فني

ادداشت
ي

فني

ادداشت

ي

بررسي اثر مختصات مهاربندي بر نيروهاي مهاري
شناورهاي پانتوني چند رديفه

سيد مجتبي هاديان1، مهدي شفيعي فر2*1

كارشناس ارشد سازه هاي دريايي، دانشكده فني مهندسي، دانشگاه تربيت مدرس
دانشيار سازه هاي دريايي، دانشكده عمران و محيط زيست، دانشگاه تربيت مدرس

چكيده
سازه هاي شناور متشكل از پانتون ها داراي كاربردهاي بسياري در كارهاي دريايي نظير اسكله هـاي و مـوج شـكن هـاي شـناور، پل هاي شناور و سازه هاي شناور فراساحلي هستند . در اين مقاله به بررسي تاثير همزمان مختـصات مهاربنـدي و زاويـه ي برخـوردامواج بر نيروهاي مهاربندي شناور هاي پانتوني چند رديفه پرداخته شده است. مختصات مهاربندي شامل آرايش، تعداد مهاربنـدهاو پيشكشيدگي مهاربندها ميباشد. شناورهاي پانتوني مورد نظر از 12 پانتون كه با اتصالات صلب بـه يكـديگر متـصل شـده انـد،تشكيل شده و در معرض امواج نامنظم دريا گرفته اند. براي انجام تحليل هاي هيدروديناميكي از نرم افزار MOSES اسـتفاده شـدهاست. با توجه به نتايج مشاهده مي شود، هرچند با افزايش پيش كشيدگي، سختي مهارها و كـل سـازه افـزايش مـي يابـد و قابليـتجذب نيروي بيشتري پيدا مي كند و اين امر باعث باز توزيع بهتر و متعادل تر نيروي وارد بر شناور در كل مهاربندها مي شـود، ولـيافزايش بيشتر پيش كشيدگي مهارها از يك مقدار مشخص تاثير چنداني در رفتار سازه نخواهد داشت.
كلمات كليدي: شناور چندپانتوني، آرايش مهارها، پيش كشيدگي، جهت برخورد امواج، پاسخ سازه ي شناور

TECHNICAL NOTE

TECHNICAL NOTE

AN INVESTIGATION ON EFFECT OF MOORING
CHARACTERISTICS ON MOORING FORCES OF MULTI
ROWS FLOATING PIERS
S.M. Hadian1, M. Shafieefar2

1-Graduated Student, Civil Engineering Department, Tarbiat Modares University
2- Associate Professor, Civil Engineering Department, Tarbiat Modares University

Abstract Simultaneous effects of mooring characteristics and waves heading on mooring forces of a multi-rows floating pier which is composed of pontoons have been investigated in this paper.
The investigated variable parameters include the moorings array, number of mooring lines and their pretensions. A floating structure consisting of 12 pontoons connected together with rigid connectors and is located under irregular sea waves. Hydrodynamic analyses have been carried

[email protected] نويسنده مسوول مقاله *
out for various conditions. Results show that even though pre-tensioning of mooring lines results in increasing of the structure stiffness and better force distributions between mooring lines, however, increasing the pre-tensioning from critical values has no considerable effect on the structure responses. Using the results of present work and requirements from multipontoons, it is possible to suggest a proper mooring system and direction of floating structure in the conceptual design of such structures.
Keywords: Multi pontoons, Mooring Array, Pretension, Wave Heading, Structure Response

1- مقدمه
سازه]هاي شناور متشكل از پانتونججها داراي كاربردهاي بسياري در پروژهجججهاي عمراني و صنعتي نظير اسكلهججهاي شناور، پلججهاي شناور و سازه هاي شناور فراساحلي، ميجباشند. اسكله هاي شناور به منظور پهلوگيري و مهاربندي كشتيجها و تامين فضاي لازم جهت نقل و انتقال مسافر، تخليه و بارگيري كالا مورد استفاده قرار مي گيرد. همچنين سازه هاي شناور پانتوني فراساحلي، به منظورهاي مختلفي از جمله مقاصد تفريحي مثل رستورانجهاي دريايي، پايگاهججهاي ذخيره موادي چون نفت و گاز مايع و مواد ديگر و پايگاه هاي نظامي ساخته و بهرهجبرداري ميجشوند [1].
از آنجاييكه بعلت محدوديتججهاي اجرايي، ساخت يك سازه شناور با ابعاد بزرگ و بصورت يكپارچه به لحاظ اقتصادي مقرون بصرفه نميجباشد، در عمل معمولا سعي ميجگردد با اتصال پانتونجهاي با ابعاد مناسب، سازه شناور با ابعاد مورد نظر ايجاد گردد. با توجه به مزايا و فوايد زياد شناورجهاي پانتوني نظير تغييرپذيري و انتقال آسان آن ها، ثابت بودن موقعيت آن ها نسبت به سطح آزاد آب، تامين شناوري كافي حتي در صورت خرابي تعدادي از پانتونجها و عدم آسيب رساندن به سيستم زيست محيطي، استفاده از اين سازهججها در حال توسعه ميججباشد. از جمله كارهايي كه در اين زمينه انجام شده است ميجتوان به مراجع [2]، [3] و [4] اشاره كرد.
يك مدل عددي براي تخمين ديناميك غير خطي يك موج شكن مستغرق پانتوني مهار شده در برابر امواج و براي دو آرايش قائم و مورب مهارها توسط Rahman و همكاران ارائه شده است [5]؛ موج شكن مورد بررسي ايشان مستغرق بود كه با شناورهاي شناور پانتوني اين تحقيق فرق دارد.
در تحقيقات قبلي عمدتا تاكيد بر بررسي تاثير مختصات مهاربندي مانند آرايش مهاربندي، حالت پيشجكشيدگي و عدم پيش كشيدگي معمولا به صورت جداگانه بر روي عملكرد سازهججي شناور بوده است و تاثير همزمان چندين مشخصه ي مهاربندي با هم مورد بررسي قرار نگرفته است. علاوه بر آن، تاثير بعضي از مشخصهجها از جمله تعداد مهاربندها و مقدار پيش كشيدگي بر عملكرد سازه ي شناور مورد بررسي قرار نگرفته است.
مشخصهججي اصلي تحقيق حاضر آن است كه اولا تاثير مشخصاتي از مهاربندي چون تعداد مهاربندها و مقدار پيشكشيدگي (علاوه بر مشخصاتي كه در تحقيقات قبلي مورد بررسي قرار گرفته بودند) بر عملكرد سازه ي شناور را مورد ارزيابي قرار داده و ثانيا از آنجاييكه ارزيابي همزمان چندين پارامتر با هم به منظور اطمينان از عملكرد مناسب سازهجي شناور در حالتجهاي مختلف محيطي و سازه اي و تعيين زمان هاي مجاز براي بهره برداري از سازه ي شناور از اهميت بالايي برخوردار است، اين تحقيق به بررسي همزمان تاثير مشخصهجهاي مختلف مهاربندي شامل تاثير تعداد مهاربندها، پيش كشيدگي و عدم پيشكشيدگي، مقدار پيشكشيدگي، جهت برخورد امواج، بر دو آرايش مختلف مهاربندي، ميجپردازد. در ضمن ابعاد شناور پانتوني مورد نظر نسبتا بزرگ بوده و لذا براي مدل كردن آن، 12 پانتون توسط اتصالات صلب به يكديگر متصل شده اند. البته ابعاد اين شناور پانتوني نه به كوچكي ابعاد اسكله هاي شناور با پانتونهاي محدود بوده و نه به بزرگي VLFS ها ميباشد. در اين مقاله از اين پس از عنوان شناور پانتوني كه عنوان كلي تري است استفاده ميجشود.
در اين تحقيق شناور چند پانتوني مورد نظر توسط نرم افزار MOSES مدلسازي شده و تحليل هاي هيدروديناميكي در شرايط مختلف بر روي آن انجام شده است. اين نرم افزار قابليت مدلسازي انواع سازه هاي دريايي مانند انواع شناورها، سكوها و لوله ها را در مراحل حمل، نصب و بهره برداري دارد [6]. با توجه به قابليت نرم افزار در تحليل سازه هاي شناور مهار شده با در نظر گرفتن اندركنش سازه و مهارها، در تحقيق حاضر از اين نرم افزار استفاده شده است.

2- سازه شناور مورد مطالعه
سازه ي شناور مورد نظر داراي طول 240 متر، عرض 24 متر و ارتفاع 3 متر مي باشد و شامل 12 پانتون با ابعاد 3×12×40 متر مطابق شكل 1 است. اين پانتون ها تك تك مدلسازي شده و در عمق مورد نظر (9 متر) در دو رديف با اتصالات صلب (به منظور تشكيل يك سطح يكپارچه) به يكديگر متصل شدهاند.
با توجه به وزن درنظر گرفته شده براي پانتونها، آبخور هر پانتون توسط برنامه محاسبه مي شود. به منظور بررسي تاثير آبخور، با تغيير وزن پانتون ها مقادير مختلف آبخور حاصل و مورد تحليل ديناميكي قرار گرفتند. نتايج ارايه شده در مقاله حاضر مربوط به پانتون هاي با آبخور5/1متر است. براي تامين اتصالات صلب، در هر وجه اتصال از دو رديف پنج تايي اتصال دهنده ي صلب كه از امكانات نرم افزار MOSES است، استفاده شده است.
سازه ي شناور توسط كابلهاي پلي استري مهاربندي شده است. علت استفاده از جنس پلي استر، قابليت پيش كشيدگي به دليل خاصيت الاستيسيتهي بالا، وزن كم، دوام بالا و هزينهي پايين آن ميجباشد. قطر كابل ها 70 ميليمتر، طول مهاربند ها در حالت بدون پيش كشيدگي 60 متر و تعداد مهاربندها 4 و 8 عدد براي انجام تحليلهاي هيدروديناميكي انتخاب شدند.
1- نوع تحليل انتخابي و شرايط محيطي
از آنجاييكه معمولا مهاربندها (خصوصا جنس پلي استر) در برابر نيروهاي محيطي از خود رفتار غير خطي نشان ميجدهند، بنابراين گريزي از انجام تحليل ها در حوزهججي زمان نيست. از سوي ديگر در تحليل نيروي مهارها بايد مقدار حداكثر نيرو در هر مهار در طول زمان مشخص باشد تا از عدم گسيختگي آن در طول زمان اطمينان حاصل شود. بنابراين كليهي تحليل هاي مربوط به مهاربندي در اين تحقيق در حوزهجي زمان انجام گرفته اند. مدت زمان تحليل در حوزهجي زمان با توجه به تعدادي تحليل انجام گرفته برابر 1000 ثانيه انتخاب شد. اين زمان براي همگرا شدن نيروهاي مهاري و پاسخ هاي شناور پانتوني در برابر نيروهاي محيطي كفايت مي كند. به كمك اين تحليل، نرم افزار پاسخهاي مختلف را در زمانهاي مختلف محاسبه خواهد كرد. در تحليلججها از اثر لزجت صرفنظر شده و از تئوري تفرق براي حل مساله استفاده شده است. در اين رابطه اثر موج تفرق يافته و موج ناشي از حركت سازه و بازتابش موج در نظر گرفته شده است.
از آنجاييكه شناورهاي مورد بررسي اين مقاله قابليت كاربري در فراساحل را نيز خواهند داشت، شرايط محيطي به گونه اي انتخاب شدند تا نيروهاي نسبتا بزرگي به مهار ها وارد آيد، در نتيجه امواج نامنظم با طيف جانسواپ با ارتفاع مشخصهجي 5/2 متر و پريود پيك 7 ثانيه در سه زاويه ي برخورد 0، 45 و 90 به شناور پانتوني تابانده شد. در شكل 1 جهت برخورد امواج نشان داده شده است.

تحليل هيدروديناميكي شناور پانتوني مهاربندي شده

3- 1- روند تحليل مهاربندي
روند تحليل بدين صورت انجام شد كه ابتدا به بررسي تاثير تعداد مهاربندهاي استفاده شده در مهاربندي بر نيروهاي مهاري و پاسخ شناور پانتوني در برابر امواج اقدام شد، سپس با انتخاب تعداد مناسب براي مهاربندها به بررسي همزمان 1) تاثير پيش كشيدگي مهارها و 2) تاثير جهت برخورد امواج بر I) نيروهاي مهاري و II) پاسخ شناور پانتوني، پرداخته شد. براي اين منظور امواج در زواياي 0، 45 و 90 درجه به شناور پانتوني مهارشده با پيش كشيدگيججهاي 0، 5,0، 1 و 2 تن، تابيده و تحليل هيدروديناميكي انجام گرفته است. نهايتا جمع بندي و نتيجهججگيري تحليلجهاي انجام شده، ارائه شده است.

3- 2- بررسي تاثير تعداد مهاربندها بر عملكرد شناور پانتوني
براي بررسي تاثير تعداد مهاربندي بر عملكرد شناور پانتوني، شناور يك بار با 4 مهاربند و بار ديگر با 8 مهاربند، مهاربندي شد و امواج نامنظم با زاويه مورب 45 درجه كه مهاربندها و پاسخجهاي بيشتري را درگير ميجكند، به شناور پانتوني تابيده شد. در اين حالت كابل ها بدون پيش كشيدگي فرض شدهجاند. در شكل 2 دو نوع مهاربندي شناور پانتوني با دو تعداد 4 و 8 مهاربند و شمارهجي مهاربندها نشان داده شده است. مهارهاي گوشه زاويه ي 45 درجه و مهارهاي وسط زاويه ي 60 درجه با افق مي سازند. علت انتخاب چنين جهتجهايي امكان استفاده از حداكثر ظرفيت كابل ها در جهتججهاي مختلف بوده است.
در شكل 3 نمودارهاي نيروهاي كششي مهاربندهايي كه در تحليل هيدروديناميكي به كشش افتاده اند، در دو حالت (الف) و (ب) نشان داده شده است.

همانطور كه ملاحظه مي شود تغيير تعداد مهارها به طور كلي در مقدار نيروهايي كه به مهارهاي مختلف اعمال مي شود، تاثير ميجگذارد؛ در حدي كه در حالت مهاربندي با 4 مهار (الف)، بيشترين نيرو متعلق به مهاربند 4 است در حاليكه در حالت مهاربندي با 8 مهار(ب)، بيشترين نيرو متعلق به مهاربند 8 ميجباشد. از طرفي مجموع نيروهاي مهاري در حالت (الف) برابر 93 تن و در حالت (ب) برابر 81 تن مي شود. اين مسئله نشان مي دهد در حالتي كه از تعداد مهارهاي بيشتري در مهاربندي شناور استفاده شده است، نيرويي كه در مجموع مهاربندها ميجافتد كمتر از حالتي است كه تعداد مهارها كمتر باشد. اين امر به خاطر توزيع منظم تر نيروها با داشتن تعداد مهاربندهاي بيشتر و در نتيجه عدم اعمال نيروي اضافي در تعداد محدودتري از مهاربندها ميججباشد. بنابراين براي اجتناب از نيروهاي زياد در مهارها و داشتن حاشيهجي اطمينان در عدم گسيختگي مهارها، بهتر است تعداد مهارها را در حد معقول انتخاب كرد كه نه باعث ازدياد نيروهاي مهاري شود و نه تعداد آنجها بيش از حد زياد شود كه خود باعث افزايش هزينه ها و مشكلات اجرايي مي شود.
بعد از بررسي تاثير تعداد مهاربندها و نتايج بدست آمده گزينه ي بهتر يعني تعداد مهاربندي بيشتر انتخاب گرديد و در ادامه، تحليل ها بر روي شناور پانتوني با تعداد 8 مهاربند صورت گرفت.

Heading: 0
Heading: 90
Headin
g
:
45

Heading: 0

Heading: 90

Headin



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید