1-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه براي حرکت در جهتheave…………………89
2-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه براي حرکت در جهت pitch…………………..90
4-5 پاسخ سازه تحت موج هاي تصادفي(طيفي)………………………………………………….91
فصل ششم: ارائه نتايج و بحث در آنها
1-6 نيروي وارد بر سکو در جهت surge ………………………………………………………….93
2-6 نيروي وارد بر سکو در جهت heave……………………………………………………………94
3-6 لنگر وارد بر سکو در جهت pitch ……………………………………………………………….95
4-6 پاسخ حرکتي سازه در جهت heave به موج با دامنه واحد …………………………96
5-6 پاسخ حرکتي سازه در جهت pitch به موج با دامنه واحد…………………………….98
6-6تحليل سازه براي موج هاي تصادفي……………………………………………………………..99
1-6-6طيف پاسخ سازه براي حرکت در جهت heave ………………………..100
2-6-6طيف پاسخ سازه براي حرکت در جهت pitch…………………………102
7-6 نتيجه گيري…………………………………………………………………………………………………104
8-6پيشنهادات براي ادامه کار…………………………………………………………………………..105
شکل 1-1 درجات آزادي ……………………………………………………………………………………………….2
شکل 2-1 سکوي نيمه شناور خرپايي مدل…………………………………………………………………..7
شکل (1-2) سکوي ستوني ساده…………………………………………………………………………………10
شکل(2-2)سکوهاي برجي مفصلي و برجي مفصلي خرپايي………………………………………11
شکل (3-2) سکوي تراس اسپار با صفحات افقي………………………………………………………..12
شکل(4-2) تراس اسپار با صفحات افقي……………………………………………………………………..13

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شكل (5-2) نمايي از يك سكوي نيمه مغروق…………………………………………………………….15
شکل ( 6-2) نوعي از يک سکوي نيمه شناور خرپايي………………………………………………..16
شکل(7-2)سکوي نيمه شناور خرپايي مورد مطالعه……………………………………………………18
شکل 1-3 معرفي پارامترهاي به کار رفته در محاسبات……………………………………………..22
شکل 2-3 معرفي پارامترهاي به کار رفته در محاسبات……………………………………………..24
شکل 3-3 معرفي پارامترهاي به کار رفته در محاسبات……………………………………………..25
شکل 4-3 رژيم هاي مختلف جريان در اطراف اعضاي استوانه اي……………………………..27
شکل 5-3 نيروي وارد بر اعضاي لاغر ناشي از امواج…………………………………………………..32
شکل 6-3 موج برخوردي، متفرق شده و منعکس شده براي يک استوانه قائم…………..37

شکل 7-3 رژيم هاي جريان مختلف در صفحه (D/L و K.C)…………………………………39
شکل 8-3 مقايسه شکل امواج با تئوري هاي متفاوت………………………………………………..44
شکل 9-3 محدوده اعتبار تئوري هاي امواج……………………………………………………………….44
شکل 10-3 پارامترهاي موج نامنظم……………………………………………………………………………50
شکل 11-3 طيف انرژي ……………………………………………………………………………………………..54
شکل 12-3 مقايسه دو طيف پيرسون مسکوويچ و جان سواپ…………………………………..60
شکل 1-4 نوسانگر ناميراي خطي………………………………………………………………………………..62
شکل 2-4 ارتعاش آزاد ناميرا……………………………………………………………………………………….64
شکل 3-4 نوسانگر خطي ميرا………………………………………………………………………………………65
شکل 4-4 اثر ميرايي در ارتعاش آزاد…………………………………………………………………………..68
شکل 5-4 ارتعاش آزاد ميرا………………………………………………………………………………………….69
شکل 6-4 نحوه تعيين کاهش لگاريتمي……………………………………………………………………..70
شکل (1-5)-مدل تست مورد نظر……………………………………………………………………………….74
شکل (2-5) المان انتخابي روي استوانه عمودي…………………………………………………………75
شکل (3-5) محل قرار گيري ستون ها……………………………………………………………………….77
شکل (1-6)-پريود موج در برابر پارامتر ka……………………………………………………………..91
شکل(2-6)-محدوده فرمول هاي نيرو…………………………………………………………………………92
شکل (3-6)-نيروي وارد بر سازه در جهت X بر اثر موج با دامنه واحد…………………….93
شکل (4-6)- نيروي وارد بر سازه در جهت Y بر اثر موج با دامنه واحد……………………94
شکل (5-6)- لنگر وارد بر سازه در جهت Pitch بر اثر موج با دامنه واحد……………….95
شکل(6-6)- جابجايي سازه در جهت Y بر اثر موج با دامنه واحد……………………………..97
شکل(7-6)-چرخش سازه در جهت pitch بر اثر موج با دامنه واحد……………………….98
شکل (8-6)- طيف جانسواپ انتخابي……………………………………………………………………….99
شکل (9-6)- مقايسه طيف هاي پاسخ سازه در جهت Heave……………………………..100
شکل(10-6)-مقايسه طيف هاي پاسخ سازه در جهت pitch…………………………………101
چکيده
سکوي نيمه شناور خرپايي يک سازه جديد در صنعت سازه هاي فراساحل است که از يک قسمت خرپايي براي ايجاد جرم اضافه با استفاده از صفحات افقي استفاده مي کند. در اين پايان نامه اين سازه با استفاده از قسمت خطي معادله موريسون تحليل مي شود و نتايج با تحليل سکو به روش تئوري تفرق خطي مقايسه مي شود. هدف از اين تحليل معرفي يک روش محاسباتي ساده براي تحليل سازه هايي با ابعاد بزرگ مانند سکوي حاضر است. نزديکي قابل قبول نتايج تحليل با نتايج مدل تست و نتايج تحليل با روش تفرق نشان مي دهد که استفاده از معادله موريسون مي تواند براي محاسبه نيروهاي وارد بر سازه هاي بزرگي مانند سکوي مورد مطالعه روش مناسبي باشد و تا مقدار زيادي باعث ساده تر شدن محاسبات شود بدون آن که از کيفيت نتايج چشم پوشي کند. نکته مهم در اين خصوص، وابستگي نتايج به ضرائب هيدروديناميکي انتخابي است که در صورت درست انتخاب شدن باعث ايجاد نتايج صحيح مي شوند.
کليد واژه ها: سازه هاي دور از ساحل، آب عميق، صفحات افقي، معادله موريسون، تئوري ديفرکشن
فصل اول
مقدمه و معرفي
1-1 پيش گفتار
با توجه به اهميت انرژي‏‏‏هاي فسيلي در دنياي امروز و نقش‏آفريني اين نوع انرژي در تمام مناسبات جهان، مساله استخراج آن يكي از موضوعات مهم تكنولوژي روز دنيا مي باشد.همچنين پايان پذيري منابع فسيلي و محدود بودن ذخاير آن، باعث توجه به ذخايري شده است كه تاكنون بهره برداري از آنها صرفه اقتصادي نداشته است. يكي از مهم‏ترين اين ذخاير، ذخاير انرژي مدفون در كف درياهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هايي را جهت استخراج از كف درياها ارائه داده‏اند. حركت علمي كه در اين راستا در غرب آغاز شده است اكنون داراي تاريخچه‏اي بيش از يک قرن است و با توجه به موقعيت حساس كشور ما در اين برهه زماني و برخورداري از منابع غني انرژي هاي فسيلي در درياهاي شمال و جنوب كشور، كسب اين تكنولوژي به يكي از رئوس برنامه علمي كشور تبديل شده است. نكته قابل توجه در اين باره، لزوم استفاده از روشهاي اقتصادي و سيستم هاي بهينه استخراج مي باشد كه در دنياي رقابتي امروز امري اجتناب ناپذير مي‏نمايد.
جهت استخراج نفت و گاز از كف درياها، كاربردي ترين روش شناخته شده، استفاده از سكو است. اين نوع سازه طي عمر هفت دهه‏اي خود تحولات بسياري را در سيستم سازه‏اي و قابليت بهره برداري از سر گذرانده است.در ابتدا اين نوع سازه در آب‏هاي كم عمق و به صورت خرپايي ساده مورد استفاده قرار گرفت و طي زمان، تكامل سازه در راستاي استفاده در آب‏هاي عميق و كاهش هزينه‏هاي ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزايش بسيار زياد هزينه احداث سكو‏هاي ثابت با افزايش عمق، نوع جديدي از سكو‏هاي دريايي با نام سكوي نيمه شناور مطرح شد كه داراي مزاياي اقتصادي و كاربردي قابل توجه‏اي مي باشد. سير تكامل كلي سكو‏ها و به خصوص نوع خاصي از آنها را (سكوي نيمه شناور خرپايي) به صورت كامل در فصل يك شرح خواهيم داد.
سکوي نيمه شناور خرپايي نوع خاصي از سکوهاي نيمه شناور است که داراي شش درجه آزادي ميباشد: حرکت افقي طولي (surge)، حرکت افقي عرضي (sway)، حرکت قائم (heave)، که به ترتيب جابجايي در امتداد محورهاي x و y و z بوده و چرخش طول اين محورها به ترتيب، غلتش عرضي (roll)، غلتش طولي(pitch) و چرخش در صفحه افقي (yaw) ناميده مي شود.

شکل 1-1: درجات آزادي
با توجه به مقدمات بالا، در اين پروژه سعي شده است اصول آناليز يك سكوي نيمه شناور خرپايي مورد بررسي قرار گيرد و با شناسايي و مقايسه تئوري هاي موجود جهت محاسبه ي بارهاي وارد بر سازه، برداشت جامعي از چگونگي آناليز يك سكوي نيمه شناور خرپايي ارائه شود. در اين راستا از تئوري هاي موريسون و ديفركشن خطي جهت محاسبه‏ي نيروي موج و از تئوري موج ايري براي توضيح طبيعت دريا استفاده شده است كه در فصل هاي ابتدايي توضيح كلي آنها خواهد آمد. نتايج محاسباتي پروژه با يك مدل تست نيز معتبر سازي شده است و در پايان شاهد بحث در نتايج و مقايسه آنها خواهيم بود.
2-1 روش تحقيق
در اين تحقيق ابتدا نيرو‏هاي وارد بر سكوي نيمه شناور خرپايي ناشي از موج، توسط تئوري هاي موريسون و ديفركشن خطي براي درجات آزادي غير وابسته‏ي surge ، heave و pitch به دست مي‏آيد. سپس با استفاده از حل معادله حركت ديناميكي سكوي نيمه شناور خرپايي در درجات آزادي heave و pitch ، پاسخ سازه به موج با دامنه واحد1(RAO) به نيرو‏ها در اين درجات به دست مي‏آيد.اين نتايج با نتايج به دست آمده از مدل تست و با يكديگر مقايسه خواهند شد. هم‏چنين طيف پاسخ سازه مورد نظر با استفاده از طيف هاي انرژي P-M و JONSWAP در درجات آزادي ذكر شده به دست مي‏آيد و مقايسه مي‏شود.
3-1پيشينه‏ي تحقيق
افراد زيادي رفتار هيدرو‏ديناميكي يك سيلندر شناور عمودي را مطالعه كرده‏اند. هاوس (1990) يك سيلندر را در بازه kc كوچكتر از 0.01 بررسي كرد. بررسي هاي او نشان مي‏داد كه نيروي درگ به صورت خطي با سرعت نسبت دارد و ضريب درگ نيز فوق‏العاده كوچك بود. چاكرابارتي و هانا (1990) در بررسي‏هايي كه بر روي سيلندري با KC كمي بيستر از 0.01 انجام دادند، به نتايج مشابهي رسيدند. در آزمايشات آنها حركت نوساني آزاد سيلندر در جهت عمودي در خلال يك آزمايش (Decay test) مورد بررسي قرار گرفت.
هاوس و يوتس (1994) يك سيلندر عمودي را درون يك جريان قرار دادند و نشان دادند كه جريان ميرايي سيلندر را در kc هاي مشابه افزايش مي‏دهد.
درگ هيدروديناميك يك سيلندر از دو مولفه تشكيل شده است: درگ ناشي از اصطكاك و درگ ناشي از شكل. (تياگاراجان و تروش 1994)
درگ ناشي از اصطكاك به علت نيروي ويسكوزيته سيال روي سيلندر مي باشد در حاليكه درگ ناشي از شكل بر اثر جدا شدن جريان در لبه پاييني سيلندر بر اثر حركت heave ايجاد مي‏شود. در kc هاي بسيار پايين، درگ در وحله اول از نوع اصطكاكي است كه به صورت خطي با سرعت تغيير مي‏كند. همچنين درگ ناشي از شكل يك نسبت درجه دوم با سرعت دارد. آزمايشات هاوس و چاكرابارتي و هانا نشان داد كه درگ اصطكاكي قسمت كوچكي از درگ هيدروديناميك بر روي سيلندر را تشكيل مي‏دهد.
تياگاراجان و راج آزمايش‏هايي با رنج kc بزرگتر از 1 انجام دادند كه در آنها درگ ناچيز و همينطور غير خطي بود.در تمام اين حالات دمپينگ ناشي از درگ كه در اثر حركت سيلندر ايجاد مي‏شد بسيار كوچك مي باشد.
توا و تياگاراجان (2003) يك ديسك با kc بالاي 0.75 را تست كردند و دمپينگ درگ بيشتري را يافتند.
هي(2003) نتايج عددي و آزمايشگاهي ارائه داده است كه به بررسي حركت heave صفحه‏هاي نازك استوانه‏اي پرداخته و مقادير دمپينگ را نشان داده است. اين مطالعات به حركت‏هاي كوچك اصلي محدود شده‏اند و براي سكوي پايه كششي به صورت موردي انجام شده است.
اطلاعات جرم اضافي بر اثر نوسان صفحات افقي در راستاي عمود بر صفحه در اين متون در دسترس نيست.آزمايش‏هايي روي سكوي نيمه شناور خرپايي با صفحات افقي انجام شده و بعضي گزارش‏ها تهيه شده‏اند كه در مورد كارآيي صفحات افقي در سكوي نيمه شناور خرپايي بحث مي‏كنند.(مگي و همكاران 2003)
سكوي نيمه شناور خرپايي (TPS) يك سازه جديد شناور است كه از ادغام مزاياي سكوهاي نيمه شناور پانتوني و خرپا و پرهيز از بعضي اشكالات سكو‏هاي پانتوني ايجاد شده است. سكوي پانتوني نيمه شناور از چهار ستون شناور تشكيل شده است كه در قسمت پايين خود به پانتون هاي كف كه پايداري سازه را كنترل مي‏كنند متصل مي‏شوند. عرشه نيز در بالاي ستون‏ها قرار مي‏گيرد. اين سازه در مكان‏هاي دور از ساحل جهت حفاري و توليد به كار مي‏رود. مزاياي آن شامل فضاي عرشه زياد و همينطور بار قابل تحمل بالا مي‏باشد. در يك طراحي روتين، ستون‏ها عميق و پانتون‏ها نيز داراي حجم زياد مي‏باشند. مركز جرم اعضا پايين تر از مركز شناوري آنها قرار مي‏گيرد (حدود 4 تا 12 فوت). اين طراحي باعث كنترل دوره تناوب حركات roll و pitch سازه مي‏شود.
براي يك سكوي نيمه شناور پانتوني، تغيير مكان كلي بزرگ است و دور كردن پريود طبيعي سازه از پريود موج غالب كار مشكلي مي‏باشد. در واقع چون دمپينگ كوچك است و به صورت شديدي تناوبي، بنابراين براي سكوي نيمه شناور پانتوني نوسان در جهت heave زياد است و توسط ميرايي نيز كنترل نمي‏شود. به عبارت ديگر، ميرايي ناشي از جريان منتشر شونده، به صورت موثري در طراحي سكوي نميه شناور پانتوني براي حركت heave استفاده نشده است.
TPS (سرينيواسان 2004) جرم اضافي ناشي از صفحات افقي كه در پايين ستون‏هاي خرپايي استفاده شده‏اند را به كار مي‏گيرد و بنا بر اين از جريان منتشر شونده حول اين صفحات استفاده مي‏كند.
4-1 خلاصه كار انجام شده
هنگام طراحي يك سازه دور از ساحل، يكي از اولين و مهم‏ترين مراحل، انتخاب روش محاسبه نيرو‏هاي موثر بر سازه مي‏باشد.يكي از روش‏هاي محاسبه نيرو استفاده از تئوري ديفركشن موج است. استفاده از فرمول تجربي موريسون (موريسون و همكاران 1950) اغلب يك روش معمول براي به دست آوردن نيروهاي وارد بر سازه‏هاي دور از ساحل است.فرمول موريسون اثرات ناشي از برگشت امواج از سطح مغروق سازه را در نظر نمي‏گيرد و ضرائب نيرو براي اعمال اين آثار به كار مي‏روند. نيروي موريسون مي‏تواند يك روش بسيار موثر براي آناليز سازه‏هاي كوچك باشد.زيرا اثرات ناشي از برگشت موج ناچيز است، اما تئوري ديفركشن براي سازه‏هاي بزرگ قابل استفاده تر است. يك جدول كمي براي تشخيص سازه هاي كوچك و بزرگ توسط چاكرابارتي ارائه شده است(1987).
در اين تحقيق از هر دو اين روش‏ها براي محاسبه‏ي نيرو‏ها استفاده شده است.تصوير كلي سازه TPS در شكل نمايش داده شده است.حركات اين سازه در جهات Heave و Pitch به دو روش موج خطي و موج تصادفي آناليز شده است(با استفاده از فرمول موريسون و تئوري ديفركشن خطي). سپس اين نتايج با نتايج به دست آمده از مدل تست مقايسه شده‏اند. مدل تست طي مقاله‏اي توسط آقاي سرينيواسان در سال 2005 تشريح شده است.
سازه حاضر براي امواج خطي در بازه تناوب 7-22 ثانيه آناليز شده است.در مرحله محاسباتي پاسخ يكه سازه (RAO) براي نيروهاي surge ، heave و pitch به دست آمده است و هم چنين پاسخ يكه حركت سازه‏ها در جهات heave و pitch نيز به دست آمده است. طيف JONSWAP براي موج‏هاي تصادفي نيز براي تحليل سازه تحت اثر امواج تصادفي استفاده شده است.
فصل دوم
آشنايي کلي با انواع سکوهاو نيروهاي وارد بر سکو
سكوهاي دريايي به سه دسته سكوهاي ثابت و سكوهاي شناور و سكوهاي تطبيقي تقسيمبندي ميشوند كه هركدام بر حسب شرايط آب وهوايي و عمق آب داراي انواع گوناگوني ميباشند. به علت جلوگيري از تکرار، در اينجا فقط به توضيح انواع خاصي از سکوهاي دريايي مي پردازيم که نقش مستقيم در بروز ايده سکوي نيمه شناور خرپايي داشته اند.
1-2 سكوهاي ستوني (اسپار):
سکوي ستوني نوعي از سکوهاي تطبيقي است که مشخصه آنها بدين گونه است که رفتاري شبيه سکوهاي ثابت در برابر نيروهاي عمودي دارند و در برابر نيروهاي جانبي رفتاري شبيه سکوهاي شناور دارند.
اين سکو از يک سازه بلند و باريک با مقطع يکنواخت تشکيل شده است و براي مهار جانبي آن از کابل هاي مهاري استفاده مي شود که در کف دريا توسط وزنه هايي مهار شده اند. سپس وزنه هاي نگهدارنده با لنگرهاي متداول در کارهاي دريايي به کف دريا محکم شده اند. در هنگام طوفان شديد اين وزنه ها از کف دريا بلند شده و در نتيجه سکو مي تواند بارهاي محيطي را با حرکت جانبي خود تحمل کند بدون اين که به کابل ها صدمه اي وارد شود.
شکل (1-2) نشان دهنده يک نوع از اين سکو است که در کاربردهاي استخراج نفت مورد استفاده قرار مي گيرد.
شکل (1-2) – سکوي ستوني ساده
2-2 سكوهاي ستوني خرپايي (تراس اسپار)
اين سكو شامل يك برج عمودي به شكل شبكه خرپايي يا ستون لوله اي است كه با اتصال مفصلي به كف دريامتصل ميباشد. همچنين به منظور حفظ تعادل چندين مخزن شناوري در نزديكي سطح دريا به سازه متصل ميشود. سکوي اسپار داراي قابليت تحمل بار زياد عرشه مي‏باشد اما داراي يک سري مشکلات در طراحي مي‏باشد. ساخت, حمل و نصب اين نوع سکو در آب هاي عميق بسيار هزينه بر است و کنترل و مديريت هزينه‏ها با افزايش عمق مشکل تر به نظر مي‏رسد. همچنين اعضا با ابعاد بسيار بزرگ مورد نياز اين نوع سکو‏ها, فقط در نقاط معدودي از جهان ساخته مي‏شوند. همچنين حمل اين اعضا بزرگ در فواصل زياد براي رسيدن به محل نصب ريسک پذيري زيادي را به اين نوع سازه تحميل مي‏کند.عملكرد اين سازه در برابر نيروهاي جانبي شبيه يك جسم صلب با يك يا دو درجه آزادي است. در انواع تکامل يافته اين سکو ها از يک قسمت خرپايي در پايين سکو براي تعبيه صفحات افقي استفاده مي شود که نقش به سزايي در کنترل حرکت سازه در جهت heave و pitch دارد.شکل(2-2) نشان دهنده هر دو نوع اين سکوها و تفاوت آنهاست.عمده تفاوت اين سکو با سکوي ستوني ساده در تعبيه قسمت خرپايي در پايين سکو است که باعث مي شود بتوان با استفاده از صفحات افقي از جريان جدا شونده در جهت heave استفاده کرد .
شکل(2-2)سکوهاي برجي مفصلي و برجي مفصلي خرپايي
شکل هاي (2-3) و (2-4) نشان دهنده دو نوع خاص از تراس اسپار و نحوه عملکرد صفحات افقي هستند.
شکل (2-3) – سکوي تراس اسپار با صفحات افقي
2-3 نيمه مغروق ها
در مناطقي که عمق آب زياد باشد به دلايل اجرايي و اقتصادي کاربرد سکوهاي ثابت مقرون به صرفه نيست و انواع ديگري از سکوها مطرح مي شوند. يک دسته از اين سکوها ، سکوهاي شناور مي باشند. از انواع متداول سکوهاي شناور و متحرک مي توان سکوهاي خودبالابر (جک دآپها) و
شکل (2-4) تراس اسپار با صفحات افقي
نيمه مغروقها( semi submersible) را نام برد.
متداول ترين نوع سكوهاي شناور نيمه مغروقها مي باشند كه اين سازه شامل يك بخش شناور است كه از دو پانتون و قسمتي از پايه هاي قطوري كه پانتونها را به روسازه متصل مي كنند تشكيل شده است. اين سكو توسط يك سيستم مهاري زنجيري به كف دريا متصل مي شود و حفاري از طريق يك لوله عمودي بنام رايزر كه از يك طرف به روسازه و از طرف ديگر به دهانه چاه متصل است انجام مي گيرد. اتصال سكو به دهانه چاه به دو صورت صلب و انعطافپذير قابل اجرا مي باشد. به دليل حساسيت اين سكو نسبت به نيروي جانبي و براي جلوگيري از صدمه ديدگي، رايزرها در عمقهاي خيلي زياد (بالاتر از 500 متر) از انواع ديگر سكوهاي شناور استفاده مي شود. در شكل يك سكوي نيمه مغروق ديده مي شود.
سکوي نيمه شناور پانتوني يکي از سکوهاي نيمه مغروق مي باشد که داراي واحد ‏هاي سازه اي با سه يا چهار ستون پايدار مي‏باشند که به چند پانتون در قسمت مغروق و پايين خود متصل مي‏شوند. سکو نيز در بالاي ستون‏ها قرار مي‏گيرد. اين سکو براي اهداف حفاري و استخراج استفاده مي‏شود. مزاياي آن شامل عرشه بزرگ و بار قابل تحمل زياد است. در اغلب حالات ستون‏ها عميق و پانتون‏ها داراي حجم زياد مي‏باشند. ستون‏ها پايداري هيدرو استاتيکي را تامين مي‏کنند و پانتون‏ها نيز نيروي شناوري کافي براي پشتيباني از بار‏هاي وارده زياد را تامين مي‏کنند.
مرکز جرم اعضا پايين تر از مرکز بويانسي آنها قرار مي‏گيرد(حدود 14 تا 12 فوت). اين مساله فرکانس حرکات rool و pitch اعضا را کنترل مي‏کند.
در سکوي پانتوني, جرم کل که شامل بالاست و جرم اضافه است بسيار زياد است و به همين علت فرکانس طبيعي اين سازه را نمي‏توان به صورت مطمئني از فرکانس موج هر روزه متمايز ساخت. به عبارت ديگر ميرايي کوچک مي‏باشد و حرکت ارتعاشي قوي خواهيم داشت.
بنابراين در سکوهاي پانتوني حرکت ارتعاشي در جهت heave بزرگ مي باشد و توسط ميراگرها نيز کنترل نمي‏شود. به عبارت ديگر ميرايي جريان جدا شونده در طراحي سکوي نيمه شناور پانتوني استفاده نشده است.
نکته مهم در طراحي اين سکوها عدم استفاده از جريان جدا شونده در جهت heave است که باعث مي شود در پاره اي از اوقات فرکانس طبيعي سازه به فرکانس موج غالب دريا نزديک شود و منجر به نوسان هاي شديد در سازه گردد. لذا ايده ي اصلي طراحي اين نوع سکو که داراي قابليت هاي سکوي نيمه مغروق باشد و از مشکل بزرگ آن اجتناب کند از اين مساله نشات گرفته است. در ادامه به توضيح سکوي نيمه شناور خرپايي مي پردازيم که نتيجه اين ايده است.
شکل (2-5) – نمايي از يک سکوي نيمه مغروق
2-4سکوي نيمه شناور خرپايي(TPS)
سکوي نيمه شناور خرپايي يک تکنولوژي جديد در ساخت سکو‏هاي دريايي است که از مزاياي سکوي نيمه شناور پانتوني و سکوي برجي مفصلي (اسپار) استفاده مي کند و از يک سري مشکلات اين سکو‏ها نيز اجتناب مي‏کند. سکوي نيمه شناور خرپايي (srinivasan2004), استفاده از جرم اضافه القايي به علت استفاده از صفحات افقي در قسمت خرپايي مانند سکوي برجي مفصلي (اسپار) که در پايين ستون‏ها قرار مي‏گيرد را در دستور کار دارد و همچنين از ميراگري جريان جدا شونده
شکل (2-6) نوعي از يک سکوي نيمه شناور خرپايي
در اطراف صفحات افقي نيز استفاده مي‏کند.
جرم اضافي و ميرايي حاصل از صفحات افقي باعث مي‏شود سازه از نظر فولاد مورد استفاده بسيار اقتصادي‏تر شود.
طراحي اغلب بر پايه پايداري ستون‏ها انجام مي‏شود و تمام مزاياي سکوي نيمه شناور پانتوني را نيز دارا مي باشد.(مانند عرشه بزرگ و بار قابل تحمل زياد) در واقع اين نوع سکو نوع تکامل يافته هر دو نوع نيمه شناور پانتوني و برجي مفصلي خرپايي مي باشد که هم از ظرفيت بالاي سکوهاي نيمه شناور پانتوني بهره مي برد و هم از قابليت استفاده از صفحات افقي براي کنترل ارتعاشات سازه.شکل (2-6) نوع خاصي از اين سکو را نشان مي دهد که قسمت خرپايي آن به صورت واحد در زير پانتون ها قرار دارد. سکوي مورد نظر در اين پايان نامه نوع ديگري از سکوي نيمه شناور خرپايي است که در شکل (2-7) ديده مي شود و صفحات افقي در قسمت هاي خرپايي که در زير هر يک از پانتون ها قرار دارند جاي گرفته است.
شکل(2-7)سکوي نيمه شناور خرپايي مورد مطالعه
1-3 نيروهاي وارد بر سکو
نيروهاي وارد بر سکو را ميتوان اينگونه دسته بندي کرد:
Dead Loads ( بارهاي مرده) : بارهاي مرده وارده بر سازه سكو به صورت زير تعريف مي شوند:
الف) وزن سازه سكو در خشكي [هوا] به همراه وزن شمع ها،Ballast, Grout .
ب) وزن تجهيزات و سازه ها ي ثانويه [Appurtenant Structure] كه بصورت دائمي به سكو متصل شده اند.
ج) نيروهاي هيدرواستاتيك كه به قسمت زير آب سازه وارد خواهند شد كه شامل نيروهاي شناوي و فشارهاي خارجي مي باشد.
Live Loads (بارهاي زنده) : بارهاي زنده به آن دسته از بارها گفته مي شود كه در طول عمر سازه تغييرخواهند كرد. بارهاي زنده به موارد زير تقسيم مي گردند:
الف) وزن تجهيزات مانند:Production, Drilling كه قابل نصب و يا تغيير مكان از روي سكو باشد.
ب) وزن سكنه،Living Quarters ، Heliportو ساير وسايل تجهيزاتي مربوط به نگهداري سكنه، وسايل نجات و غواصي و ساير وسايل مربوطه به سكنه كه قابل اضافه وكم شدن و يا جابجا كردن باشند .
ج) وزن محتويات مخازن مصرفي و يا مايعات داخل مخازن سوخت.
د) نيروهاي وارده از طرف تجهيزات در زمان كار كردن مانند نيروهاي ناشي از حفاري و يا جابجايي وسايل و نيروهاي ناشي از هليكوپتر.
ه ) نيروي وارده از طرف جرثقيل هاي روي عرشه بر سازه.
Environmental Loads (بارهاي محيطي): نيروهاي محيطي در اثر پديده هاي طبيعي بر سازه وارد مي شوند كه شامل باد، جريان، موج، زلزله، برف، يخ و حركات زمين مي باشد. تغييرات در نيروهاي هيدرواستاتيك و شناوري وارده بر اعضا در اثر تغييرات سطح آب رانيز مي توان جزء اين دسته از بارها دانست.
Construction Loads ( بارهاي در حين ساخت) : بارهاي وارد شده به سازه در زمان Fabrication، Load out ،Transportation ،Installation جزء اين دسته از بارها مي باشند كه در قسمت مربوط به خودشان توضيح داده خواهد شد.
Dynamic Loads (نيروهاي ديناميكي): اين نيروها همان نيروها ي گفته شده هستند كه يا ماهيت لرزه- اي و يا تناوبي دارند و يا به صورت ضربه بر سازه وارد مي شوند. نيروهايي كه ماهيت لرزه اي و تناوبي دارند شامل موج، باد، زمين لرزه و يا لرزه ايجاد شده توسط ماشين آلات مي باشند. نيروهايي كه ماهيت ضربه اي دارند مانند ضربه كشتي، ضربات ناشي از كار كردن ماشين آلات خصوصا دستگاههاي حفاري هستند كه نقطه اثر آنها بايد تعيين گردد.
Accidental Load ( بارهاي ناشي از تصادف): بارهاي ناشي از تصادف شامل بارهاي ناشي از انفجار، آتش سوزي(Blast and Fire ) و يا ضربه كشتي مي باشد كه همگي ماهيت ديناميكي داشته كه در برخي موارد به صورت استاتيكي معادل سازي مي شوند. مدلها ي مربوط به اين بارها اغلب حالت پيچيده اي دارند
در طراحي سکوهاي دريايي قبل از آناليز و يافتن پاسخ، لازم است که از کميت نيروهايي که سکو در طول عمر خود با آنها مواجه مي شوند، تخميني داشته باشيم. عمد? نيروهاي محيطي ناشي از امواج سطحي هستند و نيروهاي حاصل از باد و جريانهاي دريايي نيز نيروهاي قابل توجهي بر سازه اعمال مي نمايند. ديگر نيروهاي ذکر شده در ابتداي فصل در شرايط خاص مورد بررسي قرار مي گيرند.
نيروي باد که هنگام وقوع طوفانها اهميت بيشتري پيدا مي کند، عامل مهمي در طرح يک ساز? فراساحل مي باشد. اين نيرو بر اجزائي از سازه مثل تجهيزات وعرشه که بيرون سطح آب هستند، وارد مي شود. امواج سطحي نيز هنگام وقوع طوفانها اهميت بيشتري دارند، زيرا نيرويي که بر قسمتهاي زير آب سازه وارد ميکنند، قابل توجه است. جريانهاي دريايي نيز بسته به محل استقرار سکو ميتوانند نقش عمدهاي در مجموع نيروهايي که به قسمتهاي زير آب سازه وارد مي شود، ايفا نمايند.
عوامل ايجاد کنند? جريانهاي دريايي عموماً غير از آن چيزي است که باعث ايجاد امواج سطحي ميشوند. براي مثال، جريانهاي جزر و مدي ناشي از نيروهاي وارده از طرف ماه و خورشيد به آب دريا و يا جريانهاي ناشي از درگ که بادهاي محلي بر سطح آب وارد مي نمايند، همينطور جريان رودخانهها در جاهايي که به دريا ميريزند و جريانهاي اقيانوسي ناشي از نيروي درگ بادهاي شديد در خلال طوفانها، نمونههايي از عوامل ايجاد کنند? جريانها هستند.
1-1-3 نيروي ناشي از موج
نيروهاي ديناميکي که از طرف موج به سازه وارد مي شوند را مي توان به سه دسته تقسيم کرد:
1- نيروي ديناميکي ناشي از فشار
2- نيروي ديناميکي ناشي از شتاب
3- نيروي ديناميکي ناشي از سرعت
در محاسبه نيروهاي ديناميکي ناشي از موج اگر قطر سازه در مقايسه با طول موج آنقدرکوچک باشد که سازه بر موج برخوردي نتواند غالب گردد و مشخصات آن را تغييردهد- که D طول مشخصه و ? طول موج مي باشد- محاسبه نيروي ديناميکي ناشي از فشار با توجه به شکل (1-3) به صورت زير مي باشد:
شکل (1-3): معرفي پارامترهاي بکار رفته در محاسبات
(5-3)
(6-3) dF=Pdds
که بردارn، بردار يکه عمود بر ds و به سمت بيرون مي باشد. با استفاده از قضيه گرين مي توان نوشت:
(7-3)
با توجه به اينکه dv=Asdz يعني عضو منشوري مي باشد مي توان گفت:
(8-3)
که
(9-3)
و فشار را درمرکز سازه مورد نظر حساب مي کنيم.
براي محاسبه نيروي ديناميکي ناشي از شتاب ذرات با توجه به شکل (2-3) داريم:

شکل (2-3): معرفي پارامترهاي بکار رفته در محاسبات
(10-3)
(11-3)
که جرم افزوده المان نازک دو بعدي است وقتي که درجهت افقي نوسان مي کند و به همين ترتيب جرم افزوده همان المان مي باشد وقتي که در جهت قائم نوسان مي کند.
براي محاسبه نيروي ديناميکي ناشي از سرعت ذرات يا نيروي درگ نيز با توجه به شکل (3-3) داريم:
شکل (3-3): معرفي پارامترهاي بکار رفته در محاسبات
(12-3)
(13-3)
حال از جمع اين سه نيرو مي توان کل نيروي ديناميکي که از طرف موج به سازه وارد مي شود را محاسبه نمود:
(14-3)


پاسخ دهید