一种考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及海冰工程，特别是关于一种考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、在冰区海洋平台工程设计中，静冰载荷是决定直立式平台主桩腿等核心结构安全性的关键控制荷载之一。当前，工程界针对带附属构件（如立管、泵护管、电缆护管、靠船件等）的直立结构静冰载荷计算，普遍采用“堵塞最大投影宽度”的简化方法，即以直立结构与附属构件的最大投影宽度作为计算基准。然而该方法存在本质缺陷：未考虑直立结构与附属构件之间的联合破冰效应（如遮蔽效应、非同步冰破坏、损伤叠加等），也未纳入附属构件布置参数（间距、夹角、尺寸比例等）对冰载荷的影响，导致计算结果过于保守，不仅大幅抬高结构用材成本与工程投资，还造成设计资源的冗余浪费。

2、目前，行业内亟需实现复杂附属构件工况下冰载荷的精细化、精准化评估，但尚未形成成熟、通用的精细化计算方法。其核心技术瓶颈体现在两方面：一是参数维度复杂，附属构件的数量、尺寸、间距、布置角度等变异性大，结构组合形式多样，难以用单一计算模型适配所有工况；二是试验手段的局限，冰载荷模型试验虽可精准预报特定工况的冰载荷，但受限于附属构件组合的近乎无限性，无法依赖海量试验穷举，因而难以纯粹依靠试验归纳出普适性计算方法。受此制约，现有研究尚未形成涵盖单附属构件与多附属构件工况的普适性精细化计算模型，传统规范方法所得冰载荷往往远大于试验结果，且在特定冰攻角范围内，其载荷幅值与演变规律均与实际存在显著偏差，无法为工程设计提供可靠依据。

3、综上，如何基于科学的冰载荷数学模型，通过优化试验方案、严控试验规模，在有限试验组数下建立可覆盖全类型带附属构件直立结构的静冰载荷计算方法，是当前冰区海洋工程领域亟待攻克的核心技术难题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算方法、装置、设备及介质，能够解决现有技术中带附属构件直立结构的静冰载荷计算过于保守、缺乏合理评估方法、适用范围有限、计算精度不足的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：第一方面，提供一种考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算方法，包括：

3、获取待测海洋平台直立结构中直立结构与附属构件的尺寸参数，以及待测海洋平台直立结构中直立结构和附属构件在完整冰体条件下的基准冰载荷；

4、将获取的数据输入至预先构建好的普适性精细化静冰载荷计算模型中，得到待测海洋平台直立结构的精细化静冰载荷，其中，普适性精细化静冰载荷计算模型引入几何遮蔽系数、直立结构修正系数、附属构件修正系数、联合破坏系数和保守修正系数。

5、进一步地，所述普适性精细化静冰载荷计算模型的构建过程为：

6、确定直立结构与附属构件的尺寸参数以及目标海域的海冰基本参数；

7、基于直立结构与附属构件的尺寸参数，引入几何遮蔽系数、直立结构修正系数、附属构件修正系数和联合破坏系数，分别建立单附属构件与多附属构件的冰载荷计算模型以及考虑附属构件影响的直立结构极限冰载荷计算模型；

8、针对各冰载荷计算模型中的各待定系数开展标定试验，并通过冰水池试验获取不同工况下的冰载荷数据，基于确定的目标海域的海冰基本参数，得到各待定系数的值，其中，待定系数包括几何遮蔽系数、直立结构修正系数、附属构件修正系数和联合破坏系数；

9、基于得到的各待定系数的值，对各冰载荷计算模型进行优化，得到普适性精细化静冰载荷计算模型。

10、进一步地，所述尺寸参数包括直立结构直径、附属构件直径和主附结构心到心之间的距离。

11、进一步地，所述考虑附属构件影响的直立结构极限冰载荷计算模型为：

12、；

13、式中，为考虑附属构件影响的直立结构极限冰载荷；为直立结构修正系数；为直立结构在等效直径条件下的冰载荷；为直立结构在完整冰体条件下的基准冰载荷；为直立结构的直径；为附属构件直径；为几何遮蔽系数；

14、所述单附属构件的冰载荷计算模型为：

15、；

16、式中，为单附属构件的冰载荷，为单附属构件在完整冰体条件下的基准冰载荷，为附属构件修正系数；

17、所述多附属构件的冰载荷计算模型为：

18、；

19、式中，为多附属构件的总冰载荷，为联合破坏系数；为附属构件的标号；为附属构件的数量；为第个附属构件的附属构件修正系数；为第个附属构件在完整冰体条件下的基准冰载荷。

20、进一步地，所述针对各冰载荷计算模型中的各待定系数开展标定试验，并通过冰水池试验获取不同工况下的冰载荷数据，基于确定的目标海域的海冰基本参数，得到各待定系数的值，包括：

21、将标定试验划分为单附属构件构型和多附属构件构型两类；

22、基于划分的单附属构件构型和多附属构件构型，针对各冰载荷计算模型中的各待定系数开展标定试验，根据不同附属构件构型条件下的总冰载荷与直立结构冰载荷，得到几何遮蔽系数、直立结构修正系数、附属构件修正系数和联合破坏系数的值。

23、进一步地，所述基于得到的各待定系数的值，对各冰载荷计算模型进行优化，得到普适性精细化静冰载荷计算模型，包括：

24、选取实际工程中两种复杂典型的多附属构件直立结构形式，设计验证模型；

25、采用设计好的验证模型，基于相同缩尺比和得到的各待定系数的值，对各冰载荷计算模型开展三系列冰水池验证试验；

26、将验证模型的静冰载荷理论计算值与构建的冰载荷计算模型的试验实测值进行对比，若偏差率不满足要求，则引入保守修正系数；

27、基于保守修正系数，对各冰载荷计算模型进行优化，得到普适性精细化静冰载荷计算模型。

28、进一步地，所述普适性精细化静冰载荷计算模型为：

29、；

30、式中，为海洋平台直立结构的精细化静冰载荷；为考虑附属构件影响的直立结构极限冰载荷；为多附属构件的总冰载荷；为保守修正系数；为直立结构的基准冰载荷；为直立结构修正系数；为直立结构直径；为几何遮蔽系数；为附属构件直径；为联合破坏系数；为附属构件的标号；为附属构件的数量；为第个附属构件的附属构件修正系数；为第个附属构件在完整冰体条件下的基准冰载荷。

31、第二方面，提供一种考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算装置，包括：

32、数据获取模块，用于获取待测海洋平台直立结构中直立结构与附属构件的尺寸参数，以及待测海洋平台直立结构中直立结构和附属构件在完整冰体条件下的基准冰载荷；

33、精细化静冰载荷计算模块，用于将获取的数据输入至预先构建好的普适性精细化静冰载荷计算模型中，得到待测海洋平台直立结构的精细化静冰载荷，其中，普适性精细化静冰载荷计算模型引入几何遮蔽系数、直立结构修正系数、附属构件修正系数、联合破坏系数和保守修正系数。

34、第三方面，提供一种处理设备，包括计算机程序，其中，所述计算机程序被处理设备执行时用于实现上述考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算方法对应的步骤。

35、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时用于实现上述考虑平台附属构件直立结构的精细化静冰载荷计算方法对应的步骤。

36、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

37、1、本发明通过试验标定折减系数，结合冰力学理论，考虑了主附结构的联合效应（遮蔽、非同时破坏、损伤叠加），摒弃了“最大投影宽度”的简化计算方式，计算结果更贴合工程实际，可有效提高冰载荷计算精度，并降低直立结构设计的保守性，节约材料成本，避免设计资源浪费，解决了现有计算方法过于保守的问题。

38、2、本发明通过系统的模型试验，结合冰力学理论，探明了附属构件布置参数（间距、夹角、尺寸比例）对冰载荷的影响规律，构建了涵盖单附属构件、多附属构件的普适性精细化静冰载荷计算模型，适用于不同附属构件布置形式的冰载荷评估，解决了现有方法适用范围有限的问题。

39、3、本发明采用“试验+冰力学理论”相结合的方式，通过多系列试验标定参数，结合理论分析修正冰载荷计算模型，确保计算精度与保守度，为冰区海洋平台直立结构设计提供可靠的静冰载荷数据支持，保障直立结构安全性，提升了计算精度。

40、4、本发明以渤海典型直立平台结构和海冰条件为研究背景，试验工况和参数设置贴合实际工程，构建的普适性精细化静冰载荷计算模型可直接应用于渤海及类似冰区的海洋平台直立结构静冰载荷计算，具有较强的工程实用性和推广价值，贴合工程实际需求。同时，本发明可有效弥补传统规范忽略结构布置非对称性导致的计算偏差，进一步提升工程设计的科学性。

41、综上所述，本发明可以广泛应用于海冰工程技术领域中。