(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059762.X (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中交公路长大桥建 设国家工程研究 中心有限公司 地址 100088 北京市西城区黄 寺大街23号 北广大厦918 申请人 广东省公路 建设有限公司 　 黄茅海跨海通道管理中心 (72)发明人 陈上有　李强　刘高　万永涛　 梁亦登　杨佐磊　 (74)专利代理 机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 专利代理师 王文思 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口 期的确定方法 (57)摘要 本公开是一种风浪流耦合作用下海上施工 栈桥施工窗口期 的确定方法， 包括： 构建海上施 工栈桥的振动分析模型， 生 成三维随机风场及随 机浪流耦合场； 建立风浪流耦合作用下海上施工 栈桥的振动方程； 对振动方程求解得到海上施工 栈桥的桥面振动加速度， 进而得到海 上施工栈桥 上作业人员的振动舒适度； 判断某个连续时间段 内海上施工栈桥上作业人员的振动舒适度是否 小于或等于预先设定的海上施工栈桥上作业人 员容许的舒适度限值， 如果是， 则将该连续时间 段作为海上施工栈桥的施工窗口期。 本公开以海 上施工栈桥上作业人员的舒适度为评判标准， 能 够准确地确定风浪流耦合作用下海上施工栈桥 施工窗口期， 提高海上施工栈桥上作业人员的安 全性和舒 适性。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 115544609 A 2022.12.30 CN 115544609 A 1.一种风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其特 征在于， 包括： 根据海上施工栈桥的几何、 物理和边界特性参数构建海上施工栈桥(1)的振动分析模 型， 根据作用于海 上施工栈桥(1)的海洋环 境参数生成三 维随机风场及随机浪流耦合场； 所 述海洋环境 参数至少包括 风(2)、 波浪(3)和海流(4)； 根据构建的所述振动分析模型和生成的三维 随机风场及随机浪流耦合场， 建立风浪流 耦合作用下海上施工栈桥(1)的振动方程； 对风浪流耦合作用下海上施工栈桥(1)的振动方程求解得到海上施工栈桥(1)的桥面 振动加速度， 根据海上施工栈桥(1)的桥面振动加速度得到海上施工栈桥(1)上作业人员 (5)的振动舒 适度； 以及 判断某个连续时间段内海上施工栈桥(1)上作业人员(5)的振动舒适度是否小于或等 于预先设定的海上施工栈桥(1)上作业人员(5)容许的舒适度限值， 如果是， 则将该连续时 间段作为海上施工栈桥(1)的施工窗口期。 2.根据权利要求1所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 根据构建的所述振动分析模型和生成的三维随机风场及随机浪流耦合场， 建立 风浪流耦合作用下海上施工栈桥(1)的振动方程的步骤中， 海上施工栈桥(1)的水面以下桩柱(6)受到波浪(3)和海流(4)的共同作用； 海上施工栈桥(1)的水面以上桩柱(7)受到风(2)的作用； 海上施工栈桥(1)的主梁(8)单位长度上受到风(2)的作用。 3.根据权利要求2所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 所述海上施工栈桥(1)的水面以下桩柱(6)受到波浪(3)和海流(4)的共同作用， 具体采用以下公式： 其中， fp1为水面以下桩柱(6)单位长度上的波流力； CD为速度力系数； ρw为海水密度； D1 为水面以下桩柱(6)的直径； vw和aw为水质点速度和加速度， 是工程海域波浪有效波高Hw、 平 均周期Tw、 波浪传播方向αw和海流流速v0的函数； CA为附加惯性力系数； Ap为水面以下桩柱 (6)截面面积。 4.根据权利要求2所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 所述海上施工栈桥(1)的水面以上桩柱(7)受到风(2)的作用， 具体采用以下公 式： 其中， fp2为水面以上桩柱(7)受到的风荷载； ρ 为空气密度； Up和up为水面以上桩柱(7)相 关的平均风速和水平向脉动风速， 与桥位10米高十分钟平均风速U10相关； D2为水面以上桩 柱(7)的直径； CC为水面以上桩柱(7)的风阻系数。 5.根据权利要求2所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 所述海 上施工栈桥(1)的主梁(8)单位长度上 受到风(2)的作用， 具体采用以下公 式：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115544609 A 2其中， fbH、 fbV和fbM为主梁(8)单位长度 上受到的阻力、 升力和升力矩； ρ 为空气密度； Ub、 ub和wb为主梁(8)中心位置的平均风速、 水平向和竖向脉动风速分量， 与桥位10米 高十分钟 平均风速U10相关； H为主梁(8)的特征高度； CH、 CV和CM为主梁(8)阻力系数、 升力系数和扭矩 系数； B为主梁(8)的特征宽度； C ′H、 C′V和C′M为主梁(8)阻力系数、 升力系数和升力矩系数的 导数。 6.根据权利要求2所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 所述 风浪流耦合作用下海上施工栈桥(1)的振动方程， 具体采用以下公式： 其中， M， C和K分别表示海上施工栈桥(1)的质量， 阻尼和刚度矩阵； x、 和 分别表示 海上施工栈桥(1)的位移、 速度和加速度； 表示海上施工栈桥(1)水面以下桩柱(6)受到波 流荷载列向量， 通过计算fp1并转化得到； 表示海上施工栈桥(1)水面以上桩柱(7)受到风 荷载列向量， 通过计算fp2并转化得到； FB为表示海上施工栈桥(1)主梁(8)受到风荷载列向 量， 通过计算fbH、 fbV和fbM并转化得到。 7.根据权利要求6所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 所述对风浪流耦合作用下海上施工栈桥(1)的振动方程求解得到海上施工栈桥 (1)的桥面振动加 速度， 根据海上施工栈桥(1)的桥面振动加 速度得到海上施工栈桥(1)上 作业人员(5)的振动舒 适度， 包括： 海上施工栈桥(1)的桥面振动加速度a(t)通过对公式6求解得到， 然后将海上施工栈桥 (1)的桥面振动加速度a(t)换算为海上施工栈桥(1)桥面的总体计权加速度Aw， 将总体计权 加速度Aw中的最大总体计权加速度max(Aw)作为海上施工栈桥(1)上作业人员(5)的振动舒 适度。 8.根据权利要求7所述的风浪流耦合作用下海上施工栈桥施工窗口期的确定方法， 其 特征在于， 所述将海 上施工栈桥(1)的桥面振动加速度a(t)换算为海 上施工栈桥(1)桥面的 总体计权加速度Aw， 具体包括： 计算海上施工栈桥(1)的桥面振动加速度a(t)的功率谱密度函数Ga(f)， 将功率谱密度 函数Ga(f)与频率计权函数的平方值相乘并在1～80 Hz区间内积分得到计权加速度aw为 其中， W(f)为频率计权函数； 对于水平向振动权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115544609 A 3