海上浮式渔业平台结构设计规范DB21／T 3564-2022.pdf

DB21 DB21/T 3564 2022 辽宁省 地 方 标 准 辽 宁 省 市 场 监 督 管 理 局 发布 海上浮式 渔业平台 结构设计 规范 Specification for structural design of the offshore floating fishery platform ICS 65.150 CCS B 56 2022-01-30 发布 2022-03-02 实施 DB21/T 3564 2022 I 前 言 本文件 按照 GB/T 1.1 2020 标准 化工 作导 则 第 1 部 分：标准 化文 件的 结 构和起 草原 则 的规 定起草。请注意 本文 件 的 某些 内容 有可能 涉及 专利。本 文件 的发布 机构 不承 担识 别专 利的责 任。本文件 由辽 宁省 农业 农村 厅提出 并归 口管 理。本 文件 起 草单位：大连 理工 大学、大连天 正实业 有限 公司、大连海 洋大学、大 连水产 规划设 计研究 院有限公 司。本文件 起草 人：毕春 伟、赵云鹏、刘 圣聪、陈 昌平、任效 忠。本 文件 发 布实施 后，任 何单 位和个 人如有 问题和 意见 建议，均可以 通过来 电和 来函等 方式进 行反馈，我们将 及时 答复 并认 真处 理，根 据实 际情 况依 法进 行评估 及复 审。归口管 理部 门通 讯地 址：辽宁省 农业 农村 厅（沈阳 市和平 区太 原北 街 2 号），联系电 话：024-23447862。文件 起 草单 位通 讯地 址：大连理 工大 学（大连 市甘 井子区 凌工 路 2 号），联 系 电话：0411-84708526。DB21/T 3564 2022 2 海 上浮式 渔业平台 结构设 计规范 1 范围 本文件 规定 了海 上浮 式 渔 业平台 的水 文设 计参 数、荷载计 算、平台 结构 设计、布局 与锚 泊设 计、动力分析 和 模型 试验 的技 术要 求。本文件 适用 于 沿 海水 域浮式 渔业 平台 的结 构设 计。其他同 类型 平台 的结 构设 计 可参 照执 行。2 规范性 引用 文件 下列文 件 中 的内 容通 过文 中的规 范性 引用 而构 成本 文件必 不可 少的 条款。其 中，注 日期 的引 用文 件，仅该日期 对应 的 版本 适用 于本文 件；不注 日期 的引 用文件，其 最新 版本（包 括所有 的修 改单）适 用于 本 文件。GB/T 549 电焊 锚链 GB/T 18673 渔 用机 织网 片 GB/T 18674 渔 用绳 索通 用 技术条 件 GB/T 40749-2021 海 水重 力式网 箱设 计技 术规 范 CB/T 3756 海上 平台 栏杆 JTS 145-2015 港口 与航 道 水文规 范 SC/T 4005 主要 渔具 制作 网片缝 合与 装配 SC/T 4067-2017 浮 式金 属 框架网 箱通 用技 术要 求 SC/T 5022 超高 分子 量聚 乙烯网 片 经编 型 3 术语和 定义 GB/T 40749-2021 和 SC/T 4067-2017 界 定的 以及 下列 术语和 定义 适用 于 本 文件。3.1 框架 frame 支撑渔 业平 台整 体的 构件，既能 使渔 业平 台保 持一 定形状，又 能作 为平 台进 行养殖 等相 关操 作。注：改 写SC/T 4067-2017,3.2 DB21/T 3564 2022 3 3.2 浮架系 统 floating system 由框架、浮筒、甲板 和护 栏 组成，用 于 承 重并 使渔 业平台 漂浮 于水 面上 的浮 式框架 结构。注：改 写GB/T 40749-2021,3.2 3.3 网衣系统 netting system 由网片、网 线、纲索 和沉 子组成，用 于保 持养 殖空 间的结 构。注：改 写GB/T 40749-2021,3.1 3.4 锚泊系 统 mooring system 由锚碇、锚 链、锚绳 等组 成，用 于固 定渔业 平台 位 置的结 构。注：改 写GB/T 40749-2021,3.3 3.5 附属结 构物 accessory structure 平台上 为满 足某 些功 能而 增加的 结构 物。3.6 浮式渔 业平 台 floating fishery platform 由浮架 系统、网 衣系 统、锚泊系 统 和 附属 结构 物 构 成，依 靠浮 架系 统的 浮力 和网衣 系统 下部 沉子 的重力张紧 网衣，保 持箱 体形 状，并 通过 锚泊 系统 固定 在 作业 海域 的，具有 涉渔 活动 功 能的 平台。注：改 写GB/T 40749-2021,3.4 4 水文设 计参 数 4.1 参数选 取原 则 设计参 数包 括海 面风、波浪、海流 及潮 位，重现 期 不 宜小于 50 年，并 应考 虑 海面风、波浪、海 流同 时出现的 情况。4.2 设计风 速 应选取 目标 海区 范围 内可 能出现 的最 大风 速值，计 算方法 应按JTS 145-2015 中第7.1条 的规 定执 行；设计风速 不应 小于25.8 m/s。DB21/T 3564 2022 4 4.3 设计波 浪 应包括 设计 波高 及相 应的 波浪周 期，计算 方法 应按JTS 145-2015 中 第6章 的规 定执行。4.4 设计流 速 应选取 目标 海区 范围 内可 能出现 的最 大流 速值，计 算方法 应按JTS 145-2015 中第11 章的 规定 执行。4.5 设计潮 位 应包括 设计 高水 位、设计 低水位、极 端高 水位 和极 端低水 位，统计 和计 算方 法应 满 足下 列要 求：设 计高 水位 应采 用高 潮累计 频率10%的潮 位 或 历 时累积 频率1%的 潮位；设 计低 水位 应采 用低 潮累积 频率90%的潮 位 或 历 时累积 频率98%的潮 位；极 端高 水位 应采 用重 现期 为50年的 年 极值 高水 位；极 端低 水位 应采 用重 现期 为50年的 年 极值 低水 位。5 荷载计 算 5.1 原则 平台荷 载包 括永 久荷 载和 环境荷 载，其中，永 久荷 载包括 重力 和浮 力，环境 荷载包 括风 载荷、波浪载荷和海 流载荷，必要 时还 应考虑 海冰 载荷；计 算时 应考虑 结构 特征、构 件形 状和尺 寸，以及 环境 荷载 强度、组合形 式和 入射 角度，对 平台结 构 所 受荷 载进 行矢 量叠加。5.2 永久荷 载 5.2.1 重力 应包括 浮架 系统、网衣 系 统、锚泊 系统、附属 结构 物、人员 等 的 重力，应按式（1）计算，并应 确定 甲板上最 大的 设计 均布 载荷 和集中 载荷：1 2 3 4 5=W W W W W W（1）式中：W 重力，单 位为 牛（N）；W1 浮架系 统重力，单 位为牛（N）；W2 网衣系 统重力，单 位为牛（N）；W3 锚泊系 统重力，单 位为牛（N）；W4 附属结 构物 重力，单位为 牛（N）；W5 最大数 量人 员 的 重力，单 位为 牛（N）。DB21/T 3564 2022 5 5.2.2 浮力 应包括 浮架 系统、网 衣系 统 等所 能提 供 的 浮力，应按 式（2）计算，且 不小 于 重力的1.5 倍：12=F F F（2）式中：F 浮 力，单位为 牛（N）；F1 浮架 系统 浮力，单 位为牛（N）；F2 网衣 系统 浮力，单 位为牛（N）。5.3 环境荷 载 5.3.1 风载荷 作用于 浮 架系 统和 附属 结构 物 构件 上的 风 载 荷应 按式（3）计算，其中 受风 构件 的 形状 系数 宜按表 1选取，也可 由风洞 试 验确 定：20.613F S F FF C A u（3）式中：FF 作用 于构 件上 的风 载荷，单位 为牛（N）；CS 受 风构 件的 形状 系 数；AF 受风 构件在 垂直 于 风向上 的 投 影面 积，单位 为平方 米（m2）；uF 设计风 速，单位 为 米每秒（m/s）。表1 受风 构件 的形 状系 数CS 构件形状 形状系数 CS 球形 0.4 圆柱形 0.5 大的平面（如甲板室、甲板表面等）1.0 甲板室群或类似结构物 1.1 浮架系统的梁和桁架 1.3 小部件 1.4 独立结构（如独立的梁等）1.5 5.3.2 波浪载荷 5.3.2.1 小尺度 构件 上的 波浪 载荷 DB21/T 3564 2022 6 作用在 浮架 系统 和网 衣系 统 单位 长度 小尺 度构件（截面特 征尺 度与 波长 之比 0.2）上 的波 浪载 荷，包括水阻 力和 惯性 力，应按 式（4）计算，浮架 系统 和 网衣系 统 中 多为 圆形 构件，水阻 力系 数宜 取 1.2，惯性力系数 宜 取 2.0，其 他截 面 构件的 水阻 力系 数 和 惯性 力系数 应参 照规 范选 取或 由物理 模型 试验 确定：12w D I w d w w M mF F F C A u x u x V C u C x（4）式中：Fw 单位长 度构 件上 的 波浪载荷，单位 为牛 每米（N/m）；FD 单 位长 度构 件上 的 水阻力，单 位为 牛每 米（N/m）；FI 单 位长度 构件 上的 惯性力，单 位为 牛每 米（N/m）；w 海水 密度，单 位为 千克每 立方 米（kg/m3）；Aw 单位长 度构 件在 垂 直于矢 量（u-x）方向 上的 投影面 积，单位 为平 方米 每米（m2/m）；Cd 水 阻力 系数；Cm 附 加质 量系 数；CM 惯性 力系 数，CM=Cm+1；V 单 位长 度构件 的体 积，单位 为立 方米 每米（m3/m）；U 垂 直于 构件 轴线 的 水质点 速度 分量，依 据适 用的波 浪理 论由 设计 波高 及相应 的波 浪周 期计算得到，单 位为 米每 秒（m/s）；u 垂直 于构 件轴 线的 水质点 加速 度分 量，单位 为米每 二次 方秒（m/s2）；x 垂 直于 构件 轴线 的 单位长 度构 件速 度分 量，单位为 米每 秒（m/s）；x 垂 直于 构件 轴线 的 单位长 度构 件加 速度 分量，单位 为米 每 二 次方 秒（m/s2）。5.3.2.2 大尺度 构件 上的 波浪 载荷 作用在 浮架 系统 大尺 度 构 件上的 波浪 载荷，应采 用 绕射理 论对 作用 在物 体湿 表面上 的整 个动 水压 力 进行积分 计算。描 述流 场的 速度势 函数 应满 足拉 普拉 斯方程，并 满足 物体 表面、自由 表面、海 底及 无穷 远 处的边界 条件。总 速度 势由 入射势、绕 射势 和辐 射势 组成。5.3.3 海流载 荷 作用在 浮架 系统 和网 衣系 统 构件 上的 海流 载荷 应按 式（5）计算，浮架 系统 和网 衣系统 中多为 圆 形构 件，水阻力 系数 宜 取 1.2，其 他 截面构 件的 水阻 力系 数应 参照规 范选 取或 由物 理模 型试验 确定：212d w c cF C u A c（5）式中：DB21/T 3564 2022 7 Fc 作 用于 单位 长度 构 件上的 海流 力，单位 为牛 每米（N/m）；Ac 单位长 度构 件在 垂 直于海流 方 向上 的投 影面 积，单 位为 平方 米每 米（m2/m）；uc 设 计流 速，单位 为 米每秒（m/s）。5.3.4 海 冰载荷 对于有 海冰 的海 域，还应 考虑 作 用在 浮架 系统 上的 海 冰载荷，包括 海冰 引起 的 结构 重力、浮 力、风载荷、海 浪载 荷、海流 载荷 的变化，以及 在 海面 风、波浪、海 流 驱动 下运 动的 冰块对 结构 物的 冲击、摩 擦 作用。6 平台结 构设 计 6.1 型式选择 依据平 台功 能和 船舶 靠泊 需求，型式 可选 用圆 形 或 矩形（图 1）；圆形 平台 的 周长宜 在 40 m120 m 范围内，矩形 平台 的边 长宜 在 10 m40 m 范围 内。（a）圆形 渔业 平台（b）矩形 渔 业平 台 图1 渔业 平台 型式 6.2 结构设 计 6.2.1 浮架系 统 6.2.1.1 框架 应依据 荷载 计算 结果，进 行 框架 设计；材 料宜 通过 检验认 证，规格 尺寸 应满足 功能 需求 和强度需求。6.2.1.2 甲板 甲板强 度应 能满 足平 台承 载要求；甲 板高 度应 保证 平台上 接纳 人员 达到 最大 容量时，不 会发 生甲板上浪。DB21/T 3564 2022 8 6.2.1.3 护栏 平台边 缘及 人员 通道 均应 设置安 全防 护栏 杆，护栏 高度不 应低 于 1 米，设计 应考虑 到人 员滑 倒后 滑 入海中的 风险；护栏 的 设计 可参 照 CB/T 3756 的 要求。6.2.2 网衣系统 网片缝 合与 装配 应符 合 SC/T 4005 的 规定；网衣 的 水 平尺寸 应与 网箱 框架 尺寸 相匹配，最 大高 度应 符合 GB/T 40749-2021 的规 定。6.2.3 锚泊系 统 6.2.3.1 锚链 锚链的 强度 应满 足锚 泊强 度要求，型 式和 规格 应符 合 GB/T 549 的 规定；锚链 长度 应保 证 在 设计 高 水位时仍 有 足 够的 拖曳 长度，在设 计低 水位 时不 会造 成锚绳 与海 底摩 擦。6.2.3.2 锚绳 锚绳的 强度 应满 足锚 泊强 度要求，材 料和 规格 应符 合 GB/T 18674 的规 定；单根锚 绳的 长度 应保 证 锚绳与锚 链的 总长 度 不 小于 水深 的 3 倍。6.2.3.3 锚碇 锚碇应 能提 供足 够的 水平 抗拉力 和垂 向抗 拔力，形式 和规 格 应 根据 目标 海区 的底质 类型 和荷 载分 析 结果确定，常 用形 式有 铁锚、重力 块和 锚桩 等。6.2.4 附属结 构物 平台上 附属 结构 物尺 寸的 设计应 满足 其功 能需 求，材料和 规格 应 保 证具 有足 够的强 度。6.3 强度分 析 6.3.1 浮架系 统及 附属 结构 物 浮架系 统及 附属 结构 物 强 度分析 应考 虑下 列内 容：浮 架系 统 及 附属 结构 物 荷载 计算 应按 第 5 章确定；应 按最 不利 的荷载 和 荷载 组 合确 定构 件的 设计 强度；强 度分 析 应 包括 整体 结构强 度分 析、局部 结构 强度分 析和 疲劳 分析，宜 采用有 限元 法；除 强度 要求 外，应避 免平台 发生 过大 的变 形和 振动，确保 平台 正常 作业 以及人 员安 全。DB21/T 3564 2022 9 6.3.2 网衣系统 网衣系 统结 构分 析 应 考虑 下列内 容：网衣 系统 荷 载计 算应 按第 5 章确定；强 度分 析宜 采用 集中 质量法、有 限元 法等 方法；强 度分 析 应 考虑 网衣 的材料 特性、编 制工 艺、几何尺 寸以 及生 物污 损的 影响；除 强度 要求 外，应考 虑网衣 变形，确 保渔 业平 台 的 养 殖容 积 满 足生 产需 求。6.3.3 锚泊系 统 锚泊系 统结 构分 析 应 考虑 下列内 容：锚 泊系 统 荷 载计 算应 按第 5 章确定；强 度分 析宜 采用 动力 分析，包括 物理 模型 试验 和数值 模拟 方法；强 度分 析 应 包括 锚绳、锚链、锚 碇等 结构 在水中 的强 度；强 度分 析应 考虑 完整 工况和 破损 工况，即 锚泊 系统中 任一 锚绳 失效 后的 工况。6.4 强度校 核 6.4.1 浮架系 统 及 附属 结构 物 6.4.1.1 屈服强度 结构屈曲 强度 分析 应 按式（6）确 定其 许用 应力 值，对于结 构构 件轴 向或 弯曲 应力，安全 系数 宜 取1.25；对于构 件剪 切应 力，安全 系数 宜 取1.88：=s/S（6）式中：构件 许 用应 力，单 位为兆帕（MPa）；s 构件 屈服 强度，单 位为兆帕（MPa）；S 构件 屈服 强度 安全 系数。6.4.1.2 屈曲强度 对于平 台结 构 中 承压、承 剪构件 应 按式（7）确 定其 许用临 界屈 曲应 力值，构 件屈曲 强度 安全 系数 宜取1.25：cr=cr/Sbu（7）式中：DB21/T 3564 2022 10 cr 构件 许 用临 界屈 曲应力，单 位为 兆帕（MPa）；cr 构件 临界 屈曲 强度，单位 为兆帕（MPa）；Sbu 构件临界 屈 曲强 度 安全系 数。6.4.1.3 疲劳强度 对于框架 结 构上 承受 交变 荷载的 区域，还 应校 核其 疲劳强 度；海上 浮式 渔业 平台 设 计使 用年 限 宜 取为20年。6.4.2 网衣系统 经荷载 计算 和验 证，应对 网衣系 统结 构进 行强 度校核，包 括网 线、纲绳 在浸 湿状态 下的 强度 分析，网线的 分 析结 果应 符合GB/T 18673 或SC/T 5022 的要 求，纲绳 断裂 强力 应符 合GB/T 18674 的 要求。6.4.3 锚泊系 统 锚绳的 极限 承载 力 值 应按 式（8）确定，以完 整工 况 作为设 计工 况时，安 全系 数 宜取2.47；以 破损 工况作为设 计工 况时，安 全系 数 宜取1.73：m=m/Sm（8）式中：m 锚绳 极限 承载 力，单位为 兆帕（MPa）；m锚绳 断裂 强 力，单 位为兆帕（MPa）；Sm 锚绳 断裂 强力 安全 系数。6.5 优化设 计 依据结 构强 度校核 结 果，对不满 足 强 度要 求或 强度 冗余度 过高 的结构 构件 进 行重新 设计。7 布局与 锚泊 设计 7.1 布局原 则 应根据 海区 条件、地 形地 貌 和功 能 需 求布 局，宜遵 循以下 原则：对 于风 浪较 大的 海域，宜采 用单 台布 局 的 形式；对 于风 浪较 小的 海域，宜采 用多 台布 局的 形式；对于 海底 地 形平 坦的 海域，宜采 用 多 台布 局的 形式；对 于海 底起 伏较 大的 海域，宜采 用 单 台布 局的 形式；DB21/T 3564 2022 11 对于 具 有常 浪向 或常 流向资料 的 海域，宜 采用 顺浪或 顺流 的布局 形式。7.2 锚泊设 计 7.2.1 单台布 局锚泊 形式 单台渔 业平 台 尺 寸较 小时 宜采用 四点 锚泊 的形 式，尺寸较 大时 宜采 用八 点锚泊 的形 式，布局 形式 见 图2。当 锚泊 系统 不满 足强 度 要求时，应 适当 增加 锚绳 数量。（a）单台 圆形 平台 四点 锚 泊示意（b）单台矩形平台 四 点锚 泊示 意（c）单台 圆形 平台 八点 锚 泊示意（d）单台矩形平台 八 点锚 泊示 意 图2 单台 渔业 平台 布局 形 式 7.2.2 多 台布 局锚泊 形式 两台 渔 业平 台 组 合布 局，平台 尺 寸较 小时 宜采 用四 点锚泊 的形 式，尺寸 较大 时宜采 用 十 二点 锚泊 的 形式，布 局形 式 见 图 3；两台 以上 渔 业平 台 组 合布 局的 锚泊形 式可 参照 执行；当 锚泊系 统不 满足 强度 要求 时，应适当 增加 锚绳 数量；在 满足系 泊力 的前 提下，相 邻两根 锚绳 可共 用一 个锚 碇。DB21/T 3564 2022 12（a）两台 圆形 平台 四点 锚 泊示意（b）两 台 矩形平台 四 点锚 泊示 意（c）两台 圆形 平台 十二 点 锚泊示 意（d）两 台矩形 平台 十二 点锚 泊示 意 图3 两台 渔业 平台 布局 形式 7.2.3 多 台布 局连接 设计 多台组 合布 局的 渔业 平台 除满足 单个 平台 结构 设计 的要求 之外，还 应考 虑下 列内容：多 个渔 业平 台 宜 采用 顺浪或 顺流 的布局 形 式；平 台之 间的 连接 形式 宜设置 为柔 性连 接；确 定可 能出 现的 最危 险情况 下 平 台间 的拉 力，设计连 接缆 绳或 锚链；确 定可 能出 现的 最危 险情况 下 平 台间 的碰 撞力，设计 护 舷等 防撞 设施，分析 碰撞区 域的 局 部 强 度；易 碰撞 区域 的结 构设 计应具 有一 定的 冗余 度，保证 即 使结 构局 部碰 撞损 坏也不 会导 致主 体结 构 失效或者 失稳。8 动力分 析和 模型 试验 8.1 水动力 指标 平台的 水动 力指 标应 包含 下列内 容：运 动响 应，包括 纵荡、垂荡、纵摇，必要 时还 应测量 横荡、横 摇、艏摇；网 衣变 形，包括 运动、变形、体积 保 持率；DB21/T 3564 2022 13 系 泊力，包 括 锚 绳力、锚链 力以 及锚 碇受 力；多 台组 合布 局时 应考 虑 相邻 平台 间的 连接 力，包括拉 力和 压力。8.2 动力特 性 平台的 动力 特性 应包 含 下 列内容：动 力参 数，包括 模态、固有 周期 和阻 尼系 数；加 速度 响应，包括 线 加速度、角 加速 度；水 弹性 响应，包括 稳 定性分 析、变形 响应；结 构强 度，包括 浮架 系统的 应力、应 变，网线 张力，锚绳 张力。8.3 分析方 法 8.3.1 集中质 量法 该方法 适用 于分析 渔 业平 台 的刚 性浮 架系 统、柔性 网衣系 统和 锚泊 系统，数 值模型 的建 立 应 包含 下 列内容：将 结构 离散 为一 系列 的、由 无质 量的 弹簧 连接 的集中 质量 点；通 过求 解各 集中 质量 点的运 动微 分方 程，可以 获得各 个质 量点 的位 移，最终 获 得结 构 的 运动 和 变形；集 中质 量点 的运 动微 分方程 根据 牛顿 第二 定律 构建，利用 龙格 库塔 法求 解，可 通过 计算 机语 言 编程实现。8.3.2 有限元 法 该方法 适用 于分析 渔 业平 台 的刚 性、半刚 性或 柔性 的 浮架 系统 以及 柔性 的网 衣系统 和锚 泊系 统，数 值模型的 建立 应包 含下 列内 容：以 管单 元 为 基本 单元，建立 渔业 平台 结构 几何 模型；采 用有 限元 方法 对结 构表面 网格 单元 所受 动水 压力进 行计 算，从而 模拟 海面风、波浪、海流 作用下结构 所受 的应 力、应变 与动力 响应；有 限元 模型 的动 力学 方程可 采 用 Newton-Raphson 迭 代法 求解，以 计算 结 构的瞬 态动 力响 应。8.3.3 边界元法 该方法 适用 于分析 渔 业平 台 的刚 性大 尺度 构件，数 值模型 的建 立应 包含 下列 内容：建 立求 解波 浪作 用下 结构绕 射问 题的 边界 元模 型；DB21/T 3564 2022 14 采用 结 构边 界的 网格 离散 相 应的 边界 积分 方程；描 述流 场的 速度 势函 数应满 足拉 普拉 斯方 程；采 用边 界元 法 对 作用 在物体 湿表 面上 的整 个动 水压力 进行 积分 计算。8.4 试验设 计原 则 物理模 型试 验设 计应 同时 满足弗 劳德 相似 和 斯 特劳 哈尔 相 似，以 保证 模型 和原 型之间 正确 的相 似关 系，渔业平 台 的 模型 和 原 型的 相似条 件应 包含 下列 内容：几 何相 似，即 模 型和 原型虽 然大 小不 同，但其 形状完 全相 似；运 动相 似，即 模 型和 原型在 流体 中运 动时，其 对应点 处在 任意 瞬间 的同 类物理 量如 流体 的速 度、加速度 等都 有相 同的 比例；动 力相 似，即 流 体作 用于模 型和 原型 上的 各种 力相互 成比 例。