Методика расчета волновой нагрузки на ледостойкую стационарную платформу

Содержание статьи:

ОТКРЫТОЕАКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ»

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ВОЛНОВОЙ НАГРУЗКИ
ЛЕДОСТОЙКУЮ СТАЦИОНАРНУЮ ПЛАТФОРМУ

СТО Газпром 2-3.7-28-2005

ОТКРЫТОЕАКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ»

Общество с ограниченной ответственностью
«Научно-исследовательский институт природных газов и газовых
технологий — ВНИИГАЗ»
Общество с ограниченной ответственностью
«Информационно-рекламный центр газовой промышленности»

Москва 2005

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченнойответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов игазовых технологий — «ВНИИГАЗ»

2ВНЕСЕН Управлением техники и технологии разработки морских месторожденийДепартамента по добыче газа, газового конденсата и нефти ОАО»Газпром»

3УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Распоряжением ОАО «Газпром» от25 апреля 2005 г. № 60 с 12 августа 2005 г.

4ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Содержание

Введение

Настоящая Методика расчета волновой нагрузки наледостойкую стационарную платформу разработана с целью совершенствованиянормативной базы для проектирования морских ледостойких стационарных платформ вусловиях Обской и Тазовской губ, где в качестве концептуальных проектовплатформ для обустройства морских углеводородных месторождений в первую очередьрассматриваются варианты с однокорпусными опорными блоками.

Методика дополняет и уточняет расчетные требования иположения российских норм СНиП2.06.04-82* [1],ВСН 41.88[2] вчасти определения волновых нагрузок и воздействий на цилиндрические и призматическиесооружения больших диаметров (поперечных размеров), имеющих вертикальныестенки. В этом случае, когда размеры поперечного сечения сооружения сопоставимыпо величине с длиной расчетной волны, волновые нагрузки должны определяться сучетом явления дифракции, которая учитывает изменения в набегающем волновомполе из-за присутствия сооружения. Методика реализована в рамкахдетерминистического подхода и устанавливает расчетные требования для следующихвидов нагрузок, порождаемых действием волн: горизонтальной, вертикальной,опрокидывающего момента, локального давления, а также положения по определениювозвышения взволнованной поверхности у преграды и максимальных значений донныхскоростей.

Методика составлена Д.А. Мирзоевым, С.И.Шибакиным, Д.А. Онищенко, С.И. Рогачко, С.Н. Хахалиной.

СТАНДАРТОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА «ГАЗПРОМ»

МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ВОЛНОВОЙ НАГРУЗКИ
ЛЕДОСТОЙКУЮ СТАЦИОНАРНУЮ ПЛАТФОРМУ

Дата введения 2005-08-12

1 Область применения

НастоящаяМетодика расчета волновой нагрузки на ледостойкую стационарную платформу (далее- Методика) предназначена для использования в проектах освоения шельфа прирасчете волновых нагрузок на одиночные сооружения больших диаметров (поперечныхразмеров) с вертикальными стенками в условиях Обской и Тазовской губ на стадияхразработки предпроектной документации (стадии »Инвестиционный замысел(предложение)» и «Обоснование инвестиций» (включая»Декларацию о намерениях»)) в структурных подразделениях, дочернихобществах и организациях ОАО «Газпром».

На стадиях»Проект» («Рабочий проект») и «Рабочаядокументация» положения Методики могут использоваться для полученияпредварительных данных по волновым нагрузкам с обязательным последующимуточнением величин нагрузок посредством расчетов, учитывающих отклонениереальной формы сооружения от идеальной цилиндрической или призматической, атакже особенности рельефа дна в районе установки сооружения.

2 Термины, определения иобозначения

2.1В настоящей Методике применяются термины по [1-3].

2.2В настоящей Методике применяются следующие основные обозначения:

d — глубина воды при расчетном уровне, м;

dcr — критическаяглубина воды, при которой происходит первое обрушение волн, м;

g — ускорение свободного падения, м/с²;

h — высота волны, м;

k — волновоечисло, рад/м;

p -гидродинамическое волновое давление, кПа;

qx -распределенная по высоте горизонтальная линейная нагрузка от волн навертикальную преграду, кН/м;

B — ширина призматической преграды, м;

D — диаметрцилиндрической преграды, м;

M — опрокидывающий момент от действияволновой нагрузки, кН·м;

T — период волны, с;

Qx, Qz — горизонтальная и вертикальнаяпроекции силы от воздействия волн на преграду соответственно, кН;

UД — максимальнаядонная скорость, м/с;

λ — длина волны,м;

ηс ζс— возвышение гребня волны (свободной волновой поверхности) у вертикальнойцилиндрической и призматической преград соответственно, м;

ρ — плотностьводы, т/м³;

ω — частотаволны, рад/с,

3 Общие положения

3.1Нагрузки и воздействия от волн на одиночные вертикальные цилиндрическиепреграды при относительном диаметре преграды  и относительнойглубине , а также нагрузки и воздействия от разбивающихся волн (при ) следует определять по СНиП2.06.04-82* [1].

3.2С помощью настоящей Методики расчеты следует выполнять в случае одиночныхвертикальных цилиндрических преград при следующих значениях параметров: ,  и при , , а также в случае призматических преград при значенияхпараметров . В обоих случаях дополнительно требуется выполнение условия  где dcr — критическая глубина, определяемаясогласно СНиП2.06.04-82* (пункт 4 Приложения 1) [1].

3.3Положения Методики устанавливают нормативные значения волновых нагрузок.Расчетное значение каждой нагрузки должно вычисляться как произведениенормативного значения нагрузки на коэффициент надежности по нагрузкам γf, который принимается равным 1,0.

Примечание — Значениеγf = 1,0 для волновоговоздействия апробировано на практике и использовалось в СНиП2.06.01-86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования иСНиП33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения.

3.4В случаях, когда форма сооружения отличается от идеальной цилиндрической илипризматической, а также когда имеются особенности рельефа морского дна,результаты расчетов с помощью настоящей Методики должны рассматриваться лишь вкачестве первого приближения. Для получения более точных величин нагрузокследует выполнять расчеты по усложненным методикам (метод стоков/источников,метод конечных элементов и др.) [4-6],реализованным в рамках апробированных вычислительных комплексов.Соответствующие рекомендации по выполнению проектных расчетов имеются взарубежных нормативных документах API RP 2N [7],CAN/CSA-S471 [8],BS 6235 [9],DNV CN 30.5 [10]а также в работах [11-12]

3.5В наиболее сложных с расчетной точки зрения ситуациях (нетрадиционная формасооружения, усложненный рельеф дна), а также в случае  необходимодополнительное проведение модельных испытаний.

4 Необходимые исходныеданные и требования к ним

Дляпроведения расчетов с помощью настоящей Методики требуются следующие исходныеданные:

d — глубина воды при расчетном уровнеморя, м, принимаемая согласно СНиП2.06.04-82* [1];

h — высота расчетной волны, м,принимаемая согласно СНиП2.06.04-82* (Приложение 1) [1];

T — период расчетной волны, принимаемыйсогласно СНиП2.06.04-82* (Приложение 1) [1].

5 Нагрузки от волн навертикальные преграды

5.1 Цилиндрические преграды

5.1.1 Горизонтальную линейную (на единицу высоты) нагрузкуот воздействия волн на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине , м, от расчетного уровня воды (расчетная схема показана на рисунке1) при произвольном ее расположении относительно вершины гребня волны , кН/м, вычисляют по формуле:

,                                                (1)

гдеρ — плотность воды,т/м³;

g — ускорение свободногопадения, равное 9,81 м/с²;

k — волновое число, рад/м, вычисляемое поформуле:

,                                                                                      (2)

λ — длинарасчетной волны, вычисляемая по формуле:

,                                                                                        (3)

где T — период волны, с;

h — высота расчетнойволны, м, принимаемая согласно СНиП2.06.04-82* (Приложение1) [1];

D — диаметрпреграды, м;

Ci -инерционный коэффициент, принимаемый по графику на рисунке 2;

d — глубина водыпри расчетном уровне моря, м;

ω — частота волны, рад/с, вычисляемая поформуле:

,                                                                                     (4)

t — время, с;

α — угол фазового сдвига между моментомнаступления максимума линейной нагрузки и моментом прохождения переднего склонапрофиля волны через уровень спокойного горизонта на оси цилиндра (см. рисунок1).

Примечание — При выполнении условия  можно принять α = 0 [4].

5.1.2Максимальную горизонтальную линейную нагрузку от воздействия волн навертикальную цилиндрическую преграду на глубине , м, от расчетного уровня воды (рисунок1) , кН/м, вычисляют по формуле:

,                                                       (5)

где  — поправочныйкоэффициент, учитывающий нелинейный эффект возвышения свободной поверхности поконтуру преграды, вычисляемый по формуле:

;                                                                 (6)

где  — коэффициент силы,определяемый по графику на рисунке 3 (кривая 1);

ρ, g, k, h, D, Ci, d — обозначения те же, что в 5.1.1.

Рисунок1 — Расчетная схема вертикальной цилиндрической(призматической) преграды

Рисунок2 — График инерционного коэффициента Ci

5.1.3Максимальную горизонтальную силу от воздействия волн на вертикальнуюцилиндрическую преграду , кН, вычисляют по формуле:

,                                                            (7)

гдеρ, g, h, D, Ci, k, d — обозначения те же, что в 5.1.1;

 — обозначение то же,что в 5.1.2.

5.1.4Максимальный опрокидывающий момент от действия горизонтальной составляющейволнового воздействия на вертикальную цилиндрическую преграду относительноточки Oi (рисунок1) , кН·м, вычисляют по формуле:

,                                            (8)

где- поправочный коэффициент, учитывающий нелинейный эффектвозвышения свободной поверхности по контуру преграды и определяемый по формуле:

,                                                      (9)

гдеμ — коэффициент, вычисляемый по формуле:

;

ψM — коэффициент момента, определяемый пографику на рисунке 3 (кривая 2);

h, λ, Ci, d, D, k — обозначения те же, что в 5.1.1.

Рисунок3 – Графики коэффициентов ψQ и ψM

5.1.5При расчете вертикальной цилиндрической преграды на сдвиг по сечению,расположенному на глубине z, м, от расчетногоуровня воды, максимальную сдвигающую силу , кН, вычисляют по формуле:

,                                                    (10)

где- вычисляется по формуле (7);

ρ, g, h, D, Ci, k, d — обозначенияте же, что в 5.1.1.

5.1.6 Максимальную вертикальную силу от воздействия волн насплошное дно вертикальной цилиндрической преграды, расположенной на проницаемомосновании либо на искусственной каменной постели, при условии, что взвешивающеедавление по подошве сооружения равно гидростатическому, , кН, вычисляют по формуле:

,                                                                       (11)

гдеγz — коэффициентмаксимальной вертикальной силы от воздействия волн на дно преграды с учетомпроницаемости основания; определяемый по графикам на рисунке4;

ρ, g, h, D, Ci, k, d — обозначенияте же, что в 5.1.1.

Примечание — При прохождении вершины волнычерез вертикальную ось преграды сила  направлена вверх, при прохожденииподошвы волны -вниз.

Рисунок4 — Графики значений коэффициента γz максимальной вертикальной силы
от воздействия волн на дно цилиндра с учетом проницаемости основания

5.1.7Максимальное значение опрокидывающего момента относительно точки O1 (рисунок1) от совместного действия горизонтальной и вертикальной составляющих волновоговоздействия на вертикальную цилиндрическую преграду , кН·м, при условии распределения взвешивающего давлениясогласно 5.1.6 вычисляют по формуле:

,                                                                 (12)

где- вычисляется по формуле (8);

 — дополнительныйопрокидывающий момент, действующий на дно преграды от вертикальных волновыхдавлений, вычисляемый по формуле:

,                                                                  (13)

где- коэффициентдополнительного опрокидывающего момента от воздействия волн на дно преграды сучетом проницаемости основания, определяемый по графикам на рисунке5;

ρ, g, h, D — обозначения те же, что в 5.1.1.

Рисунок 5 — Графики значений коэффициента  дополнительного опрокидывающего
момента от воздействия волн на дно цилиндра с учетом проницаемости основания

5.1.8 Избыточное надгидростатическим волновое давление p, кПа, в произвольной точке смоченной поверхностивертикальной цилиндрической преграды на глубине z, м, в момент времени, соответствующийнаступлению максимумов нагрузок  и  вычисляют по формуле:

,                                                              (14)

где  — коэффициентраспределения давления по периметру вертикальной цилиндрической преграды,определяемый по графикам на рисунке6;

θ — центральный угол, отсчитываемый отнаправления луча волны, град;

ρ, g, h, k, d — обозначения те же. что в 5.1.1.

Рисунок 6 — Графикизначений коэффициента распределения давления χ по периметру
цилиндрической преграды

5.1.10Максимальную донную скорость у контура и в окрестности вертикальнойцилиндрической преграды  м/с, вычисляют поформуле:

,                                                                   (15)

где- коэффициентмаксимальной донной скорости, определяемый по графикам на рисунке 7:

h, T, k, d — обозначения те же, что в 5.1.1.

Рисунок7 — Графики значений коэффициента максимальной доннойскорости

Максимальнаядонная скорость, определяемая через коэффициент  по рисунку 7(кривая 1), возникает в районе точек контура вертикальной цилиндрическойпреграды, расположенных под углами θ = 90° и θ = 270° к лучу волны.

Максимальнаядонная скорость в окрестности вертикальной цилиндрической преграды,определяемая через коэффициент  по рисунку 7 (кривая 2), возникает в районе точки, расположенной передпреградой (θ=0°) на расстоянии 1 от контура преграды. Значение l при  вычисляют по формуле:

,                                                           (16)

апри  — по формуле:

                                                                               (17)

5.2 Призматические преграды

5.2.1Нагрузки и воздействия от волн на одиночные вертикальные призматическиепреграды следует определять в соответствии с настоящим разделом при .

5.2.2 Максимальную горизонтальную линейную нагрузку отвоздействия волн на вертикальную призматическую преграду на глубине , м, от расчетного уровня воды (рисунок1) , кН/м, вычисляют по формуле:

,                                                                (18)

гдеB — ширина преграды (по нормали к лучуволны), м;

Сn — коэффициент, учитывающий нелинейныеэффекты волнового воздействия, вычисляемый по формуле:

,                                                                              (19)

CQ — коэффициент,зависящий от формы горизонтального сечения опоры и параметра . Для преград, форма в плане которых показана на рисунке8, значения CQ следуетпринимать по графикам, приведенным на рисунке 9, в остальных случаях — порезультатам модельных испытаний;

ρ, g, h, k, d — обозначения те же, что в 5.1.1.

Рисунок8 — Форма в плане вертикальных призматических преград
и схемы взаимодействия с волной

5.2.3 Максимальную горизонтальную силу от воздействияволн на вертикальную призматическую преграду , кН, вычисляют по формуле:

,                                                             (20)

где обозначения те же, что в 5.2.2.

Рисунок9 — График значений коэффициента CQ

5.2.4 При расчете опоры насдвиг по сечению, расположенному на глубине z, м, от расчетного уровня воды,максимальную сдвигающую силу , кН, вычисляют по формуле:

,                                                   (21)

где обозначения те же, что в 5.2.2.

5.2.5 Максимальныйопрокидывающий момент от воздействия волн на вертикальную призматическуюпреграду относительно центра основания (точка O1, на рисунке1) , кН·м, вычисляют по формуле:

,                                                                          (22)

где- вычисляют по формуле (20);

zQ — возвышениеточки приложения максимальной горизонтальной силы от воздействия волн надуровнем дна, м, которое вычисляют по формуле:

,                                                                         (23)

гдеd, k — обозначения те же, что в (5.1.1).

6 Возвышение взволнованнойповерхности у контура преграды

6.1 Цилиндрические преграды

6.1.1Максимальное возвышение гребня волны у контура вертикальной цилиндрическойпреграды над расчетным уровнем воды , м, вычисляют по формуле:

,                                                                              (24)

где  — коэффициентмаксимального возвышения волны у контура вертикальной цилиндрической преграды,определяемый по таблице 1 или по графику на рисунке 10;

Таблица 1

Рисунок 10 — Графикзначений максимального возвышения
гребня волны  у цилиндрической преграды

 — превышениевершины волны с высотой обеспеченностью i = 0,1% над расчетным уровнем воды, определяемое по СНиП2.06.04-82* (пункт 2.3) [1], либовычисляемое по формуле:

                                                           (25)

гдеhi — высота волныобеспеченностью i = 0,1 %;

k, d, λ — обозначения теже, что в 5.1.1.

6.2 Призматические преграды

6.2.1Максимальное возвышение волновой поверхности перед одиночной призматическойпреградой над расчетным уровнем воды при воздействии волн с высотой обеспеченностьюi — 0,1 % , м, вычисляют по формуле:

Kz — коэффициент,зависящий от параметра , принимаемый по графику на рисунке 11;

h, k, d — обозначения те же, что в 5.1.1.

Рисунок11 — График значений коэффициента Kz

Библиография

[1]СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения(волновые, ледовые и от судов)

[2]ВСН 41.88 Проектирование ледостойких стационарных платформ

[3]ОСТ 51.89-82 Морские нефтегазопромысловые сооружения и внешниевоздействия на них. Термины и определения

[4]Халфин И.Ш., Пиляев С.И. Воздействие волн на морскиегравитационные ледостойкие сооружения больших поперечных размеров. — М.: МИСИим. В.В. Куйбышева, 1986

[5]Халфин И.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. — М.:Недра, 1990

[6] Sarpkaya T., Isaacson M.Mechanics of ware forces on offshore structures. — New York, 1981

[7] API RP 2N RecommendedPractice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms ,American Petroleum Institute, 1991

[8] CAN/CSA-S471 A NationalStandart of Canada. General Requirements, Design Criteria, the Environment, andLoads. 1992

[9] BS 6235 Code of Practicefor Fixed offshore structures. British Standards Institution, 1982

[10] DNV CN 30.5Classification Notes. Environmental Conditions and Environmental Loads. DetNorske Veritas, 2000

[11]Разработка рекомендаций по расчету волновых нагрузок наплатформу Варандей-море. Отчет по НИР. Пояснительная записка. — М.: МГСУ, 2000

[12]Brebbia C.A., Walker S. Dynamic Analysis of Offshore Structures. — London-Boston: Butterworth, 1979 [Перевод: Бреббиа К., Уокер С. Динамика морскихсооружений. — Л.: Судостроение, 1983]

Ключевые слова: ледостойкаястационарная платформа, волновая нагрузка, методика расчета

Поиск по каталогу, статьям, СНиПам:

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления, оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > https://resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495) 744-67-74, на который можно звонить круглосуточно.