СТО Газпром 2-3.7-28-2005

  Главная      Учебники Газпром     

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  89   90  91  92  93  94  95  96  97  98  99    .. 

 

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “ГАЗПРОМ”


 


 

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ


 

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ВОЛНОВОЙ НАГРУЗКИ

НА ЛЕДОСТОЙКУЮ СТАЦИОНАРНУЮ ПЛАТФОРМУ


 

СТО Газпром 2-3.7-28-2005


 

Издание официальное


 

image

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ 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


     

  2. ВНЕСЕН


     

  3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ


     

  4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Обществом с ограниченной ответственностью “Научноисследовательский институт природных газов и газовых технологий – “ВНИИГАЗ”


 

Управлением техники и технологии разработки морских месторождений Департамента по добыче газа, газового конденсата, нефти ОАО “Газпром”


 

Распоряжением ОАО “Газпром” от 25 апреля 2005 г. № 60 с 12 августа 2005 г.


 


 

© ОАО “Газпром”, 2005

© Разработка ООО “ВНИИГАЗ”, 2005

© Оформление ООО “ИРЦ Газпром”, 2005


 

Распространение настоящего стандарта осуществляется в соответствии с действующим законодательством и с соблюдением правил, установленных ОАО “Газпром”


 

Содержание

Введение IV

  1. Область применения 1

  2. Термины, определения и обозначения 1

  3. Общие положения 2

  4. Необходимые исходные данные и требования к ним 3

  5. Нагрузки от волн на вертикальные преграды 3

    1. Цилиндрические преграды 3

    2. Призматические преграды 12

  6. Возвышение взволнованной поверхности у контура преграды 15

    1. Цилиндрические преграды 15

    2. Призматические преграды 16

Библиография 18

Введение


 

Настоящая Методика расчета волновой нагрузки на ледостойкую стационарную платформу разработана с целью совершенствования нормативной базы для проектирования морских ледостойких стационарных платформ в условиях Обской и Тазовской губ, где в качестве концептуальных проектов платформ для обустройства морских углеводородных месторождений в первую очередь рассматриваются варианты с однокорпусными опорными блоками. Методика дополняет и уточняет расчетные требования и положения российских норм СНиП 2.06.04-82* [1], ВСН 41.88 [2] в части определения волновых нагрузок и воздействий на цилиндрические и призматические сооружения больших диаметров (поперечных размеров), имеющих вертикальные стенки. В этом случае, когда размеры поперечного сечения сооружения сопоставимы по величине с длиной расчетной волны, волновые нагрузки должны определяться с учетом явления дифракции, которая учитывает изменения в набегающем волновом поле из-за присутствия сооружения. Методика реализована в рамках детерминистического подхода и устанавливает расчетные требования для следующих видов нагрузок, порождаемых дейстием волн: горизонтальной, вертикальной, опрокидывающего момента, локального давления, а также положения по определению возвышения взволнованной по-

верхности у преграды и максимальных значений донных скоростей.

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

СТАНДАРТ ОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА

“ГАЗПРОМ”


 

image


 

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ВОЛНОВОЙ НАГРУЗКИ

НА ЛЕДОСТОЙКУЮ СТАЦИОНАРНУЮ ПЛАТФОРМУ


 


 

image

Дата введения 2005-08-12


 

  1. Область применения


     

    Настоящая Методика расчета волновой нагрузки на ледостойкую стационарную платформу (далее – Методика) предназначена для использования в проектах освоения шельфа при расчете волновых нагрузок на одиночные сооружения больших диаметров (поперечных размеров) с вертикальными стенками в условиях Обской и Тазовской губ на стадиях разработки предпроектной документации (стадии “Инвестиционный замысел (предложение)” и “Обоснование инвестиций” (включая “Декларацию о намерениях”)) в структурных подразделениях, дочерних обществах и организациях ОАО “Газпром”.

    На стадиях “Проект” (“Рабочий проект”) и “Рабочая документация” положения Методики могут использоваться для получения предварительных данных по волновым нагрузкам с обязательным последующим уточнением величин нагрузок посредством расчетов, учитывающих отклонение реальной формы сооружения от идеальной цилиндрической или призматической, а также особенности рельефа дна в районе установки сооружения.

  2. Термины, определения и обозначения


     

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

    2. В настоящей Методике применяются следующие основные обозначения:

      – глубина воды при расчетном уровне, м;

      d

       

      cr

       

      – критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн, м;

      – ускорение свободного падения, м/с2;

      – высота волны, м;

      – волновое число, рад/м;


       


       

      image

      Издание официальное

      – гидродинамическое волновое давление, кПа;

      qx – распределенная по высоте горизонтальная линейная нагрузка от волн на вертикальную преграду, кН/м;

      – ширина призматической преграды, м;

      – диаметр цилиндрической преграды, м;

      М – опрокидывающий момент от действия волновой нагрузки, кH·м;

      – период волны, с;

      Qx, Qz – горизонтальная и вертикальная проекции силы от воздействия волн на преграду соответственно, кН;

      UД – максимальная донная скорость, м/с;

       – длина волны, м;

      cc – возвышение гребня волны (свободной волновой поверхности) у вертикальной цилиндрической и призматической преград соответственно, м;

       – плотность воды, т/м3;

       – частота волны, рад/с.


       

  3. Общие положения


     

    1. Нагрузки и воздействия от волн на одиночные вертикальные цилиндрические преграды при относительном диаметре преграды D/  0,4 и относительной глубине

      d/ > 0,175, а также нагрузки и воздействия от разбивающихся волн (при dcr ) следует определять по СНиП 2.06.04-82* [1].

    2. С помощью настоящей Методики расчеты следует выполнять в случае одиночных вертикальных цилиндрических преград при следующих значениях параметров: 0,2  D/ < 1,0, d/  0,175 и при D/ > 0,4 , d/ > 0,175, а также в случае призматических преград при значениях параметров / 5. В обоих случаях дополнительно требуется выполнение усло-

      вия dcr, где dcr – критическая глубина, определяемая согласно СНиП 2.06.04-82* (пункт 4 Приложения 1) [1].

    3. Положения Методики устанавливают нормативные значения волновых нагрузок. Расчетное значение каждой нагрузки должно вычисляться как произведение нормативного

      значения нагрузки на коэффициент надежности по нагрузкам f, который принимается рав-

      ным 1,0.

      Примечание – Значение f = 1,0 для волнового воздействия апробировано на практике и использовалось в СНиП 2.06.01-86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования

      и СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения.

    4. В случаях, когда форма сооружения отличается от идеальной цилиндрической или призматической, а также когда имеются особенности рельефа морского дна, результаты расчетов с помощью настоящей Методики должны рассматриваться лишь в качестве первого приближения. Для получения более точных величин нагрузок следует 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 в зарубежных нормативных документах API RP 2A [7], CAN/CSA-S471 [8], BS 6235 [9], DNV CN 30.5 [10], а также в работах [11-12].

    5. В наиболее сложных с расчетной точки зрения ситуациях (нетрадиционная фор-

      cr

       

      ма сооружения, усложненный рельеф дна), а также в случае d

      ное проведение модельных испытаний.

      необходимо дополнитель-


       

  4. Необходимые исходные данные и требования к ним


     

    Для проведения расчетов с помощью настоящей Методики требуются следующие исходные данные:

    – глубина воды при расчетном уровне моря, м, принимаемая согласно СНиП 2.06.04-82* [1];

    – высота расчетной волны, м, принимаемая согласно СНиП 2.06.04-82* (Приложение 1) [1];

    – период расчетной волны, принимаемый согласно СНиП 2.06.04-82* (Приложение 1) [1].

  5. Нагрузки от волн на вертикальные преграды


     

    1. Цилиндрические преграды

      x

       

      1. Горизонтальную линейную (на единицу высоты) нагрузку от воздействия волн на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине  0, м, от расчетного уровня воды (расчетная схема показана на рисунке 1) при произвольном ее расположении относительно вершины гребня волны (z, t), кН/м, вычисляют по формуле


         

        image image (1)


         

        где  – плотность воды, т/м3;

        – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/c2;

        – волновое число, рад/м, вычисляемое по формуле


         

        image


         

        image

         – длина расчетной волны, вычисляемая по формуле

        (2)


         

        (3)


         

        где Т – период волны, с;

        – высота расчетной волны, м, принимаемая согласно СНиП 2.06.04-82* (Приложение 1) [1];

        – диаметр преграды, м;

        C

         

        i

         

        – инерционный коэффициент, принимаемый по графику на рисунке 2;

        – глубина воды при расчетном уровне моря, м;

         – частота волны, рад/с, вычисляемая по формуле


         

         = 2/T, (4)


         

        – время, с;

         – угол фазового сдвига между моментом наступления максимума линейной нагрузки и моментом прохождения переднего склона профиля волны через уровень спокойного горизонта на оси цилиндра (см. рисунок 1).

        Примечание – При выполнении условия D/< 2 можно принять = 0 [4].

      2. Максимальную горизонтальную линейную нагрузку от воздействия волн на вертикальную цилиндрическую преграду на глубине  0, м, от расчетного уровня воды (рисунок 1) qх,max(z) , кН/м, вычисляют по формуле


         

        image (5)

        где К1,cor – поправочный коэффициент, учитывающий нелинейный эффект возвышения свободной поверхности по контуру преграды, вычисляемый по формуле


         

        image

        image (6)

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

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


         

        image

        Рисунок 1 – Расчетная схема вертикальной цилиндрической (призматической) преграды


         

        image

        i

         

        Рисунок 2 – График значений инерционного коэффициента С

      3. Максимальную горизонтальную силу от воздействия волн на вертикальную цилиндрическую преграду Qx,max, кН, вычисляют по формуле

        image

        image (7)

        где g, h, D, Ci, k, d – обозначения те же, что в 5.1.1;


         

        К

         

        1,cor

        – обозначение то же, что в 5.1.2.

      4. Максимальный опрокидывающий момент от действия горизонтальной составляющей волнового воздействия на вертикальную цилиндрическую преграду относительно точки О1 (рисунок 1) Мx,max, кH·м, вычисляют по формуле

        image (8)


         

        где К2,cor – поправочный коэффициент, учитывающий нелинейный эффект возвышения свободной поверхности по контуру преграды и определяемый по формуле


         

        image

        image (9)

        где  – коэффициент, вычисляемый по формуле


         

        image image


         

        М – коэффициент момента, определяемый по графику на рисунке 3 (кривая 2);

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

      5. При расчете вертикальной цилиндрической преграды на сдвиг по сечению, расположенному на глубине z, м, от расчетного уровня воды, максимальную сдвигающую силу


         

        Q

         

        s,max

        , кН, вычисляют по формуле


         


         

        image

        image

        (10)


         


         

        где Q

         

        s,max

        – вычисляется по формуле (7);

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

      6. Максимальную вертикальную силу от воздействия волн на сплошное дно вертикальной цилиндрической преграды, расположенной на проницаемом основании либо на


         


         

        image


         

        Рисунок 3 – Графики коэффициентов  и 

        М


         


         

        искусственной каменной постели, при условии, что взвешивающее давление по подошве со-

        image

        оружения равно гидростатическому, Q

        z,max

         

        , кН, вычисляют по формуле


         

        (11)


         

        image

        где z – коэффициент максимальной вертикальной силы от воздействия волн на дно преграды с учетом проницаемости основания, определяемый по графикам на рисунке 4;

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

        Примечание – При прохождении вершины волны через вертикальную ось преграды сила Q


         

        направлена вверх, при прохождении подошвы волны – вниз.

        z,max


         

        image

        Рисунок 4 – Графики значений коэфициента z максимальной вертикальной силы от воздействия волн на дно цилиндра с учетом проницаемости основания


         

      7. Максимальное значение опрокидывающего момента относительно точки О1

        (рисунок 1) от совместного действия горизонтальной и вертикальной составляющих волно-

        вого воздействия на вертикальную цилиндрическую преграду Мmax, кН·м, при условии распределения взвешивающего давления согласно 5.1.6 вычисляют по формуле


         


         

        M

         

        max


         

        M

         

        x,max


         

        M

         

        z,por


         

        , (12)

        где Мx,max – вычисляется по формуле (8);


         

        М

         

        z,por

        – дополнительный опрокидывающий момент, действующий на дно преграды от

        вертикальных волновых давлений, вычисляемый по формуле


         

        image

        (13)


         

        где por – коэффициент дополнительного опрокидывающего момента от воздействия волн на дно преграды с учетом проницаемости основания, определяемый по графикам на рисунке 5;

        g, h, D – обозначения те же, что в 5.1.1.


         

        image


         

        Рисунок 5 – Графики значений коэфициента por дополнительного опрокидывающего момента от воздействия волн на дно цилиндра с учетом проницаемости основания


         

      8. Избыточное над гидростатическим волновое давление p, кПа, в произвольной точке смоченной поверхности вертикальной цилиндрической преграды на глубине zм,

в момент времени, соответствующий наступлению максимумов нагрузок qx,max и Qx,max, вычисляют по формуле


 

image

image

image (14)

где  – коэффициент распределения давления по периметру вертикальной цилиндрической преграды, определяемый по графикам на рисунке 6;

 – центральный угол, отсчитываемый от направления луча волны, град;

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


 


 

image


 

1 –   0о 2 –   15о 3 –   30о 4 –   45о 5 –   60о

–   75о 7 –   90о 8 –   105о 9–   125о 10 –   135о

11 –   150о 12 –   165о 13 –   180о


 

Рисунок 6 – Графики значений коэфициента распределения давления  по периметру цилиндрической преграды

5.1.10 Максимальную донную скорость у контура и в окрестности вертикальной цилиндрической преграды UД, м/с, вычисляют по формуле

image (15)


 

где v,max – коэффициент максимальной донной скорости, определяемый по графикам на рисунке 7;

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


 

image

1 – у контура цилиндрической преграды; 2 – в окрестности преграды


 

 

Рисунок 7 – Графики значений коэффициента максимальной донной скорости 


 

Максимальная донная скорость, определяемая через коэффициент ,max по рисунку 7 (кривая 1), возникает в районе точек контура вертикальной цилиндрической прегра-

ды, расположенных под углами  = 90о и  = 270о к лучу волны.

Максимальная донная скорость в окрестности вертикальной цилиндрической преграды, определяемая через коэффициент ,max по рисунку 7 (кривая 2), возникает в районе

точки, расположенной перед преградой ( = 0о) на расстоянии l от контура преграды. Значение при image вычисляют по формуле

image

(16)


 

а при image – по формуле


 

image

(17)


 

    1. Призматические преграды


       

      1. Нагрузки и воздействия от волн на одиночные вертикальные призматические преграды следует определять в соответствии с настоящим разделом при / 5.

      2. Максимальную горизонтальную линейную нагрузку от воздействия волн на вертикальную призматическую преграду на глубине 0   dм, от расчетного уровня воды (рисунок 1) qx,max, кН/м, вычисляют по формуле

        image (18)


         

        где – ширина преграды (по нормали к лучу волны), м;

        image

        Cn – коэффициент, учитывающий нелинейные эффекты волнового воздействия, вычисляемый по формуле


         

        image

        (19)


         

        CQ – коэффициент, зависящий от формы горизонтального сечения опоры и параметра

        /B. Для преград, форма в плане которых показана на рисунке 8, значения CQ следует принимать по графикам, приведенным на рисунке 9, в остальных случаях – по результатам

        модельных испытаний;

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


         


         

        image

        Рисунок 8 – Форма в плане вертикальных призматических преград и схемы взаимодействия с волной


         

        image

      3. Максимальную горизонтальную силу от воздействия волн на вертикальную призматическую преграду Qx,max, кН, вычисляют по формуле


         

        image image


         

        где обозначения те же, что в 5.2.2.

        (20)


         

        image


         

        Рисунок 9 – График значений коэффициента СQ


         

      4. При расчете опоры на сдвиг по сечению, расположенному на глубине z, м, от

        расчетного уровня воды, максимальную сдвигающую силу Q

        муле


         

        s,max

        , кН, вычисляют по фор-


         

        image

        image (21)


         

        где обозначения те же, что в 5.2.2.

      5. Максимальный опрокидывающий момент от воздействия волн на вертикальную призматическую преграду относительно центра основания (точка О1 на рисунке 1)


 

М

 

x,max

, кН·м, вычисляют по формуле


 

где Q

 

x,max


 

image image


 

– вычисляют по формуле (20);

(22)

z

 

Q

 

– возвышение точки приложения максимальной горизонтальной силы от воздействия

волн над уровнем дна, м, которое вычисляют по формуле


 

image

image

(23)


 

где d, k – обозначения те же, что в (5.1.1).


 

  1. Возвышение взволнованной поверхности у контура преграды


     

    1. Цилиндрические преграды


       

      1. Максимальное возвышение гребня волны у контура вертикальной цилиндрической преграды над расчетным уровнем воды с,maxм, вычисляют по формуле


         

        с,max = max c,i, (24)


         

        где max – коэффициент максимального возвышения волны у контура вертикальной цилиндрической преграды, определяемый по таблице 1 или по графику на рисунке 10;


         

        Таблица 1


         

        image


         

        image


         

        Рисунок 10 – График значений максимального возвышения гребня волны max у цилиндрической преграды


         

        с,i – превышение вершины волны с высотой обеспеченностью = 0,1% над расчетным

        image

        уровнем воды, определяемое по СНиП 2.06.04-82* (пункт 2.3) [1], либо вычисляемое по формуле


         

        image

        (25)


         

        где hi – высота волны обеспеченностью i = 0,1 %;

        k, d – обозначения те же, что в 5.1.1.


         

    2. Призматические преграды

      1. Максимальное возвышение волновой поверхности перед одиночной призматической преградой над расчетным уровнем воды при воздействии волн с высотой обеспеченностью = 0,1 % c,i, м, вычисляют по формуле


 

image image


 


 

z

 

где K


 

– коэффициент, зависящий от параметра /B, принимаемый по графику на ри-

сунке 11;

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


 

image


 


 

Рисунок 11 – 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 внешние воздействия на них. Термины и определения

[4] Халфин И.Ш., Пиляев С.И. Воздействие волн на морские гравитационные ледостойкие сооружения больших поперечных размеров. – М.: МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1986 [5] Халфин И.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. –

М.: Недра, 1990

[6] Sarpkaya T., Isaacson M. Mechanics of wave forces on offshore structures. – NewYork,

1981


 

[7] API RP 2A Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore

Platforms, American Petroleum Institute, 1991

[8] CAN/CSA-S471 A National Standard of Canada. General Requirements, Design Criteria, the Environment, and Loads, 1992

[9] BS 6235 Code of Practice for Fixed offshore structures. British Standards Institution, 1982 [10] DNV CN 30.5 Classification Notes. Environmental Conditions and Environmental Loads.

Det Norske Veritas, 2000

[11] Разработка рекомендаций по расчету волновых нагрузок на платформу Варандейморе. 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 морских сооружений. – Л.: Судостроение, 1983]


 

image


 

ОКС 75.020


 

Ключевые слова: ледостойкая стационарная платформа, волновая нагрузка, методика расчета


 

image


 

image


 

СТО Газпром 2-3.7-28-2005

 

Корректоры А.В. Казакова, В.И. Кортикова

Компьютерная верстка А.И. Шалобановой


 

image

ИД № 01886. Подписано в печать 08.11.2005 г. Формат 60х84/8. Гарнитура “Ньютон”.

Усл. печ. л.2,32. Уч.-изд. л. 2,4. Тираж 100 экз. Заказ 33.


 

image

ООО “ИРЦ Газпром” 117630, Москва, ул. Обручева, д. 27, корп. 2. Тел. (095) 719-64-75, факс (095) 411-58-30


 


 

20

 

Отпечатано в ЗАО “Издательский Дом Полиграфия”


 

image