بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله تاثیر نیروی موج در جابجایی سازه اسکله های شناور مدولار در راستای heave بررسی شده است. اسکله به صورت سازه ای با بدنه های صلب و اتصالات مفصلی- صلب مدل گردیده است. سه پانتون با ابعاد 20*7*1.8 متر و عمق آب نیز با توجه به مشخصات کشتی طرح 7 متر و پریود موج غالب 5 ثانیه در نظر گرفته شده است. امواج برخوردی در راستای طولی سازه شناور انجام شده است.
معادلات امواج، استوکس مرتبه پنجم لحاظ شده است. فرایند تحقیق با دو نرم افزار آباکوس ُ و استار سی سی ام پلاس5 انجام شده است و با توجه به عملکرد نرم افزار از روش تحلیل دینامیکی کامل استفاده شده است. با کوپل این دو نرم افزار، جابجایی سازه اسکله های شناور مدولار در راستای heave بررسی شده است
با توجه به تحقیقات صورت گرفته، ساخت پانتون های شناور بایستی در ارتفاع امواج کمتر انجام شود. 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 مواج که هزینه های سیستم های حفاظتی دربرابر موج قابل توجه است، انتخاب چنین سازه ای به ندرت رخ می دهد.
.1 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 زمینْ از دریا توسعه داده اند. اولین کارهای احیای زمین در دریا در قرن 12 توسط تایراَ درآب های سواحل کوبه 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.
1 دانشکده علوم و فنون رشته سازه دریایی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران
-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.
.2 مواد و روش ها
در بررسی معادلات حاکم بر امواج نظریه های گوناگونی ارایه شده است که متداولترین آن ها، نظریه ایریٌ، استوکسٍ و کنویدال َ 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 دیُ - 1955 - و برگمن و چاپیلرِ - - 1958 و اسکجلبریا و هندریکسونّ - 1960 - و تسرچیا ویاماگوچیْ - 1972 - توسعه داده شده است و تحت عنوان نظریه موج استوکس شناخته می شود. در این مقاله با توجه به پارامترهایی همچون عمق آب 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.
2.1 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 جزییٌباشند. 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 - درمعادلات حاکمی که قبلا بیان شد می توان به حل های درجه بالاتر رسید. با جایگزینی معادله - 1 - در معادله لاپلاس و شرایط مرزی در کف و با دسته بندی ترم های دارای عبارت و 2 و3 به ترتیب به معادلات زیر برسیم.
همان طور که مشاهده شد شرایط مرزی در کف براحتی قابل بدست آوردن هستند ولی در مورد سطح آزاد یکی از مشکلاتی که وجود دارد غیر خطی بودن شرایط مرزی و نامعلوم بودن سطح آزاد در شرایط ] می باشد. شرایط مرزی سطح آزاد موجب یک جفت از معادلات که n و n رابر حسب 1و 1 و..... n-1 و n-1 بیان می کنند، می شوند.
برای داشتن شکل مناسب تر می توان معادلاتی را که n و n را می دهند جداسازی کرد و شرایط سطح آزاد آب را به صورت زیر نوشت بسط سری تیلور رابطه بالا را می توان به صورت زیر انجام داد.
