نشریه مهنــدسـی دریــا
کاهش پراکندگی پاسخ لرزه اي سکو هاي ثابت فلزي دور از ساحل در برابر حرکات زمین حوزه نزدیک داراي پالس سرعت

محمد زرین1، بهروز عسگریان2

دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
دانشیار گروه زلزله، دانشکده مهندسی عمران ،دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران

چکیده
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

آنالیز نیاز لرزه اي احتمالاتی (PSDA) به عنوان ابزاري مناسب جهت تخمین میانگین فرکانس سالانه تجاوز از یک حد مشخص پارامتر پاسخ مهندسی (EDP) به کار گرفته می شود. در این مقاله، کارایی اندازه شدت (IM) اسکالر پیشرفته تغییر مکان طیفی غیر الاستیک( Sdi) که توسط Tothong و Cornell در دانشگاه استنفرد پیشنهاد شده است، در تحلیل PSDA با اندازه شدت اسکالر مرسوم شتاب طیفی الاستیک و متناطر آن تغییر مکان طیفی الاستیک( Sde) براي سازه سکوي ثابت فلزي نفتی مقایسه می شود. یک IM کارامد به عنوان IM اي تعریف می شود که منجر به پراکندگی کمتر در پاسخ سازه اي براي یک سطح IM مشخص شود. در این مقاله، مدل عددي یک سکوي دریایی با توجه به رفتار واقعی آن در نرم افزار OpenSees شبیه سازي شده است. سکوي دریایی نمونه با در نظر گرفتن کمانش اعضاي مهاربندي و اثرات خستگی کم چرخه مدل سازي شده است. جهت در نظر گرفتن اندرکنش شمع-خاك-سازه، شمع هاي سکو با مدل سازي خاك اطراف آن بر پایه مدل معادل تیر بر پی غیر خطی وینکلر مدل سازي شده است .همچنین از قابلیت هاي خود نرم افزار OpenSees جهت محاسبه پاسخ لایه هاي خاك استفاده شده است. در تحقیق حاضر، آنالیز دینامیکی غیر خطی افزایشی( IDA) که یکی از نوین ترین روش ها در تعیین ظرفیت سازه می باشد انجام شده است و همچنین بحث مختصري راجع به کارایی Edp هاي گوناگون در نشان دادن مود هاي پاسخ مختلف سکو صورت پذیرفته است و نهایتا همان Edp معمول در مورد سازه هاي ساختمانی یعنی ماکزیمم دریفت بین طبقه اي براي سکوي نمونه فوق انتخاب شده است. سپس، نمودارهاي IDA در غالب دو اندازه شدت اشاره شده در بالا براي مجموعه 40 رکورده حوزه نزدیک داراي پالس سرعت رسم شده اند و پراکندگی نمودارهاي IDA در محدوده ناپایدار دینامیکی کلی محاسبه شده اند. با توجه به پراکندگی کمتر محاسبه شده براي IM تغییر مکان طیفی غیر الاستیک، این اندازه شدت به عنوان کاراترین IM براي سکوي نمونه مورد نظر پیشنهاد شده است.
کلمات کلیدي: آنالیز نیاز لرزه اي احتمالاتی، آنالیز دینامیکی افزایشی، سکوي ثابت فلزي نفتی، اندازه شدت تغییر مکان طیفی غیر الاستیک، کارایی اندازه شدت.

Dispersion Reduction of Seismic Responses of Jacket Type
Offshore Platforms Subjected To Pulse-Like Near-Fault
Ground Motions

M. Zarrin1*, B. Asgarian2

MSc in Marine Structures, Civil Engineering Faculty, K.N.Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
Associate Professor, Civil Engineering Faculty, K.N.Toosi University of
Technology, Tehran, Iran.
انجمن مهندسی دریایی ایران

Abstract
Probabilistic Seismic Demand Analysis (PSDA) is used as a valuable tool to compute the mean annual frequency of exceeding a particular structural response parameter. In this paper, the efficiency of advanced scalar ground motion intensity measures (IM), Inelastic Spectral Displacement (Sdi) which, was proposed by Thosong and Cornell in Stanford University, has been compared for PSDA of Jacket Type Offshore Platforms (JTOP) with conventional scalar intensity measure, Elastic Spectral Acceleration or correspondingly Elastic Spectral Displacement (Sde). An efficient Im is the one which, leads to lower dispersion in response parameter of structure in an arbitrary level of Im. In this paper, the numerical model of a Jacket Type Offshore Platform in accordance with its real behavior was simulated in OpenSees software. The case study platform has been modeled in OpenSees considering buckling and post buckling behavior of bracing members and material low cycle fatigue effects. In order to consider soil-pile-structure interaction effects, the near field soil was modeled using Beam on Nonlinear Winkler Foundation method. Furthermore, the geotechnical capabilities of OpenSees have been utilized to compute free field response of soil layers. In the current research, Incremental Dynamic Analysis (IDA), which is among one of the most recent and capable approaches in evaluating ultimate capacity of structures, has been performed and a brief discussion has been presented about the efficiency of different Edps in indicating various structural response modes of platform. As a consequence, the same Edp as simple building structures – maximum interstory drift angle – has been proposed for case study platform. Furthermore, the multiple Ida curves in terms of two aforementioned Intensity Measures for 40 pulse-like near fault ground motion records have been depicted and the dispersion of Ida curves in dynamic instability range have been computed for these two Ims. Based on lower computed dispersion for inelastic spectral displacement intensity measure, this Im has been chosen as the most efficient intensity measure for case study platform.
Key Words: Probabilistic Seismic Demand Analysis, Incremental Dynamic Analysis, Jacket Type Offshore Platforms, Inelastic Spectral Displacement Intensity Measure, Efficiency of Intensity Measure.

1 – مقدمه
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

چنانچه در یک سازه، طراحی بر اساس ضوابط استاندارد انجام شود و هدف از ساخت سازه موجود مشخص باشد، با تطابق نیاز و ظرفیت به مناسب ترین و ایمن ترین طراحی می توان دست یافت. جهت رسیدن به این مسئله، مفهومی به نام طراحی بر اساس عملکرد لرزه اي1 بنا گردیده است. هدف روش طراحی بر اساس عملکرد لرزه اي، تخمین عملکرد لرزه اي (ریسک لرزه اي) سازه در محل ساخت سازه می باشد. یک روند رسمی براي انجام طراحی بر اساس عملکرد لرزه اي توسط مرکز مطالعات مهندسی زلزله اقیانوس آرام( PEER) پیشنهاد شده است که شامل چهار گام کلی زیر می باشد [1]،[2]،[3]: 1- آنالیز خطر لرزه اي احتمالاتی( PSHA2)؛ 2- آنالیز نیاز لرزه اي احتمالاتی (PSDA3)؛ 3- تخمین خسارات فیزیکی با استفاده از آنالیز پاسخ سازه اي که در گام دوم صورت پذیرفته است؛ 4- تخمین زیانهاي ناشی از خسارات فیزیکی [4]،[5]. روند پیشنهاد شده توسط این مرکز این امکان را فراهم می کند که هریک از گام هاي اشاره شده در بالا به طور مستقل مورد مطالعه قرار گیرند و محاسبه شوند و سپس در انتها با هم ترکیب شوند. براي اینکه این کار امکان پذیر باشد ،بایستی مسئله کلی طوري فرمول بندي شود که هر کدام از گام هاي تخمین به طور کارامدي مستقل باشند. سپس هر یک از این مراحل مستقل توسط متغیرهاي میانی به هم پیوند داده می شوند. در چارچوب روش PEER دو متغیر میانی مهم عبارتند
از:
اندازه شدت IM)): میزان قدرت حرکت زمین ناشی از زلزله توسط متغیري به نام اندازه شدت که می تواند به عنوان نمونه ماکزیمم شتاب حرکت زمین باشد، تخمین زده می شود.
پارامتر پاسخ مهندسی( EDP4): میزان اثر شدت زلزله بر روي سازه مورد بررسی از طریق پارامتري به نام پارامتر پاسخ مهندسی که براي مهندسانقابل تفسیر باشد، بیان می شود. این پارامتر معمولا نماینده پاسخ سازه می باشد. نمونه آن ماکزیمم دریفت بین طبقه اي می باشد.
جهت انجام آنالیز نیاز لرزه اي احتمالاتی(گام دوم چارچوب پیشنهادي) یکی از جدید ترین و در عین حال مفیدترین روش ها ،روش تحلیل دینامیکی افزایشی [6]،[7] یاIDA 5 است، که در آن از مفهوم دیرینه مقیاس کردن رکوردهاي حرکت زمین و توسعه آن به روشی که بتوان به دقت کل محدوده رفتاري سازه از الاستیک تا ناپایداري کلی سازه را پوشش داد ،استفاده می شود. در این روش، مدل سازه اي تحت یک یا چند رکورد حرکت زمین که با سطوح شدت متفاوت مقیاس شده اند قرار می گیرد. پس از انجام تحلیل دینامیکی غیرخطی، یک یا چند منحنی از پاسخ پارامتریک در مقابل سطوح شدت حاصل خواهد شد. در این منحنی ها کل محدوده رفتاري مدل تحت پوشش قرار می گیرد و در نهایت با تعریف حالات حدي و ترکیب نتایج با منحنی هاي تحلیل خطر احتمالی به ارزیابی سازه ها می توان پرداخت.

2 – هدف مقاله
طراحی در برابر بار زلزله که یکی از بارهاي اصلی وارده بر سکوهاي دریایی می باشد، از اهمیت بالایی برخوردار است. عدم قطعیت هاي موجود در بارگذاري زلزله و مقاومت اعضاي سازه اي از یک سو و از سوي دیگر نیاز به اطمینان از نحوه عملکرد سکو ،اهمیت استفاده از روش هایی بر پایه آمار و احتمالات را آشکار تر نموده است. براي برآورده نمودن مقاصد فوق ،آنالیز نیاز لرزه اي احتمالاتی به عنوان ابزاري مناسب جهت تخمین میانگین فرکانس سالانه تجاوز از یک حد مشخص پارامتر پاسخ مهندسی (EDP) می تواند به کار گرفته می شود .در این مقاله کارایی اندازه شدت اسکالر پیشرفته تغییر مکان طیفی غیر الاستیک6 (Sdi) که توسط Tothong و Cornell
[8] پیشنهاد شده است، در تحلیل PSDA با اندازه شدت اسکالر مرسوم شتاب طیفی الاستیک و متناطر
نشریه مهنــدسـی دریــا
آن تغییر مکان طیفی الاستیک ( Sde) براي سازه سکوي ثابت فلزي نفتی مقایسه می شود. یکی از مزایاي استفاده از IM اي که به درستی انتخاب شده است این است که تخمین دقیقتري از عملکرد لرزه اي، بدون احتیاج به انتخاب دقیق رکورد هاي حرکت زمین، براي تحلیل دینامیکی غیر خطی سازه به دست می آید (انتخاب رکورد با توجه به پارامتري هاي لرزه اي نظیر بزرگی زلزله، فاصله سایت از منبع زلزله و همچنین اپسیلون حرکت زمین). براي پاسخ هاي سازه اي که در آنها مود اول ارتعاشی حاکم می باشد ،استفاده از IM پیشرفته جابه جایی طیفی غیر خطی می تواند در مقایسه با IM شتاب طیفی خطی( Sa) مفید باشد. ما نشان خواهیم داد که این موضوع براي رکوردهاي حوزه نزدیک داراي پالس سرعت صحیح خواهد بود. حرکات زمین داراي پالس سرعت نمی تواند به صورت کافی باSa مشخصاتش بیان شود.
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

در این مقاله، مدل عددي یک سکوي دریایی با توجه به رفتار واقعی آن در نرم افزار OpenSees [9] شبیه سازي شده است. سکوي دریایی نمونه با در نظر گرفتن کمانش اعضاي مهاربندي و اثرات خستگی کم چرخه مدل سازي شده است. جهت در نظر گرفتن اندرکنش شمع – خاك – سازه، شمع هاي سکو با مدل سازي خاك اطراف آن، بر پایه مدل معادل تیر بر پی غیر خطی وینکلر و با در نظر گرفتن مقاومت جانبی خاك، مقاومت اصطکاکی جداره شمع و مقاومت انتهایی شمع مدل سازي شده است. در تحقیق حاضر، از قابلیت هاي خود نرم افزار OpenSees جهت محاسبه پاسخ لایه هاي خاك استفاده شده است. در تحقیق حاضر، آنالیز دینامیکی غیر خطی افزایشی( IDA) که یکی از نوین ترین روش ها در تعیین ظرفیت سازه می باشد انجام شده است. همچنین، بحث مختصري راجع به کارایی Edp هاي گوناگون در نشان دادن مود هاي پاسخ مختلف سکو صورت پذیرفته است و نهایتا همان Edp معمول در مورد سازه هاي ساختمانی یعنی ماکزیمم دریفت بین طبقه اي براي سکوي نمونه فوق انتخاب شده است. سپس نمودار IDA در غالب دو اندازه شدت

اشاره شده در بالا براي مجموعه 40 رکورده حوزه نزدیک داراي پالس سرعت رسم شده است و پراکندگی نمودارهاي IDA در محدوده ناپایدار دینامیکی کلی محاسبه شده است. با توجه به پراکندگی کمتر محاسبه شده براي IM تغییر مکان طیفی غیر الاستیک، این اندازه شدت کاراترین IM براي سکوي نمونه مورد نظر می باشد.

– آنالیز نیاز لرزه اي احتمالاتی
تخمین احتمالاتی پاسخ سازه اي به عنوان تابعی از شدت حرکت زمین، یک گام اساسی در ارزیابی مهندسی زلزله بر اساس عملکرد می باشد [3]،[10]. هدف از این گام اساسی، تخمین توزیع احتمال پارامتر پاسخ سازه اي به عنوان تابعی از شدت حرکت زمین در زلزله می باشد. روش هاي متعددي براي بدست آوردن این تخمین موجود می باشد که به طور مفصل در( Cornell و Jalayer [11] در سال 2003 فصل 4و 5) بحث شده است .تخمین EDP|IM می تواند با یک نمودار خطر حرکت زمین ترکیب شود تا نرخ سالانه میانگین تجاوز از یک سطح مشخص EDP
(λEDP(y)) با استفاده از رابطه زیر محاسبه شود:

18288-74349

(1) (1)

که ( |GEDP IM| (y im تابع توزیع تجمعی متمم7 EDP در یک سطح مشخص IM (احتمال تجمعی اینکه y < EDP در جایی که IM = im) می باشد که به وسیله روش تخمینی در مرجع [11] بدست می آید. پارامتر λIM(im)، نرخ سالانه میانگین تجاوز IM از یک سطح مشخص im که از یک آنالیز خطر لرزه اي احتمالاتی بدست می آید، می باشد که این روش به خوبی در منابع دیگر شرح داده شده است[( 12] و
.([13]

– کارایی اندازه شدت8
یک IM کارامد به عنوان IM اي تعریف می شود که منجر به تغییرات کوچکتر (پراکندگی کمتر) در پاسخ سازه اي( |LnEDP IM) براي یک سطح IM
-35133-1708

انجمن مهندسی دریایی ایران

مشخص شود. یک |LnEDP IMکوچکتر (یا به طور مشابه LnIMCap یعنی پراکندگی Im در محدوده ظرفیت سازه) به این علت مطلوبست که خطاي استاندارد (e) میانگین نمونهLnEDP در یک سطح مشخص e = LnEDP

n

n

) IM که n تعداد رکوردهاي نمونه می باشد[ 14]) با LnEDPمتناسب است و همچنین میانگین نمونه اي ln EDP IM|، اولین درجه اطلاعات است که براي بدست آوردن اولین تابع زیر انتگرال در انتگرال تحلیل PSDA (معادله (1)) استفاده می شود. از آنجا که خطاي استاندارد به طور معکوس با

متناسب است ،کاهش در |LnEDP IM تعداد رکوردهایی را که براي رسیدن به یک تخمین دقیق میانگین
ln EDP IM| احتیاج است را کاهش می دهد. به عنوان مثال کاهش 50 % در مقدارLnIMCap به این معنی است که تعداد رکوردهاي مورد نیاز براي رسیدن به دقت مشابه در تخمین میانگینln EDP IM| می تواند تا 4 برابر کاهش یابد.

5 – رکوردهاي انتخاب شده جهت انجام آنالیز
جهت انجام آنالیز دینامیکی افزایشی، ابتدا بایستی تعدادي رکورد زلزله انتخاب شوند. در اینجا، مجموعه اي از 40 رکورد حرکت زمین سه مولفه اي ( در سه جهت ) بدون مقیاس که هر یک داراي پالس هاي سرعت شدید با پریودهاي متغیر در جهت مولفه ي ضربه اي نرمال9 هستند، به عنوان تحریک زلزله استفاده شده است [15]. این پالس هاي سرعت انتظار می رود که در برخی حرکات زمین در نزدیکی
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:14 +0330 on Monday October 30th 2017

گسیختگی هاي گسلی ناشی از اثرات Directivity رخ دهند. هیچ تلاشی در این دسته براي تطابق دادن با طیف پاسخ هدف صورت نگرفته است. حرکات 40 گانه زمین به گونه اي انتخاب شده اند که پریودهاي پالس در آنها متغیر باشد، زیرا نسبت پریود پالس به پریود نوسان هر سازه به عنوان فاکتور مهم تاثیر گذار پاسخ سازه اي مطرح است. هیستوگرام پریودهاي پالس موجود در این دسته در شکل 1 مشاهده می-شود. دوره هاي پالس از 1 ثانیه تا 9/12 ثانیه بامیانگین 5/5 ثانیه متغیر است.

تعداد

مشاهدات

(
ثانیه
)

پالس

پریود

تعداد

مشاهدات

(



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید