8.1.1 (b) Προσδιορισμός Φορτίσεων και Κριτήρια Σχεδιασμού

Transcript

1 Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης 8. Σχεδιασμός και ανάλυση θαλασσίων κατασκευών 8.1 Συστήματα θαλασσίων κατασκευών σταθερού πυθμένα (b) Προσδιορισμός Φορτίσεων και Κριτήρια Σχεδιασμού ημοσθένης Κ. Αγγελίδης Καθηγητής Θαλασσίων Έργων, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ. Αναστασία Τσολαρίδου Υποψήφια ιδάκτωρ, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ.

2 Κανονισμοί για το Σχεδιασμό Πλατφορμών Σταθερού Πυθμένα [1] American Petroleum Institute, API RP 2A-WSD, Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platfroms Working Stress Design. 21 st Edition, Washington 2000 [2] International Organization for Standardization, ISO 19902:2007 Petroleum and Natural Gas Industries Fixed Steel Offshore Structures, Switzerland 2007 [3] American Petroleum Institute, Seismic Design Procedures and Criteria for Offshore Structures FIRST EDITION, XXXXX 2014

3 ΠΕΥ Ασκούμενα Φορτία (1) (i) Μόνιμα Φορτία: σταθερά για κάθε είδος χρήσης της πλατφόρμας ίδιο βάρος πλατφόρμας βάρος μόνιμου μηχανολογικού εξοπλισμού υδροστατικές φορτίσεις επί της κατασκευής (ii) Κινητά Φορτία: επιβαλλόμενα κατά τη λειτουργία της πλατφόρμας και μεταβαλλόμενα κατά τις διάφορες χρήσεις της βάρος εξοπλισμού γεώτρησης και παραγωγής βάρος χώρων διαμονής, ελικοδρόμιου, εξοπλισμού κατάδυσης βάρος από αναλώσιμα και υγρά στους χώρους αποθήκευσης φορτία από εργασίες γεώτρησης, ελλιμενισμού πλοίων και προσγείωση ελικοπτέρων φορτία από χρήση γερανού καταστρώματος

4 ΠΕΥ Ασκούμενα Φορτία (2) (iii) Περιβαλλοντικά Φορτία: Στην περιοχή της πλατφόρμας δρουν διάφορα φυσικά φαινόμενα που μπορεί να συνεισφέρουν σε κατασκευαστικές ζημιές και λειτουργικά προβλήματα αυτής. Τα πιο σημαντικά φαινόμενα για θαλάσσιες κατασκευές είναι: άνεμος ρεύμα κύμα παλίρροια σεισμός χιόνι πάγος κίνηση γης εδαφικές συνθήκες θερμοκρασία αγκύρωση ορατότητα διακύμανση της υδροστατικής πίεσης και άνωσης σε μέλη της κατασκευής λόγω της επίδρασης κυματισμού και παλίρροιας

5 ΠΕΥ Ασκούμενα Φορτία (3) (iv) Φορτία Κατασκευής: Φορτία κατά την κατασκευή (fabrication), καθέλκυση (loadout), μεταφορά (transportation) και εγκατάσταση (installation) (v) Φορτία Αφαίρεσης και Επανεγκατάστασης: για πλατφόρμες που θα μεταφερθούν σε άλλη περιοχή προκύπτουν φορτία από την αφαίρεση (removal), φόρτωση στη μαούνα (onloading), μεταφορά (transportation), αναβάθμιση (upgrading), και επανεγκατάσταση (reinstallation) (vi) υναμικά Φορτία: επιβαλλόμενα λόγω απόκρισης της κατασκευής σε μία διέγερση κυκλικής φύσεως ή λόγω αντίδρασης σε κρουστικά φορτία π.χ. - διέγερση από κύματα, άνεμο, σεισμό, μηχανήματα - κρούσεις από φορτηγίδα ή πλοίο ελλιμενισμού επί της πλατφόρμας ή κατά τις λειτουργίες γεώτρησης

6 Περιβαλλοντικά Φορτία Λειτουργίας και Σχεδιασμού (1) Περιβαλλοντικά Φορτία Λειτουργίας: επιβαλλόμενες δυνάμεις επί της πλατφόρμας που προκύπτουν από ένα μικρότερης έντασης συμβάν που δεν είναι ιδιαιτέρως σοβαρό ώστε να περιορίζει τις κανονικές λειτουργίες της πλατφόρμας (2) Περιβαλλοντικά Φορτία Σχεδιασμού: επιβαλλόμενες δυνάμεις επί της πλατφόρμας που προκύπτουν από το επιλεγμένο συμβάν σχεδιασμού

7 Συνθήκες Φόρτισης Γενικά Οι Συνθήκες Φόρτισης της κατασκευής περιλαμβάνουν: (i) Συνθήκες Φορτίων Σχεδιασμού (ii) Συνθήκες Προσωρινών Φορτίων (iii) Σχεδιασμός Κατασκευαστικών Μελών

8 Συνθήκες Φορτίων Σχεδιασμού (1) Ο σχεδιασμός θα πρέπει να πραγματοποιηθεί για εκείνες τις συνθήκες φόρτισης που θα προκαλέσουν τις πιο σοβαρές επιπτώσεις στην κατασκευή. Αυτές οι συνθήκες φόρτισης θα πρέπει να περιλαμβάνουν περιβαλλοντικά φορτία σε συνδυασμό με τα κατάλληλα φορτία βαρύτητας και κινητά φορτία ως εξής: (1) Περιβαλλοντικά Φορτία Λειτουργίας συνδυαστικά με μόνιμα φορτία και μέγιστα κινητά φορτία που αντιστοιχούν στις κανονικές λειτουργίες της πλατφόρμας (2) Περιβαλλοντικά Φορτία Λειτουργίας συνδυαστικά με μόνιμα φορτία και ελάχιστα κινητά φορτία που αντιστοιχούν στις κανονικές λειτουργίες της πλατφόρμας

9 Συνθήκες Φορτίων Σχεδιασμού (2) (3) Περιβαλλοντικά Φορτία Σχεδιασμού συνδυαστικά με μόνιμα φορτία και μέγιστα κινητά φορτία που αντιστοιχούν σε ακραίες συνθήκες (4) Περιβαλλοντικά Φορτία Σχεδιασμού συνδυαστικά με μόνιμα φορτία και ελάχιστα κινητά φορτία που αντιστοιχούν σε ακραίες συνθήκες Σχόλιο: Τα περιβαλλοντικά φορτία, εξαιρώντας τον σεισμό που μελετάται ανεξάρτητα, θα πρέπει να συνδυάζονται κατά τρόπο συνεπή με την πιθανότητα της ταυτόχρονης εμφάνισής τους κατά τη διάρκεια της εξεταζόμενης φόρτισης

10 Συνθήκες Προσωρινών Φορτίων Προσωρινά Φορτία εμφανίζονται κατά τη την κατασκευή, τη μεταφορά, την εγκατάσταση ή την αφαίρεση και επανεγκατάσταση της κατασκευής Για τις αντίστοιχες συνθήκες φόρτισης απαιτείται ένας συνδυασμός των κατάλληλων μόνιμων φορτίων, των μέγιστων προσωρινών φορτίων, και των κατάλληλων περιβαλλοντικών φορτίων Σχεδιασμός Κατασκευαστικών Μελών Κάθε μέλος της πλατφόρμας σχεδιάζεται για την συνθήκη φόρτισης που προκαλεί τη μέγιστη τάση στο μέλος, λαμβάνοντας υπόψη την επιτρεπόμενη τάση για αυτή την συνθήκη φόρτισης που παράγει την τάση αυτή

11 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (1) Αρχικά, για μία δεδομένη κατεύθυνση κυματισμού προσδιορίζονται i. το ύψος κύματος σχεδιασμού και η αντίστοιχη κυματική περίοδος ii. το βάθος νερού θυέλλης iii. το προφίλ του ρεύματος

12 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (2) Η διαδικασία υπολογισμού της κυματικής δύναμης αφορά τα εξής βήματα: 1. Προσδιορισμός μιας φαινόμενης κυματικής περιόδου (T app ) λόγω της επίδρασης του ρεύματος στο κύμα (Doppler effect). Συγκεκριμένα, ένα ρεύμα στην διεύθυνση του κύματος τείνει να μακραίνει το μήκος του κύματος, ενώ ένα αντίθετο ρεύμα τείνει να το μικραίνει ιάδοση κυματισμού σε ομοιόμορφο συγγραμικό ρεύμα Υπολογισμός φαινόμενης περιόδου T app (κινούμενος παρατηρητής με το ρεύμα) Τ: πραγματική κυματική περίοδος (σταθερός παρατηρητής)

13 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (3) 2. Για το συγκεκριμένο ύψος κύματος Η, το βάθος νερού θυέλλης d και την κυματική περίοδο T app, η κινηματική 2D μονοχρωματικού κύματος μπορεί να υπολογιστεί βάσει της κατάλληλης τάξης κυματικής θεωρίας. Σε πολλές περιπτώσεις η θεωρία Stokes 5 ης τάξης προσφέρει ικανοποιητική ακρίβεια.

14 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (4) 3. Οι κυματικές θεωρίες δεν λαμβάνουν υπόψη τους τον διασκορπισμό της κυματικής κατεύθυνσης ή την τυχαιότητα στο προφίλ του κυματισμού που συμβαίνουν στην πραγματικότητα. Για αυτό, οι οριζόντιες συνιστώσες των σωματιδιακών ταχυτήτων και επιταχύνσεων λόγω κύματος πολλαπλασιάζονται με ένα παράγοντας κινηματικής κύματος (wave kinematics factor). π.χ. Παράγοντας κινηματικής κύματος Τροπικές καταιγίδες Ακραίες τροπικές καταιγίδες

15 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (5) 4. Η ύπαρξη της κατασκευής προκαλεί αλλαγή της κατεύθυνσης του ρεύματος. Τμήμα της αρχικής ροής μπορεί να κινηθεί τριγύρω από την κατασκευή και έτσι η ταχύτητα του ρεύματος διαμέσου της κατασκευής να μειώνεται. Για αυτό η ταχύτητα του προσπίπτοντος ρεύματος πολλαπλασιάζεται με έναν μειωτικό συντελεστή Current Blockage Factor

16 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (6) 5. Οι τοπικές προσπίπτουσες ταχύτητες και επιταχύνσεις προκύπτουν από τον διανυσματικό συνδυασμό του ισοδύναμου προφίλ ρεύματος και της κυματικής κίνησης 6. Αύξηση του πάχους από όλα τα κατασκευαστικά στοιχεία, αγωγούς, ανυψωτές (risers) και εξοπλισμούς λόγω της προστιθέμενης θαλάσσιας βλάστησης. Ταξινόμηση των κυλινδρικών στοιχείων ως «λεία» ή «τραχειά» ανάλογα με την ποσότητα της θαλάσσιας βλάστησης σε αυτά

17 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (7) 7. Καθορισμός των συντελεστών σύρσης C D και αδράνειας C Μ συναρτήσει των παραμέτρων κύματος και ρεύματος, του σχήματος των μελών της κατασκευής, της τραχύτητας (θαλάσσια βλάστηση), του μεγέθους και προσανατολισμού των μελών. Για τυπικές περιπτώσεις σχεδιασμού, οι ολικές κυματικές δυνάμεις επί της πλατφόρμας μπορούν να υπολογιστούν βάσει των επόμενων τιμών για κυλίνδρους Επιφάνεια Στοιχείου C D C Μ Λεία Τραχεία

18 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (8) 8. Shielding Effect: Καθώς τα ρεύματα αλληλεπιδρούν με τους αγωγούς της κατασκευής, στρόβιλοι παράγονται οδηγώντας σε μία μειωμένη δύναμη επί των αγωγών. Το φαινόμενο είναι εμφανές εάν οι αγωγοί της κατασκευής είναι κοντά τοποθετημένοι Μειωτικός συντελεστής κυματικής δύναμης για σταθερό ρεύμα και κυματισμούς S: απόσταση κέντρων αγωγών στην διεύθυνση του κύματος D: διάμετρος αγωγών συμπεριλαμβανομένης της θαλάσσιας βλάστησης

19 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (9) 9. Παρελκόμενα (appurtenances) στην κατασκευή (θέσεις πλεύρισης σκαφών-boat landings, προσκρουστήρες, διάδρομοι, κλιμακοστάσια κλπ) συνυπολογίζονται στο υδροδυναμικό μοντέλο της κατασκευής καθώς ο τύπος και το πλήθος των εξοπλισμών μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις ολικές κυματικές δυνάμεις. Συνήθως, τα παρελκόμενα στοιχεία μοντελάρονται ως μη κατασκευαστικά στοιχεία που συνεισφέρουν όμως αντίστοιχα φορτία. Τέλος, τα φορτία κάποιων παρελκόμενων στοιχείων μπορεί να είναι σημαντικά κατά το σχεδιασμό συγκεκριμένων στοιχείων της κατασκευής.

20 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (10) 10.Υπολογισμός των τοπικών φορτίων κυματισμού ή και ρεύματος για όλα τα στοιχεία της κατασκευής, τους αγωγούς, τους ανυψωτές και τον εξοπλισμό βάσει της εξίσωσης Morison (όταν λ/d >5: η ύπαρξη του στοιχείου δεν επηρεάζει τον προσπίπτοντα κυματισμό) F = F D = F Ι = C D = C M = Υδροδυναμική φόρτιση ανά μέτρο μήκους κάθετα στον άξονα του στοιχείου (N/m) ύναμη σύρσεως ανά μέτρο μήκους κάθετα στον άξονα του στοιχείου στο επίπεδο του άξονα του στοιχείου και της ταχύτητας (N/m) ύναμη αδράνειας ανά μέτρο μήκους κάθετα στον άξονα του στοιχείου στο επίπεδο του άξονα του στοιχείου και της επιτάχυνσης (N/m) Συντελεστής σύρσεως Συντελεστής αδράνειας ρ = Πυκνότητα του νερού (kg/m 3 ) Α= Επιφάνεια σε προβολή κάθετα στον άξονα του στοιχείου ανά μέτρο μήκους (= D για κυλίνδρους) (m 2 ) V= Εκτοπισμένος όγκος στοιχείου ανά μέτρο μήκους (= πd 2 /4 για κυλίνδρους) (m 3 ) D = u = Ισοδύναμη διάμετρος κυλινδρικού στοιχείου συμπεριλαμβανομένης και της θαλάσσιας βλάστησης (m) Συνιστώσα του διανύσματος της ταχύτητας του νερού (λόγω κύματος ή και ρεύματος) που είναι κάθετη στον άξονα του στοιχείου (m/sec)

21 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (11) 11.Οι ολικές τέμνουσες βάσης και ανατροπής υπολογίζονται από το διανυσματικό άθροισμα (α) των τοπικών δυνάμεων σύρσης και αδράνειας λόγω κυματισμών και ρευμάτων (β) των δυναμικών φορτίων κυματισμού και ρεύματος και ανεμοφορτίσεων στα εκτεθειμένα σημεία της κατασκευής Η κορυφή του κύματος θα πρέπει να τοποθετείται σε σχέση με την κατασκευή ώστε η ολικές ροπές λόγω διάτμησης και ανατροπής να είναι μέγιστες

22 Στατική Κυματική Ανάλυση Υπολογισμός κυματικής δύναμης (12) ιαδικασία Υπολογισμού υνάμεων λόγω κυματισμού και ρεύματος για Στατική Ανάλυση

23 υναμική Κυματική Ανάλυση Γενικά Τα κυματικά φορτία σε μία πλατφόρμα είναι δυναμικής φύσεως. Για τα περισσότερα βάθη σχεδιασμού, αυτά τα φορτία μπορούν να αντιπροσωπευθούν από τα στατικά ισοδύναμά τους φορτία. Όμως, για μεγάλα βάθη ή όταν οι πλατφόρμες τείνουν να είναι πιο εύκαμπτες, η δυναμική ανάλυση θεωρείται ότι περιγράψει καλύτερα την πραγματική φόρτιση

24 υναμική Κυματική Ανάλυση Γενικά Τα κυματικά φορτία σε μία πλατφόρμα είναι δυναμικής φύσεως. Για τα περισσότερα βάθη σχεδιασμού, αυτά τα φορτία μπορούν να αντιπροσωπευθούν από τα στατικά ισοδύναμά τους φορτία. Όμως, για μεγάλα βάθη ή όταν οι πλατφόρμες τείνουν να είναι πιο εύκαμπτες, η δυναμική ανάλυση θεωρείται ότι περιγράψει καλύτερα την πραγματική φόρτιση Η δυναμική ανάλυση κατασκευής σταθερού πυθμένα εφαρμόζεται όταν η θαλάσσια κυματική ενέργεια σχεδιασμού παρουσιάζει συχνότητες κοντά στις ιδιοσυχνότητες της πλατφόρμας Το περιεχόμενο της κυματικής ενέργειας έναντι της συχνότητας μπορεί να περιγραφεί από το φάσμα κυματικής ενέργειας βάσει δεδομένων μετρήσεων ή από προβλέψεις κατάλληλες για την περιοχή της κατασκευής υναμική ανάλυση πρέπει να πραγματοποιείται για guyed towers και tension leg platforms

25 υναμική Κυματική Ανάλυση κύμα, ρεύμα, άνεμος (1) Κυματισμός Για τη δυναμική ανάλυση κατασκευής σταθερού πυθμένα θεωρείται κατάλληλη η χρήση τυχαίας γραμμικής κυματικής θεωρίας Θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο τρισδιάστατος κυματικός διασκορπισμός Φαινόμενα ομάδας κυματισμών μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές δυναμικές αποκρίσεις σε compliant towers Ρεύμα Ρεύματα σχετιζόμενα με το σχεδιασμό της θαλάσσιας κατάστασης μπορούν να επηρεάσουν την δυναμική φόρτιση μέσα από το μη γραμμικό όρο της δυνάμεως σύρσης στην εξίσωση Morison και έτσι θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στην δυναμική ανάλυση

26 υναμική Κυματική Ανάλυση κύμα, ρεύμα, άνεμος (2) Άνεμος Για την ανάλυση jacket και gravity platforms ολικά φορτία παρατεταμένου ανέμου μπορούν να υπερτεθούν σε ολικά φορτία κυματισμού και ρεύματος Για guyed towers και tension leg platforms, η ανάλυση θα πρέπει να περιλαμβάνει παράλληλη επίδραση ανέμου, κύματος και ρεύματος. Ανάλογα με την περίπτωση, ίσως κρίνεται σκόπιμο να θεωρηθούν δυναμικά φορτία ανέμου

27 υναμική Κυματική Ανάλυση ύναμη ρευστού σε στοιχείο Η εξίσωση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό δυνάμεων σε στοιχεία διαφόρων τύπων πλατφόρμας (jacket και gravity) Ειδικά για guyed towers και tension leg platforms, η παραπάνω εξίσωση θα πρέπει να τροποποιηθεί για να λάβει υπόψη τη σχετική ταχύτητα βάσει της παρακάτω αντικατάστασης στον όρο της δύναμης σύρσης όπου : ταχύτητα κατασκευής κάθετα στον άξονα του στοιχείου (m/s), u = Συνιστώσα του διανύσματος της ταχύτητας του νερού (λόγω κύματος ή και ρεύματος) που είναι κάθετη στον άξονα του στοιχείου (m/sec) Φορτία ρευστού σχετιζόμενα με την επιτάχυνση της πλατφόρμας λαμβάνονται υπόψη μέσω της πρόσθετης μάζας

28 υναμική Κυματική Ανάλυση Μοντελοποίηση κατασκευής (1) Το δυναμικό μοντέλο σταθερών κατασκευών θα πρέπει να ανακλά τις βασικές αναλυτικές παραμέτρους της μάζας, απόσβεσης και δυσκαμψίας Στη μάζα περιλαμβάνεται - χάλυβας της πλατφόρμας - όλοι οι εξοπλισμοί - αγωγοί - φορτία καταστρώματος - μάζα νερού μέσα στα βυθισμένα σωληνωτά στοιχεία - μάζα θαλάσσιας βλάστησης που αναμένεται να συγκεντρωθεί επί της κατασκευής - πρόσθετη μάζα βυθισμένων στοιχείων, λαμβάνοντας υπόψη την αυξημένη διάμετρο στοιχείου λόγω θαλάσσιας βλάστησης

29 υναμική Κυματική Ανάλυση Μοντελοποίηση κατασκευής (2) Ισοδύναμες τιμές ιξώδους απόσβεσης (viscous damping) μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί για άμεσο υπολογισμό των στοιχείων απόσβεσης Για άγνωστές τιμές απόσβεσης για μια συγκεκριμένη κατασκευή, μπορεί να εφαρμοστεί συντελεστής απόσβεσης 2 % -3% για κρίσιμες αναλύσεις ακραίων κυματισμών και κάτω από 2% για κρίσιμες αναλύσεις κοπώσεως

30 υναμική Κυματική Ανάλυση Μοντελοποίηση κατασκευής (2) Ισοδύναμες τιμές ιξώδους απόσβεσης (viscous damping) μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί για άμεσο υπολογισμό των στοιχείων απόσβεσης Για άγνωστές τιμές απόσβεσης για μια συγκεκριμένη κατασκευή, μπορεί να εφαρμοστεί συντελεστής απόσβεσης 2 % -3% για κρίσιμες αναλύσεις ακραίων κυματισμών και κάτω από 2% για κρίσιμες αναλύσεις κοπώσεως Το αναλυτικό μοντέλο θα πρέπει να περιλαμβάνει την ελαστική δυσκαμψία της κατασκευής και να συμπεριλαμβάνει την αλληλεπίδραση κατασκευής/θεμελίωσης Ίσως κριθεί κατάλληλο να θεωρηθεί πιο δύσκαμπτη θεμελίωση για ανάλυση κοπώσεως από ότι για ανάλυση σε ακραίο κυματισμό Αναλυτικά μοντέλα για guyed towers θα πρέπει να περιλαμβάνουν γεωμετρική δυσκαμψία (φαινόμενα μεγάλων μετακινήσεων). υνάμεις που επηρεάζουν την γεωμετρική δυσκαμψία: φορτία βαρύτητας, άνωσης, κατακόρυφη συνιστώσα του guyline συστήματος αντίδρασης και βάρος αγωγών συμπεριλαμβανομένων και του περιεχομένου τους

31 υναμική Κυματική Ανάλυση Μέθοδοι Ανάλυσης Οι μέθοδοι χρονο-ιστορίας δυναμικής ανάλυσης προτιμώνται για την πρόβλεψη ακραίας κυματικής απόκρισης των guyed towers καθώς σε αυτές τις κατασκευές κυριαρχούν οι δυνάμεις σύρσης Το μη γραμμικό σύστημα δυσκαμψίας απαιτεί ανάλυση στο πεδίο του χρόνου για guyed towers

32 υναμική Κυματική Ανάλυση Μέθοδοι Ανάλυσης Οι μέθοδοι χρονο-ιστορίας δυναμικής ανάλυσης προτιμώνται για την πρόβλεψη ακραίας κυματικής απόκρισης των guyed towers καθώς σε αυτές τις κατασκευές κυριαρχούν οι δυνάμεις σύρσης Το μη γραμμικό σύστημα δυσκαμψίας απαιτεί ανάλυση στο πεδίο του χρόνου για guyed towers Μέθοδοι στο πεδίο των συχνοτήτων μπορεί να εφαρμοστούν κατά την ανάλυση απόκρισης σε ακραίους κυματισμούς για τον υπολογισμό του παράγοντα δυναμικής ενίσχυσης (dynamic amplification) για το συνδυασμό με στατικό φορτίο, εφόσον η γραμμικοποίηση της δύναμης σύρσης μπορεί να δικαιολογηθεί Μέθοδοι στο πεδίο των συχνοτήτων είναι συνήθως αποδεκτοί για ανάλυση κοπώσεως λόγω μικρών κυματισμών

33 Περιβαλλοντικά Φορτία Σχεδιασμού Πλατφόρμας Άνεμος Γενικά Τα φορτία του ανέμου ενεργούν στο τμήμα της κατασκευής άνωθεν της ελεύθερης επιφάνειας στου νερού, όπως επίσης σε κάθε εξοπλισμό, κτίσματα καταστρώματος και γερανούς επί της πλατφόρμας Η ταχύτητα του ανέμου ταξινομείται σε: α) μέση τιμή ριπής ανέμου διάρκειας μικρότερης από ένα λεπτό β) μέση τιμή παρατεταμένου ανέμου διάρκειας ίσης ή μεγαλύτερης από ένα λεπτό Τα ανεμολογικά δεδομένα θα πρέπει να προσαρμόζονται για πρότυπο ύψος όπως αυτό των 10m πάνω από την ελεύθερη επιφάνεια και για ορισμένο μέσο χρόνο, όπως μίας ώρας

34 Άνεμος ταχύτητες σχεδιασμού (1) Τα παρακάτω θα πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τον καθορισμό κατάλληλων ταχυτήτων σχεδιασμού για Συνήθεις Συνθήκες: 1. την συχνότητα εμφάνισης ταχύτητας καθορισμένου παρατεταμένου ανέμου διαφόρων κατευθύνσεων για κάθε μήνα ή εποχή 2. την ύπαρξη παρατεταμένων ταχυτήτων ανέμου πάνω από ορισμένα όρια για κάθε μήνα ή εποχή 3. την πιθανή ταχύτητα ριπών ανέμου σε σχέση με τις ταχύτητες παρατεταμένων ανέμων

35 Άνεμος ταχύτητες σχεδιασμού (2) για Ακραίες Συνθήκες: Θα πρέπει να αναπτυχθούν προβλεπόμενες ακραίες ταχύτητες ανέμου καθορισμένων διευθύνσεων και μέσες περίοδοι ως συνάρτηση του διαστήματος επανεμφάνισής τους. Θα πρέπει να δοθούν δεδομένα σχετικά με: 1. την περιοχή μέτρησης, την ημερομηνία εμφάνισης, το μέγεθος των μετρημένων ταχυτήτων ριπών ανέμου και παρατεταμένων ανέμων και τις διευθύνσεις ανέμων για τα καταγεγραμμένα δεδομένα ανέμου χρησιμοποιούμενα κατά την ανάπτυξη των προβλεπόμενων ακραίων ανέμων 2. τον προβλεπόμενο αριθμό περιπτώσεων για καθορισμένο χρόνο ζωής κατασκευής όταν οι ταχύτητες του παρατεταμένου ανέμου από καθορισμένες κατευθύνσεις θα πρέπει να περάσουν ένα ορισμένο κατώτατο όριο ανέμου

36 Ιδιότητες ανέμου Η ταχύτητα του ανέμου σε μέγεθος και διεύθυνση αλλάζει χωρικά και χρονικά Σε κλίμακα μήκους μεγάλων θαλασσίων κατασκευών, στατιστικά στοιχεία ανέμου (π.χ. μέση και τυπική απόκλιση ταχύτητας) για χρονικά διαστήματα μίας ώρας δεν αλλάζουν οριζόντια αλλά αλλάζουν με το υψόμετρο (συντελεστής προφίλ) Οι τιμές των ταχυτήτων του ανέμου έχουν ουσιαστική σημασία αν ποσοτικοποιούνται βάσει του υψομέτρου τους και της διάρκειάς τους

37 Προφίλ ανέμου και ριπών Για, η ταχύτητα σχεδιασμού του ανέμου u (z, t) (ft/s) σε ύψος z (ft) πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και για μέση χρονική περίοδο t(s) [όπου t <t o ; t o = 3600 sec] δίνεται από: όπου η μέση ταχύτητα ανέμου μίας ώρας U(z) (ft/s) σε ύψος z (ft) δίνεται από: και η τυρβώδης ένταση Ι u (z) σε ύψος z (ft) δίνεται από: όπου Uo (ft/s) η μέση ταχύτητα ανέμου μίας ώρας σε ύψος 32.8 ft

38 Φάσμα ανέμου Για κατασκευές και κατασκευαστικά στοιχεία για τα οποία η δυναμική συμπεριφορά του ανέμου είναι σημαντική, το παρακάτω φάσμα ανέμου ενός σημείου μπορεί να εφαρμοστεί για την πυκνότητα ενέργειας των διακυμάνσεων διαμήκους ταχύτητας ανέμου όπου, n = 0.468, S(f) (ft 2 /s 2 /Hz ) = φασματική ενεργειακή πυκνότητα σε συχνότητα f (Hz) z (ft) = ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας Uo (ft/s) = μέση ταχύτητα ανέμου μίας ώρας σε ύψος 32.8 ft

39 Ταχύτητα ανέμου και φορτίο ανέμου Η δύναμη σύρσης ανέμου σε ένα σώμα υπολογίζεται βάσει της εξίσωσης: όπου, F = φορτίο ανέμου ρ = πυκνότητα αέρα, (slug/ft 3, slugs/ft 3 για σταθερή θερμοκρασία και πίεση), m = ταχύτητα ανέμου(ft/s), C S = συντελεστής σχήματος A = επιφάνεια σώματος(ft 2 ) Για κάθετη άσκηση ανέμου επί των επιφανειών προτείνονται οι εξής C S οκοί 1.5 Επιφάνειες κτισμάτων 1.5 Κυλινδρικά στοιχεία 0.5 Ολική επιφάνεια προβαλλόμενη πλατφόρμας 1.0

40 Περιβαλλοντικά Φορτία Σχεδιασμού Πλατφόρμας Ρεύμα Γενικά Το ολικό ρεύμα είναι το διανυσματικό άθροισμα των ρευμάτων παλίρροιας, κυκλοφορίας και θυέλλης Το σχετικό μέγεθος αυτών των συνιστωσών, και άρα η σημασία τους για τον υπολογισμό φορτίων, αλλάζει με την θαλάσσια περιοχή Η μεταβολή της ταχύτητας του ρεύματος και της διεύθυνσης με το βάθος θα πρέπει να μελετηθεί από ωκεανογράφο

41 Κατηγορίες Θαλάσσιων Κατασκευών: Κατασκευές Σταθερά Εδραζόμενες στον Πυθμένα