ﺖﺤﺗ ﺖﺑﺎﺛ ﻪﯾﺎﭘ يﻮﮑﺳ ﯽﺑﺎﯾزرا ﺖﻬﺟ ماود جﻮﻣ...

)82-71(1392 پاییز و زمستان /18 / شمارهنهمسال اــنشریه مهندسی دری

71

جهت ارزیابی سکوي پایه ثابت تحت کاربرد تئوري موج نو در روش موج دوام بارگذاري امواج خلیج فارس

5مهدیقلی حمید ،4سیف محمدسعید ،*3پور، محمدرضا تابش2، محمدعلی داستان1سعید مهاجرنسب

[email protected] ؛ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف کارشناس ١ [email protected] ؛دانشجوي دکتري، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف 2 [email protected]؛ هاي دریایی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف استادیار، قطب علمی هیدرودینامیک و دینامیک متحرك ٣ [email protected] ؛هاي دریایی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف استاد، قطب علمی هیدرودینامیک و دینامیک متحرك 4 [email protected] ؛فیشر یک، دانشگاه صنعتی، دانشکده مکانییایدر يها متحرك کینامیو د کینامیدرودیه یقطب علمیار، استاد 5

چکیده مقاله اطالعات تاریخچه مقاله:

23/06/1392: تاریخ دریافت مقاله 13/11/1392: تاریخ پذیرش مقاله

28/12/1392انتشار مقاله: تاریخ

) در ارزیابی سکوهاي دریایی بر اساس تئوري موج نو EWAدر این مقاله، اصالح روش تحلیل موج دوام (هاي دریایی هاي فراساحل در حالتتخمین پاسخ سازهمعرفی شده است. موج دوام روشی جدید براي

، یک روش کاربردي جهت انتخاب مدت زمان مطالعه فوقمختلف با استفاده از رکوردهاي افزایشی است. کند. روند تولید رکوردهاي امواج بر اساس تئوري موج نو ارائه تحلیل و روند افزایشی رکوردها ارائه می

شده است. عالوه بر این، ارزیابی یک مدل ساده شده چند درجه آزادي از یک سکوي پایه ثابت واقعی -اي بین این تحلیل و شبیهانجام گرفته است. همچنین مقایسه روش فوقتحت امواج حدي نیز بر اساس

دهد که صادفی براي بررسی دقت این روش صورت گرفته است. نتایج نشان میساعته امواج ت 3سازي تر در طراحی و ارزیابی سکوهاي دریایی دارد.کاربردي ساده ،شده پیشنهاد روش

کلمات کلیدي: تحلیل موج دوام اصالح شده

سکوي پایه ثابت ارزیابی، تئوري موج نو

Application of New-wave theory in the Endurance Wave method to assess offshore structures under the Persian Gulf wave conditions Saeed Mohajernassab1, Mohammad Ali Dastan2, Mohammad Reza Tabeshpour3, Mohammad Saeed Seif4, Hamid Mehdigholi5 1 M.Sc, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology 2 PhD candidate, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology 3 Assistant professor, Center of Excellence in Hydrodynamics and Dynamic of Marine Vehicles, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology 4 Professor, Center of Excellence in Hydrodynamics and Dynamic of Marine Vehicles, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology 5 Assistant professor, Center of Excellence in Hydrodynamics and Dynamic of Marine Vehicles, Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology

ARTICLE INFO ABSTRACT

Article History: Received: 14 Aug. 2013 Accepted: 23 Jan. 2014 Available online: 19 Mar. 2014

In this paper, the modification of Endurance Wave Analysis (EWA) in assessment of offshore platforms based on the new-wave theory is introduced. EWA is a new method to estimate the response of offshore structures in different sea states by use of incremental records. This study is offered practical procedures to select time duration and intensifying trend of the records. In addition, a simplified multi-degree of freedom model of a jacket platform under extreme waves is assessed through current study. A comparative study between this analysis and 3-hour random wave simulation to investigate the accuracy has also been carried out. The results show that the proposed procedure is a convenient method in design and assessment of offshore platforms.

Keywords: Endurance Wave Analysis Jacket platform New-wave theory Assessment

کاربرد تئوري موج نو در روش موج دوام جهت ارزیابی سکوي پایه ثابت تحت بارگذاري امواج خلیج فارس/ و همکاران مهاجرنسب

72

مقدمه -1ارزیابی تحت امواج حدي اطمینان از مقاومت ترین هدف در اصلی

مختلف است. به بیان 1هاي دریاییسازه در مقابل طوفان در حالتدیگر، پاسخ سازه براي نیازهایی مانند عملیات تولید، ایمنی و

در . همچنین تغییر]1[دهی سازه مورد قبول باشد قابلیت سرویسکاربري سکو، اصالح شرایط محیطی آن و دوباره ارزیابی کردن

. با ]2[کند هاي محیطی بر اهمیت ارزیابی تاکید میتحت بارگذاري –سازه و خاك -این وجود، به دلیل هندسه پیچیده، اندرکنش آب

برانگیز در سازه، ارزیابی سکوهاي دریایی یک گام چالش –شمع شود.مهندسی فراساحل محسوب می

دینامیکی و تصادفی امواج دریا، تحلیل تاریخچه به دلیل ماهیت ی دقیق عملکرد سازه بزمانی یک روش مطمئن براي ارزیا

. ]3[است منعطف هايو سازه عمیق هاي آب سکوهاي خصوص به به تصادفی امواج اعمال براساس سکو دینامیکی رفتار روش، این در

با. شودمی گرفته درنظر زمان از تابعی عنوان به آن مختلف اعضايو گیپیچیدبه دلیل ،ي مختلف روش تاریخچه زمانیهامزیت وجود

کارایی محدودي در فرآیند ارزیابی این روش ،آنزمان بر بودن دارد.

هاي گذشته، مطالعات زیادي در مورد ارزیابی سکوهاي در طول دهه. ]9-4[فراساحل در سطح طراحی یا ظرفیت نهایی انجام شده است

ها، تحلیل در سطوح مختلف با گسترش توان محاسباتی رایانههاي تاریخچه زمانی ممکن شد. بارگذاري موج با استفاده از روش

) را براي IWA( 2نی و همکاران روش تحلیل موج افزایشیافشاگلهاي مختلف موج معرفی نمودند تحت تحریک ارزیابی عملکرد سازه

) که IDA( 3هاي تحلیل دینامیکی افزایشی. این روش مزیت]10[اي است را به همراه داشت روشی شناخته شده در ارزیابی لرزه

ها پیشنهاد دادند که هاي محاسباتی، آن. براي غلبه بر هزینه]11[سازي امواج دریا، فقط ساعت براي شبیه 3به جاي مدت زمان

- رد. اما این روش نمیتوان بر روي بیشینه ارتفاع امواج تمرکز ک میتواند به درستی به ماهیت پدیده بارگذاري موج اشاره داشته باشد، از این رو نویسندگان اذعان داشتند که ممکن است در سایر سکوها

الدینی و همکاران، روش هاي متفاوتی حاصل شود. زینجواب) را که در آن از تئوري موج نو مقید EWA( 4تحلیل موج دوام

سازي امواج حدي عنوان تئوري قابل اطمینان براي شبیهبه 5شده. در این روش، زمان ]12[استفاده شده است را معرفی نمودند

کند و یک مدت زمان کاهش پیدا میرکورد به طور چشمگیري شود. عالوه بر این، ثابت براي هر حالت دریایی در نظر گرفته می

در نظر گرفته 6روند افزایش خطی براي افزایش ارتفاع موج مشخصه شده است.

هاي تحلیل موج دوام، این روش نیازمند اصالحاتی با وجود مزیتدوام اصالح شده، مخصوص در انتخاب زمان است. تحلیل موج به

روشی نوین براي به دست آوردن زمان بهینه تحلیل بر اساس دوره دهد که در آن بازه زمانی قابل قبولی تناوب قله طیف را ارائه میتواند براي طراحی و شود. این روش می براي رکورد امواج نتیجه می

ارزیابی سکوهاي فراساحل مورد استفاده قرار گیرد. تحلیل موج دوام و موج دوام اصالح شدهمفاهیم -2

ها از توابع قطار موج در تحلیل موج دوام براي بررسی عملکرد سازه- اي تحلیل موج دوام را میشود. مفاهیم پایهافزایشی استفاده می

توضیح داد. در این 1شکل توان با یک آزمایش فرضی مطابق لوم در معرض آزمایش، سه سازه مختلف با مشخصات دینامیکی نامع

گیرند. در ابتدا، یک ) قرار میIWTF( 7یک تابع قطار موج افزایشی) دوره Hsبارگذاري تاریخچه زمانی مربوط به ارتفاع موج مشخصه (

- ) به سازه وارد میtd) و مدت زمان مشخص (Tpتناوب قله طیف (

شود. به دلیل این که دامنه تحریک کوچک است، هر سه سکو بعد هاي هاي بعدي، ارتفاعمانند. در گامبارگذاري پایدار باقی میاز این

کند ولی مدت زمان موج مشخصه به صورت خطی افزایش پیدا می- ماند. با گذشت زمان، شدت تحریک به نقطهتحریک ثابت باقی می

خود 8) از حد سرویس دهی2ها (سکو رسد که یکی از سازهاي میان، تحریک شدیدتر شده به شود. با گذشت بیشتر زمخارج می

آسیب جدي 3ریزد، سکو به طور کامل فرومی 2طوري که سکو همچنان پایدار 1شود ولی سکو دیده و از سرویس دهی خارج می

است. با توجه به این آزمایش، هرچه زمان دوام بیشتر باشد، سکو را 9عملکرد بهتري دارد. در این روش، هر متغیر پاسخ مهندسی

تواند تا به عنوان معیار خرابی در نظر گرفت و تحلیل میتوان می زمانی که سطح تحریک مورد نظر پوشش داده شود، ادامه پیدا کند.

)82-71( ،92پاییز و زمستان ، )18نهم ( سالنشریه مهندسی دریا، /مهاجرنسب و همکاران

73

]12[ آزمایش فرضی براي نشان دادن مفهوم روش موج دوام - 1شکل

یک چالش در تحلیل موج دوام در نظر گرفته شده و تحلیل موج صورت گرفته است. در دوام اصالح شده بر اساس این موضوع

تحلیل موج دوام، مدت زمان رکورد براي تمام سطوح تحریک ثابت نظر در نظر گرفته شده است. در این مورد، اگر این زمان طوالنی در

کند بلکه در گرفته شود، نه تنها هزینه محاسباتی افزایش پیدا میتناقض با مهمترین مزیت تحلیل موج دوام یعنی کاهش زمان

محاسبات خواهد بود. از طرف دیگر، اگر زمان کوتاه در نظر گرفته شود، ممکن است پاسخ بحرانی سازه و یا مانا بودن سطح آب از

توضیح داده خواهد شد که در این مطالعه دست داده شود. در ادامه براي هر حالت دریایی، زمان تحلیل متغیر در نظر گرفته شده و بر

ن مقایسه بی 2شکل گردد. اساس دوره تناوب قله طیف تعیین می . دهدتحلیل موج دوام و موج دوام اصالح شده را نشان می

هاي مربوطهاي از (الف) تحلیل موج دوام (ب) موج دوام اصالح شده و طیفنمونه – 2شکل

)الف(

)ب(

012345678

0 0.5 1 1.5 2

ي نرژ

ف اطی

)نیه

ع ثامرب

متر(

)ثانیه/رادیان(فرکانس

Hs=3Hs=4Hs=5

1 1,s pH T

2 2,s pH T

3 3,s pH T

ی خط

ش فزای

اHs

T p بت

ثا

0

2

4

6

8

10

12

0 0.5 1 1.5 2

ي نرژ

ف اطی

)نیه

ع ثامرب

متر(

)ثانیه/رادیان(فرکانس

Series3

Series2

Series13 3,s n p nH T

1 1,s n p nH T

2 2,s n p nH T

-4

-2

0

2

4

6

0 50 100 150 200 250 300

ب ح آ

سطراز

ت)

)متر

)ثانیه(زمان

2p nTDF T 3p nTDF T

1p nTDF T

-4

-2

0

2

4

6

0 50 100 150 200 250 300 350

ب ح آ

سطراز

ت)

)متر


tdtd

td


74

ثابت زمان مدت است، مشخص) الف( قسمت در که همانطور خطی صورت به مشخصه موج ارتفاع و است شده گرفته درنظر

دوام، موج رکوردهاي تولید در همچنین،. است کرده پیدا افزایش گرفته نظر در ثابت دریایی حاالت تمام براي موج قله تناوب دورهه است. در قسمت (ب)، تغییر در مدت زمان در حاالت دریایی، شد

هاي موج مربوط به دادهافزایش ارتفاع موج مشخصه بر اساس و تغییر دوره تناوب قله طیف با توجه به ارتفاع محل مورد نظر

موج مشخصه نشان داده شده است. بنابراین، روش تحلیل موج و ترر، کاربرد سادهتدوام اصالح شده زمان محاسباتی بهینه

.ج داردامواباق بیشتري با ماهیت همچنین انط مشخصات رکوردهاي تحلیل موج دوام اصالح شده –3 لتحلی زمان مدت –1 –3

طور متداول در تخمین پاسخ حدي سازي زمانی بهاستفاده از شبیهتوان هاي مختلفی را میگیرد. روشها مورد استفاده قرار میسازهها در تولید رکوردهاي تاریخچه زمانی استفاده کرد که در آنبراي

نظر گرفتن زمان بهینه به دلیل هزینه محاسباتی بسیار مهم است. کند و اهمیت این مورد را بیان می ITTCدر این راه، گزارش

هاي موج را براي تخمین مدت زمان استفاده از تعداد سیکل. در تحلیل موج دوام، مدت زمان رکوردهاي ]13[کند پیشنهاد می

ظر گرفته شده ثانیه در ن 100تولید شده براي تئوري موج تصادفی سازي کند. به تواند به درستی سطح امواج دریا را شبیهکه نمی

ساعت زمان استاندارد پیشنهاد شده براي 3طور معمول، رکوردهاي موج تصادفی است ولی این زمان قطعی و غیرقابل

بیان نامهتغییر براي مانا بودن رکورد امواج نیست. در واقع آئیندقیقه 30تواند از مانا بودن سطح دریا میدارد که مدت زمان می .]14[ساعت تغییر کند 10تا

که ضریب در این مطالعه، ضرایب مختلف دوره تناوب قله طیف10مدت زمان

)TDF نامگذاري شده است مورد تحقیق قرار (اند تا زمان بهینه در حاالت حدي را مشخص نمایند. تئوري گرفته

موج نو نیز براي تولید رکوردهاي تحلیل موج دوام اصالح شده مورد استفاده قرار گرفته و با درنظر گیري این روش، ضریب مدت

ت.زمان مناسب به دست آمده اس 12یک موج مرتبه اول است که از طیف انرژي موج 11تئوري موج نوسازي تاریخچه آید و به عنوان جایگزین براي شبیهبه دست می

. این روش شامل ]15[شود زمانی امواج تصادفی معرفی میشود که دار با یک قله حدي میهاي خطی جهتمجموع موجک

ها در یک زمان و مکان هاي موجکاین قله از مجموع تمامی قلهآید. فرضیات مورد نیاز در تئوري موج نو همان خاص به وجود می

هاي سازيفرضیات استفاده شده در تولید امواج تصادفی در شبیهترین موج ت. موج نو، خود حالت خطی محتملتاریخچه زمانی اس

.]16[دارد 13حدي است و شکلی شبیه تابع خودهمبستگیمعیار پیشنهاد شده براي محاسبه زمان بهینه به صورت زیـر قابـل

تعریف است:

)1(

min

max

Minimumamplitudeof thecrests :Maximumamplitudeof thecrests

0 , pt TDF T

کمینه و بیشینه دامنه براي رکـورد مـوج نـو 3شکل همچنین، درنسبت معرفی 3شکل در مدت زمان بررسی نشان داده شده است.

.. دهـد مـی نشـان را مختلـف هـاي شده براي ضـریب مـدت زمـان برابر دوره تناوب قله طیف، این نسبت به سمت 20راین، بعد از بناب

رايبـ الزم زمـان مـدت میتوانـد مقـدار این پس کندصفر میل می .باشد نو موج رکوردهاي

(الف) تعریف براي تئوري موج نو TDFروش انتخاب – 3شکل متغیرهاي ضریب مدت زمان براي تئوري موج نو و (ب) نسبت کمینه و

هاي مختلفها براي ضریب مدت زمانبیشینه دامنه تولید رکوردهاي تحلیل موج دوام اصالح شده -4

تولید در تواندمی) نامنظم یا منظم( مختلفی هايتئوري اصالح افزایشی موج قطار تابع که شده اصالح دوام موج رکوردهاي

m اساس، این بر .]17[شوند استفاده اندشده شده نامگذاري

ηmin

TDF×Tp

(الف)

-5

-3

-1

1

3

5

-35 -25 -15 -5 5 15 25 35

ηmax


ب ح آ

سطراز

ت)

)متر

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

η min

/ηm

ax

TDF

(ب)

TDF انتخاب شده

20


75

ارتفاع تاریخچه زمانی جداگانه که هر کدام یک طیف انرژي موج با تاریخچه یک تا پیوندندمی هم به دهندمشخصی را نشان می موج

امین k براي شد، اشاره باال که همانطور. دهند تشکیل را زمانیسري زمانی، مدت زمان ضریبی از دوره تناوب قله طیف آن خواهد

-بود و این ضریب بر اساس تئوري موج انتخاب شده تعیین می دهد. ام را به دست میkبازه زمانی 2معادله . گردد

)2(

1 2 1

1

0 0

... :

k=1,2, ,k k

k k

k

p n p n p n p n

t t ttt TDF

T T T T

m

مدل موج نو افزایشی اصالح شده -1 -4

ترین تراز سطح آب را در اطراف قله با تئوري موج نو محتملکند. با توجه به هاي آمار و احتماالتی محاسبه میاستفاده از تئوري

کوتاهی زمان تحلیل در موج نو، این تئوري بسیار ارزشمند است. بنابراین این تئوري روشی مناسب براي تخمین پاسخ حدي سازه

20همانطور که قبال توضیح داده شد، در بارگذاري موج است. برابر دوره تناوب قله طیف زمان مناسب براي رکوردهاي به دست

تولید رکورد موج نو افزایشی اصالح است. وج نوم تئوري آمده از شود:شده به صورت زیر بیان می

0 12

1 22

12

12

11

11

22

12

1

1

( )

cos( )

cos( )

cos( )

cos( )

MINW

k k

m m

N

n n nn

N

n n nn

Nk

k n n nnk

Nm

m n n nnm

t t t

t t t

tt t t

t t t

S k X t

S k X t

S k X t

S k X t

)3(

مقدار Sk(ωn)رکورد موج نو افزایشی اصالح شده، ηMIRSEکه Sk(ω) در فرکانسωn برايk امین طیف موج وX را نشان مکان

و واریانس طیف هستند. 14نیز به ترتیب تراز قله σو αدهند. میاي تعیین شده است. در این مقاله تراز قله از یک مطالعه مقایسه

براي مثال، یک نمونه از رکورد تراز دریاي تصادفی افزایشی اصالح ارتفاع موج 1جدول در نمایش داده شده است. 4شکل شده در

مشخصه و دوره تناوب هاي مربوط به آن جهت تولید رکوردهاي است. گردیدهموج نو افزایشی اصالح شده ارائه

شده اصالحاي از تاریخچه زمانی رکورد موج نو افزایشی نمونه – 4شکل

جهت تولید ارتفاع موج مشخصه و دوره تناوب قله طیف - 1جدول رکوردها

تراز قله (متر)

دوره تناوب قله طیف (ثانیه)

ارتفاع موج مشخصه (متر)

31/2 94/4 82/2 96/2 59/5 62/3 40/3 99/5 15/4 82/3 35/6 67/4 36/4 77/6 33/5 77/4 10/7 83/5

مطالعه موردي -5 يمدلساز - 1 –5

گیريمدلسازي کامل یک سکوي واقعی، روشی دقیق براي اندازه-تحلیل و پیچیده هندسه به توجه با اما. است آن جزئیات با پاسخ چند شده ساده مدل از محققین از بسیاري سازه، برزمان هاي

-نمی تقریبی مدل این. ]22- 18[ اند نموده استفاده آزادي درجهسخ کلی سازه را با دقت را ارزیابی کند اما پا سازه اجزاء پاسخ تواند

محاسباتی هزینه روش، این در این، بر عالوه. زندخوبی تخمین می . کندمی پیدا کاهش دقیق مدل با مقایسه در چشمگیري طور به

براي درك و ارزیابی روش تحلیل موج دوام اصالح شده، سکوي نشان داده شده، 5شکل رسالت به عنوان مطالعه موردي که در

2/68پایه که در عمق 4شده است. این سازه، یک سکوي انتخاب درجه 7متري خلیج فارس واقع شده است. این سکو به یک مدل

به آن اول مود سه هايآزادي ساده شده است که دوره تناوب و متمرکز هايجرم. باشدمی ثانیه 243/0 و 502/0 ،355/2 ترتیبوري که دوره مشخصات سازه واقعی و به ط اساس بر هاسختی براي. است شده مدل باشد، دقیق مدل مشابه طبیعی هايتناوب

که است شده عمل صورت این به جرم، مقادیر آوردن دست به. است شده قرارداده تراز باالترین در جداگانه صورت به عرشه جرم

تراز ارتفاع و نصف باال از تراز ارتفاع نصف اندازه به ترازها سایر در مقادیر جرم اجزاء با یکدیگر جمع شده است.یین پا از

-4-3-2-10123456

0 50 100 150 200 250 300

ب ح آ

سطراز

ت)

)متر


2 years return period5 years return period10 years return period

20Tp-120Tp-2

20Tp-3

Hs3record

Hs2record

Hs1record


76

مشخصات سکوي رسالت - 2جدول 7تراز 6تراز 5تراز 4تراز 3تراز 2تراز 1تراز سکوي رسالت

ton[ 106 129 116 105 92 63 1790جرم [

MN/m[ 179 146 146 121 106 90 38[ سختی

m3[ 134 134 117 113 103 22 0حجم اعضا [

m2[ 227 238 213 209 191 35 0[ 15تصویرشدهسطح

. است شده لحاظ هاهمچنین اثر جرم افزوده نیز در این جرم

در جاییجابه -نیرو منحنی از استفاده با نیز ترازها سختی دست به 16انسیس افزار نرم در سکو بعدي سه کامل مدلسازي

ات طبق تراز، هر سختی محاسبه براي روش، این در. است آمدهآن طبقه تراز جرمی پایین تر را ثابت فرض کرده و نیرو را در محل

محاسبه روش این اما. شوداعمال کرده و سختی محاسبه می شده اصالح نحوي به مقادیر این و نیست صحیح کامال سختی

سکو بعدي سه مدلسازي با مطابق سازه هايتناوب دوره تا استارائه شده است. ماتریس میرایی 2جدول در مربوطه مقادیر. باشد

شده و نسبت میرایی سازه به عنوان میرایی رایلی در نظر گرفته اول و دوم آن فرض شده است. هاي% براي مود2

کوي رسالت و مدل ساده شده چند درجه آزاديس - 5شکل

براي این مدل، معادله حرکت سیستم با بارگذاري موج به صورت زیر است:

)3( 0 I DM X CX KX F F

. هستند سختی و میرایی جرم، هايماتریس Kو M0 ،Cکه . هستند سازه شتاب و سرعت جایی،جابه Xو X، X همچنین

FI وFD محاسبه شده از معادله 18و پسا 17نیروهاي اینرسی :باشد میو روابط آن به صورت زیر بوده موریسون

)4( ( )

I m

D d

F C VU

F C A U X U X

چگالی آب ρسرعت و شتاب ذرات موج است و Uو Uکهکیلوگرم بر متر مکعب فرض شده است. 1024که برابر باشد میCm وCd با توجه به آئین نامه ضرایب اینرسی و پسا هستند که

API 2[ انددهدر نظر گرفته ش 05/1و 2/1برابر[ .V وA حجمارائه 2جدول اعضا هستند که مقادیر آن در تصویر شدهو سطح

خطی مربوط به شتاب موج رابطهاست. نیروي اینرسی یک شدهغیرخطی و وابسته به رابطه است در حالی که نیروي پسا یک

یچیده شدن پ باعث که باشدذرات موج و سازه می نسبی سرعت .شودمیسازه - نیروي اندرکنشی آب

است که Maو جرم افزوده Mماتریس جرم متشکل از جرم سازه : شودبه صورت زیر عنوان می

)5( 0 aM M M

که

)6( ( 1)a mM C VX

براي حل 20نرم افزار متلب 19سیمولینکاز بخش در این مطالعه، نشان داده شده، استفاده 6شکل معادله حرکت غیرخطی که در

شده است. در قسمت (الف) دو بلوك به نمایش در آمده است. و تعیین را اینرسی نیروي "FSI & Wave Force"بلوك شتاب و سرعت از استفاده با را پسا نیروي در غیرخطی قسمت (ب)). 6شکل ( کندمی حل نسبی


77

هاي سیمولینک متلببلوك - 6شکل

نیروهاي موج و "Dynamic Offshore Structure"بلوك به سکو اعمال کرده و معادله حرکت سازه را -اندرکنش آب

(ج)). خروجی برنامه، سري زمانی 6شکل ( کندسیستم را حل میاین است. در جرمی ترازهاي تمامی در هاشتاب و هاجاییجابه

مطالعه، جزء غیرخطی مولفه پسا در معادله موریسون به طور کامل هاي احتماالتی در نظر گرفته شده است که این جزء در تحلیل

.]23[کند را ایفا می پاسخ نقش مهمی ها نتایج و بررسی آن –2 –5

توابع قطار موج افزایشی اصالح شده، در این مطالعه، با استفاده از ) بارگذاري موج، 1جدول هاي موج مختلف ( پاسخ سکو براي ارتفاع

ارزیابی شده است. براي بررسی پدیده تصادفی بودن رکوردهاي ساعته 3رکورد امواج تصادفی 500تحلیل موج دوام اصالح شده؛

براي سکوي مورد مطالعه تولید شده است. جایی حدي عرشه و توزیع تجمعی آن را براي مقادیر جابه 7شکل

21دهد. میانگین و احتمال فزونیبیشترین ارتفاع موج نشان میمتر 058/0و 059/0جایی عرشه به ترتیب برابر % جابه50% 64/18 22وه بر این، توزیع داراي ضریب تغییراتباشد. عال می

، توزیع پاسخ حدي براي بیشینه هاي موج است. براي سایر ارتفاعنشان 8شکل جایی عرشه و برش پایه نیز به دست آمده و در جابه

شود، با افزایش ارتفاعداده شده است. همانطور که مالحظه می باشند.تري می دهها داراي توزیع گسترموج، مقادیر پاسخ

ساعته 3امواج تصادفی تجمعی آن براي رکوردهاي هاي حدي عرشه و توزیعجاییجابه – 7شکل

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

Q(x

)=P(

شه عر

ی جای

ابه >ج

x)

)متر(بیشینه جابه جایی عرشه 0.02 0.04 0.06 0.08 0.100

5

10

15

20

25

30

Num

ber

of r

espo

nses

Maximum deck displacement (m) متر(بیشینه جابه جایی عرشه(

خ هااس

د پعدا

ت


78

جایی عرشه و بیشینه برش پایه توزیع تجمعی بیشینه جابه – 8شکل مختلف موج يها در ارتفاع

ها و به دست آوردن توزیع در این مطالعه جهت برازش داده

و 26، نرمال25، ویبول24، گاما23توزیع گامبل 5ها، از مناسب براي آن

ها از رابطه همچنین تعداد گروهاستفاده شده است. 27نرمال-لگ .]24[محاسبه شده است )7()7( 21 logk n

باشد که ها میتعداد داده nدر هیستوگرام و 28هاتعداد گروه kکه هاي است که بدین ترتیب تعداد گروه 500در این مقاله برابر

(الف) چگالی احتمال 9شکل شود. در می 10هیستوگرام برابر جایی عرشه تحت بارگذاري موج براي توابع توزیع بیشینه جابه

این توابع نشان P-Pمختلف رسم شده است و همچنین منحنی ها (در داده شده است. در این منحنی تابع توزیع تجمعی داده

) با مقادیر به دست آمده از توابع جایی عرشهبیشینه جابهاینجا ها ق این تئوريشود و میزان تطابتوزیع تجمعی تئوري مقایسه می

3جدول . در ]25[گیرد هاي اصلی مورد سنجش قرار میبا دادههاي آمده است. این آزمون جزء آزمون K-S29نتایج آزمون

باشد. این هاي تجمعی میناپارامتري براي تفاوت مابین توزیعي آزمون تفاوت مطلق بیشینه مقادیر توزیع تجمعی مشاهده شده

. همانطور که ]26[باشد زیع نظري مییک نمونه تصادفی و یک تونرمال بهترین -شود، تابع توزیع لگمیاز این جدول استنباط

برازش را میان سایر توابع داراست که البته الزم به ذکر است که این نمودارها تنها براي این سازه و با توجه به محل قرارگیري آن و

شود و در صورت تغییر هر یک از شرایط، شرایط موج استخراج میالبته استفاده از . ]27[نمودارهاي متفاوتی به دست خواهد آمد

توانست نتایج بهتري را ایجاد می 30توزیع عمومی مقدار حديچگالی احتمال توابع 3جدول (ب) و 9شکل همچنین در .نماید

براي معیار برش پایه نیز K-Sو نتایج آزمون P-Pتوزیع، منحنی آورده شده است.

و بیشینه برش پایه جایی عرشهبراي بیشینه جابه K-Sنتایج آزمون – 3جدول

بیشینه برش پایه پارامترها جاییبیشینه جابهي پارامترها تابع توزیع احتمال ترتیب نکوئی1 Lognormal 84/2- =μ , 18/0 =σ 84/13 - =μ , 16/0 =σ 2 Gamma 01/31 =α , 002/0 =β 60/36 =α , 28482 =β 3 Normal 06/0 =μ , 01/0 =σ 106×04/1 =μ , 105×78/1 =σ 4 Weibull 06/0 =α , 16/5 =β 106×12/1 =α , 63/551 =β 5 Gumbel Max 06/0 =μ , 01/0 =σ 106×04/1 =μ , 105×78/1 =σ

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 0.11

Q(x

)=P(

شه عر

ی جای

ابه >ج

x)

)متر(بیشینه جابه جایی عرشه

(الف)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Q(x

)=P(

Base

shea

r<x)

)مگانیوتن(بیشینه برش پایه

100-year 3-hour50-year 3-hour20-year 3-hour10-year 3-hour5-year 3-hour2-year 3-hour

(ب)

Hs63-hour

Hs53-hour

Hs43-hour

Hs33-hour

Hs23-hour

Hs13-hour


79

مربوط به آن P-Pجایی عرشه و (ب) بیشینه برش پایه و نمودارهاي هاي (الف) بیشینه جابه هاي مختلف بر روي داده برازش توزیع – 9شکل

جایی عرشه در % بیشینه جابه50، احتمال فزونی10شکل در رفت با تمامی ترازها نشان داده شده است. همانطور که انتظار می

جایی عرشه افزایش یافته است. موج، بیشینه جابه افزایش ارتفاعجایی براي ترازهاي مختلف طور تقریبی، روند تغییر بیشینه جابه به

موج خطی است اما به دلیل جرم متمرکز بیشتر و در هر ارتفاعسختی کمتر در باالترین تراز، نرخ افزایش در این تراز بیش از سایر

ت. ترازهاس% در امواج تصادفی و موج نو 50 فزونیاحتمال مقایسه 11شکل

بیشینه برش جایی عرشه وبیشینه جابه افزایشی اصالح شده برايهمانطور که دهد. را نشان می مختلف هاي موج پایه در ارتفاع

یینما ییجاجابه نهیشیو ب هیبرش پا شیروند افز شودیمشاهده مهاي کننده پاسخ سازه در ارتفاع انیب وينح به دارد که یتمیلگار شیبه افزا توانیموضوع را م نیمختلف است. علت ا موجدر این دوره تناوب مربوط دانست. شیارتفاع موج با افزا یتمیلگار

هاي به دست آمده شکل، به علت منظم بودن تئوري موج نو، پاسختصادفی هاي به دست آمده از تحلیل امواجاز آن کمتر از پاسخ

توان به عنوان تخمین قابل قبولی از پاسخ سازه است و از آن می بهره برد.

جایی عرشه در تمامی بیشینه جابه ي% برا50 فزونیاحتمال - 10شکل 3تصادفی امواج هاي زمانی (الف) رکوردهاي ترازهاي جرمی براي سري

و (ب) موج نو افزایشی اصالح شده ساعته

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8x 10

6

0

0.5

1

1.5

2

2.5 x 10-6

Data

Den

sity

MaxBaseShear dataNormalGammaLognormalWeibull

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.110

5

10

15

20

25

30

35

40

Data

Den

sity

MaxDisp dataGammaLognormalNormalWeibull

(الف)

مالحت

ی اگال

چ

)متر(بیشینه جابه جایی عرشه (ب)

)مگانیوتن(برش پایه بیشینه

مالحت

ی اگال

چ

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

الیچگ

چگالی

LognormalGamaGumbel MaxWeibullNormaly=x

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

الیچگ

چگالی

LognormalGammaGumbel MaxWeibullNormaly=x

)الف(

01234567

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

رمي ج

زهاترا

)متر(جابه جایی

(ب)

01234567

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

رمي ج

زهاترا

)متر(جابه جایی

2-year return period5-year return period10-year return period20-year return period50-year return period100-year return periodHs6

3-hourHs5

3-hourHs4

3-hourHs3

3-hourHs2

3-hourHs1

3-hour


80

در امواج تصادفی و موج نو % 50 فزونیاحتمال مقایسه – 11شکل و (ب) بیشینه جایی عرشه بیشینه جابه افزایشی اصالح شده براي (الف)

هاي مختلفهاي موج ارتفاعدر برش پایه

یک نمودار طراحی است که بر اساس روش تحلیل موج 12شکل دوام اصالح شده براي این سازه استخراج شده است و براي طراحی

متغیرهاي پاسخ شود.هاي فراساحل استفاده میکاربردي سازهتوان براي این نمودار استفاده کرد که در مهندسی مختلفی را می

شود. به جایی عرشه در نظر گرفته میاین مطالعه، بیشینه جابهمتر محدود باشد، ارتفاع 05/0عنوان مثال، اگر مقدار این متغیر به

38/5موج مشخصه و بیشینه برش پایه تعیین شده به ترتیب برابر مگانیوتن خواهد بود. 70/0و متر

نمودار طراحی به دست آمده از تحلیل موح دوام اصالح – 12شکل

شده

در انتها، روش کلی براي ارزیابی سکوها به روش تحلیل موج دوام ارائه شده است. همانطور که در این شکل 13شکل اصالح شده در

خاب یک تئوري موج مناسب است. مشخص است، اولین قدم، انتسپس مشخصات موج مانند ارتفاع موج مشخصه و دوره تناوب قله

شود. بعد از آن، طیف بر اساس مکان مورد مطالعه مشخص میضریب مدت زمان که ضریبی از دوره تناوب قله طیف است براي

-تعیین مدت زمان رکورد براي هر حالت دریایی تخمین زده میهاي قله هاي موج مشخصه و دوره تناوببعدي، ارتفاعشود. در گام

شوند. بدین صورت، توابع قطار موج طیف متناظر آن انتخاب میافزایشی اصالح شده تولید و به عنوان بارگذاري موج به سازه

هاي شوند. سپس ارزیابی احتماالتی سکو بر اساس پاسخاعمال میهاي مورد نظر منحنیگیرند. نهایتا، حدي مورد بررسی قرار می

جایی، برش پایه یا هر براي متغیرهاي مختلف مانند بیشینه جابه شوند.متغیر پاسخ مهندسی رسم و با عملکر مورد نیاز مقایسه می

شده براي ارزیابی سکوها تحت بارگذاري روش توصیه – 13شکل اصالح شدهامواج حدي با استفاده از روش موج دوام

گیري نتیجه –6

در این مقاله، گام به گام، مفاهیم، روش تولید و یک نمونه کاربرد عملی تحلیل موج دوام اصالح شده توضیح داده شد. اصالح روش

شود. اول، مدت زمان تحلیل موج دوام در دو بخش خالصه میتحلیل در هر حالت دریایی به جاي انتخاب یک مقدار ثابت به

شود. این ضریبی از دوره تناوب قله طیف در نظر گرفته میصورت ) معرفی گردید و روش TDFضریب به عنوان ضریب مدت زمان (

)الف(

00.010.020.030.040.050.060.070.08

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

شه عر

ی جای

ابه ه ج

شینبی

))متر

)متر(ارتفاع موج مشخصه

(ب)

00.20.40.60.8

11.21.4

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6یه

ش پاه بر

شینبی

)تن

نیومگا

(


MINW3 hours3 hours standard deviation

12

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Max

imum

dec

k di

spla

cem

ent (

m)

3 4 5 6

0.2

0.4

0.6

0.8

Significant wave height (m)

Max

imum

bas

e sh

ear

(MN

)


شه عر

ی جای

ابه ه ج

شینبی

))متر

یه ش پا

ه برشین

بی)

تننیو

مگا(

جابه جایی مورد نظر

انتخاب تئوري موج مورد نظر

باتوجه به تئوري موج TDFمحاسبه

انتخاب ارتفاع موج مشخصه و دوره تناوب قله طیف مورد نظر

شناسایی مشخصات موج بر اساس محل مورد مطالعه

تولید توابع قطار موج افزایشی اصالح شده و اجراي تحلیل تاریخچه زمانی

ارزیابی احتماالتی پاسخ حدي براي هر حالت دریایی

و مقایسه عملکرد با پاسخ تخمین زده ارزیابی سازه6شده از گام

1گام

2گام

3گام

6گام

5گام

4گام

7گام


81

به دست آوردن آن براي تئوري موج نو توضیح داده شد. دوم، روند افزایشی ارتفاع امواج بر اساس الگوي افزایش ارتفاع موج در خلیج

د رکوردهاي اصالح شده براي فارس صورت گرفت. بنابراین، کاربر تر است.تر و قابل اطمینانها، راحتمهندسین جهت ارزیابی سازه

ساعته امواج تصادفی در نظر 3سازي شبیه 500پاسخ سازه براي هاي آماري مناسب براي آن استخراج گردید. گرفته شد و توزیع

ها با رکوردهاي موج نو اصالح شده همچنین مقادیر این پاسخایسه شد. عالوه بر این، یک منحنی طراحی بر اساس رکورد مق

موج نو افزایشی اصالح شده به دست آمد که بیانگر کاربرد مناسب این روش در طراحی براساس عملکرد است. ذکر این نکته الزامی است که تمامی نتایج براي سازه خطی شده به دست آمد و

ات مربوط به رفتار تحقیقات بیشتري باید براي در نظرگیري اثر غیرخطی اعضا در کاربرد روش موج دوام اصالح شده صورت گیرد.

کلید واژگان

1 - Sea states 2 - Incremental Wave Analysis 3 - Incremental Dynamic Analysis 4 - Endurance Wave Analysis 5 - Constrained new-wave theory 6 - Significant wave height 7 - Intensifying Wave Train Function 8 - Serviceability 9 - Engineering Demand Parameter 10 - Time Duration Factor 11 - New-wave theory 12 - Wave energy spectrum 13 - Autocorrelation 14 - Crest elevation 15 - Cross-sectional area 16 - ANSYS 17 - Inertia force 18 - Drag force 19 - SimuLink 20 - MATLAB 21 - Exceedance probability 22 - Coefficient of variation 23 - Gumbel 24 - Gamma 25 - Weibull 26 - Normal 27 - Lognormal 28 - Bin 29 - Kolmogorov-Smirnov 30 - Generalized extreme value distribution

مراجع - 7

1- Komachi, Y., Tabeshpour, M.R., Golafshani, A.A. and Mualla, I., (2011), Retrofit of Ressalat jacket platform (Persian Gulf) using friction damper device, Journal of Zhejiang University: Science A, Vol. 12,

p. 680-691. 2- American petroleum institute, (2007), Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms—working stress design., Washington, DC. 3- Najafian, G., (2007), Application of system identification techniques in efficient modelling of offshore structural response. Part I: Model development, Applied Ocean Research, Vol. 29, p. 1-16. 4- Okada, H. and Murotsu, Y., (1990), A method for reliability assessment of aged jacket structures based on ultimate strength analysis, The First ISOPE Pacific/Asia Offshore Mechanics Symposium. International Society of Offshore and Polar Engineers. 5- Stewart, T. M. G., Amdahl, J. and Eide, O. I., (1993), Nonlinear Re-Assessment of Jacket Structures Under Extreme Storm Cyclic Loading: Part I-Philosophy and Acceptance Criteria, The Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, p. 491-491. 6- Bea, R., Mortazavi, M. and Loch, K., (1995), Verification of a Simplified Method to Evaluate the Capacities of Template-Type Platforms, Offshore Technology Conference. 7- Hellan O. and Skallerud, B., (1991), Reassessment of offshore steel structures: Shakedown and cyclic nonlinear FEM analyses, he First International Offshore and Polar Engineering Conference. International Society of Offshore and Polar Engineers. 8- Amdahl, J., Skallerud, B. H., Elde, O. and Johansen, A., (1995), Recent developments in reassessment of jacket structures under extreme storm cyclic loading part II: Cyclic capacity of tubular members, Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, p. 113-113. 9- Zhao, W. and Burdekin, F. M., (2004), Dynamic structural integrity assessment for offshore structures, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Vol. 126, p. 358-363. 10- Golafshani, A. A., Bagheri, V., Ebrahimian, H. and Holmas, T., (2011), Incremental wave analysis and its application to performance-based assessment of jacket platforms, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 67, p. 1649-1657 11- Vamvatsikos, D. and Cornell, C. A., (2002), Incremental dynamic analysis, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 31, p. 491-514. 12- Zeinoddini, M., Matin Nikoo, H. and Estekanchi, H., (2012), Endurance Wave Analysis (EWA) and its


82

application for assessment of offshore structures under extreme waves, Applied Ocean Research, Vol. 37, p. 98-110. 13- ITTC Seakeeping Committee, (1984), Report of the seakeeping committee, Proceedings of the 17th International Towing Tank Conference, p. 457-534. 14- Det Norske Veritas, (2010), DNV-RP-C205 Environmental conditions and environmental loads, Høvik, Norway, Det Norske Veritas, DNV. 15- Tromans, P.S., Anaturk, A.R. and P. Hagemeijer, (1991), A NEW MODEL FOR THE KINEMATICS OF LARGE OCEAN WAVES, International Offshore and Polar Engineering Conference, p. 64-71. 16- Tromans, P. S., Anaturk, A.R. and Hagemeijer, P., (1991), A new model for the kinematics of large ocean waves, The Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference, p. 64-71. 17- Seif, M. S., Tabeshpour, M. R., Mehdigholi, H., Mohajernassab, S. and Dastan, M. A., (2012), Development of Endurance Wave Analysis for assessment of jacket platforms under the Persian Gulf wave loading using new-wave theory, The 14th Marine Industries Conference, Tehran, Iran. (In Persian) 18- Stockard, D. M., (1976), Effects of Pile-Soil-Water Interaction on the Dynamic Response of a Seismically Excited Dynamic Response, Offshore Technology Conference. 19- McCormick, M. E., (1989), Analysis of offshore structural dynamics with nonproportional damping, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol. 115, p. 775-792.

20- Mastanzade N. S. and Yazici, G., (2005), Dynamic behavior and optimization of offshore gravity platforms, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Vol. 127, p. 130-134. 21- Kim, D. H., (2009), Neuro-control of fixed offshore structures under earthquake, Engineering Structures, Vol. 31, p. 517-522. 22- Golafshani, A. and Gholizad, A., (2009), Friction damper for vibration control in offshore steel jacket platform, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 65, p. 180-187. 23- Zaki, N. M. and Najafian, G., (2011), Long-Term distribution of the extreme values of offshore structural response by Finite-Memory Nonlinear System Modelling, Proceedings of the ASME 2011 30th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, p. 347-358. 24- Sai Venu Gopal Lolla, L. L. H., On selecting the number of bins for a histogram, Oklahoma State University. 25- Park, H. M., (2008), Univariate Analysis and Normality Test Using SAS, Stata, and SPSS, University Information Technology Services Center for Statistical and Mathematical Computing, Indiana University. 26- Miller, I., Freund, J. E. and Johnson, R. A., (1965), Probability and statistics for engineers, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Vol. 4. 27- Matin Nikoo, H., Zeinoddini, M. and Estekanchi, H., (2013), Probabilistic Estimation of Offshore Jacket Type Platforms Capacity Using Incremental Random Wave Analysis (IRWA), International Journal of Maritime Technology, p. 1-18. (In Persian)

ﺖﺤﺗ ﺖﺑﺎﺛ ﻪﯾﺎﭘ يﻮﮑﺳ ﯽﺑﺎﯾزرا ﺖﻬﺟ ماود جﻮﻣ...

Documents