بخشی از مقاله
خلاصه
در دهه هاي اخیر سرمایه گذاریهاي کلانی در ارتباط با توسعه میادین نفت و گاز دریایی انجام شده است.در طی این مدت فناوري سکوهاي دریایی نیز توسعه و پیشرفت چشمگیري داشته است. نظر به اهمیت فوق العاده این سازه ها، ارزیابی عملکرد لرزه اي سکوهاي فلزي دریایی در این تحقیق مورد توجه قرار میگیرد. در این مطالعه تعداد 3 سکوي واقع در خلیج فارس بصورت سه بعدي و واقعی مدلسازي میشود. تحلیل قابلیت اطمینان بر اساس دستورالعمل FEMA3 و با استفاده از نتایج آنالیز دینامیکی فزاینده براي هر سه سکو انجام میشود. نتایج نشان میدهد که همه سکوها سطح اطمینان مورد نظر FEMA براي سطح عملکردي آستانه فروریزش را تامین می نمایند.
1. مقدمه
اکثر سکوهاي موجود دنیا را سکوهاي ثابت غیر منعطف تشکیل می دهند که خود شامل انواع فلزي و بتنی هستند. رایجترین نوع سکوهاي دریایی در مناطق با عمق کم و متوسط سکوهاي فولادي نوع شابلونی می باشند. سه بخش این سکوها عبارتند از:
الف- جاکت که یک سازه قاب فضایی متشکل از اعضاي لوله اي جوش شده است که بگونه اي طراحی میشود که به عنوان شابلونی براي نصب شمعها مورد استفاده قرار گرفته و در ضمن یک سیستم مهاربند جانبی براي آنها فراهم آورد.
ب-شمع ها که بصورت دائمی جاکت را به بستر دریا متصل نموده و بارهاي قائم وجانبی وارد بر آنها را تحمل می نمایند. ج-روسازه یا عرشه که داراي سازه مناسب براي فراهم آوردن محل مناسب براي کاربریهاي مورد نظر سکو می باشد. اکثر سکوهاي موجود در آبهاي کشور در حال حاضر از این نوع سکوها می باشند.
در مهندسی زلزله براساس عملکرد، براي ارزیابی عملکرد سازه لازم است ظرفیت و نیاز لرزه اي آن تعیین گردد. ارزیابی عملکرد سیستم هاي غیرخطی پیچیده بوده و باید از روشهاي تحلیلی مناسبی جهت مدلسازي رفتار سازه در برابر زمین لرزه استفاده شود.[2] با توجه به پیشرفتهاي اخیر در زمینه تحلیل هاي کامپیوتري، امروزه امکان استفاده از آنالیزهاي دینامیکی غیر خطی براي رسیدن به این امر میسر است.
روش تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده - IDA4 - شاخص مناسب و قدرتمندي براي ارزیابی سازه ها می باشد که در آن بارهاي لرزه اي مقیاس میشود و به تدریج افزایش می یابد.[3] مفاهیم این روش براي اولین بار در سال 1977 توسط برترو[3] 5 بیان گردید و در نهایت به شکل قانونمند توسط وام واتسیکاس6 و کرنل[4] 7 توسعه داده شد.
سکوهاي فوق بوسیله نرم افزار SeismoStruct V6.5 مدلسازي و تحلیل شده اند. در کلیه مدلها از اثر موج بر روي سازه که در مقابل اثر زلزله ناچیز می باشد، صرفنظر شده و اتصال سازه به بستر دریا بصورت گیردار درنظر گرفته شده است. وزن تجهیزات عرشه در آنالیزهاي دینامیکی نیز بصورت جرمهاي متمرکز گرهی لحاظ شده اند.همچنین تمامی اتصالات، در مدلسازي به عنوان اتصالات صلب منظور شده اند.
3. مدل مصالح مورد استفاده
در این مطالعه از مدل مصالح فولادي stl-mp استفاده شده است. روابط مشخصه تنش-کرنش تک محوري استفاده شده براي stl-mp ،مدل مشهور هیسترتیک غیر خطی منگوتو -پینتو - 1973 - 1 می باشد.
4. المانهاي مورد استفاده
براي مدلسازي المانها از المان infrmDB که یک المان غیر خطی مبتنی بر تغییر شکل می باشد وقابلیت ایجاد پلاستیسیته گسترده در طول المان را فراهم می سازد استفاده شده است.
.5 تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده
یکی از جدید ترین روش هاي تحلیل سازه، روش تحلیل دینامیکی غیر خطی فزاینده یا IDA می باشد. این آنالیز پارامتریک بر مبناي آنالیز دینامیکی غیر خطی بوده و جهت بررسی عملکرد سازه ها تحت بار زلزله ابداع شده است. در این شیوه تحلیل، یک یا چند شتابنگاشت به چندین سطح از شدت، مقیاس شده و به سازه اعمال می گردند. هدف از مقیاس کردن نگاشت ها، پوشش دقیق تر کل محدوده رفتاري سازه از حالت الاستیک تا ویرانی می باشد. در هر گام مقیاس کردن، مدل سازه اي تحت نگاشت هاي مورد نظر تحلیل شده و یک یا چند منحنی از پاسخ خسارت بر حسب شدت حاصل می شود. با استفاده از این منحنی ها، تعریف حالات حدي و در نهایت ترکیب نتایج با منحنی تحلیل احتمالی، می توان به ارزیابی سازه ها پرداخت.
اطلاعات منحصر به فردي که این منحنی ها در مورد پاسخ سازه هاي چند درجه آزادي ارائه می کنند، می تواند توجیهی بر گسترش استفاده از این روش، با وجود فرایند دشوار و زمان بر انجام آن باشد .[5] نتایج تحلیل دینامیکی غیر خطی افزایشی بصورت منحنی هاي خوشه اي ترسیم می گردد. درتحقیق حاضر ،محور قائم این منحنی ها بیانگر اندازه شدت درقالب پارامتر شتاب طیفی در مود غالب ارتعاشی سازه و با در نظر گرفتن میرایی %5 - Sa - T1,5% - - و محور افقی نمایانگر اندازه خرابی، با پارامتر تغییر مکان نسبی حداکثر طبقه - - Ө max می باشد.
6. انتخاب شتاب نگاشتها
به منظور بررسی مشخصات لرزه اي سازه هاي مورد مطالعه، از 14 شتاب نگاشت مقیاس شده با اندازه هاي نسبتا بزرگ - - 6/5-6/9 و فاصله هاي متعادل که مربوط به مولفه افقی زلزله می باشند استفاده شده است. تمامی این شتاب نگاشتها مربوط به خاك نوع 2 بوده واز سایت PEER اقتباس شده اند. بطور موثر فرض می شود شتاب نگاشتهاي انتخاب شده معرف رویدادهاي احتمالی که سبب زمین لرزه هاي شدید در سایتی که سازه ها در آن واقع هستند، باشند.[6] مشخصات شتاب نگاشتها ي مورد استفاده در جدول 2 ارایه شده است.
بر اساس آیین نامه [7] API - RP 2A-WSD - ، شتاب نگاشتها بطور همزمان در سه جهت به سازه اعمال شده اند که مقادیر شتاب نگاشت هاي جهت هاي X, Y با هم برابر وجهت Z نصف دو جهت دیگر می باشد.[7] منحنی هاي خوشه اي براي هر دو جهت X و Y ترسیم شده، سپس منحنی مربوط به هر امتدادي که زودتر به جابجایی نسبی - 0/1 - ، یعنی حد آستانه فروریزش می رسد، در محاسبات مورد استفاده قرار میگیرد.
