بخشی از مقاله
چکیده
در روشهای طراحی تعینی طراحی موجشکنها اغلب، اثر تغییرات مقاومت اجزای موجشکن و تغییرات بارگذاری وارد بر آن یا در نظر گرفته نمیشوند و یا اینکه از ضرایب اطمینان جزئی استفاده میشود. با استفاده از روشهای طراحی احتمالاتی میتوان این تغییرات را در نظر گرفت. در مطالعه حاضر، شش گزینه طراحی متشکل از سه حالت تناژ مختلف و دو ارتفاع Rc برای یکی از مقاطع موجشکن بندر رودیک - مقطع - E7 در نظر گرفته شده است.
در متدولوژی مطالعه حاضر، برای پارامترهای مختلف طراحی موجشکن، توزیعهای احتمالاتی برازش داده شده و سپس، بر مبنای تابع قابلیت اطمینان طراحی، احتمال خرابی هر یک از گزینهها به کمک آنالیز مونتکارلو در نرمافزار VaP تعیین میگردد. در گام بعد، بر مبنای بهای واحد طول، هزینه طول عمر سازه هر یک از گزینهها محاسبه شده و گزینه مطلوب برگزیده میشود. این متدولوژی که مبتنی بر طراحی احتمالاتی مبتنی بر عملکرد میباشد، میتواند در راستای انتخاب هدفمندتر مقاطع موجشکنها راهگشا باشد.
-1 مقدمه
با توجه به تغییرات آب و هوایی، وقوع مکرر توفانها، و افزایش سطح آب دریا، بارهای محیطی وارد بر نواحی ساحلی رو به افزایش گذا شته ا ست. نواحیای که تاکنون در مقابل فر سایش محافظت شده مح سوب می شدند، نیاز به ارزیابی مجدد دارند تا ا ستراتژیهای مقابله با فر سایش در آنها بهینهسازی شوند. همچنین، برای پهلوگیری، تخلیه و بارگیری انواع کشتیها نیاز به فراهم آوردن ناحیهای با شرایط دریایی آرام در مجاورت اسکلهها میباشد. موجشکنها، سازههایی هستند که برای محافظت محیط بندر از تلاطم امواج ساخته میشوند. دو حالت حدی معمول در طراحی موجشکنها عبارتاند از :[1]
-1 حالت حدی بهرهبرداری : پایداری کلی موجشکن حفظ میشود، اما برخی از عملکردهای آن ممکن است با اختلال مواجه شوند؛ به عنوان مثال روگذری بیش از مقادیر مجاز میتواند مشکلاتی را برای عملکرد خود موجشکن و نیز منطقه حفاظت شده پشت آن از قبیل بنادر ایجاد نماید.
-2 حالت حدی نهایی: در این حالت، موج شکن پایداری خود را به صورت جزئی یا کلی از د ست داده و تا حد قابلتوجهی در ایفای نقش ا صلی خود برای فراهم آوردن محیطی آرام در پسکرانه، ناکارآمد خواهد بود. برون - 1979 - 1، یازده مود مختلف خرابی موجشکن توده سنگی را همانگونه که در شکل 1 مشاهده میشود، مشخص کرد :[2]
1. کمبود آرمور - افزایش تخلخل - .
2. تکان خوردن آرمورها؛ شکستگی ناشی از این نوع خرابی است.
3. آسیب به شیب داخلی ناشی از روگذری موج.
4. لغزش لایه آرمور ناشی از کمبود اصطکاک در لایههای زیرین.
5. کمبود فشردگی در لایههای زیرین، باعث انتقال انرژی اضافی به درون موجشکن میشود؛ این انرژی میتواند موجب بلند شدن تاج موجشکن و لایههای داخلی گردد.
6. تخریب - Crone Wall - موجشکن.
7. شکستگی آرمورها ناشی از تماس آنها با یکدیگر.
8. نشست یا ریزش خاک زیرین.
9. فرسایش پنجه موجشکن یا قسمتهای داخلی موجشکن.
.10 از دست رفتن مشخصات مکانیکی مصالح.
.11 خطاهای ساخت.
همچنین گومز- مارتین - 2005 - 2، این مودهای خرابی را در پنج گروه مجزا دستهبندی کرد :[3]
-1 پایداری المان: قابلیت هر قطعه برای مقاومت در برابر حرکت ناشی از تماس امواج 1 - و 2 و - 3
-2 پایداری کلی: پایداری کل موجشکن، یا به طور خاص، کل لایه آرمور به صورت یک قطعه عمل کند. این حالت، شامل حرکت لایه آرمور یا حرکت اجزای بزرگ میشود 4 - و 5 و - 6
-3 پایداری سازهای: مقاومت المانها یا مصالح آنها. این مورد توانایی المانها برای مقاومت در برابر کششهای ناشی از انتقال، ساخت، تماس موج، سنگدانههای استفاده شده و حرکات ناشی از جریانها را شامل میشود.
-4 پایداری ژئوتکنیکی: مقاومت پی یا حساسیت به فرسایش پنجه موجشکن 8 - و - 9
-5 خطاهای اجرایی: 10 - و - 11 در این تحقیق، با توجه به نوع موج شکن مورد بررسی و مشخصات آن، در طراحی احتمالاتی تنها بحث خرابی لایه آرمور برای حالت حدی نهایی و روگذری بیشازحد مجاز برای حالت حدی عملکردی در نظر گرفته شده است. بر این اساس، در بخش 2، مشخصات منطقه رودیک و مقطع موجشکن مورد نظر تشریح میگردد. سپس در بخش 3، مقدمهای پیرامون طراحی مبتنی بر عملکرد بیان شده و تابع قابلیت اطمینان تعیین میگردد.
در بخش 4، توزیعهای احتمالاتی پارامترهای مختلف ارائه شده و احتمال نا شی از خرابی گزینههای مختلف تناژ آرمورها محا سبه گردیده است. در بخش 5، نحوه محاسبه احتمال خرابی ناشی از روگذری اضافی تشریح و محاسبه میگردد. سپس، در بخش 6، متدولوژی محاسبه هزینه طول عمر سازه تبیین میگردد و در نهایت، در بخش 7، محاسبات مربوط به هزینه طول عمر سازه برای شش گزینه منتخب اجرای موجشکن ارائه میشود.
-2 مشخصات منطقه و موجشکن
منطقه رودیک در دهستان نگور از بخش دشتیاری، در شهرستان چابهار استان سیستان و بلوچستان واقع شده است. نقطه ساحلی رودیک دارای طول جغرافیایی E610 '447'' و عرض جغرافیایی N '251140'' میباشد. این منطقه که در 45 کیلومتری شرق شهر چابهار واقع شده از شمال به دهستان شم، از شرق به دهستان بریس، از غرب به دهستان کچو و از جنوب به دریای عمان محدود میگردد. دامداری و کشاورزی اصلیترین فعالیت مردم در این منطقه میبا شد و بالغ بر 60 قایق صیادی متعلق به ساکنین این رو ستاها در منطقه فعال میبا شند که با احداث موج شکن امکان استفاده از آن را خواهند داشت. این موضوع سبب میشود مهمترین کاربری بندر رودیک، استفاده به عنوان بندر صیادی در نظر گرفته شود. مقطعی از این موجشکن که در تحقیق حاضر، هدف طراحی احتمالاتی مبتنی بر عملکرد قرار گرفته است، مقطع E7 میباشد که نمای آن در شکل 2 مشاهده میشود. همچنین، در جدول 1 مشخصات مهم این مقطع خلاصه شده است .[4]
-3 طراحی احتمالاتی مبتنی بر عملکرد
ت ستهای آزمای شگاهی و تجربیات حا صل از سازههای م شابه، شناختی را ن سبت به رفتار موج شکن فراهم میآورد. دادههای خرابی حا صل از این تجربیات با ضرایب اطمینان ترکیب شده و در قالب د ستورالعملهای طراحی برای طراحیهای آتی مورد ا ستفاده قرار میگیرد. در نتیجه، طراحی تعینی بر ا ساس د ستورالعملها، حا شیه اطمینانی را شامل می شوند. با این حال، در روشهای طراحی تعینی اغلب، اثر تغییرات مقاومت مؤلفههای موج شکن و تغییرات بارگذاری وارد بر موج شکن یا در نظر گرفته نمی شوند و یا اینکه از ضرایب اطمینان جزئی ا ستفاده می شود.
با ا ستفاده از روش های طراحی احتمالاتی میتوان این تغییرات را در نظر گرفت. توزیع مقاومت و بارگذاری در طی محاسبه احتمال خرابی در نظر گرفته می شوند. اگر هزینه کل این احتمالات در طول عمر مفید سازه تعیین شود میتوان به کمک مقای سه اقت صادی، گزینههای طراحی مختلف را مورد قیاس قرار داده و اقتصادیترین گزینه را انتخاب کرد. این هزینهها شامل، هزینه ساخت؛ تعمیر و نگهداری؛ هزینه ناشی از خرابی و هزینههای ناشی از خرابی عملکردی میباشد. با تعریف این تابع قابلیت اطمینان، میتوان محدوده خرابی، محدوده بدون خرابی و حد خرابی را تعیین کرد:
- :Z>0 محدوده بدون خرابی؛
- :Z=0 حد خرابی؛
- :Z<0 محدوده خرابی.
پس از تعریف تابع قابلیت اطمینان برای مکانیسم خرابی مورد نظر، رفتار متغیرهای تصادفی تابع به صورت تعینی یا تصادفی تعیین و داده میشود. اگر این رفتار، تصادفی باشد؛ توزیع متغیر مورد نظر بر مبنای دادههای عددی موجود یا قضاوت خبرگان تعیین میگردد. یکی از روشهایی که میتوان از آن برای محاسبه احتمال خرابی مورد استفاده قرار داد، روش مونتکارلو میباشد که در این تحقیق، بر همین اساس عمل شده است. در این روش، برای تمام پارامترهای در نظر گرفته شده، تعدادی تصادفی از مقادیر در نظر گرفته شده و بر این مبنا، توزیع احتمالاتی این پارامتر تعیین می شود. مقادیری که چگالی احتمالاتی بالاتری دا شته با شند، بی شتر ظاهر می شوند.
وقتی که تمامی پارامترها مقدار دارند، مقدار تابع قابلیت اطمینان محاسبه میشود. این فرآیند، N بار تکرار میشود و پس از آن احتمال خرابی - Pf - را به صورت Nf/N تعریف کرد که Nf تعداد دفعاتی است که تابع قابلیت اطمینان مقدار کمتر از صفر داشته باشد. هر چند این فرآیند ساده است ولی ممکن است لازم باشد تا به تعداد دفعاتی زیادی تکرار شود. تعداد دفعات تکرار شبیهسازی - N - به این بستگی دارد که احتمال خرابی چقدر کوچک باشد.
