8.3.4 Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους

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 Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους Θεόδωρος Χατζηγώγος Καθηγητής Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ.

2 Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους ιάκριση υποθαλάσσιων αγωγών Μεταλλικοί (Rigid steel pipes) Fiber Reinforced plastic composites (RTP) (Flexible) Αγωγοί εδραζόμενοι στον πυθμένα Αγωγοί που τοποθετούνται με εκσκαφή και επανεπίχωση (είναι ο κανόνας στους αγωγούς στην ξηρά και επιλέγονται σε μερικές περιπτώσεις και στους υποθαλάσσιους αγωγούς) -προστασία από καταστροφές π.χ. άγκυρες κ.α -μείωση της επίδρασης των ρευμάτων και της άνωσης -μείωση των θερμικών απωλειών

3 Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους

4 Εκτίμηση του βάθους έδρασης Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους

5 Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους Εκτίμηση του βάθους έδρασης Αργιλικά εδάφη

6 Eκτίμηση του βάθους έδρασης Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους

7 Αλληλεπίδραση υποθαλάσσιων αγωγών και εδάφους Eκτίμηση του βάθους έδρασης Ο υπολογισμός του βάθους έδρασης z με τις παραπάνω εξισώσεις βασίζεται αποκλειστικά στο βάρος (στατικό) του αγωγού και είναι συντηρητικός καθώς δεν λαμβάνει υπόψη Την αύξηση των τάσεων στο σημείο επαφής (Touchdown region) λόγω του τρόπου απόθεσης του αγωγού. Το κατακόρυφο φορτίο είναι αυξημένο λόγω αυτού του μηχανισμού Επιπλέον το βάθος έδρασης αυξάνεται λόγω των κυκλικών κινήσεων του αγωγού (από το πλοίο και μέσα στο νερό) Σε ορισμένες περιπτώσεις αμμωδών εδαφών παρατηρείται επιφανειακή διάβρωση (piping) που αυξάνει το βάθος έδρασης. Η κοινή πρακτική είναι να πολλαπλασιάζεται το βάθος που υπολογίζεται από το βάρος με 2 εμπειρικούς συντελεστές flay και fdyn μεγάλα όρια μεταβολής αυτών των συντελεστών (2-3 και 2-10 αντίστοιχα) καθιστούν αναγκαία την καλύτερη προσέγγιση του προβλήματος

8 To=zw.p.cosφ / (1-cosφ)

9 Απόκριση υποθαλάσσιου αγωγού σε αξονικά και πλευρικά φορτία Η ανάλυση της ευστάθειας και της εντατικής κατάστασης των υποθαλάσσιων αγωγών οδηγεί στην ανάγκη να υπολογιστεί η απόκρισή τους σε Αξονικά φορτία (axial load-displacement response) Πλευρικά φορτία (lateral load-displacement response) Εφαρμόζεται και εδώ η γενική διάκριση των εδαφών αργιλικά εδάφη σε αστράγγιστες και στραγγιζόνενες συνθήκες αμμώδη εδάφη (χωρίς συνοχή) Στην περίπτωση των πλευρικών φορτίων η αντίσταση του εδάφους αποτελείται από το άθροισμα της συμμετοχής της αντίστασης τριβής (τύπου Coulomb) και των παθητικών ωθήσεων που οφείλονται στην έδραση του αγωγού εντός του εδάφους z FL=Ft +Fr = μ.w +Fr= (f.μα).w+fr

10

11 Πλευρικά φορτία Παθητικές Ωθήσεις

12 Πλευρικά φορτία - τριβή Ο συντελεστής τριβής μ έχει συνήθως τιμές 0.6 για άμμους 0.2 για αργιλικά εδάφη 0.6 για βραχώδη πυθμένα (στην περίπτωση αυτή δεν λαμβάνεται υπόψη η συνεισφορά των παθητικών ωθήσεων) Στα αργιλικά εδάφη η συνολική πλευρική αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση Fm = 0.8. (0.2Fc Su.A /D) Fc η κατακόρυφη δύναμη επαφής ίση με την διαφορά του βυθισμένου βάρους του αγωγού και της κατακόρυφης υδροδυναμικής δύναμης. Α= 2.R. arccos(1-z/r)

13 ιάκριση σε light και heavy αγωγούς σχετικά με την πλευρική φόρτιση Το κριτήριο είναι η τιμή Fc/(Su.D) Τα όρια είναι <1.5 και >2.5

14 Αξονικά φορτία - τριβή

15 Αξονικά φορτία Τριβή

16 Ευστάθεια υποθαλάσσιων αγωγών Ευστάθεια κατά την κατακόρυφη διεύθυνση Πλευρική ευστάθεια Μέθοδοι ανάλυσης (σύμφωνα με το DNV RP-E305 -Απλοποιημένη μέθοδος ευστάθειας -Γενικευμένη μέθοδος ευστάθειας - υναμική μελέτη της ευστάθειας Mέθοδοι ανάλυσης (σύμφωνα με το DNV RP- F109 -Γενικευμένη μέθοδος πλευρικής ευστάθειας (κριτήριο η πλευρική μετακίνηση ως προς την διάμετρο του αγωγού όταν δεν υπάρχουν όρια αντοχής) -Μέθοδος απόλυτης πλευρικής ευστάθειας( μέγιστες τιμές φορτίων και συνθήκες στατικής ισορροπίας)

17 Φορτία προσαρμογή Τα φορτία προκύπτουν από την υδροδυναμική ανάλυση του αγωγού Είναι το κατακόρυφο Fz (lift) και το συνολικό οριζόντιο Fy=Fd +Fi (grad & inertia) Fc είναι το κατακόρυφο φορτίο από τον αγωγό στο έδαφος Fc =W-Fz W το βάρος (βυθισμένο) του αγωγού. Τα φορτία διορθώνονται με έναν συντελεστή αλληλεπίδρασης ry =ry1ry2.ry3 rz =rz1rz2.rz3 Η διόρθωση 1 αναφέρεται στην διαπερατότητα του πυθμένα rz1=0.7 ry1=1 Η διόρθωση 2 αναφέρεται στο βάθος έδρασης ry2 = (z/D) αλλά >0.3 rz2 = 1-1.3(z/D-0.1) αλλά >0 Η διόρθωση 3 αναφέρεται στη περίπτωση αγωγού σε σκάμμα.

18 Εξισώσεις της απόλυτης πλευρικής ευστάθειας