بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تاثیر نیروی امواج و بررسی تنش های برشی بر روی اتصالات اسکله های شناور مدولار که اتصالات به صورت مفصلی - صلب به هم متصل شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است. برای تخمین طول اسکله، با توجه به اینکه در تحقیق حاضر با این فرض که اسکله قادر به سرویس دهی به یک کشتی است، طول اسکله حدود 60 متر برآورد شده است، - سه پانتون با طول 20 متر - عرض مورد بررسی هم 7 متر در نظر گرفته شده است.
عمق آب نیز مطابق با حداقل عمق مورد نیاز با توجه به مشخصات کشتی طرح 7 متر لحاظ شده است. تاثیر نیروی محیطی امواج در پریود غالب 5 ثانیه انجام شده است و برای مقایسه با تحقیقات انجام شده در زمینه تنش وارد بر اتصالات، تحلیل اسکله های شناور در دوره تناوبی موج بالاتر نیز بررسی شده است.
معادلات حاکم بر امواج با توجه به دوره تناوبی و ارتفاع موج برخوردی و عمق آب، از نوع استوکس مرتبه پنجم لحاظ شده است. اسکله شناور با نرم افزار آباکوس1 مدل شده و نیروی محیطی موج با نرم افزار استار سی سی ام پلاس2 مدل سازی شده است و با کوپل این دو نرم افزار و به روش تحلیل دینامیکی، تنش حاصل شده در پین اتصالات بدست آمده است.
نتایج حاصل شده نشان می دهد که با افزایش دوره تناوبی به 10 ثانیه، شدت تنش وارده به پین اتصال افزایش یافته است. این نتایج حاکی از آن است که طراحی هر سیستم سازه ای شناور نیازمند به انتخاب معیار و ملاک مناسب و منطقی است. بنابراین در مناطق با پریود موج بالاتر از پریود موج غالب، انتخاب چنین سازه ای به ندرت رخ می دهد.
مقدمه
افزایش شهرنشینی و افزایش جمعیت در کشورهای با خط ساحلی طولانی ، طراحان و مهندسان شهری را بر آن داشت که برای کاهش فشار موجود ، به استحصال زمین از دریا بپردازند. کشورهایی مانند هلند ، سنگاپور و ژاپن ، نواحی خشکی را به طور ویژه با استفاده از استحصال زمین4 از دریا توسعه داده اند. اولین کارهای احیای زمین در دریا در قرن 12 توسط تایرا5 درآب های سواحل کوبه6 صورت گرفت. هنگامی که عمق آب زیاد و بستر شدیدا نرم باشد، استحصال زمین هزینه های بالایی دارد و می تواند راه حل مناسبی نباشد. استحصال زمین در دریا باعث تغییراتی در ساختار طبیعی دریا می گردد. بنابراین در بسیاری از موارد استحصال زمین،جوابگو نیست و باید به راه حل های دیگری روی آورد. یکی از این راه حل ها استفاده از سازه های شناور می باشد. در موارد زیر می توان از یک سازه شناور استفاده کرد
-1 مناطقی که بستر دارای شرایط ژئوتکنیکی نامناسب باشد.
-2 مناطقی که دارای تغییرات مورفولوژیک و رسوب گذاری های شدید باشد.
-3 مناطقی که دارای تغییرات جذر و مدی قابل ملاحظه اند.
-4 مناطق دورافتاده که تنها راه دسترسی به آن ها آب است.
در این موارد از جمله راه حل های مناسب ، استفاده از سازه های شناور متشکل از پانتون ها است که دارای کاربردهای بسیاری در پروژه های صنعتی و عمرانی می باشند; از جمله کارهای شناور پانتونی ، اسکله های شناور و به طور کلی سازه هایی که در وسط دریا و کمی دور از ساحل به اهداف گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند، می باشد.
اسکله های شناور به منظور پهلوگیری و مهاربندی کشتی ها و تامین فضای لازم جهت نقل و انتقال مسافر، تخلیه و بارگیری کالا مورد استفاده قرار می گیرد. شناورهای پانتونی فراساحل به منظور های تفریحی مثل رستوران های دریایی، پایگاه های ذخیره موادی چون نفت، گاز و مواد دیگر، پایگاه های نظامی و ....ساخته و بهره برداری می شوند.
اسکله ها که از سازه های کلیدی حمل و نقل آبی محسوب می شوند به دو صورت ثابت و شناور قابل تقسیم بندی هستند.اسکله های ثابت که پیشینه بیشتری دارند دارای اشکال مختلفی بوده که مهمترین آن ها اسکله شمع و عرشه است . اسکله های شناور نوپا بوده و به علت حل مسائل و مشکلات به وجود آمده اند.چندین عامل که باعث ساخت این اسکله ها می گردد، علاوه بر راه حل های ذکر شده در ساخت اسکله فارغ از ثابت و شناور می توان به موارد زیر اشاره نمود:
-1 با گذر زمان و ایجاد محدودیت های مکانی به دلیل توسعه و گسترش بنادر ، اسکله های ثابت چندان پویا نخواهد بود.
-2 اسکله های شناور در کاربردهای نظامی به علت سرعت ساخت بالا ، دارای اهمیت زیادی هستند و همچنین به علت موقت بودن سازه در این پروژه ها ، ساخت اسکله های ثابت به دلیل هزینه های بالا توجیه اقتصادی ندارد.
-3 در نواحی با خطر لرزه خیزی بالا انتخاب اسکله های شناور موثرتر از اسکله های ثابت است، چرا که این اسکله ها دارای کمترین اثر در برابر حرکات زمین در حین زمین لرزه هستند.
در تمامی این موارد ، اسکله های شناور به عنوان راه حل مناسب تر نسبت به اسکله های ثابت ، ذهن طراحان را به خود مشغول می نماید. با توجه به اینکه ساخت اسکله شناور یکپارچه از نظر اجرایی مشکل و عملیات حمل ان به محل نصب نیز دارای محدودیت هایی است و نظر به اینکه نگه داری و تعمیر این سازه ها نیز کار چندان آسانی نیست ، در نتیجه ساخت اسکله های شناور چند بدنه پیشنهاد گردیده است. مزیت اسکله های چند بدنه ای نسبت به اسکله های تک بدنه ای این است که اسکله های شناور چند بدنه ای انعطاف پذیر تر از اسکله های شناور تک بدنه ای هستند و با اضافه و کم کردن یک بدنه امکان توسعه و گسترش آن ها فراهم بوده است و در حین خرابی هر بدنه امکان جداسازی و تعمیرات آن ها نیز مهیا است.
بدنه اصلی
در بررسی معادلات حاکم بر امواج نظریه های گوناگونی ارایه شده است که متداولترین آن ها، نظریه ایری7، استوکس8 و کنویدال9 می باشد. به منظور رسیدن به حلی از معادلات که به حالت واقعی نزدیک تر باشد می توان از روشی که در آن از تقریب های متوالی در مدل کردن موج بهره برده شود استفاده کرد.
این روش توسط استوکس - 1847-1880 - و دی - 1955 - 10 و برگمن و چاپیلر - 1958 - 11 و اسکجلبریا و هندریکسون - 1960 - 12 و تسرچیا و یاماگوچی - 1972 - 13 توسعه داده شده است و تحت عنوان نظریه موج استوکس شناخته می شود. در این مقاله با توجه به پارامترهایی همچون عمق آب و دوره تناوبی موج و ارتفاع موج، معادله حاکم بر موج با بکارگیری نظریه استوکس مرتبه پنجم انجام شده است. در تعیین محدوده ای از امواج که در مورد آن ها بتوان از نظریه استوکس مرتبه پنجم استفاده کرد می توان از گراف هایی که محققین و موسسات مختلف ارایه کرده اند، استفاده نمود
فرمولاسیون نظریه موج استوکس
در این نظریه فرض می کنیم که متغیرهایی که جریان را توصیف می کنند یک سری توانی بنا به عباراتی از پارامتر تغییرات جزیی14باشند. انتظار می رود که با افزایش تعداد جملات سری های توانی همگرایی روی می دهد و این همگرایی در صورتی که موج تیز نباشد اتفاق می افتد. قابل توجه است برای موج های تیز نیز می توان با انتخاب پارامتر تغییرات جزیی به غیر از آن چیزی که در نظریه استوکس فرض شده است به همگرایی رسید. معمولا با انتخاب تعداد محدودی جمله - معمولا پنچ جمله - همگرایی روی می دهد
روش استوکس در صورتی مجاز است که H/L<<1 باشد و در این نظریه فرض بر این است که تابع پتانسیل را می توان به صورت سری زیر نمایش داد.
که پارامترهای تغییرات جزیی می باشد. همه متغیرهای مشارکت کننده در ترم های مختلف سری - ....و2 و - 1 که دارای بزرگی - توان - یکسان می باشند، بنابراین مقدار هر جمله سری کمتر از جمله قبلیش می باشد. - مقدار این کم شدگی متناسب با درجه می باشد. - با جایگزینی معادله - 1 - در معادلات حاکمی که قبلا بیان شد می توان به حل های درجه بالاتر رسید.
