فهرست مطالب

مهندسی دریا - پیاپی 16 (پاییز و زمستان 1391)

نشریه مهندسی دریا
پیاپی 16 (پاییز و زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/12/25
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمید متین نیکو، مصطفی زین الدینی، همایون استکانچی صفحات 1-18
    تحلیل موج افزایشی (IWA)1 روشی موثر و کارآمد به منظور ارزیابی رفتار دینامیکی سکوهای ثابت فلزی بر مبنای عملکرد می باشد. به لحاظ انطباق مناسب الگوی بارگذاری این رویکرد با شرایط بارگذاری واقعی، انتظار می رود نتایج حاصل از آن از دقت بهتری نسبت به تحلیل بار افزون2 مرسوم برخوردار باشد. از سوی دیگر، امواج دریا ماهیتی تصادفی و نامنظم دارند و این ویژگی تاثیر به سزایی در پاسخ و عملکرد سازه های در معرض نیروی امواج خواهد داشت. دور از انتظار نیست که یکی از مهمترین پارامترهای عدم قطعیت3 در مطالعات فراساحل را عدم ثابت بودن نیمرخ امواج و یا تصادفی بودن آن ها دانست.
    با این هدف، در این مقاله سعی می شود به کمک مفاهیم احتمالاتی، تاثیر ماهیت تصادفی بارهای محیطی دریا در نتایج روش تحلیل موج افزایشی مورد بررسی قرار گیرد و بر اساس آن منحنی های احتمالاتی ظرفیت سکو استخراج گردد. برای این منظور با انجام تعداد زیادی شبیه سازی نامنظم بلندمدت (3 ساعته) و کوتاه مدت افزایشی، منحنی های ظرفیت یک سازه جاکت فولادی به صورت احتمالاتی استخراج شده و نتایج آن با نتایج حاصل از مدل امواج منظم مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: سکو های دریایی، ظرفیت احتمالاتی، تحلیل امواج تصادفی افزایشی، امواج تصادفی بلندمدت، امواج کوتاه مدت مقیدشده
  • احسان دادخواه خیابانی، احمدرضا مصطفی قره باغی، کریم عابدی صفحات 19-31
    یک خط لوله از جمله سازه هایی می باشد که در طراحی آنها معمولا پایداری، نقش مهمی را ایفا می کند. به علت اعمال نیروی بیش از حد به نقطه ای از لوله، احتمال وقوع کمانش موضعی وجود دارد. یکی از راه هایی که بتوان مطمئن شد که کمانش در اثر ایجاد خرابی موضعی انتشار نمی یابد، نصب متوالی کمانش گیرها در طول خط لوله است، که باعث می شود کمانش منتشر شده، تنها در فاصله بین دو کمانش گیر باقی بماند. فاصله بین دو کمانش گیر معمولا به صورت سعی و خطا (مثلا در طول مراحل تعمیر) تعیین شده و معمولا بین 240-90 متر متغیر است. در تحلیل های غیرخطی، هر دو رفتار غیرخطی هندسی و مصالح منظور شده است. فاصله بین کمانش گیرها با در نظرگیری نسبت های مختلف قطر به ضخامت لوله (D/t)، ضخامت کمانش گیر به ضخامت لوله (h/t) و طول کمانش گیر به قطر لوله (L_a/D) در فشارهای مختلف (شامل فشار گذر کمانش از کمانش گیر و فشار توقف کمانش) تعیین گردیده است.
    کلیدواژگان: کمانش دینامیکی، کمانش گیر، فاصله بین کمانش گیرها، سرعت انتشار، نسبت قطر به ضخامت
  • محمد زرین، بهروز عسگریان صفحات 33-49
    آنالیز نیاز لرزه ای احتمالاتی (PSDA) به عنوان ابزاری مناسب جهت تخمین میانگین فرکانس سالانه تجاوز از یک حد مشخص پارامتر پاسخ مهندسی (EDP) به کار گرفته می شود. در این مقاله، کارایی اندازه شدت (IM) اسکالر پیشرفته تغییر مکان طیفی غیر الاستیک (Sdi) که توسط Tothong و Cornell در دانشگاه استنفرد پیشنهاد شده است، در تحلیل PSDA با اندازه شدت اسکالر مرسوم شتاب طیفی الاستیک و متناطر آن تغییر مکان طیفی الاستیک (Sde) برای سازه سکوی ثابت فلزی نفتی مقایسه می شود. یک IM کارامد به عنوان IM ای تعریف می شود که منجر به پراکندگی کمتر در پاسخ سازه ای برای یک سطح IM مشخص شود. در این مقاله، مدل عددی یک سکوی دریایی با توجه به رفتار واقعی آن در نرم افزار OpenSees شبیه سازی شده است. سکوی دریایی نمونه با در نظر گرفتن کمانش اعضای مهاربندی و اثرات خستگی کم چرخه مدل سازی شده است. جهت در نظر گرفتن اندرکنش شمع-خاک-سازه، شمع های سکو با مدل سازی خاک اطراف آن بر پایه مدل معادل تیر بر پی غیر خطی وینکلر مدل سازی شده است. همچنین از قابلیت های خود نرم افزار OpenSees جهت محاسبه پاسخ لایه های خاک استفاده شده است. در تحقیق حاضر، آنالیز دینامیکی غیر خطی افزایشی (IDA) که یکی از نوین ترین روش ها در تعیین ظرفیت سازه می باشد انجام شده است و همچنین بحث مختصری راجع به کارایی Edp های گوناگون در نشان دادن مود های پاسخ مختلف سکو صورت پذیرفته است و نهایتا همان Edp معمول در مورد سازه های ساختمانی یعنی ماکزیمم دریفت بین طبقه ای برای سکوی نمونه فوق انتخاب شده است. سپس، نمودارهای IDA در غالب دو اندازه شدت اشاره شده در بالا برای مجموعه 40 رکورده حوزه نزدیک دارای پالس سرعت رسم شده اند و پراکندگی نمودارهای IDA در محدوده ناپایدار دینامیکی کلی محاسبه شده اند. با توجه به پراکندگی کمتر محاسبه شده برای IM تغییر مکان طیفی غیر الاستیک، این اندازه شدت به عنوان کاراترین IM برای سکوی نمونه مورد نظر پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: آنالیز نیاز لرزه ای احتمالاتی، آنالیز دینامیکی افزایشی، سکوی ثابت فلزی نفتی، اندازه شدت تغییر مکان طیفی غیر الاستیک، کارایی اندازه شدت
  • بهمن ارشد شب خانه، حبیب حکیم زاده * صفحات 51-64

    در این مقاله به منظور کمک به درک بهتر اندرکنش لوله- جریان، تغییرات به وجود آمده در جدایش جریان اطراف خطوط لوله فراساحلی به ازای نسبت های متفاوت فاصله کارگذاری به قطر لوله به صورت آزمایشگاهی و عددی در حالت جریان دایمی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت مدلسازی آزمایشگاهی، آزمایش هایی در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک ترتیب داده شد. آزمایش ها در کانال آزمایشگاهی به طول 10متر، عرض 3/0متر و عمق 5/0متر و با استفاده از لوله PVC به قطر 35/6 سانتی متر (به ازای نسبت های متفاوت فاصله کارگذاری به قطر لوله) انجام گرفته است. جهت مشاهده جدایی جریان از ذرات پلی استایرن که دارای چگالی 05/1 گرم بر سانتی متر مکعب بوده، استفاده شده است. همچنین به منظور کمک به درک هر چه بهتر پدیده از کلیه مراحل انجام آزمایش ها به وسیله دوربین دیجیتالی فیلمبرداری صورت گرفته است. در بخش شبیه سازی عددی نیز میدان جریان با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی «FLUENT» تحلیل شده است. سرانجام نتایج عددی به دست آمده با نتایج تجربی این پژوهش مقایسه شده و تطابق خوبی حاصل شده است. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله بین دو لوله، طول ناحیه جدایی در پایین دست لوله دوم کاهش می یابد ولی پس از فاصله معینی دو لوله بطور مستقل از هم عمل می کنند.

    کلیدواژگان: جدایش جریان، خطوط لوله فراساحلی، مدل آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی، روش حجم محدود
  • حمید زراعتگر، روزبه پناهی، کریم اکبری، محسن اصغری، آزاده عزیزجلالی صفحات 65-77
    آبراهه ها و کانال های دسترسی، محدود کننده سرعت کشتی بوده و همواره مورد توجه محققین بوده است. یکی از مهم-ترین عوامل تاثیر گذار در این زمینه، تغییر دینامیکی آبخور کشتی به هنگام ورود به عمق های محدود است که اصطلاحا اسکوات نامیده می شود. در این مطالعه، اسکوات کشتی ها به کمک تست سیستماتیک مدل در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور دو مدل از سری 60 در شرایط مختلفی از عمق و عرض کانال و عدد فرود تست گردیده و مقدار تغییر آبخور در سینه و پاشنه کشتی ثبت گردید. پس از دسته بندی نتایج آزمایش و اعتبار سنجی آن، یک رابطه رگراسیونی برای اسکوات در سینه کشتی های تجاری ارائه می شود. محاسبات انجام شده بر پایه رابطه رگراسیونی مذکور برای چند نمونه کشتی، تطبیق مناسب با دیگر روابط موجود را نشان می دهد. از مزیت های این رابطه، پوشش دامنه وسیع تری از پارامترها می باشد.
    کلیدواژگان: اسکوات، کانال، رابطه رگراسیونی، تست مدل
  • جواد مهدوی، علی اکبر آقاکوچک*، علی کمک پناه صفحات 79-93

    یکی از مشکلات مشاهده شده در اسکله های شمع و عرشه هنگام وقوع زلزله، عملکرد نامناسب سازه هایی است که در آن ها از شمع مایل استفاده شده است. شمع های مایل به دلیل سختی بالا به کنترل تغییر شکل سازه کمک می کنند، ولی تمرکز نیروهای جانبی (به صورت نیروهای بزرگ فشاری و کششی) در آن ها باعث ایجاد آسیب های زیادی به خود شمع و عرشه ی متصل به آن می شود. در این مقاله استفاده از جداگرهای لرزه ای در محل اتصال شمع های مایل به عرشه به منظور بهبود عملکرد لرزه ای سازه های شمع و عرشه مورد بررسی قرار گرفته است.
    به این منظور یک سازه شمع و عرشه نمونه دارای شمع های مایل انتخاب و مدل 2 بعدی ازسازه و خاک با استفاده از قابلیت های نرم افزار OPENSEES ساخته شد. به منظور مدل سازی دقیق پدیده ی اندرکنش لرزه ای خاک- شمع- سازه، از مدل 2 بعدی ستون خاک برای محاسبه ی پاسخ ساختگاه و فنرهای میانی p-y، t-z و Q-z استفاده شد. صحت سنجی مدل با استفاده از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفت. جداگر لرزه ای لاستیکی با هسته ی سربی با قابلیت در نظر گرفتن تاثیر میزان بار محوری و تغییر شکل جانبی در خصوصیات جداگر مدل سازی شد. برای بررسی عملکرد لرزه ای سازه، تحلیل های تاریخچه زمانی برای 7 زلزله و در 2 سطح 475 و 2475 ساله انجام گردید.
    استفاده از جداگرهای لرزه ای در محل اتصال شمع های مایل باعث توزیع یکنواخت تر نیروهای محوری در همه ی شمع های مایل و قائم شد، همچنین به دلیل کاهش سختی و کاهش برش پایه و افزایش قابلیت جذب انرژی، مقادیر برش و لنگر در عرشه ی اسکله کاهش مناسبی داشت.

    کلیدواژگان: اسکله، شمع مایل، عملکرد لرزه ای، جداسازی لرزه ای، اندرکنش لرزه ای خاک، شمع، سازه
  • مهدی عزتی، مصطفی زین الدینی صفحات 95-105
    اعضای لوله ای درعمل به دلیل فرآیند ساخت و آسیب های وارده در مراحل حمل و نقل و نصب لوله فاقد یک هندسه استوانه ای کامل و بی نقص هستند. در واقع ناراستی هایی در مقطع و طول آن ها وجود دارد. حضور ناراستی می تواند بر رفتار اعضای لوله ای مقابل بارهای وارده تا حد زیادی تاثیر گذار باشد. در این پژوهش، تاثیر حضور ناراستی بر رفتار اعضای لوله ای تحت بارگذاری یک سویه محوری فشاری به صورت آزمایشگاهی و مدل سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا چهار نمونه آزمایشگاهی از لوله فولادی با درجه X70 و با نسبت قطر به ضخامت (D/t) 22 پس از انجام اسکن سه بعدی مورد آزمایش قرار گرفته اند. نتایج نشان دادند که حضور ناراستی در اعضای لوله ای منجر به بروز کمانش محلی در لوله شده و بر تنش فشاری حداکثر قابل تحمل در عضو (σ_L) و کرنش معادل آن(ε_L) تاثیر گذار است. هندسه ناراستی در نظر گرفته شده در مدل عددی بر اساس مودهای مختلف کمانش در اعضای لوله ای می باشد. نتایج حاصل از مدل سازی عددی و نتایج آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه شده و به طور کلی مطابقت قابل قبولی مشاهده شده است. در ادامه از مدل عددی به منظور بررسی تاثیر عواملی مانند هندسه ناراستی، دامنه ناراستی (A)، نسبت D/t و نسبت λ/L استفاده شده است. نتایج نشان دادند که مودهای بالاتر و متقارن، تاثیر بیشتری بر رفتار یک سویه فشاری اعضای لوله ای دارد. با افزایش دامنه ناراستی، σ_L و ε_L کاهش می یابند اما مرتبه کاهش هر دو پارامتر متاثر از هندسه ناراستی و نسبت D/t و λ/L است. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص است که تاثیر ناراستی بر ε_L بسیار بزرگتر از تاثیر ناراستی بر σ_L است.
    کلیدواژگان: مطالعه عددی، مطالعه تجربی، اعضای لوله ای فولادی، ناراستی هندسی، بارگذاری یک سویه فشار محوری، کمانش محلی
|
  • Hamid Matin Nikoo, Mostafa Zeinoddini, Homayoon Estekanchi Pages 1-18
    based assessment of offshore jacket type platforms against wave loading. This approach can be employed to obtain a more realistic estimate for the ultimate capacity of offshore platforms, in comparison to the commonly used push-over analysis. On the other hand, ocean and sea waves are both random; they are irregular in shape, height, speed, period and directions. Therefore, one of the most important uncertainties in the offshore field loading is the stochastic nature of the waves. In this paper a probabilistic method has been proposed in order to estimate the ultimate capacity of offshore platforms subjected to random waves using IWA. To this end, a sufficient number of long-term simulations (3hours) and constrained simulations (using Constrained NewWave methodology) have been carried out.
    Keywords: Offshore platform, Probabilistic capacity, Irregular waves, Incremental Random Wave Analysis (IRWA), Constrained short, term waves
  • Ehsan Dadkhah Khiabani, Ahmad Reza M. Gharabaghi, Karim Abedi Pages 19-31
    It is undeniable that instability plays a significant role in the design of pipelines. Local buckles induced by excessive force on specific part of pipeline can locally reduce the collapse pressure of a pipeline and cause local failure. Periodic placement of buckle arrestors along the pipeline can ensure that collapse only effect the length of pipe between two arrestors on either side of the initiation site. Arrestor spacing is usually derived by specific practical considerations on the particular line (e.g. installation and repair procedure) but typically spacing of 90-240m has been used. In the present study, the propagation and arresting of dynamic buckle are modeled using the finite element method. For the post buckling analysis, the material and geometrical nonlinearity are considered. The effects of arrestor spacing on cross over pressure have been evaluated for different diameter to thickness ratio of pipeline (D/t), arrestor’s thickness to pipe’s thickness ratio (h/t), and arrestor’s length to pipe’s diameter ratio (La/D).
    Keywords: Dynamic Buckle Propagation, Buckle Arrestor, Arrestor Spacing, Velocity of Propagation, Diameter to Thickness Ratio
  • Mohammad Zarrin, Behrouz Asgarian Pages 33-49
    Steel offshore platforms are some of those structures which are built to withstand environmental and accidental loads during oil exploitation operation. Particular attention is being paid to earthquake loads in seismic active areas because it directly influences the capacity of the offshore structure installations. The uncertainties available in earthquake loads as well as in strength of structural components and also the need to gain confidence about the performance of the structure, have convinced the engineers to use probabilistic methods for design purposes. To this end, Probabilistic Seismic Demand Analysis (PSDA) is used to compute the mean annual frequency of exceeding a particular structural response parameter. In this paper, the efficiency of advanced scalar ground motion intensity measures (IM), Inelastic Spectral Displacement (Sdi) which, was proposed by Thosong and Cornell (2007) in Stanford University, has been compared for PSDA of Jacket Type Offshore Platforms (JTOP) with conventional scalar intensity measure, Elastic Spectral Acceleration or correspondingly Elastic Spectral Displacement (Sde). An efficient Im is the one which, leads to lower dispersion in response parameter of structure in an arbitrary level of Im. In this paper, the numerical model of a Jacket Type Offshore Platform in accordance with its real behavior was simulated in OpenSees software. The case study platform has been modeled in OpenSees considering buckling and post buckling behavior of bracing members and material low cycle fatigue effects. In order to consider soil-pile-structure interaction effects, the near field soil was modeled using Beam on Nonlinear Winkler Foundation method including Lateral resistance, skin friction resistance and end bearing resistance. In the current research, Incremental Dynamic Analysis (IDA), which is among one of the most recent and capable approaches in evaluating ultimate capacity of structures, has been performed and a brief discussion has been presented about the efficiency of different Edps in indicating various structural response modes of platform. As a consequence, the same Edp as simple building structures – maximum interstory drift angle – has been proposed for case study platform. Furthermore, the multiple Ida curves in terms of two aforementioned Intensity Measures for 40 pulse-like near fault ground motion records have been depicted and the dispersion of Ida curves in dynamic instability range have been computed for these two Ims. Based on lower computed dispersion for inelastic spectral displacement intensity measure, this Im has been chosen as the most efficient intensity measure for case study platform.
    Keywords: Jacket Type Offshore Platforms, Probabilistic Seismic Demand Analysis, Incremental Dynamic Analysis, Efficient Intensity Measure, Pulse, Like Near Fault Ground Motions
  • Habib Hakimzadeh, Bahman Arshad Shabkhaneh Pages 51-64

    In this paper, in order to understand the flow-pipe interaction more clearly, the variations on flow separation around offshore pipelines with different ratios of fitting distances due to the steady current have experimentally and numerically been investigated. For the experimental modeling, a number of experiments have been conducted in the Hydraulic Research Laboratory. The experiments have been carried out in a flume with 10 meters length, 0. 3 meters width and 0. 5 meters depth using P. V. C pipe with 6. 35 centimeters in diameter (for different distances to diameter ratios of fitting). To visualize the flow separation, the polystyrene particles having 1. 05gr/cm3 in density were used. Also, in order to understand the phenomenon as well as possible, the whole processes of tests have been recorded using a digital camera. For the numerical simulation section, the flow fields have been analyzed using a computational fluid dynamics software «FLUENT». Finally, the results of numerical and experimental models were compared with one to another and good agreements were achieved between them. The results showed that with increasing the fitting distance between pipes, the separation length at downstream of the second pipe was gradually decreased, however, after a given distance the two pipes behaved separately.

    Keywords: Flow Separation, Offshore Pipelines, Experimental Model, Numerical Simulation, Finite Volume Method
  • Dr Hamid Zeraatgar, Dr Roozbeh Panahi, Karim Akbari, Mohsen Asghari, Azadeh Azizjalali Pages 65-77
    In canal and seaway the ship speed must be reduced and it has been a subject for many research studies. One of the most important phenomena connected to this issue is the increasing of ship draught when passing in the restricted water which is called squat. This study deals with the squat thorough systematic model testing. Two models from Series60 body form have been tested in a set of canal depth, width as well as different model speed. The change on their draught has been recorded at fore and aft of the model. The test results have been manipulated, validated and regression formula has been developed for prediction of squat at ship fore perpendicular. The formula has been compared with the other existing formula where a good agreement achieved. The advantage of the new formula is the coverage on wider range of parameters affecting the ship squat.
    Keywords: squat, canal, regression, model, testing
  • Javad Mahdavi, Aliakbar Aghakouchak, Ali Komakpanah Pages 79-93

    There are significant number of pile supported wharves around the world and this type of structures are commonly chosen for the construction of new waterfront port facilities. Batter piles have been used for a long time to resist large lateral loads from winds, water waves, impacts and earthquake. Their distinct advantage over vertical piles is that they transmit the applied lateral loads partly in axial compression and tension, rather than only through shear and bending. Thus, batter piles offer larger stiffness and bearing capacity compared to vertical piles with the same diameter and depth. However, batter piles have been extensively damaged at several ports worldwide during past earthquakes. This paper is focused on the application of seismic isolation devices for improving seismic performance of existing pile supported wharves with battered piles. To assess efficiency of this method, a structure with batter piles was selected to represent typical seismically vulnerable pile supported structures. The selected structure is analyzed using dynamic time history analysis taking into account the nonlinear behavior of structure components and soil–pile-structure interaction effects. 2D models of structure and soil are developed using OPENSEES platform. The soil is modeled using nonlinear elasto plastic elements and the soil pile structure interaction behavior is modeled using p-y, t-z and Q-z nonlinear spring elements. Models that include axial load effects in lead rubber bearing (LRB) isolator behavior are used. Time history analyses for 475 and 2475 years level have been carried out for existing and retrofitted structures. The structures retrofitted by seismic isolators had longer period of vibration and increased damping both of which reduced the seismic base shear, axial force of battered piles for tension and compression and also moment and shear action in deck.

    Keywords: seismic performance, pile supported wharves, batter pile, seismic isolation, soil, pile, structure interaction
  • Mehdi Ezzati, Mostafa Zeinoddini Pages 95-105
    In practice, steel tubulars lack a mathematically perfect cylindrical shape, due to non-uniformities introduced during the manufacturing process, construction methods, damages incurred in the transport. The imperfections might exist in the cross section and along the tubular member. Imperfections can greatly affect the behavior of tubular members. The work presented in this paper is perusing effect of geometrical imperfections on steel tubes under monotonic axial compressive loading. An experimental model testing along with a numerical simulation approach has been employed. The small scale experiments were conducted on X70 steel pipes with diameter 44 (mm) and D/t of 22. The results showed that under monotonic loading the presence of imperfection in the tubular member leads to local buckling of the tube and has a decreasing effect on the limit stress (σ_L) and on the strain corresponding to the ultimate load (ε_L). The geometry of the imperfections introduced to the numerical model is based on the scaled down buckling mode shapes of the tubular specimen. In general, a reasonable agreement has been noticed between the experimental and the numerical results. The numerical model has then been used to study the effect of geometry of imperfection and imperfection amplitude (A), D/t and (λ/L) on the response of steel tubes to monotonic axial compressive loading. The results showed that the monotonic response was more sensitive to higher mode shapes as compared to the lower modes and to symmetric modes as compare to non-symmetric modes. The limit stress and the strain corresponding to the ultimate load decrease as imperfection amplitude increases. The stress-strain path was also found to be affected by the geometry of imperfections, D/t and the imperfection wave length. The results of the current study also shows that the tube imperfection has a more profound effect on the limit strain (ε_L) in comparison to that on the limit stress (σ_L).
    Keywords: Experimental study, Numerical study, Steel tubular members, Imperfection, Monotonic axial compressive loading, Local buckling