(8.1.8) Υπολογιστικά Συστήματα Ανάλυσης και Σχεδιασμού Θαλάσσιων Κατασκευών

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 (8.1.8) Υπολογιστικά Συστήματα Ανάλυσης και Σχεδιασμού Βασίλειος Μαματσόπουλος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., Construction Support Engineer, Archirodon N.V. ημοσθένης Αγγελίδης Καθηγητής Θαλασσίων Έργων, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ.

2 MicroSAS Micro Computer Structural Analysis System A Computer System for the Analysis and Design of Offshore Structures J Ray McDermott Engineering, LLC

3 Ιστορική Εξέλιξη του Λογισμικού (1) Πρώτη πλατφόρμα τύπου δικτυώματος (jacket) Χρήση υπολογισμών με το χέρι οι οποίοι τυποποιήθηκαν στο πρώτο λογισμικό της McDermott. 2D Λογισμικό 'Jacket Series' - εκαετία Χρήση του λογισμικού STRESS που αναπτύχθηκε στο MIT για την πραγματοποίηση των αριθμητικών αναλύσεων. ημιουργία (in-house) των pre- & post-processors. 3D Λογισμικό 'SDB', 'CADAD' - εκαετία Χρήση του λογισμικού STRUDL που αναπτύχθηκε στο MIT για την πραγματοποίηση των κατασκευαστικών αναλύσεων (structural analysis). ημιουργία (in-house) των pre- & post-processors. Κύριο Σύστημα Πλαισίου (χρήση πολύ ακριβών υπολογιστικών συστημάτων ως servers)

4 Ιστορική Εξέλιξη του Λογισμικού (2) Ανάπτυξη του Λογισμικού MicroSAS Η ανάπτυξη του λογισμικού ξεκίνησε στο Engineering Development Department της McDermott στα μέσα της δεκαετίας του Αναπτύχθηκε με στόχο την χρήση του στο τμήμα Έρευνας και Ανάπτυξης της McDermott για βαθιά νερά (deep water R&D Department), ιδίως για την μελέτη των Compliant Towers. Η χρήση Η/Υ βοήθησε ώστε το λογισμικό να γίνει ταχύτερο, φθηνότερο και επέτρεψε την ανάπτυξη και την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των κατασκευών. Υιοθετήθηκε ως σύστημα σχεδιασμού της McDermott στα τέλη της δεκαετίας του 1980, αντικαθιστώντας το Κύριο Σύστημα Πλαισίου. ιαρκής ανάπτυξη του λογισμικού με έμφαση τις κατασκευές σε βαθειά νερά. Milestone Χρησιμοποιήθηκε στο σχεδιασμό του πρώτου παγκοσμίως ελεύθερα εδραζόμενου Compliant Tower το 1996 (Baldpate m Louisiana). Πρόσθετα χαρακτηριστικά και δυνατότητες σχεδιασμού εισάγονται κάθε χρόνο.

5 Ιστορική Εξέλιξη του Λογισμικού (3) Baldpate (oil platform) Complaint Tower 502,3m (1648 ft) Fabrication Yard Analysis Model The Baldpate Platform in the Gulf of Mexico Installation of the Baldpate Jacket

6 Χρήση του λογισμικού στη βιομηχανία πετρελαίου (1) Χρήση του λογισμικού MicroSAS στο σχεδιασμό κατασκευών για τους ακόλουθους πελάτες της McDermott Engineering ExxonMobil Shell BP ChevronTexaco ConocoPhillips Marathon Amerada Hess TotalFinaElf Murphy Dominion Pemex Arco Forest Oil Freeport-Mc Moran Kerr-McGee Unocal Qatar Petroleum ONGC British Gas RasGas Ras Laffan LNG Co. Ltd. Dolphin Energy Limited AIOC Occidental Meridian

7 Χρήση του λογισμικού στη βιομηχανία πετρελαίου (2) Τα σημαντικότερα έργα που σχεδιάστηκαν με το λογισμικό MicroSAS Project Install Year Project Name Location Client Water Depth (ft) Comments 1989 Kileaua Gulf of Mexico Texaco 622 Design, fab & install engineering 1990 Sulphur Mine Gulf of Mexico Freeport-McMoRan 215 Design, fab & install engineering - deck, bridges & jackets 1991 Amberjack Gulf of Mexico BP 1030 Design & install engineering - jacket 1994 Lobster Gulf of Mexico Marathon 775 Jacket & deck;detail design & installation engineering 1994 Pompano Gulf of Mexico BP 1290 Design & fab engineering - jacket 1995 Baldpate Compliant Tower Gulf of Mexico Amerada Hess 1648 Compliant Tower Detail Design 1996 Neptune Gulf of Mexico Kerr McGee 1930 Hull install engr; design, fab & install engineering 1997 Cinnamon Tripod Platform Gulf of Mexico Shell 670 Design and Fabrication. Deepest tripod in gulf of Mexico 1998 Ras Laffan Qatar, North Fld Mobil-QGPC 200 Design, fab & install engineering - deck, bridges & jackets 1999 Genesis Gulf of Mexico Chevron 2595 Spar -Three level Drilling and Production Topsides Design 1999 Bay of Campeche Platforms Gulf of Mexico PEMEX Requalification of Structures after Hurricane Roxanne 2000 Petronius Compliant Tower Gulf of Mexico Texaco 1750 Inplace design 2001 Hibiscus Offshore Trinidad British Gas 498 Design, fab & installation engineering 2002 Carina and Aries Platforms Argentina TOTAL 263 Inplace design, transportation and fabrication 2003 Medusa Gulf of Mexico Murphy 2200 Design, fab & install engineering - Hull, topsides & piles 2004 Front Runner Gulf of Mexico Murphy 3330 Design, fab & install engineering - Hull, topsides & piles 2004 Devil's Tower Gulf of Mexico Dominion 5610 Design, fab & install engineering - Hull, topsides & piles

8 Οι κύριες δυνατότητες του λογισμικού (1) Μοντελοποίηση ιαδραστικό γραφικό περιβάλλον σχεδιασμού για την δημιουργία και διατήρηση των μοντέλων καθώς επίσης και την απεικόνιση των αποτελεσμάτων ανάλυσης. Μοντελοποίηση του εξοπλισμού και των εξαρτημάτων και η παραγωγή φορτίων από αυτά στη φέρουσα κατασκευή (ίδιο βάρος, αδρανειακά λόγω δονήσεων, φορτία από άνεμο ή κύμα κ.α.). Παραγωγή φορτίων βαρύτητας (ίδιο βάρος δομικών στοιχείων). Περιβαλλοντικά Φορτία: Κύμα, Θαλάσσια Ρεύματα, Άνεμος, Σεισμικές ονήσεις, Θαλάσσια Βλάστηση, Άνωση. Αδρανειακά φορτία λόγω καθορισμένων επιταχύνσεων. Αδρανειακά φορτία λόγω των ιδιομορφών (δυναμική ανάλυση της κατασκευής).

9 Οι κύριες δυνατότητες του λογισμικού (2) Ανάλυση & Σχεδιασμός Γραμμική Στατική Ανάλυση. Στατική Σύμπτυξη Βαθμών Ελευθερίας (χρήση στοιχείων Super Element) [κυρίως σε περιπτώσεις περίπλοκων και μεγάλων καταστρωμάτων με παρουσία σύνθετου μηχανολογικού εξοπλισμού] Ανάλυση αλληλεπίδρασης πασσάλου-εδάφους-κατασκευής κάνοντας χρήση πλήρους μοντέλου πασσαλοθεμελίωσης. Έλεγχος διατομών με βάση τις ισχύουσες κανονιστικές διατάξεις (σωληνοειδή μέλη, κόμβοι με σωληνοειδή σκέλη, πρότυπες ελατές διατομές, λεπίδες ενίσχυσης, επίπεδα ή καμπύλα κελύφη)

10 Οι κύριες δυνατότητες του λογισμικού (3) Δυναμική Ανάλυση Επίλυση ιδιοσυχνοτήτων και ιδιομορφών (Eigen Value Analysis). Σεισμική υναμική Φασματική Ανάλυση (Earthquake Response Spectrum Analysis) Γραμμική υναμική Ανάλυση Χρονοϊστορίας μιας κατασκευής υποβαλλόμενης σε κανονικούς κυματισμούς, τυχαίους κυματισμούς, εδαφικές επιταχύνσεις και γενικά σε χρονικά μεταβαλλόμενα φορτία (Time Domain Analysis). Ανάλυση στο πεδίο των συχνοτήτων για κατασκευές υποβαλλόμενες σε κανονικούς κυματισμούς (Frequency Domain Analysis).

11 Οι κύριες δυνατότητες του λογισμικού (4) Μη γραμμική Ανάλυση Στατική Υπερωθητική Μη Γραμμική Ανάλυση με γεωμετρικές μη γραμμικότητες και μη γραμμικότητες υλικού (Incremental Non-Linear Static Analysis Pushover Analysis). Μη Γραμμική υναμική Ανάλυση σε κατασκευές υποβαλλόμενες σε κανονικούς κυματισμούς, τυχαίους κυματισμούς, σεισμικές δονήσεις και γενικώς χρονικά μεταβαλλόμενα φορτία συμπεριλαμβάνοντας στην ανάλυση γεωμετρικές μη γραμμικότητες και μη γραμμικότητες υλικού (Non-Linear Dynamic Analysis).

12 Οι κύριες δυνατότητες του λογισμικού (5) Ανάλυση Κοπώσεως Φασματική και ιακριτοποιημένη Ανάλυση Κοπώσεως για σωληνοειδείς κόμβους. Φασματική και ιακριτοποιημένη Ανάλυση Κοπώσεως για πρότυπες ελατές διατομές. Φασματική Ανάλυση Κοπώσεως πεπερασμένων στοιχείων κάνοντας χρήση κυρίων τάσεων. Ανάλυση Κοπώσεως σε Τυχαίους Κυματισμούς χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο rain-flow counting.

13 Οι κύριες δυνατότητες του λογισμικού (6) Επανασχεδιασμός της κατασκευής Επανασχεδιασμός μελών και κόμβων μετά την διεξαγωγή των απαιτούμενων κανονιστικών ελέγχων σύμφωνα με τις ισχύουσες διατάξεις. υνατότητα επανασχεδιασμού στοιχείου μεμονωμένα με βάση επιλεγμένους κανόνες που θέτει ο χρήστης (π.χ. επιλεγμένα πάχη διατομών, ελάχιστη εσωτερική διάμετρος μέλους κ.α.) υνατότητα επανασχεδιασμού στοιχείων (μέλη ή κόμβοι) σε ομάδες τις οποίες καθορίζει ο χρήστης. Η μέθοδος αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική σε περίπτωση επανασχεδιασμού στοιχείων της φέρουσας δικτυωτής κατασκευής όπου εκεί θα πρέπει ο επανασχεδιασμός να πραγματοποιείται συμμετρικά.

14 Τύποι κατασκευών προς ανάλυση και σχεδιασμό (1) (α) ΠΕΥ τύπου ικτυώματος (Jacket Platforms)

15 Τύποι κατασκευών προς ανάλυση και σχεδιασμό (2) (β) Εύκαμπτοι Πύργοι (Compliant Towers)

16 Τύποι κατασκευών προς ανάλυση και σχεδιασμό (3) (γ) Guyed Tower

17 Τύποι κατασκευών προς ανάλυση και σχεδιασμό (4) (δ) Φορτηγίδες τύπου Jack-up

18 Τύποι κατασκευών προς ανάλυση και σχεδιασμό (5) (ε) Tension Leg Platform (TLP)

19 Τύποι κατασκευών προς ανάλυση και σχεδιασμό (6) (στ) SPAR Platform (SP) υνατότητα εισαγωγής δυνάμεων πλεύσης για τις κατασκευές τύπου SPAR (έλεγχος ευστάθειας της κατασκευής στην διάρκεια ενός τυχαίου κυματικού φαινομένου)

20 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (1)

24 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (5) MICROSAS COMMAND LANGUAGE Η γλώσσα προγραμματισμού του MicroSAS είναι απλής σύνταξης, αγγλόφωνη και μέσω της οποίας επιτυγχάνεται η αλληλεπίδραση του χρήστη με το λειτουργικό σύστημα του λογισμικού. Με τον τρόπο αυτό προετοιμάζονται όλα τα αρχεία εισόδου με τα οποία ενεργοποιούνται τα διάφορα modules του προγράμματος. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΛΩΣΣΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ: Μεταβλητές και συστοιχίες που καθορίζονται από τον χρήστη. Λογικές και Αλγεβρικές Εκφράσεις. Εντολές μέσω των οποίων επιτυγχάνεται ο έλεγχος της σειράς εκτέλεσης κάποιων έντολών, συμπεριλαμβάνονται καταστάσεις IF και επαναλήψεις FOR. Πρότυπα Εντολών και Μακροεντολές με εισαγωγή παραμέτρων. Υποστηρίζει την εκτέλεση εντολών MS-DOS και εφαρμογών Windows.

25 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (6) UNITS METERS KN KG RAD ADD JOINT COORDINATES 1214 X Y Z D7003A X Y Z TRUNJ001 X Y Z ADD MEMBER INCIDENCES TYPE TUBE B1592B B1160B B1142 TRUN001 TRUNJ003 TRUNJ001 UNITS INCHES KIPS KIPM ADD MATERIAL PROPERTIES STEEL-36 E G DEN FY 36 FTENS 58 ADD SECTION PROPERTIES TYPE TUBE D T D T 25.4 UNITS METERS KN KG RAD ADD LOADING EQUIP-DRY-05 DRY EQUIPMENT JOINT LOADS 20378A FORCE Y B FORCE Y MEMBER LOADS D3167 FORCE Y GLO LIN ABS LA 3.2 LB WA WB D3146 FORCE Y GLO CONC ABS L 3.25 P ADD LOADING STORM-000 DESIGN LOAD COMBINE - JACKET- DEAD 1.15 WAVE WIND $$ Shell variables and FOR Loop SET INP INPUTS\LDS\ SET OUT OUTPUTS\LDS\ FOR X INSIDE WAVELOAD {INP}WAVE{X} {OUT}WAVE{X} END

26 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (7) ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ Η μοντελοποίηση μπορεί να πραγματοποιηθεί διαδραστικά χρησιμοποιώντας το γραφικό περιβάλλον του λογισμικού, Interactive Graphics Modeler (IGM), εντός του παραθύρου Model View. Η μοντελοποίηση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας ένα σύνολο εντολών στην γλώσσα προγραμματισμού του λογισμικού, Model Definition Language (MDL), εντός του παραθύρου Worksheet. Τυπικά τα μοντέλα των κατασκευών δημιουργούνται και διατηρούνται χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό τόσο του γραφικού περιβάλλοντος IGM όσο και της γλώσσας προγραμματισμού MDL.

27 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (8) ASSIGNING PROPERTIES INTERACTIVELY

28 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (9) ASSIGNING PROPERTIES USING MDL COMMANDS ADD UNITS INCHES KIPS KIPM MATERIAL PRPERTIES ASTM_A572_50 E G DEN e-004 FY 36 FTENS 65 SECTION PROPERTIES TYPE TUBE 36C D1 36 T D2 42 T $ Cone section UNITS METERS ADD MEMBER SEGMENT PROPERTIES $ Syntax: member-names seg# seg-length material-name section-name SEGMENT ST_A $ Members 187 & 823 SEGMENT ST_A T25 - SEGMENT ST_S

29 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (10) ADDING GROUPS INTERACTIVELY

30 Γραφικό Περιβάλλον VS Γλώσσα Προγραμματισμού (11) ADDING GROUPS USING MDL COMMANDS ADD GROUP CONDUCTORS Contains all conductors MEMBER - C113 C114 C115 C213 C214 C215 - C313 C314 C315 C110 C111 C112 - C210 C211 C212 C310 C311 C312 - C107 C108 C109 C207 C208 C209 - C307 C308 C309 C104 C105 C106 - C204 C205 C206 C304 C305 C306 - C101 C102 C103 C201 C202 C203 - C301 C302 C303 C001 C002 C003 - C004 C005 C006 C007 C008 C009 - C010 C011 C012 C013 C014 C015 - C408

31 Οργάνωση Φακέλων του Λογισμικού DB Contains model data base DOCUMENTS - Contains spreadsheets, word processing documents, model sketches, etc. GEO Contains text files used to maintain the data base INPUTS Contains text files with input commands used by various modules MSGS Contains diagnostic messages OUTPUTS - Contains data base reports and results generated by the various modules SCRIPTS Contains macro command files

32 Οντότητες Μοντελοποίησης (1) ΚΟΜΒΟΙ (JOINTS) ΜΕΛΗ (MEMBERS) οκοί - Beams (General Shapes, I, T, Box, Channels, Angles) Σωληνοειδή και Σωληνοειδή περιέχοντα ένεμα - Tubular and Grouted Γραμμικά και Μη Γραμμικά Ελατήρια - Linear and Nonlinear spring elements Γεωμετρικώς μη γραμμικά στοιχεία δικτυώματος και καλωδίωσης - Geometrically nonlinear trusses and cables ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ (FINITE ELEMENTS) 3-κομβα και 4-κομβα στοιχεία Πλάκας/Κελύφους - 3 and 4 node Plate/Shell elements ΥΛΙΚΑ (MATERIALS) Ελαστικά - Elastic Μη Γραμμικά Nonlinear (Νόμοι Υλικού)

33 Οντότητες Μοντελοποίησης (2) ΙΑΤΟΜΕΣ (SECTIONS) οκοί - Beams (General Shapes, I, T, Box, Channels, Angles) Σωληνοειδή και Σωληνοειδή περιέχοντα ένεμα - Tubular and Grouted Μητρώο υσκαμψίας - Stiffness Matrix ΣΤΗΡΙΞΕΙΣ (CONSTRAINTS) Άκαμπτες και Εύκαμπτες Στηρίξεις - Rigid and flexible supports Στηρίξεις εξίσωσης μετακινήσεων - Equal displacement constraints Συνθήκες στήριξης που υπακούουν σε εξισώσεις - Constraint equations ΦΟΡΤΙΣΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ (LOAD CASES) Χρησιμοποιούνται ώστε να αποθηκεύσουν τα πολυάριθμα εφαρμοζόμενα φορτία που ασκούνται στην κατασκευή καθώς επίσης και αποτελέσματα αναλύσεων. Ανεξάρτητες Φορτιστικές Καταστάσεις - Independent (basic loading conditions) Εξαρτημένες Φορτιστικές Καταστάσεις - Dependent (combinations)

34 Οντότητες Μοντελοποίησης (3) ΜΑΖΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ (MASS CASES) Χρησιμοποιούνται ώστε να αποθηκεύσουν τις πολυάριθμες μαζικές καταστάσεις που απαιτούνται για την δυναμική ανάλυση της κατασκευής. Ανεξάρτητες Μαζικές Καταστάσεις - Independent (basic mass conditions) Εξαρτημένες Μαζικές Καταστάσεις - Dependent (combinations) ΟΜΑ ΕΣ (GROUPS) Χρησιμοποιούνται για να ομαδοποιήσουν κόμβους, μέλη, φορτιστικές καταστάσεις, μαζικές καταστάσεις, εξοπλισμούς και εξαρτήματα. εν υπάρχουν περιορισμοί στον αριθμό των ομάδων στις οποίες θα συμμετέχει μια κατασκευαστική οντότητα. Τυπικά ένα μέλος ανήκει σε περισσότερες από μία ομάδες. Μια ομάδα μπορεί να εμπεριέχει όλες τις μορφές κατασκευαστικών οντοτήτων οι οποίες ίσως ταυτόχρονα να ανήκουν σε διαφορετικές ομάδες.

35 Οντότητες Μοντελοποίησης (4) ΠΕΡΙΟΧΕΣ (REGIONS) Χρησιμοποιούνται ώστε να αναγνωρίζονται κομμάτια της κατασκευής με όνομα το οποίο επιλέγεται από τον χρήστη. Μορφές: Επίπεδα, Όγκοι (Κύβοι, Κύλινδροι). ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΙ (EQUIPMENT) Χρησιμοποιούνται για την μοντελοποίηση του εξοπλισμού ο οποίος βρίσκεται στα πατώματα των κτιρίων, των αποθηκών και των καταστρωμάτων σε πλατφόρμες σταθερού πυθμένα ή πλωτές κατασκευές. Εμπεριέχονται τέσσερα είδη βάρους: Test, Dry, Operational, Storm Είδη στήριξης εξοπλισμού: Κύριες οκοί Καταστρώματος (Deck Beams), Καδρόνια ως βάση (Skids), Τάκοι (Hard Points), Σαμάρια (Saddles), Ανάλυση κατανομής δυνάμεων (Reaction Coefficients). Παραγωγή φορτίων: Βαρύτητα, Αδράνεια, Κύμα και Άνεμος. Παραγωγή μαζών: Μάζες για την δυναμική ανάλυση της κατασκευής.

36 Οντότητες Μοντελοποίησης (5) ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΑ ΦΟΡΤΙΑ (AREA LOADS) Χρησιμοποιούνται για την μοντελοποίηση ομοιόμορφων μόνιμων και κινητών φορτίων. Παραγωγή φορτίων: Βαρύτητα και Αδράνεια. ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ (APPURTENANCES) Χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν τόσο κατασκευαστικά (φέροντα) όσο και μη κατασκευαστικά (μη φέροντα) στοιχεία της κατασκευής τα οποία δεν μοντελοποιούνται τυπικά. Προσαρτώνται σε κόμβους, μέλη ή τοποθετούνται σε πολλαπλούς κόμβους ή/και μέλη. Παραγωγή φορτίων: Βαρύτητα, Αδράνεια, Κύμα, Άνεμος και Θαλάσσια Βλάστηση. Παραγωγή μαζών: Μάζα από ίδιο βάρος, Πρόσθετη μάζα, Μάζα από παγιδευμένο νερό σε σωληνοειδή μέλη και Μάζα θαλάσσιας βλάστησης.

37 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (1) EQUIPMENT CG height CG height yc o zc yc X zlen o zc X Z xc Z xc xlen od Box enclosed equipment Cylindrical equipment

38 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (2) EQUIPMENT SUPPORT Deck Beams Support

39 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (3) EQUIPMENT SUPPORT Skids Support

40 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (4) EQUIPMENT SUPPORT Saddles Support

41 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (5) EQUIPMENT SUPPORT

42 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (6) Μορφές Εξαρτημάτων : APPURTENANCES Εξαρτήματα τα οποία αντιπροσωπεύουν συγκεντρωμένα ή κατανεμημένα φορτία - Lumped and Uniform Appurtenance. Άνοδοι Καθοδικής Προστασίας Anodes. Σωληνοειδή Εξαρτήματα Tubular. Εξαρτήματα μορφής πλάκας Plate. ακτυλίδια που τοποθετούνται στην ένωση μεταξύ πασσάλων-ποδιών και καταστρώματος Crown Shim. ακτυλίδια ενίσχυσης μελών και κόμβων Rings. Λεπίδες ενίσχυσης κορμού πρότυπων ελατών διατομών - Plate Stiffeners. άπεδα Plating. Εξαρτήματα Λεπτομερειών (Ειδική Ομάδα η οποία αποκλείεται κατά την ανάλυση της κατασκευής) Details.

43 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (7) APPURTENANCES LUMPED APPURTENANCE TYPE Y xlen appurtenance zlen origin height enclosing box support points i X PARAMETERS: Weight, Volume, Drag Areas, Surface Area, Drag, Inertia, Added Mass and Wind Shape Coefficients Z

44 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (8) APPURTENANCES ANODE APPURTENANCE TYPE length Cross TOMH section A 195 A Sy Sx A top-width 76 SCH 80 PIPE height od DOUBLER 20x200x200 RADIUS TO MATCH OUTSIDE RADIOUS OF SUPPORTING MEMBER bot-width BOX cross-section CYLINDER cross-section

45 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (9) APPURTENANCES CROWN SHIM APPURTENANCE TYPE

46 Εξοπλισμοί και Εξαρτήματα (10) APPURTENANCES RINGS APPURTENANCE TYPE

47 Μοντελοποίηση Κόμβων (1) ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΟΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΟΜΒΩΝ ΜΕ ΚΥΛΙΝ ΡΙΚΑ ΣΤΕΛΕΧΗ ISO 19902: 2007

48 Μοντελοποίηση Κόμβων (2) ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΚΟΜΒΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗΝ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕ ΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ISO 19902: 2007

49 Μοντελοποίηση Κόμβων (3) ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΚΟΜΒΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗΝ ΕΚΑΣΤΟΤΕ ΦΟΡΤΙΣΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ISO 19902: 2007

50 Μοντελοποίηση Κόμβων (4) IN-PLANE JOINT DETAILING

51 Μοντελοποίηση Κόμβων (5) OUT-OF-PLANE JOINT DETAILING

52 Μοντελοποίηση Κόμβων (6) AXIAL ECCENTRICITIES AND OFFSETS

53 Μοντελοποίηση Κόμβων (7) IN-PLANE & OUT-OF-PLANE ECCENTRICITIES

54 Πηγές μη γραμμικότητας στις αναλύσεις (1) Αλληλεπίδραση κατασκευής υγρού (μηγραμμικέςδυνάμειςτριβήςεξαιτίας της σχετικής ταχύτητας κατασκευής και μορίων του νερού). Εξίσωση Morison (συμπερίληψη ευκαμψίας) 2 2 D du(t) dv(t) D du(t) F(t) CM 1 4 dt dt 4 dt 1 CD D u(t) U v(t) u(t) U v(t) 2 Όρος Froude - Krylov Μη γραμμική συμπεριφορά του υλικού των μελών. Γεωμετρική μη γραμμικότητα λόγω μεγάλων παραμορφώσεων (λίγο πριν την αστοχία της κατασκευής) Στήσιμο των γεωμετρικών μητρώων δυσκαμψίας. Μη γραμμική συμπεριφορά εδάφους (μέσω των προτεινόμενων μοντέλων).

55 Πηγές μη γραμμικότητας στις αναλύσεις (2) ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΤΩΝ ΜΕΛΩΝ Το λογισμικό MicroSAS II δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να επιλέξει μεταξύ καθορισμένων επιλογών την μη γραμμική συμπεριφορά κάθε μέλους. Προφανώς αυτό προϋποθέτει από τον μελετητή μηχανικό να μπορεί να προβλέπει την μορφή απόκρισης του κάθε μέλους ανάλογα με την θέση που απαρτίζει στο δομικό σύστημα της εν λόγω κατασκευής. Οι διαθέσιμες επιλογές απόκρισης ενός μέλους είναι: Στοιχείο συμπεριφοράς οκού-στύλου (Beam-Column Element). Στοιχείο ικτυώματος (Truss Element). Στοιχείο Καλωδίωσης (Cable Element). Στοιχείο Strut (Strut Element). Στοιχείο Strut-Beam (Strut-Beam Element).

56 Πηγές μη γραμμικότητας στις αναλύσεις (3) ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΤΩΝ ΜΕΛΩΝ Μοντέλα Συμπεριφοράς οκού-στύλου (Beam-Column Element) Η διαρροή θεωρείται συγκεντρωμένη υπό την μορφή πλαστικών αρθρώσεων στα άκρα των μελών. Η επιφάνεια διαρροής ορίζεται από εμπειρικά κριτήρια. Οι επιφάνειες διαρροής επιτρέπεται να έχουν κινηματική μετελαστική κράτυνση. Η μη γραμμικότητα του υλικού ενός στοιχείου περιγράφεται μέσω της μεθόδου της πλαστικής ζώνης. Η μοντελοποίηση της συμπεριφοράς του στοιχείου επιτυγχάνεται μέσω μιας σχέσης τάσεων-ανηγμένων παραμορφώσεων τόσο σε επίπεδο διατομής όσο και κατά μήκος του μέλους. Η σχέση τάσεων-ανηγμένων παραμορφώσεων θεωρείται ότι είναι ελαστοπλαστική και ακολουθεί την συνθήκη διαρροής Von Mises με ισοτροπική κράτυνση.

57 Πηγές μη γραμμικότητας στις αναλύσεις (4) ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΤΩΝ ΜΕΛΩΝ Στοιχείο Strut-Beam (Strut-Beam Element) Το στοιχείο Strut-Beam χρησιμοποιείται με στόχο την μοντελοποίηση της αξονικής συμπεριφοράς ενός στοιχείου brace σε μια κατασκευή. Επιπρόσθετα, η καμπτική δυσκαμψία του στοιχείου λαμβάνεται υπόψη. Το διάγραμμα δύναμηςπαραμόρφωσης που ακολουθεί περιγράφει με λεπτομέρεια την απόκριση ενός τέτοιου στοιχείου:

58 Πηγές μη γραμμικότητας στις αναλύσεις (5) ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΤΩΝ ΜΕΛΩΝ ΣΥΝΗΘΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΜΕΛΩΝ ΣΕ ΜΙΑ Π.Ε.Υ. ΤΥΠΟΥ ΙΚΤΥΩΜΑΤΟΣ (JACKET)

59 Εισαγωγή στοιχείων θεμελίωσης (1) ΚΑΜΠΥΛΕΣ P-Y ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΤΡΙΒΗΣ - ΒΑΘΟΣ P Y Ε ΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ε ΑΦΟΥΣ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΕΙΣΕΣ ΣΤΟ ΠΕ ΙΟ Ε ΑΦΟΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ

60 Εισαγωγή στοιχείων θεμελίωσης (2) Y (global) ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ Z X A y (local) z A Λεπτομερές μοντέλο θεμελίωσης με χρήση στοιχείων δοκού-στύλου (beam-column elements) για τις σωρούς των πασσάλων και μη γραμμικά ελατήρια για το έδαφος μέσω των καμπυλών P-Y, T-Z & Q-Z. T ΤΟΜΗ Α-Α y' θ Uy y Uz z καμπύλες αντίστασης αιχμής (όχι εφελκυσμός) p y Απλοποιημένο μοντέλο θεμελίωσης με το οποίο επιτυγχάνεται η γραμμικοποίηση του εδάφους για την συγκεκριμένη πάντα στάθμη φόρτισης. Το μοντέλο αυτό περιλαμβάνει τέσσερα παραγόμενα ελαστικά μητρώα δυσκαμψίας [6x6], από ένα στην κεφαλή κάθε πασσάλου. z z' Χρήση του module SPIA (Soil-Pile Interaction Analysis). Ακατάλληλο σε περίπτωση αναλύσεων χρονοϊστορίας.

61 Εισαγωγή στοιχείων θεμελίωσης (3) ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΑΚΡΙΒΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ ΚΑΙ ΠΑΣΣΑΛΩΝ (ΛΑΜΒΑΝΕΙ ΥΠΟΨΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ - ΑΝΩΔΟΜΗΣ) ΧΡΟΝΟΒΟΡΟ (ΠΕΝΤΑΠΛΑΣΙΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΑΠΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΜΟΝΤΕΛΟ)

62 Εισαγωγή στοιχείων θεμελίωσης (4) ΑΠΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΑΡΚΕΤΑ ΑΚΡΙΒΕΣ ΓΙΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΟΠΟΥ Η ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΕΙΝΑΙ ΚΑΛΗ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΔΕΔΟΜΕΝΗ ΣΤΑΘΜΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ & ΜΙΚΡΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΔΕΝ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΥΠΟΨΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ - ΑΝΩΔΟΜΗΣ K 0 0 K a 0 K sy K sybz K K sz szby K t 0 0 K 0 0 K szby 0 0 by K K sybz bz

63 Εισαγωγή στοιχείων θεμελίωσης (4) ΑΠΛΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΑΡΚΕΤΑ ΑΚΡΙΒΕΣ ΓΙΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΟΠΟΥ Η ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΕΙΝΑΙ ΚΑΛΗ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΔΕΔΟΜΕΝΗ ΣΤΑΘΜΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ & ΜΙΚΡΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΔΕΝ ΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΥΠΟΨΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ - ΑΝΩΔΟΜΗΣ K 0 0 K a 0 K sy K sybz K K sz szby K t 0 0 K 0 0 K szby 0 0 by K K sybz bz

64 Φορτία Σχεδιασμού (1): Εποπτική Απεικόνιση

65 Φορτία Σχεδιασμού (2): Παραγωγή Φορτίων Φορτία που εισάγονται από τον χρήστη: Εισάγονται διαδραστικά από το γραφικό περιβάλλον. Εισάγονται μέσω γλώσσας προγραμματισμού του προγράμματος (MDL commands). Φορτία Βαρύτητας. Φορτία Εξοπλισμού και Επιφανειακά Φορτία. Φορτία Εξαρτημάτων. Φορτία από Κύμα, Ρεύμα, Σεισμό και Άνεμο. Αδρανειακά Φορτία. Ιδιομορφικά Αδρανειακά Φορτία. Φορτία δοκών καταστρωμάτων. Φορτία από Εξαρτήματα τύπου DETAIL (στοιχεία που δεν συμμετέχουν στην στατική και δυναμική ανάλυση προσθέτοντας δυσκαμψία).

66 Φορτία Σχεδιασμού (3): Adding Manual Loads ADD LOADS USING MDL COMMANDS ADD LOADING HLDKCRSH JOINT LOADS D3213 D3081 D3285 FORCE Y MEMBER LOADS D3372 D3373 FORCE Y GLOBAL UNIFORM FRA LA 0.2 LB 0.8 W -12.0

67 Φορτία Σχεδιασμού (4): Adding Gravity Loads ADD USING MDL COMMANDS GRAVITY GRAV-JACKET TITLE 'Dead weight of jacket main steel members' JACKET

68 Φορτία Σχεδιασμού (5): Generating Equipment Dead Loads LOAD GENERATION COMMANDS UNITS METERS KN KG RAD DEACTIVATE MEMBER ALL DEACTIVATE EQUIPMENT ALL ACTIVATE MEMBER EQSUPP ACTIVATE EQUIPMENT T-2304 PIPE2 XK-4101 LOADING EQUIP-OPER OPER 'Operational conditions' LOADING EQUIP-DRY DRY 'Dry conditions' LOADING EQUIP-TEST TEST 'Test conditions'

69 Φορτία Σχεδιασμού (6): Generating Equipment Inertia Loads LOAD GENERATION COMMANDS UNITS METERS KN KG RAD DEACTIVATE MEM ALL DEACTIVATE EQUIPMENT ALL ACTIVATE MEM EQSUPP ACTIVATE EQUIPMENT T-2304 PIPE2 XK-4101 VERTICAL TOLERANCE 3.5 CENTER $ Center of rotation LOADING EQ-OPER-INER OPER ACCEL LINEAR ROTATION

70 Φορτία Σχεδιασμού (7): Adding Area Loads LOAD GENERATION COMMANDS UNITS METERS KN KG RAD DEACTIVATE MEM ALL DEACTIVATE EQUIPMENT ALL ACTIVATE MEM EQSUPP ACTIVATE EQUIPMENT AREA_TEST VERTICAL TOLERANCE 3.5 $ Group of areas LOADING AREA-LDS-TST AREA 'Areas 1,5,7,8,9,12,17'

71 Φορτία Σχεδιασμού (8): Generating Appurtenance Loads LOAD GENERATION COMMANDS ACTIVATE APPUR FLDDL-A1 FLDDL-A2 - FLDDL-B1 FLDDL-B2 LOADING MISC-JKT-DL ANODE LOADING MISC-JKT-DL TOJ_WKWY LOADING MISC-JKT-DL LIFT_LUG LOADING MISC-JKT-DL UPEN_EYE LOADING MISC-JKT-DL FLOODSYS

72 Φορτία Σχεδιασμού (9): Adding Plating Appurtenances LOAD GENERATION COMMANDS UNITS METERS KN KG RAD DEACTIVATE MEM ALL DEACTIVATE EQUIPMENT ALL ACTIVATE MEM EQSUPP ACTIVATE PLATING ALL VERTICAL TOLERANCE 3.5 STRIPS 100 LOADING DK-PLT-LDS 'Deck plating loads'

73 Φορτία Σχεδιασμού (10): Generation of Wave Loads Θεωρίες Κανονικών Κυματισμών: Airy Wave Theory. Stokes 5 th Order Wave Theory. Dean Stream Function Wave Theory. Κανονικά Κύματα μέσω Grid of Kinematics που εισάγει ο χρήστης. NEWWAVE model που αναπτύχθηκε από το τμήμα έρευνας της Shell (Calculation of water particle kinematics, Doppler Effect). Τυχαίοι κυματισμοί (Time History of wave kinematic grids from a set of randomly generated wave components)

74 Φορτία Σχεδιασμού (11): Generation of Wave Loads WAVELOAD INPUT FILE UNITS METERS KN DEG DEPTHS DRAG DEPTHS $ Drag coefficients variation w/ depth INERTIA DEPTHS $ Inertia coefficients variation w/ depth MARINE GROWTH INCREASE AMOUNT DEAN $$ 10th order Dean wave T=10.6 H=11.0 CURRENT $ Elevation, Velocity LOADING SHEAR WVES-000 HEADING 0.0 CREST STEPS 15 INCR CURRENT BLOCKAGE 0.80 KINEMATICS FACTOR 0.95 LOADING SHEAR WVES-045 HEADING 45.0 CREST STEPS 15 INCR CURRENT BLOCKAGE 0.85 KINEMATICS FACTOR 0.95 LOADING SHEAR WVES-090 HEADING 90.0 CREST STEPS 15 INCR 3.0 CURRENT BLOCKAGE 0.80 KINEMATICS FACTOR 0.95

75 Φορτία Σχεδιασμού (12): Generation of Inertia Loads INERTIA LOADS INPUT FILE UNITS FEET KIP KIPM RAD LOADING XZ_ACCEL 'X & Z Direction accel' MASS TOW_MASS $ Mass case CENTER $ Center of rotation ACCEL

76 Φορτία Σχεδιασμού (13): Generation of Modal Inertia Loads MODAL INERTIA LOADS INPUT FILE UNITS FT KIPS KIPM RAD MASS TOTMASS LOADING $ mode accel load_name MODE_1_LDS MODE_2_LDS MODE_4_LDS MODE_5_LDS

77 Φορτία Σχεδιασμού (14): Deck Beams Modeling and Load Generation MODAL INERTIA LOADS INPUT FILE UNITS FT KIPS KIPM RAD MASS TOTMASS LOADING $ mode accel load_name MODE_1_LDS MODE_2_LDS MODE_4_LDS MODE_5_LDS

78 Φορτία Σχεδιασμού (15): Equipment Loads Generated on Deck Beams MODAL INERTIA LOADS INPUT FILE UNITS FT KIPS KIPM RAD MASS TOTMASS LOADING $ mode accel load_name MODE_1_LDS MODE_2_LDS MODE_4_LDS MODE_5_LDS

79 Φορτία Σχεδιασμού (16): Loads Transferred from Deck Beams to Main Steel Girders MODAL INERTIA LOADS INPUT FILE UNITS FT KIPS KIPM RAD MASS TOTMASS LOADING $ mode accel load_name MODE_1_LDS MODE_2_LDS MODE_4_LDS MODE_5_LDS Deck beams solved independently assuming simply supported Resulting reactions then transferred to main steel girders

80 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (1) TUBE CHECK API RP2A WSD (Working Stress Design) API RP2A LRFD (Load Resistance Factor Design) USD (MicroSAS modified expressions for Ultimate Strength Design) ISO 19902:2007 First Edition, 2007 Codes Comparison

81 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (2) BEAM CHECK AISC WSD (Working Stress Design) 9 th Edition or 13 th Edition AISC LRFD (Load Resistance Factor Design) 9 th Edition or 13 th Edition

82 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (3) TUBULAR JOINT CHECK Simple Joints API RP2A-WSD API RP2A-LRFD 50% Effective Strength Check Nominal Load Check Allowable Fatigue Check Earthquake Check Overlapping Joints NORSOK ISO 19902:2007 Codes Comparison

83 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (4) API Bulletin 2V PLATE CHECK DNV 30.1, Buckling Strength Analysis (Classification Notes) DNV-RP-C201, Buckling Strength of Plated Structures, Oct 2010 Von Mises Yield Criteria

84 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (5) DNV-RP-C202, Oct 2002 CYLINDRICAL SHELL CHECK API Bulletin 2U, 3 rd Edition, June 2004

85 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (6) WEB STIFFENER CHECK AISC 9 th Edition K 1.3 Local Web Yielding K 1.4 Web Crippling

86 Πραγματοποίηση κανονιστικών ελέγχων (7) CODE CHECK ANALYSIS RESULTS

87 Εξειδικευμένες υνατότητες Λογισμικού (1) 1. Ανεξάρτητη Ανάλυση Μεγάλων Καταστρωμάτων

88 Εξειδικευμένες υνατότητες Λογισμικού (2) 2. Χρήση λεπτομερούς μοντέλου θεμελίωσης Y (global) Z X A y (local) z A Λεπτομερές μοντέλο θεμελίωσης με χρήση στοιχείων δοκού-στύλου (beam-column elements) για τις σωρούς των πασσάλων και μη γραμμικά ελατήρια για το έδαφος μέσω των καμπυλών P-Y, T-Z & Q-Z. T z p ΤΟΜΗ Α-Α y Uy Uz y' θ y καμπύλες αντίστασης αιχμής (όχι εφελκυσμός) z z'

89 Εξειδικευμένες υνατότητες Λογισμικού (3) 3. Λεπτομερής Μοντελοποίηση της Περιοχής του Κόμβου

90 Εξειδικευμένες υνατότητες Λογισμικού (4) 4. Συμπερίληψη της ευκαμψίας της κατασκευής στην ανάλυση (σχετική κίνηση κατασκευής υγρού) 2 2 D du(t) dv(t) D du(t) F(t) CM 1 4 dt dt 4 dt 1 CD D u(t) U v(t) u(t) U v(t) 2 Εξίσωση Morison (συμπερίληψη ευκαμψίας)

91 Εξειδικευμένες υνατότητες Λογισμικού (5) 5. Διεπαφή με ολοκληρωμένα πακέτα λογισμικών ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων. MESH IMPORT FROM ANSYS

92 Εξειδικευμένες υνατότητες Λογισμικού (6) 5. Διεπαφή με ολοκληρωμένα πακέτα λογισμικών ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων. Create finite element mesh in ANSYS Import mesh into MicroSAS Perform analysis in MicroSAS Export boundary displacements to ANSYS and perform analysis View stresses in ANSYS If required, import stresses into MicroSAS and perform code checks