即TR年一遇的概率 具有一定出现概率的最大风速 TR越长，荷载越大，对结构设计标准越高，即安全程度越高 年最大风速样本 最大风速的出现概率 重现期 风速设计值 收集分析不小于15年的风速资料 采用与实测资料拟和较好的长期理论分布函数，描述年最大风速样本的变化规律，再根据重现期得到设计风速 我国采用极值 Ⅰ型概率分布函数 确定重现期对应的年最大风速： 极值 Ⅰ型分布 概率分布函数、概率密度 特性 , 为此概率分布参数 ? 数学期望(或称均值) 与经验频率P等有关, P=m/(N+1)×100％=1/TR m为累积出现次数 设计风速 : 均方差（标准差） ?X : 近似求?X 自存状态 ：51.5m/s (100kn) 正常作业状态：36m/s (70kn) 最小设计风速 算例 1年一遇 10年一遇 30年一遇 50年一遇 100年一遇 中国近海大风及最大风速的地理分布 东海沿岸大风最多 年最大风日数100～180天 黄、渤海次 年最大风日数20～30天 岛屿100天以上 南海 年最大风日数约10天 海岛40～90天 强风区：台湾海峡、巴士海峡西部、越南东南近海 风速：离岸越远、海上>沿岸陆地 冬季强风频率>夏季 渤海海峡等 历史最大风速40m/s 北风、偏北风 黄海（大连、青岛等） 历史最大风速34m/s 东海 历史最大风速60m/s 南海 历史最大风速45m/s 4、海面风速换算 海面10m风速 陆地10m风速 风速增大系数，表4－6 海——陆风速 近海面风速 地转风速（ >近海面风速） 水气温差，海水表层温度－大气温度 图4－9 自由大气地转风速——海面风速 地转风：水平气压梯度力＋科氏力 假定等压线平行 近海面风速 梯度风速（ >近海面风速） 梯度风速——海面风速 梯度风：水平气压梯度力＋科氏力＋离心力 假定等压线为围绕低压或高压中心的曲线 等压线近似表现为圆形对称，有极大的气压梯度 气压分布公式：美国Meyers公式（4－17）、日本Fujita公式（4－18） 风速计算公式： （4－19） （4－20） 最大风速经验公式： （4－21） （4－22） 台风气压分布、风速计算 3.4 风荷载 风 定常风（平均） 脉动风 静力 动力 ? ----空气密度 ? ----空气重度 FD----作用在构件上的风力 P0----风压 V---设计风速 A－平台在正浮或倾斜状态时， 受风表面的正投影面积 CD---拖曳力系数，随雷诺数变化 表4－7，4－8，4－9 Ch---高度系数 表4－10 Cs---构件形状系数 表4－11 水平静态风荷载的计算公式： 基本风压： ?----风振系数 表4－15 P0----基本风压 F1---惯性力 A－平台在正浮或倾斜状态时， 受风表面的正投影面积 CD---拖曳力系数，随雷诺数变化 表4－7，4－8，4－9 Ch---高度系数 表4－10 Cs---构件形状系数 表4－11 水平动态风荷载的计算公式： Example 3.2 某地24年的10m高、10min时距 年最大风速记录为: