مقدمه

درحال حاضر تعداد زیادی سوی دریای درنقاط مختلف نصب ودرحال بهره برداری میباشد.بنابراین بالقوه درمعرض خطر بارهای دینامیکی مانند زلزله،ضربه،بارهای تصادفی و… قرار دارند.لذا لازم است که این سکوها درمقابل این بارهای دینامیکی موردتجزیه وتحلیل قرارگیرند ودرصورت عدم توانایی لازم،با تمهیداتی ازبروز آسیب جدی در آنها جلوگیری شود.اطلاعات موجود درآیین نامه ها درمورد تعیین میزان بارزلزله درحالت جدی وشدید محدود است.نظریه قابلیت اعتماد شاخه ای ازتئوری عمومی احتمالات است که طی30سال اخیر به تدریج جای خودرا درعلوم مهندسی بازکرده است.این نظریه دارای اصولی منطقی است که بااحتساب وتجزیه وتحلیل وعدم قطعیت هایی ناشی از طبیعت آماری مسائل مهندسی به کمک روش های ریاضی،امکان ارزیابی ایمنی واقعی یک سیستم رافراهم میسازد.درفرآیند طراحی،تئوری قابلیت اعتماد این اجازه رابه ما میدهد که بتوانیم ملاحظات ایمنی وعملکرد سازه فراساحلی جاکت رابه صورت کمی وارد تصمیمات طراحی کنیم.تئوری قابلیت اعتماد درصنعت سکوهای فراساحلی موضوعی نوین می باشد.

درتحقیق حاضر علاوه برمعرفی انواع سکوهای فراساحلی ومفاهیم مربوط به تحلیل وطراحی سازه های دریایی به معرفی بارهای وارد برسکوهای دریائی پرداخته وبه تجزیه وتحلیل انواع دینامیکی آن خواهیم پرداخت.بدین ترتیب میتوان رفتار سکوهای فراساحلی رادربارگذاری دینامیکی بررسی کرد ودرمرحله طراحی برای نقاط حساس وسهم سکوها تمهیداتی لحاظ نمود.

4

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

فصل اول:تاریخچه وانواع سکوهای دریایی

1-4-1-3-سکوی برجی مهارشده

یک سکوی برجی مهارشده سازه ای است ساخته شده ازیک قاب فلزی فضایی متکی برشمع یابریک فونداسیون کم عمق،که به طور موثری به وسیله مهارهای جانب ازجنس کابل فولادی درمقابل نیروهای جانبی درنزدیکی ارتفاعی که برآیند نیروها اثر میکنند نگهداری شده است عمق مناسب برای نصب این سکو حدود180 متر الی360 متر می باشد.ازمحاسن این سکوهزینه کم برای نصب دراعماق زیاد وهمچنین قابل دسترس بودن وسایل وتکنولوژی آن میباشد.

1-1-سکوهای اولیه     2

1-2-اجزاء تشکیل دهنده سکوهای دریائی     3

1-3-انواع سکوهای دریائی براساس کاربری     4

1-3-1-سکوهای حفاری     4

1-3-2-سکوهای تولید     4

1-3-3-سکوهای تولید وحفاری خوکفا     4

1-3-4-سکوهای اقامتی     4

2-3-4-سکوهایRiser,Manifoldا     4

2-3-5-سکوهای پل ومشعل   4

1-4-انواع سکوهای دریایی براساس سازه زیرین   5

1-4-1-سکوهای ثابت     5

1-4-1-1-سکوهای ثابت نوع شابلونی     5

1-4-1-2-سکوی برجی     6

1-4-1-3-سکوی برجی مهارشده   6

1-4-1-4-سکوهای وزنی     7

1-4-1-5-سکوی پایه کششی       8

1-4-2-سکوهای شناور ومتحرک       9

1-4-2-1-سکوی حفاری خود بالابر(جک آب)     9

1-4-2-2-سکوی غوطه ورشونده     9

1-4-2-3-سکوهای نیمه غوطه ور     10

1-4-2-4-سکوهای کشتی سان     11

تصویر یک سکوی شابلونی

تصویر یک سکوی شابلونی

فصل دوم:مفاهیم مربوط به تحلیل وطراحی سازه های دریایی

2-1-تئوری قابلیت اعتماد سازه ها

نظریه قابلیت اعتماد،شاخه ای ازتئوری عمومی احتمالات است که طی30 سال اخیر به تدریج جای خود رادرعلوم مهندسی بازکرده است.این نظرهی دارای چهارچوبی منطقی است که بااحتساب وتجزیه وتحلیل عدم قطعیت های ناشی از طبیعت آماری مسائل مهندسی به کمک روش های ریاضی،امکان ارزیابی ایمنی واقعی یک سیستم رافراهم می سازد.درفرآیند طراحی،تئوری قابلیت اعتماد این اجازه رابه ما میدهد تاملاحظات ایمنی و عملکرد سازه رابه صورت کمی وارد تصمیمات طراحی کنیم.اگرقبلا درطرح سازه ها رفتار اعضاء سازه مد نظر قرار میگرفت،اکنون به کمک این تئوری میتوان اث متقابل اعضاء را درسیستم سازه ای موردتوجه قرار داد.

2-1-تئوری قابلیت اعتماد سازه ها   13

2-1-1-تئوری قابلیت اعتماد     13

2-2-تئوری قابلیت اعتماد درصنعت فراساحل     15

2-3-روش آنالیز قابلیت اعتماد فراساحلی     19

2-4-معیارهای پذیرش     22

2-4-1-کنترل آئین نامه ای     22

2-4-2-روش تنش های مجاز     23

2-4-3-روش حالات حدی     24

شکل شماتیک اتصال لوله ای وترک خستگی

شکل شماتیک اتصال لوله ای وترک خستگی

فصل سوم:بارهای وارد برسکوهای دریائی

3-1-بارهای مرده یادائمی(Dead loads)

شامل وزن سکو درخارج ازآب،وزن ملات تزریقی،وزن مخازن تعادل(Ballast storge)،وزن تجهیزات وملحقات دائمی،نیروهای هیدرواستاتیکی(Hydrostatic forces) روی اعضای مختلفی که زیر اب هستند (شامل نیروهیا شناوری وفشارهای هیدرواستاتیکی)

3-2-بارهای زنده یاعملیاتی(Operational loads)

بارهای ناشی ازعملیات روی سکو بوده وشامل وزن همه تجهیزات ومصالحی که بصورت غیردائمی مانند امکانات حفاری و امکانات رفاهی موقت مثل اقامتگاه افراد،محل فرود هلیکوپتر(Helipad) وانبارهای مواد مصرفی ومایعات و… است.

3-1-بارهای مرده یادائمی     26

3-2-بارهای زنده یاعملیاتی       26

3-3-بارهای محیطی   26

3-3-1-نیروی باد     26

3-3-2-نیروی موج     27

3-3-3-نیروی جریان   28

3-4-بارهای ساخت ونصب     29

3-5-بارهای تصادفی   29

فصل چهارم:سکوهای دریائی وبارهای دینامیکی

4-1-3-احتمال وخطربرخورد کشتی به یک سازه فراساحلی

یک سکوی فراساحلی همواره درمعرض تصادم دریایی قرار دارد که میتواند اثرات زیانباری رابدنبال داشته باشد،که آنرا میتوان براساس مقدار کل انرژی تصادم به صورت زیردسته بندی کرد:

1-تصادم باانرژی پایین(IMJ):توسط شناورهای کوچک درسرعت عملیاتی معمولی جهت دورشدن یانزدیک شدن به سازه بااحتمال تکرار درسال بیش از 4-10

2-تصادم تصادفی توسط یک کشتی تدارکاتی منحرف شده بدون کنترل دربدترین وضعیت دریایی واحتمال تکرار آن درسال تقریبا برابر4-10 است.3-تصادم باخرابی انهدام توسط کشتی یاسایر شناورها که جرم یاسرعت یاترکیب این دویک مقدار انرژی کافی جهت خرابی کلی سکورا میدهد بااحتمال کمتر از 4-10 درسال.شدیدترین تصادم هنگامی روی میدهد که یک کشتی بازرگانی بزرگ یایک نفتکش،با سرعت کامل به تاسیسات دریایی برخورد کند.

4-1-ضربه     30

4-1-1-مروری بر مطالعات گذشته     31

4-1-2-طبقه بندی میزان آسیب دیدگی گزارش شده     32

4-1-3-احتمال وخطر برخورد کشتی به یک سازه فراساحلی   33

4-1-4-مقدمه ای برمساله برخورد کشتی بامهاربندی     33

4-1-5-تصادم باکشتی     33

4-1-6-برخورد کشتی باسکو ازدیدگاه آیین نامه ها     34

4-1-7-هندسه برخورد ونحوه رخ دادن آن     35

4-1-8-محمتل ترین انواع برخورد درناحیه آب شستگی   36

4-1-9-مکانیسم تصادف       37

4-1-10-خصوصیات بارهای تصادف     39

4-1-11-مکانیسم ضربه کشتی دراثر تصادف باسازه انعطاف پذیرسکو     44

4-1-12-انرژی ضربه   46

4-1-13-تقسیم بندی تصادف ها     48

4-1-14-معادله حرکت تصادف 48

4-1-15-روش ح معادلات   49

4-1-16-کارهای انجام شده قبلی برروی عضو استوانه ای   49

4-1-17-بررسی آسیب دیدگی موضعی اعضا   51

4-1-17-1-مطالعات آزمایشگاهی   52

4-1-17-2-کارهای تحلیلی     57

4-1-17-3-روش عددی   60

4-1-17-4-رفتار دینامیکی اعضا آسیب دیده   62

4-1-18-تغییرشکل دندانه شدگی(قرشدگی) موضعی 65

4-1-19-اثرشرایط مرزی 69

4-1-20-مودهای تغییرشکل   70

4-2-موج وجریان 73

4-2-1-تشابه سازی نیروهای موج وجریان برروی سازه های فراساحل     73

4-2-1-1-فرمول تئوری خطیAiryا   74

4-2-1-2-فرمول پنجمین تئوری پیشنهادی استوکس     76

4-2-1-3-تعیین نیروهای موج   78

4-2-1-4-نیروهای موج استوانه ای جهت داراختیاری   79

4-2-1-5-سرعت جریان   80

4-2-1-6-بررسی برنامه کامپیوتری   81

4-2-2-مقایسه بارگذاری موج برروی سازه های فراساحلی لاغر به روش تئوری واندازه گیری   82

4-3-زلزله 84

4-3-1-آنالیز دینامیکی غیرخطی سازه های فراساحلی جاکت تحت اثر زلزله باکاربرد المان های نواری     84

4-3-2-فشار هیدرودینامیکی زلزله برروی سازه های فراساحلی متقارن   86

4-3-3-مهندسی زلزله سازه های فراساحل   87

4-3-3-1-خطارات لرزه ای وکدهای طراحی   88

4-3-3-2-آنالیز لرزه ای تاسیسات ساحل 89

4-3-3-3-پاسخ خاک محلی     90

4-4-نیروهای تصادفی 91

4-4-1-پاسخ پایه کششی سکوها به نیروهای موج تصادفی     91

4-4-1-1-نیروهای موج تصادفی 96

4-4-1-2-نیروهای سیال برروی پایه   98

4-4-1-3-نیروهای سیال برروی بدنه 98

4-4-1-4-پاسخ عددی   99

4-4-1-5-پاسخ ها 100

4-4-2-پاسخ لرزه ای سازه های فراساحلی دردریاها به صورت تصادفی   108

4-4-2-1-معادلات جابجائی 111

4-4-2-2-پاسخ دینامیکی برای موج های تصادفی دریا وزلزله   114

مدل ساده ازضربه کشتی تدارکاتی برروی سکوی انعطاف پذیر

مدل ساده ازضربه کشتی تدارکاتی برروی سکوی انعطاف پذیر

فصل پنجم:تحلیل خستگی درسکوها

5-1-2-محاسبه محدوده تنش ملتهب

بااستفاده ازرابط پارامتری یابااعمالSCF محاسبه شده ازطریق یک تحلیل مبسوط،محدوده تنش ناحیه ملتهب برای نقاط موردنظر دراتصال محاسبه میشود.تفکیک مولفه های تنش(محوری،خمش درصفحه،خمش خارج ازصفحه) درطول محاسبات و درهنگامی که ازروابط پارامتری استفاده میشود ضروری است.این بدان جهت است که روابط پارامتری،ضرایب تمرکز تنش جداگانه ای برای هریک ازمولفه های برا ارائه میدهند.بین4تا8 نقطه برروی فصل مشترک مهاربند وپایه انتخاب وبرای این نقاط به صورت جداگانه،بازده تنش دروضعیت های مختلف دریا محاسبه میشود تا اثرهای کلی وموضعی تنش بادقت کافی منظور شده باشند.

5-1-تحلیل خستگی گره   123

5-1-1-محاسبه محدوده تنش اسمی 124

5-1-2-محاسبه محدوده تنش ناحیه ملتهب   125

5-1-3-منحنی های تنش-تکرارS-Nا 125

5-2-تحلیل خستگی 127

5-2-1-مدل خستگی       127

5-2-2-تحلیل تعینی   129

5-2-3-تحلیل طیفی   129

5-2-4-خستگی ناشی ازباد     130

فصل ششم:قابلیت اعتماد خستگی

6-3-1-1-روش مکانیک های شکست

روش مکانیک های شکست(FM) براساس داده های رشد ترک است.برای نقاط جوش شده فرض میشود که فاز ابتدایی نادیده گرفته شده ودوره زندگی ترک رابتوان باکاربرد روش مکانیک های شکست بررسی کرد.روش مکانیک های شکست شامل بررسی رشد ترک ها و تعیین تعدادی ازسیکل های بارگذاری است که رشد ترک ازشروع تاوقتی که سبب شکست شود را بررسی میکند.رشد ترک های متناسب بارنج تنش است که دردوره های تنش شرح داده میشود.ضریب شدتK برای شدت تنش ها،سایز جیان ترک وجزئیات نقاط و جوش محاسبه میشود.

6-1-آنالیز قابلیت اعتماد خستگی سازه های فراساحلی فولادی       133

6-2-بررسی قابلیت اعتماد خستگی اتصالات لوله ای سازه های فراساحلی موجود   134

6-2-1-شکست های مکانیکی خطی الاستیک براساس آنالیز قابلیت اعتماد خستگی     136

6-2-2-بالابردن قابلیت اعتماد باتحقیقات   138

6-2-3-بالابردن قابلیت اعتماد بوسیله بررسی های چندمنظوره   140

6-2-4-قابلیت اعتماد اتصالات درمرحله طراحی   140

6-2-5-بالابردن قابلیت اعتماد ودرنظر گرفتن نتایج بررسی ها   142

6-3-روش طراحی فاکتورهای بارگذاری ومقاومت خستگی سازه های دریائی   146

6-3-1-آنالیزهای خستگی وروش های طراحی   147

6-3-1-1-روش مکانیک های شکست 148

6-3-1-2-روش مشخصهS-Nا 148

6-3-3-قابلیت اعتماد براساس روش های طراحی 149

6-4-ارزیابی طراحی خستگی سازه های فراساحل بتنی   151

6-4-1-محاسبه توابع انتقالی وتوزیع بلند مدت پاسخ   152

6-4-2-ترکیبات طراحی خستگی       154

6-4-3-نیازهای طراحی خستگی   154

6-4-4-بررسی خستگی دربتن     155

6-4-5-بررسی خسگی درمیلگردهای فولادی   157

6-4-6-بررسی خستگی دربرش   158

6-4-7-مقاومت خستگی درخمش   159

فصل هفتم:جمع بندی ونتیجه گیری

7-1-نتیجه گیری   163

7-2-پیشنهادهائی برای تحقیقات آتی   165

منابع وماخذ   167

فهرست منابع فارسی   167

فهرست منابع لاتین    167

سایت های اطلاع رسانی   170

چکیده انگلیسی   171

فهرست جدول ها

1-1-اتلاف انرژی دراثر تصادم کشتی تدارکاتی باپایه های جک آپ سکو   45

4-1-مشخصاتTLPا   99

5-1-نمونه یک هیستوگرام ساده موج         124

فهرست شکلها

1-1-تصویر سکوهاتاسال1972 درخلیج مکزیک   3

1-2-تصویر یک سکوی شابلونی     6

1-3-شمایی ازسکوی وزنی استفاده شده درشمال 8

1-4-تصویر یک سکوی پایه کششی   9

2-1-نواحی مختلف انرژی ضربه   34

2-2-وضعیت شماتیک قرارگیری یک کشتی تدارکاتی5000 تنی نسبت به سکوی جک آپ     42

2-3-مدل ساده ازضربه کشتی تدارکاتی برروی سکوی انعطاف پذیر       43

2-4-تصادم بین کشتی تدارکاتی وپایه های جک آپ   46

3-1-کشش وفشار درمهاربندی ها   50

3-2-تعیین وسعت تخریب موضعی باتوجه به بار برخوردی   65

3-3-روش خطوط تسلیم برای ضربه پهلویی کشتی   65

3-4-انواع مختلف شرایط انتهایی برای عضو استوانه ای تحت بار جانب دروسط دهانه   68

3-5-مدل های تغییرشکل درسطح مقطع یک استوانه جدارنازک تحت بار جانب متمرکز شبه استاتیکی واردشده دروسط دهانه       70

3-6-منحنی های عددی آزمایشگاهی بار-تغییرمکان برای لوله هایی باشرایط انتهایی مختلف تحت بارجانبی متمرکز دروسط دهانه   71

4-1-شماتیکی ازسکوی پایه کششی     92

6:دانسیته طیف توانی ارتعاشی آزاد میراشدهTLP باجرم بدنه453kgا     102

7:پاسخTLP باجرم بدنه453kg وموج ها فقط برروی بدنه 103

8:پاسخTLP باجرم بدنه453kg وموج ها برروی پایه وبدنه   104

9:دانسیته طیف توانیTLP باجرم بدنه453kg وموج ها فقط برروی پایه وبدنه       104

10:پاسخTLP باجرم بدنه453kg وموج های برروی پایه وبدنه باارتفاع موج15متر   105

11:ارتعاش آزاد میراشدهTLP باجرم بدنه453kgا   105

12:دانسیته طیف توانی ارتعاش آزاد میراشدهTLP باجرم بدنه453kgا 106

13:پاسخTLP باجرم بدنه453kg وموج ها فقط برروی بدنه     106

14:دانسیته طیف توانیTLP باجرم بدنه453kg وموج های فقط برروی بدنه 107

15:پاسخTLP باجرم بدنه453kg وموج ها برروی بدنه وپایه 107

4-2-آنالیز مدل سازه ای اندرکنش شمع وخاک 111

4-3-مدلسازی پی خاک-شمع   113

9:منحنی تنش-تکرارS-Nا 125

6-1-شکل شماتیک اتصال لوله ای وترک خستگی 135

6-2-شاخص قابلیت اعتماد برای اتصال تحت بررسی بادرنظرگرفتن تعداد سالهای مختلف دوره خستگی سازه       141

6-3-افزایش احتمال شکست باافزایش خستگی   141

6-4-رابطه قابلیت اعتماد وخستگی 142

5:قابلیت اعتماد جدید ناشی ازکشف ترک   144

6:قابلیت اعتماد جدید ناشی ازکشف ترک بدون اندازه گیری سایز ترک     144

7:قابلیت اعتماد جدید بااندازه گیری سایز ترک وبدون در نظرگرفتن داده های اولیه   145

8:قابلیت اعتماد جدید بااندازه گیری سایز ترک وبادرنظر گرفتن داده های اولیه       145

6-5-مقایسه بین منحنی های S-N ومکانیک شکست 148

6-6-رابطه بین منحین هایS-N وخستگی   149

6-7-پردزاش پاسخ   153

6-8-منحنی هایS-N برای کشش-فشاربتن     156

6-9-توزیع بلند مدت دامنه پاسخ نیرو   157



مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

قیمت45000تومان