بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه به اهمیت سکوهای فراساحلی در صنعت نفت و گاز و با توجه به هزینه هنگفتی که این سازهها در بردارند، بهینهسازی این سازهها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در بین سکوهای فراساحلی، سکوهای جاکتی جزء سازههایی میباشند که در آبهای کمعمقتر نصب میگردند. این سکوها تحت تأثیر نیروهای متعددی ازجمله وزن عرشه، نیروی زلزله، فشار امواج و غیره قرار میگیرند که جهت مقابله با این نیروها و پایداری سکوها از پیهای شمعی استفاده میشود. در این تحقیق مدنظر است که با استفاده از نرمافزار اجزاء محدود sap2000 و با در نظر گرفتن بارگذاری ثقلی و فشار دینامیکی حاصل از امواج منطقه عسلویه، به بررسی تأثیر عمق شمع در میزان فولاد مصرفی این جاکت ها پرداخته شود. بررسیها نشان میدهد که به دلیل تأثیرات اندرکنشی شمع و خاک کف دریا، عمق شمع جاکت های نفتی و گازی بر میزان فولاد مصرفی این سازهها تأثیرگذار است.
واژههای کلیدی: سازه جاکت، فشار امواج، عمق شمع، بهینهسازی، اندرکنش خاک و سازه.
-1مقدمه:
سازههای دریایی دربرگیرنده طیف وسیعی از سازهها میباشد که با اهداف مختلف و متنوعی احداث میگردند. در یک تقسیمبندی کلی این سازهها را به دو گروه اصلی ساحلی و فراساحلی - دریایی - میتوان تقسیمبندی کرد. سازههای ساحلی در خطوط ساحلی مجاور آب ساخته میشوند، از قبیل اسکلهها، دولفینها، دیوارهای ساحلی و غیره. سازههای فراساحلی که بیشتر به سازههای دریایی معروف هستند در نقاط دور از ساحل و عمیق احداث میشوند وعمدتاً شامل سکوهای دریایی، مخازن ذخیره و خطوط انتقال نفت و گاز میباشند که نمونه از آن در شکل - 1 - نمایش دادهشده است. نظر به مشکلات اجرایی خاص کارهای دریایی، این سازههاعموماً در ساحل به صورت پیشساخته تولیدشده و سپس به محل نصب منتقل میگردند. سکوهای دریایی با توجه به نوع کاربری آنها، در مراحل مختلف از زمان ساخت در ساحل تا حمل و نصب در دریا محتمل انواع متنوعی از بارهای مرده و زنده میشوند که بسته به ماهیت بار و منشأ تولید آنها، سازه را برای آنها آنالیز و طراحی میکنند.
شکل - 1 - نمایی از سازه جکت در حال ساخت
از آنجایی که محیط دریا یک محیطکاملاً دینامیکی هست و بار ناشی از امواج، باد و جریان زیرسطحی دریا، بارهای دینامیکی دائمی میباشد که به سازه واردشده و موجب خستگی و سستی در اجزاء مختلف بهویژه اتصالات سازه میشوند، طراحی آنها برای این پدیده ضرورت پیداکرده و در دههای اخیر بیشتر مورد توجه محققین این صنعت واقعشده است. خستگی یکی از مهمترین مباحثی است که در طراحی تمامی سازههای در معرض بارهای ثابت مورد توجه خاص میباشد. سکوهای ثابت دریایی ازجمله این سازههای دینامیکی میباشند. پیهای شمعی سکوهای دریایی با توجه به اینکه اتکا سازه بر روی آنها میباشد و تنشهای سیکلی بزرگی را تحمل میکنند از نظر خستگی اهمیت ویژهای دارند. محصل و همکاران دریافتند که خرابی در اثر خستگی، در پیهای شمعی این سازهها که در مصالح ماسه ای قرار دارند، بیشتر از مصالح رسی میباشد. این محققین پیشنهاد نمودند که جهت کاهش خرابی خستگی، از چکشهای با انرژی جنبشی کوبشی بالاتر در لحظه برخورد به شمع استفاده شود. به عبارتی، چکشها با انرژی جنبشی پایینتر، خستگی کوبشی کمتری تولید میکنند.
عدهای دیگر از محققین بر روی روابط توابع پریودیک امواج دریا مطالعه نمودهاند. این محققین با معرفی تابع خود همبستگی، سعی در حل مشکل انتگرال ناپذیر بودن فرآیندهای تصادفی مانا را داشتند. این محققین سعی داشتند که بدون از بین رفتن محتوای فرکانسی این فرآیند با تبدیل فوریه، طیف مربوطه را محاسبه نمایند.
جهانمرد و همکاران، پروفیل امواج سطح دریا را به صورت منظم و نامنظم دستهبندی نمودند. البته هر دو روش برای تحلیل سازههای فراساحلی مورد استفاده قرار میگیرند. این محققین با استفاده از تئوری موج خطی، سرعت و شتاب ذرات سیال را مطابق با تغییرات سطح دریا به دست آورد.
در تحقیق دیگری که بر روی ظرفیت باربری جکت E2 میدان نفتی هنگام صورت پذیرفت، در ابتدا شبیهسازی نشست پیهای عمیق سکو و جکت به روش آنالیز اویلری - لاگرانژی ترکیبی انجام گرفت و نتایج با نتایج آزمایشات انجام شده بر روی یک پی نواری مقایسه گردید. سپس فرآیند نشست و محاسبات ظرفیت باربری این جکت، با استفاده از تحلیل اجزاء محدود اویلری - لاگرانژی انجامشده و مشاهده گردید که در نظرگیری مقاومت ناچیز لایه ضخیم فوقانی، تأثیرات بسیار زیادی بر روی ظرفیت باربری جکت ها خواهد گذاشت.
با توجه به تحقیقات پیشینیان، در این تحقیق مد نظر است که با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود Sap2000، به بررسی تأثیر عمق پی-های شمعی جاکت های نفتی بر میزان مصالح مصرفی این سازهها پرداخته شود.
-2شرایط مدل عددی و خواص مصالح
در این مدل با استفاده از نرمافزار اجزا محدود Sap2000 ،یک مدل سکوی دریایی همراه با شمع مدفون در بستر دریا در نظر گرفتهشده است. جنس مصالح سازه جکت از نوع فولاد ST37 و شمعها از نوع بتن C28 استفادهشده است. جهت مدل نمودن سازه جکت از المانهای لولهای شکل استفادهشده است. در این مدل، خصوصیات سازه به گونهای در نظر گرفتهشده است که سازه حالت خرپایی داشته و به عبارتی گره های سازه حالت مفصل دارند. شکل 2 نشاندهندهی مدل عددی در نظر گرفتهشده میباشد.
