０一》 ’ｐ ７） ·｜ 渤海海域的风特性统计分析 茔 段忠东 陆钦年 （暗尔滨建筑大学工程理论与鹰用研究所，暗尔宾１５０００１） 刘春厚‘ 杨国金
（ 海石油公司海洋结杓材检舅 司，天津３００４５６）
＾ 精妻利用静拇拇域１２十气象台站１９６５￣１９８６年２０采年的定时嚣风贷料，境计确定丁谈海域年最大 风建的概率分布参教、常风向及风建相关系数Ｆ并 用谈海域Ｊｚ２０－２平台二十辱季的连续舅风贷料和相关台站 ２０采年的定时测风资抖 坑计确定丁渤海辽东挎疲劳风速的概率分布及其分布参教，从而为谈海域的海洋结杓 物设计和疲劳累积损伤分析提供丁直接可用的风特性依据．
美■１同 年最大风速 疲劳鼠速 风建相关性 常风向
引 言 海洋平台结构是海上油（气）田开发的重要基础性结构，它们在使用过程中常年经受风、 海浪和海流的作用，在冬季还承受海冰的作用。为了保障海洋结构的安全和寿命，海洋结构 的设计需要考虑这些环境荷载在一定基准期（如３０ａ或５０ａ等）内的最大值，而海洋结构的累 积损伤分析、耐久性设计和服役安全度评估则需要环境荷载的疲劳谱，如各等级风速在一年 ， 内的持续时间等。 风不仅是海洋结构的主要环境荷载之一，而且它与海浪的生成和大小密切相关 结构的 设计风荷载主要取决于年最大风速概率分布。目前，我国渤海海域海上石油平台结构设计风 ‘ 荷载主要参照相关陆地的年最大风速概率分布。然而，根据渤海海湾翔实的海上风速实测资 料。统计确定该海域实际的年最大风速概率分布，对于台理地确定结构的设计风荷载具有更 重要的意义。此外．处于恶劣海洋环境中的结构，在其服役过程中的累积损伤要远比陆地结 构明显和严重 为了比较准确地估算结构在不同使用期的累积拐伤和服役安全度。特 ０需要 环境荷载疲劳谱，其中风荷载疲劳谱是重点谱之一。风荷载疲劳谱主要取决于疲劳风速谱，即 年内风速概率分布。它反映了年内各等级风速发生的概率，据此可以推算各等级风速的年内 持续时间。年内风速概率分布的统计确定需要多年的连续测风资料，代价高、资料难以获取，
收穑日期；ｉ９９６ ０８ ０７
维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ期 欧进萍等：糟海海域的风特性统计分析 因此，目前国内外还没有陆地和（或）海上的疲劳风速谱。 本文利用渤海海域１２个台站１９６５￣１９８６年２０余年的测风资料和Ｊｚ２Ｏ一２平台的短期连 续测风资料，统计分析该海域的风特性——年最大风速、疲劳风速、风速相关性和常风向等， 目的在于为该海域海上结构设计、损伤分析、安全度评估以及海上作业提供依据。
１风对结构的作用 风在运动过程中受到结构的阻碍时，一般产生三个方向的作用力：顺风向力Ｆ。、横风向 力ｎ和扭矩Ｍｔ ，可用式（１）表示： ．
Ｆ一 口·÷户 Ｂ
ＦＬ： ·寺 Ｂ Ｍ： ·÷ Ｂ 式中 、 和 ——分别为阻力系数、升力系数和扭矩系数；Ｐ——空气密度； ——风速； 占——结构的特征尺寸。 · 风作用于结构，会使结构产生共振、驰振和失稳 ］。对于一般结构，顺风向力往往是作用 于结构的主要荷载，因此在进行抗风设计和疲劳分析时，一般只考虑顺风向力。 大量的实测风速时程表明，顺风向风通常包括两种成分：一种是长周期的平均风，周期 通常在１０ｍｉｎ以上，它对结构的作用相当于静力｝另一种是短周期的脉动风，周期在几秒左 右。脉动风的强度随时间随机变化，是典型的随机过程，它引起结构振动，而正是结构振动 产生的交变应力使结构疲劳损伤。
２年最大风速的概率分布参数、常风向及风速相关系数 ２．１ 年最大风速的概率分布参数 我国采用的标准风速 为一般空旷地貌、１０ｍ高处１０ｍｉｎ平均风速。年最大风速是每年 中的最大标准风速。 年最大风速是典型的随机变量，而且较多的统计分析认为该随机变量服从极值 型分 布 ，即 Ｆ，（ ）兰ｅｘｐ｛－－ｅｘｐ［一 （ 一 ）］） （２） 利用若干年最大风速样本，便可确定分布参数 和 ，它们与年最大风速的统计均值和均方差 的关系可表示为： １ 、 一万 ｝ （３）
＝ 一０．４５００５Ｖ Ｊ 式中 ～ ——分别为年最大风速的统计均值和均方差。
维普资讯 http://www.cqvip.com 海 洋 通 报 １６卷 渤海海域设有１２个气象台站（图１），在１９６５￣１９８６年间有比较完整的风速资料。下面 将用这ｌ２个台站在１９６５￣１９８６年间共２２ａ的风速资料来统计确定该海域年最大风速极值Ｊ 型分布参数。ｌ９６５～１９６９年的风速为每日３次（０８；００时、ｌ４；０Ｏ时、２Ｏ；ｏｏ时）定时记 录，１９７Ｏ～１９８６年为每日４次（０２；００时、Ｏ８：００时、ｌ４；ｏｏ时、２Ｏ：ｏｏ时）定时记录。除 大鹿岛站和小长山站风速记录为全年ｌ２个月份以外，其余各站均为冬季４个月份（１２月、１ 月、２月、３月）。
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田１ 蠢拜拜鼍＇曩站位爱年●太风置均置和均万曼 考虑到上述多数台站只有冬季４个月份的风速记录以及渤海海域一年中最大风速一般也 ． 出现在冬季，因此，从冬季月份中选取最大风速作为年最大风速样本来统计确定年最大风速 分布参数是合适的。基于上述考虑和原则，渤海海域各气象站年最大风速的统计均值和均方 差分 ４标在图１中相应台站的括号内，它们与极值Ｊ型分布参数ｎ和 的换标关系由式（３） · 确定。 采用渤海海域各气象站所有年份的最大风速样本，经统计得到该海域年最大风速的极值 Ｊ型分布，其中统计均值、均方差及分布参数分别为 帆一２１．１４２（ｍ／ｓ） Ｖ 一６．０６０（ｍ／ｓ）１ （４） Ｊ ａ一０．２１２， 一１８．４１５ Ｊ
１ 给定结构设计的风荷载重现期Ｔ年，可得到保证率为Ｐ 一１一亭的设计风速，即
ｐ‘一Ｆ｝（Ｐ‘） （５） 将式（４）的分布参数代人式（２）的极值Ｊ型分布，按式（５）可推算渤海海域不同重现 期的设计风速，其结果列于表ｌ中。 ２．２常风向
维普资讯 http://www.cqvip.com １期 欧进萍等：渤海海域的风特性统计分析 结构分析、海上钻井和采油作业等常常需要考虑风的作用方向。因此，我们对渤海海域 各气象站的常风向作了统计分析，结果示于图２中，其中括号内数据为该风向风出现的频率。 对风向的统计结果表明，辽东湾西北岸西南风较频繁，东南岸则西北风较多。 囊１ 蕾海海域不同ｔ税期的设计风壤 重理期（ａ） ３０ ５０ ６０ ８０ 。 】 。。
保证事 ０．９６５７ ０．８７５０ ０．９８００ Ｏ．９８３３ ０．８８５７ ０ ９８７５ ０．９８８９ １ ０．８９００ 设计风速（ｍ／ｓ） ３４．４０３ ３３．７８５ ３６．８５１ ３７．７２ｌ ３８．４５５ ３９．Ｏ８０ ３８．６５０ Ｉ ４０．１５０
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圈２蕾离鸯鼍备气＾坫常风向 ２．３风速相美系数
为了考察渤海海域各气象站的风速相美性，对ｌ ２个气象站两两进行了风速相关分析，相 关系数写成矩陈形式，为： ［ ］一 １．ｏ ｏ １４３８ ０．４０５１ ０．３５０５ ０．４０９３ ０．０８０６ ０．２０８６ ０．０４３０ ０．２２３５ ０．１３９４ ０．ｉ１２５ ０．５３８６ １ ０ Ｏ．２３６４ ｎ ３２４０ ０．２９５１ ０．２３６５ ｍ ３１０６ ０ ２１５１“２１００ ０ ４１９３ ０ ２８６１ ０，１６８５ １．０ ０．５９８８ ０．５０２２ ０．２９１０ ０．４３７３ ０．２５６６ ０．４０５０ ０ ３５７０ ０．３２８３ ０．５１８１ １．０ ０ ６５６８ ０．４３８５ ０．６０１２ ０．３３２８ ０．３１１１ ０ ５２７０ ０ ４３９３ ０．４７７８ ｌ ０ ０．４３７８ ０ ６６２４ ０．３４３９ ０．６７０５ ０．３２６６ ０．４４７５ ０．４９４８ Ｉ．０ ０ ５９６８ ０．６０９８ ０．５２７２ ０．４６３３ ０．５３１４ ０．１０５８ １．０ ０．５２４９ ０ ６７５３ Ｏ．８８９１ ０．５７２４ ０．２９５８ 对称 １．０ ０．４７２８ ０，４７７４ ０．５１７０ ０ ０７３２ １．０ ０．５０９７ ０．５８７４ ０ ３４０５ ｉ ０ Ｏ．４５１６ ０．２３４３ １．０ ０ １７０２ １．０
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