浮标受力分析

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1、1浮标标体所受的力在谁中的浮标，其标体（浮具）所受外力与航行中的船舶相似，主要受水流力、波浪力、风载荷等因素的作用，除此之外，还受到系留缆索的拉力。1.1水流力标体所受水流力即为水流阻力，一般认为，水流阻力主要由摩擦阻力（粘性阻力）和兴波阻力组成，摩擦阻力来自于水流的粘性，不仅取决于船舶湿表面积以及光洁程度，也和船舶表面的曲度有关；兴波阻力则是由于船舶在水面激起波浪所造成的力，与液体的粘性无关，主要和船型、船舶与水流的相对速度以及船舶的尺寸有关。1.1.1目前，计算船舶水流摩擦阻力的公式较多，我国常用的是基于平板实验和理论分析所得到的阻力计算

2、公式，其表达式为：式中，RM为摩擦阻力（N或KN）；ρ为水的密度（kg/m3）；V为浮标与水流的相对速度，即水流流速（m/s）；Ω为浮标标体湿表面积，可近似用公式Ω=（1.7T+δ·B）L估算；T为浮标吃水（m）；δ为浮标方形系数；L为浮标长度（m）；B为浮标宽度（m）；CM1为摩擦阻力系数（无量纲数）。对于不同的液体和不同的水流流速，相应的阻力系数也不同，即CM1随雷诺数Re而变，Re的表达式为：式中：v为水的运动粘滞系数，其余与前相同。表1列出了柏兰特-许立汀关于摩擦阻力系数与Re的关系数据。浮标浮体表面的粗糙度也将影响标体的摩擦阻力，在

3、我国，对于钢质船体，摩擦阻力系数的增加值均为CM2=0.0004，因此，浮标标体所受的摩擦阻力应表示为：1.1.2兴波阻力根据模型试验和理论分析，兴波阻力（包括漩涡阻力）与重力有密切的关系，其表达式为：式中：RR为兴波阻力（N或KN）；CR为兴波阻力系数；其余与前面相同。兴波阻力系数CR与付汝德数Fr有关，Fr定义为：式中：g为重力加速度（m/s2）；其余符号与前相同。对于不同的船型，CR数值不同，但根据实验发现，当Fr<0.15时，CR=0；对于较尖瘦的船舶，当Fr>0.22～0.25时，兴波阻力才明显出现。由于三峡库区现行浮标标体采用的是

4、长10m的钢质标志船，而成库后由于水深大大增加，深水标位处水流流速多小于1～2m/s，即Fr<0.10～0.2。因此，标体所受的兴波阻力相对较小，可忽略不计。1.1波浪力波浪对浮标标体的作用力，可按原苏联动力部提出的公式计算：式中：Rb为波浪力（kN）；K1为波浪力系数，可由图1差得，图中T为浮标标体的吃水（m），LW为波长（m）；hW为波高（m）；r为水的容重（kN/m3）；Ad为标体水下挡水面积（m2）。波浪力系数的曲线图在库区航道中的浮标，根据波浪所形成的原因不同，波浪载荷主要由两部分构成，一是船行波引起的波浪力；二是由风载荷引起的波浪

5、力，下面分述两种波浪要素的计算方法。1.1.1船行波世界上已有几十个船模型实验室对船行波要素进行过研究，并应用原体观测资料予以了验证。船行波波长可应用荷兰Delft水工研究所所建立的基于LordKelin理论导出的计算公式：式中：VS为传播航速（m/s）；Lw1为船行波计算波长（m）。Havelock基于LordKelin理论导出了深水条件下船行波相对波高的关系式：式中：hw1为船行波计算波高（m）；S为要求测定的波处距船舶的距离（m）；H为水深（m）；∂1、∂2为与船型、船舶吃水深度和船速等有关的系数，对已有的实测资料分析得：对于巡逻舰、满

6、载内河马达船∂1=1.0，对于欧洲空载货船∂1=0.5，对于空载马达船和拖牵轮∂1=0.35；∂2=2.67。1.1.2风成浪当受风力作用时，其波高和波长可借用官厅水库公式计算：式中：hw2为风波计算波长（m）；Lw2为风波计算波高（m）；Vf为计算风速（m/s）；Df为吹程(m),由浮标标体前沿至对岸的最大直线距离。1.1风载荷作用于浮标标体上的风压力可由《港口工程计算规范》所给出的计算公式确定：式中：RW为作用于浮标标体上的风压力（kN）；K2为浮标标体的风载体形系数：风向垂直标体的纵轴时，K2=1.2，风向平行于标体的纵轴时，K2=0.

7、8；q为计算风压（kN/m2），可按q=0.001Vf2计算；AU为浮标水上受风面积（m2）；其余符号与前相同。1.2水面坡降力由于河道水面具有一定的坡降（水面比降），浮标标体将沿水流方向产生一个分力，即为坡降力，坡降力的大小可按下式计算：式中：Rj为浮标标体所受的坡降力（kN）；∆为标体的排水量或重量（吨）；J为标体处的水面坡降。2浮标标体的受力计算前述给出了标体的受力计算公式，现根据库区的水流、气象、风浪等特征对各项受力进行定量分析和计算。深水浮标所使用的10m钢质标志船的主要参数见表2现以某大桥设置深水浮标为例，计算其所受的水流力、波浪

8、力、风载荷等外力。假设浮标水域的水流、航道、放浪等自然条件如下：设水深H=80m；设标水域至岸边的最大距离≤800m；标为处至主航道的最短距离≥30m；过往船舶航速