يادداشت فني
ارزيابي رفتار لرزهاي سكوهاي پايه ثابت با استفاده از روش زمان دوام
محمد سعيد سيف1 ، حميد مهديقلي2 ، همايون استكانچي3 ، محمد علي داستان4*

استاد، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي شريف
استاديار، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي شريف
استاد، دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه صنعتي شريف
دانشجوي دكترا، دانشكده مهندسي مكانيك، دانشگاه صنعتي شريف
چكيده بررسي رفتار لرزه اي سكو هاي دريايي، يكي از مهم ترين شاخص هاي طراحي آن ها در مناطق لرزه خيز مي باشد. با اين وجود روش هاي تحليلي اي كه در اين زمينه از دقت قابل قبولي برخوردار ميباشند، به دليل پيچيدگي و زمانبر بودن، در عمـل چنـدانمورد توجه مهندسين قرار نگرفته اند. روش زمان دوام، روش مناسبي جهت حل اين مشكل مي باشد. در اين روش ميتوان با قبول محدوده مناسبي از خطا، زمان تحليل را به ميزان قابل ملاحظهاي كاهش داد، بطوري كه با انجام يك تحليل زمان دوام رفتار سازه را در سطوح مختلف لرزه اي ارزيابي كرد. در اين مقاله ابتدا به معرفي روش هاي مختلف تحليل در آيين نامه هـا و روش زمـا ندوام پرداخته شده و در ادامه رفتار لرزه اي سه سكو با استفاده از تحليل طيفي آيين نامه 2800 و توابع شتاب زمان دوام مورد مقايسـهقرار گرفته است. بدين منظور از تابع شتابي كه در روش زمان دوام بر مبناي طيف آيين نامه 2800 توليد گشته، اسـتفاده شـده وميزان اختلاف در نتايج در مقايسه با تحليل طيفي آيين نامه 2800 ارائه گرديده است كه از تطابق مناسبي.برخوردار ميباشند.
كلمات كليدي: سكوي پايه ثابت، روش زماندوام، رفتار لرزهاي، تحليل طيفي

TECHNICAL NOTE

TECHNICAL NOTE

Evaluation of Seismic Behavior of Fixed Offshore Platforms with Endurance Time Method

M.S. Seif1, H. Mehdigholi2, H.E. Estekanchi3, M.A. Dastan4

1- Professor, Mech. Eng. Dep., Sharif University of Tech.
-2 Assistant Professor, Mech. Eng. Dep., Sharif University of Tech.
3- Professor, Civil Eng. Dep., Sharif University of Tech.
-4 Ph.D. Candidate, Mech. Eng. Dep., Sharif University of Tech.

Abstract
Evaluation of seismic behavior of offshore platforms is one of the important design steps in seismic regions. Nevertheless, because of complication and time cost of these methods, engineers usually do not study them deeply. Endurance Time (ET) method is a good solution for this problem. In this method, with acceptance of a reasonable region of errors, the time of analysis can be reduced considerably. Besides with one ET analysis, the behavior of structure can be evaluated in different seismic levels. In this paper, the ET and other usual methods in standards are introduced and then the seismic behavior of three platforms is compared with ET and response spectrum method. In this comparison, the acceleration function which is generated

[email protected] نويسنده مسئول مقاله *

base on Iranian cod (2800 standard), is used and the differences are considered in relation to spectral analysis of 2800 standard. The results show appropriate conformity between two methods.
Keywords: Fixed Offshore Platform, Endurance Time Method, Seismic Behavior, Spectral Analysis

1 – مقدمه
امـروزه ب ا گسـترش اكتش اف و اسـتخراج نف ت درمناطق فراساحل، تعداد بسيار زيـادي سـكو دريـايي درنقاط مختلف جهان ساخته شده و مـورد اسـتفاده قـرارگرفته است[ 1]. كشـور ايـران يكـي از نفـت خيزتـرينكشور هاي جهان مي باشد كـه مقـدار قابـل تـوجهي ازذخاير نفتي آن در منـاطق دور از سـاحل قـرار دارد. بـاتوجه به عمق كم آب، سكوي پايه ثابـت مناسـب تـرينگزينه براي انجام عمليات نفتي در اين منطقه مي باشـدكه بررسي دقيق رفتار آن ها – با توجه بـه اهميـت ايـنسازه ها و هزينه بالاي آن ها- امري اجتناب ناپذير است.
در ميان بار هاي اعمالي بر سكو در منطقه خليج فـارس،دو بار موج و زلزله نقش كليدي در طراحي سكو دارنـد.روش هاي مختلفي در آيين نامه هـا بـراي طراحـي سـكوتحت بار هاي فوق ارائه شده است. آيين نامه ايپـيآي1 روش هاي تحليـل را بصـورت روش هـاي خطـي و غيـرخط ي دس ته بن دي م ي كن د[ 2]. روش ه اي خط ي نمي توانند رفتار پلاسـتيك سـازه را بررسـي نماينـد. بـاتوجه به اينكه سازه در زلزله هاي سـطح شـك ل پـذيريوارد رفتار غيرخطي مي گردد، در نظر گرفتن اين رفتـاربراي مناطقي كه خطر لرزه خيـزي بـالايي دارنـد امـريضروري است. بهترين روش در نظر گرفتن رفتـار سـازهبصورت دينـاميكي غيرخطـي در حـوزه زمـان اسـت. ازطرف ديگر بار زلزله پديده اي تصادفي است و نمي تـوانتنها با اعمال يك ركورد تاريخچهزمـاني، رفتـار سـازه را
بطور كامل ارزيابي نمود. آيين نامه ها اعمال حداقل 3 تا 7 ركورد را ضروري مي دانند[ 3]. مشـكلي كـه در ايـنروش تحليل وجود دارد هزينه بسيار بـالاي محاسـباتيآن ميباشد.
از طرف ديگر روش زمان دوام روشـي نـوين در تحليـل
زلزلــه مــي باشــد كــه توانــايي بــالقوه اي در كــاهش محاسبات مربوط به آناليز دينـاميكي دارد[ 4]. در ايـنروش با اعمال يك شتابنگاشت افزاينده به سازه و رسـمپاسخ سازه بر حسب زمان، به ارزيابي عملكـرد سـازه درزمانهاي مختلف كه هر يك معرف يك شدت زلزله مـيباشند، پرداخته مي شود [5].

2- روش زمان دوام
مفه وم زم ان دوام را م يت وان ب ه خ وبي ب ا ي ك آزمايش فرضي توضـيح داد. بـه عنـوان مثـال عملكـرد سازهاي سه سازه مختلف بـا خصوصـيات نامشـخص در
برابر زلزله مي خواهد مـور د تحقيـ ق قـرا ر بگيـر د. بـرا ي بررسي عملكرد اين سازه ها ،اين سه سازه بـ ر روي ميـ ز
لرزان قرار ميگيرند. آزمايش با تهييج ميز لـرزا ن تحـ ت ارتعاش اتفاقي كه به تـدري ج شـد ت آن در طـو ل زمـا ن افزايش پيدا مي كند (تابع شتاب2) شروع ميشود (شكل 1). ب ا اف زايش ت دريجي ش دت تهي يج دامن ه نوس ان سازه ها نيز به تدريج زياد مـ ي شـو د. بـ ه علـ ت تقاضـا ي افزاينده تابع شتاب، سازهها از تغيير شكلهاي الاسـتي ك به حالت تسليم و مرحله رفتار غيرخطي ميرسـن د و در نهايت به ناپايداري دينـاميك ي كلـ ي مـ يرسـن د 6[]. در طول آزمايش ميتوان مقادير شاخصـها ي خرابـ ي را بـ ه طور مستقيم بر حسب زمان رسم كرد.

شكل 1 – معرفي شماتيك آناليز زمان دوام در تشخيص
مقاومت لرزهاي سيستمهاي مختلف [7]

همانطور كـه مشـاهده مـي شـود بـه طـور كلـي دامنـهشاخصهاي خرابي در قاب A از بقيه بيشتر و در قاب B از بقيه كمتر است. در نتيجه ميتوان گفت كه عملكـر د سازه B نسبت به دو سـازه ديگـر در شـدتهاي مختلـفمطلوب تر است 8[].

2 -1 خواص توابع شتاب يكي از پارامترهايي كه بايد در بهينه سازي توابع شـتابمورد بررسي قرار گيرد روند افزايشي اين توابع است. بـاتحقيقاتي كه انجام شده است مشخص گرديده كه يكي از حالت هاي مناسب، روند افزايشـي بـه صـورت خطـياست[ 8]. اين خطي بودن بدين صورت است كه طيـفپاسخ زمان دوام در زمان 01 ثانيه مطابق با آيـين نامـهزلزله ايـران و دو برابـر طيـف پاسـخ در زمـان5 ثانيـهمي باشد. همچنين طيف پاسخ زمـان دوام در زمـان02 ثانيه دو برابر طيف پاسخ در زمان 01 ثانيه اسـت. ايـن
خصوص يت س بب ك اهش قاب ل ملاحظ هاي در زم ان تحليل مي گردد. بر اين اساس طيف شتابSaT و طيف جابجاييSuT ب هصورت رابطه( 1) تعريف ميگردد:

t
S aT (T t, ) =

S aC (T )
10
2 (1)
tT
SuT (T t, ) =

S aC ( )T ×

104π2

كه T بيانگر دوره تناوب و t نشان دهنـده زمـاني اسـتكه تا آن زمان طيف پاسخ از تابع شتاب بدست مي آيـد.يافتن راه حل تحليلي كه بتواند رابطه( 1) را ارضا كنـد،بسيار سخت به نظر مـي رسـد. از ايـن رو بـا اسـتفاده ازبهينه سازي عددي، به حل مساله كه به شكل رابطه( 2) تبديل شده است، پرداخته مي شود.

MinimizeF a( g ) =

(2)
α[S T tu ( , )−SuT ( , )] }T t2 dt dT

كهag تابع شتاب زمان دوام وαمتغييـر وزنـي نسـبي
است كـه ميـزان جريمـه را بـا مقايسـه انحـراف طيـفجابجايي نسبت به انحراف طيف شتاب از مقـدار هـدفتعيين مي كند. مقادير بالايαسبب مي شـود كـه تـابعهدف به تغييرات در طيف جابجـايي حسـاس شـود درحاليكه مقادير پـايي نαسـبب ايجـاد حساسـيت تـابعهدف نسبت به تغييرات طيف شتاب مـي گـردد[ 9]. بـادر نظـــر گـــرفتن 1=αتـــابع شـــتاب زمـــان دوامETA20b01 بر مبناي آيين نامه زلزله ايران (آيين نامـ ه
2800) براي خاك نوع دو توليد شده است كه در شكل
نشان داده مي شود.

شكل 2 – تابع شتاب زماندوام ETA20b01

– تحليل ديناميكي و نتايج عددي در ايــن مطالعــه ســه ســكوي واقعــي FRZ ،NRB و Dalane مورد مطالعه قرار گرفته اند .عرشـه سـكو هـايNRB و FRZ با روش شناوري نصب شده كه اسـتفادهاز اين روش مستلزم حذف مهاربند هاي جكـت در تـرازسطح دريا مي باشد و منجر به نرمي قابل توجهي در تراز فوقاني سكو ميگردد [10].
مدل تحليلي اين سكو ها به صورت سيسـتم هـاي چنـددرجه آزادي با جرم هاي متمركز ساده شـده اسـت. اثـرخاك در محاسبه سـختي فنرهـا در نظـر گرفتـه شـدهاست. تعداد كافي از مود هاي ارتعاشي و به همان تعـداددرجات آزادي در نظر گرفته شده بطوريكه مجموع جرم موثر مود هاي در نظر گرفته شده سهم قابـل تـوجهي از
جرم سازه را شامل شود. جـرم هـاي متمركـز و ضـرايبسـختي بـراي مـدل سـاده شـد ه، بـر مبنـاي مطالع اتگل افشاني و همكاران انتخـاب شـده اسـت [10]. بـراينمون ه، ش كل كل ي از نم اي س كوي FRZ هم راه ب ا مود هاي ارتعاشي و سيستم سه درجه آزادي معـادل آندر شكل 3 نشان داده شـده اسـت. مشخصـات بدسـتآمده براي اين سه سكو، شامل دوره تنـاوب مـود اول و سختي ها و جرم هاي تراز هـا ي مختلـف، در جـدول1 ارائه شده است.
جهت مـدل سـازي ايـن سيسـتم سـ ه درجـه آزادي ازنر مافزار انسـي س3 اسـتفاده شـده اسـت. در ابتـدا طيـفحاصل از ركورد زمان دوام ETA20b01، در زمانهاي مختلف تحصيل گرديده و جهت همـوار كـردن نمـودار اين طيف ها از روش ميانگين گيري 12 نقطه اي استفاده شده است كه در شكل 4 مشـاهده مـ يگـردد. مقايسـهطيف هاي حاصل از آيين نامه 2800 و ET نيز در شكل 5 نشان داده شده است. در ادامه بـا اسـتفاده از تحليـلطيفي به مقايسه روش آيين نامه و زمان دوام پرداختـهمي شود. اگر دقت مطلوبي بين نتايج حاصـل از ايـن دوروش مشاهده گردد، مي توان از تحليل تاريخچه زمـان ي خطي روش زمان دوام، جهت بررسي رفتار لرزه اي ايـنسازه ها استفاده نمود. بدين صورت پاسـخ سـازه در هـرزمان تحليل تاريخچـه زمـاني روش زمـان دوام، بيـانگرسطحي از طيف آيين نامه 2800 م يباشد.

شكل 3 – نمونه سكوي شابلوني مطالعه شده، مودهاي ارتعاشي آن و سيستمهاي سه درجه آزادي معادل[ 01]

جدول 1- مشخصات ديناميكي نمونه سكوهاي مورد مطالعه[ 10]
Platform Period (s) k1 (MN/m) k2 (MN/m) k3 (MN/m) m1 (Ton) m2 (Ton) m3 (Ton)
NRB 4/8 400 430 75* 9000 11000 31000
FRZ 2/7 335 365 32 1450 2050 6100
Dalane 1/5 58 50 53 1000 1200 3100
* اين عدد براي ايجاد دوره تناوب 8/4 ثانيه در مود اول تغيير داده شده است.

0
0.5
1
1.5
2
Sa (g,
ζ
)
%
=5
[email protected]=5s
[email protected]=10s
[email protected]=15s
[email protected]=20s
INBC2800x0.5
INBC2800x1.0
INBC2800x1.5
INBC2800x2.0



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید