浮標受力分析

1、1浮標標體所受的力在誰中的浮標，其標體(浮具)所受外力與航行中的船舶相似，主要受水流力、波浪力、風 載荷等因素的作用，除此之外，還受到系留纜索的拉力。1.1水流力標體所受水流力即為水流阻力，一般認為，水流阻力主要由摩擦阻力(粘性阻力)和興 波阻力組成，摩擦阻力來自于水流的粘性，不僅取決于船舶濕表面積以及光潔程度，也 和船舶表面的曲度有關；興波阻力則是由于船舶在水面激起波浪所造成的力，與液體的粘性無關，主要和船型、船舶與水流的相對速度以及船舶的尺寸有關。1.1.1目前，計算船舶水流摩擦阻力的公式較多，我國常用的是基于平板實驗和理論分析所得乩=羸、。(1)到的阻力計算公式，其表達式為：式中，RM為

2、摩擦阻力(N或KN); p為水的密度(kg/m3); V為浮標與水流的相對速度， 即水流流速(m/s ); ?為浮標標體濕表面積，可近似用公式？= (1.7T+ a B) L估算；T為浮標吃水(m); 6為浮標方形系數(shù)；L為浮標長度(m); B為浮標寬度(m); CM1為摩擦 阻力系數(shù)(無量綱數(shù))。對于不同的液體和不同的水流流速，相應的阻力系數(shù)也不同，即CM1隨雷諾數(shù)Re而變，n, =(2)Re的表達式為：式中：v為水的運動粘滯系數(shù)，其余與前相同。表1列出了柏蘭特-許立汀關于摩擦阻力系數(shù)與Re的關系數(shù)據(jù)。浮標浮體表面的粗糙度也將影響標體的摩擦阻力，在我國，對于鋼質船體，摩擦阻力系數(shù)的增加值均為

3、CM2=0.0004,因此，浮標標體所受的摩擦阻力應表示為：R (Cq+GJ(3)衰I摩阻力系數(shù)與足的關系表C，泌山、跆HT齡lbZ?#xl0*京10跆10 齡10,L044711_0L02J2S1.01.571站449S2.H17L52.012L51.4942J03AW2,02 6951935頊1.4432.517882.52.6042.51.8782.5t.4053.03.6703.02.5343.01.8333.(1I.37S353.5743壬24763壬L79h3.51.3 504.03.W4.02.4284.01.7654.013294.53.4244,523X64.51.73K43

4、1.3115.05.02.3505.01.7155.01.2955.53.3115S2.3175.5L6945.51.擁I6.06_02289E01.675MJ1686.53.2216.522626L51.65865L257Z03J827.02237r01.6437nL2467.53J47752.217751.628751.2368.03.114&02.1968.01.615X.O1.227誓838S2.1788.5L603&512199.03J055902.16(9.09.0L21i953X)299 52/1449.5L5引9512()41.1.2興波阻力根據(jù)模型試驗和理論分

5、析，興波阻力（包括漩渦阻力）與重力有密切的關系，其表達式為：心二殊嚀n（4）式中：RR為興波阻力（N或KN）;CR為興波阻力系數(shù)；其余與前面相同。興波阻力系數(shù)CR與付汝德數(shù)Fr有關，F(xiàn)r定義為: 式中：g為重力加速度（m/s2）;其余符號與前相同。對于不同的船型，CR數(shù)值不同， 但根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)， 當Fr0.220.25時，興波阻力才明顯出現(xiàn)。由于三峽庫區(qū)現(xiàn)行浮標標體采用的是長10m的鋼質標志船，而成庫后由于水深大大增加，深水標位處水流流速多小于12m/s,即Fr0.100.2。因此，標體所受的興波阻力相對較小，可忽略不計。1.2波浪力波浪對浮標標體的作用力，可按原蘇聯(lián)動力部提出的公式計算:用M

6、iyAuL（5）式中：Rb為波浪力（kN ）; Ki為波浪力系數(shù)，可由圖1差得，圖中T為浮標標體的吃水（m）, LW為波長（m）; hw為波高（m）; r為水的容重（kN/m3）; Ad為標體水下?lián)跛?面積（m2）。波浪力系數(shù)的曲線圖在庫區(qū)航道中的浮標，根據(jù)波浪所形成的原因不同，波浪載荷主要由兩部分構成， 一是船行波引起的波浪力；二是由風載荷引起的波浪力，下面分述兩種波浪要素的計算 方法。1.2.1船行波世界上已有幾十個船模型實驗室對船行波要素進行過研究，并應用原體觀測資料予以 了驗證。船行波波長可應用荷蘭Delft水工研究所所建立的基于LordKelin理論導出的計算公式:式中：Vs為傳播航

7、速（m/s）; Lw1為船行波計算波長（m）。Havelock基于LordKelin理論導出了深水條件下船行波相對波高的關系式:式中：hw1為船行波計算波高（m）; S為要求測定的波處距船舶的距離（m）; H為水深（m）;?1、?2為與船型、船舶吃水深度和船速等有關的系數(shù)，對已有的實測資料分析得：對于巡邏艦、滿載內(nèi)河馬達船?1=1.0,對于歐洲空載貨船?1=0.5,對于空載馬達船和拖牽輪?1=0.35; ?2=2.67。1.2.2風成浪當受風力作用時，其波高和波長可借用官廳水庫公式計算：LK=O.67*2r(6)加mk0【66(7)tr:= l(NA(8)式中：hw2為風波計算波長(m); L

8、w2為風波計算波高(m); Vf為計算風速(m/s); Df為吹程(m),由浮標標體前沿至對岸的最大直線距離。1.3風載荷作用于浮標標體上的風壓力可由港口工程計算規(guī)范所給出的計算公式確定：(9)式中：RW為作用于浮標標體上的風壓力(kN ); K2為浮標標體的風載體形系數(shù)：風向 垂直標體的縱軸時，K2=1.2，風向平行于標體的縱軸時，K2=0.8; q為計算風壓(kN/m2),可按q=0.001Vf2計算；AU為浮標水上受風面積(m2);其余符號與前相同。1.4水面坡降力由于河道水面具有一定的坡降(水面比降)，浮標標體將沿水流方向產(chǎn)生一個分力，即式中：Rj為浮標標體所受的坡降力(kN );?為

9、標體的排水量或重量(噸)；J為標體處 的水面坡降。2浮標標體的受力計算前述給出了標體的受力計算公式，現(xiàn)根據(jù)庫區(qū)的水流、氣象、風浪等特征對各項受力進行定量分析和計算。深水浮標所使用的10m鋼質標志船的主要參數(shù)見表2表21。就鋼質標志船的主要參數(shù)總長總i*TI型塞型深吃水 方形系章,最(til)()(m)(in)(in)數(shù)(kg)10Z832400*0-260.52 S50現(xiàn)以某大橋設置深水浮標為例，計算其所受的水流力、波浪力、風載荷等外力。假設浮 標水域的水流、航道、放浪等自然條件如下：設水深H=80m;設標水域至岸邊的最大距離800m；標為處至主航道的最短距離 弟0m ;過往船舶航速()010

10、203。5(m)243.819X9157.613 L5(2.421!)(1.97(1.64)2 50)1)1S3&572 6MTU2 g.753 103.23 14L763 263.633 490.07：戶依斗(必)=bQS(P式中：R為浮標標體沿水平向所受的總作用力( 夾角；Tf為浮標所受的纜索拉力；Tm為錨所受的纜繩拉力S1為從標體至原點(=0)的纜索長度(m);S為標體至錨處的纜索實際長度(m)。注：設標水深如80%標體所受的風、浪等水平力相對較小，根據(jù)上述計算可知，浮標標體（浮具）所需的纜 索長度還可適當減短。因此，航標設置人員采用2倍左右設標水深確定纜索長度具有一定依 據(jù)，單一國注意某些較為特殊的設標水域，如水域面積大、地形開闊、風力強的部分，由于 受風浪作用較強，標體水平受力大，浮具所需的