راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت

Transcript

1

2 به نام آفريدگار راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( وزارت نفت معاونت مهندسي پژوهش و فناوری اداره كل سياستگذاری مهندسي و استانداردها 5935

3 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /0 پیشگفتار سکوهای ثابت نوع شابلوني كه در مناطق فراساحلي و در دل دريا نصب ميشوند يکي از مهمترين تأسيسات متعلق به شركت ملي نفت ايران به شمار ميآيند كه برای مدتي معين وظيفه استخراج مواد هيدروكربوری و انتقال آن را بر عهده دارند. با توسعه ميادين نفت و گاز كشور در مناطق فراساحلي خليج فارس دريای عمان و دريای خزر همواره تعيين آثار زلزله وارد بر اين سکوها در مراحل طراحي يکي از دغدغههای مهندسان مشاور و دستگاههای اجرايي تابعه وزارت نفت نظير شركت نفت و گاز پارس شركت نفت فالت قاره ايران و شركت نفت خزر بوده است. با توجه به عمق آب خليج فارس و دريای عمان ساخت سکوهای دريايي با پايه ثابت )نوع جکت( در اين مناطق به صرفه و متداول است. نخستين بار در سال 5935 آييننامه طراحي بنادر و سازههای دريايي ايران در 55 مجلد توسط سازمان مديريت و برنامهريزی كشور منتشر گرديد كه جلد نهم آن مربوط به طراحي سازههای فراساحلي بود. از آن سال به بعد با توجه به گذشت بيش از 52 سال و تغييرات ايجاد شده در متن ضوابط بينالمللي هيچ كارگروهي در آن سازمان اقدام به بروزرساني نشريات مذكور يا انتشار آييننامه يا ضابطهای جديد ننمود و از اين رو معاونت مهندسي پژوهش و فناوری وزارت نفت بر آن شد تا بر اساس آييننامهها و دستورالعملهای جديد منتشر شده از سوی مراجع معتبر تهيه ضوابطي در اين خصوص را در دستور كار قرار دهد. در نخستين گام از اين تالشها اولين نشريه در اين خصوص تحت عنوان راهنمای طراحي لرزهای سکوهای ثابت فراساحلي در صنعت نفت )نشريه شماره 250( منتشر ميگردد تا مهندسان مشاور طراح اين حوزه از ضوابط آن بهرهمند گردند. الزم به ذكر است كه مرجع اصلي اين راهنما يکي از نشريات مؤسسه نفت اياالت متحده Institute) (American Petroleum با نام اصلي: API 2EQ: Seismic Design Procedures and Criteria for Offshore Structures, 2014 ميباشد كه در كنار راهنمای اصلي طراحي سکوهای فراساحلي نفت و گاز RP2A) (API منتشر شده است. سعي بر آن بوده تا در تدوين اين راهنما شرايط محيطي ايران لحاظ گردد. شايان ذكر است كه انتشار اين راهنما رافع مسؤوليت كارفرمايان و مهندسان مشاور در زمينه تحليل خطر لرزهای ويژه ساختگاه نميباشد. از كليه شركتهای وابسته مجريان و مهندسان مشاور دستاندركار طراحي سکوهای نفت و گاز فراساحلي تقاضا ميشود پيشنهادها و نظرات خود را به دبيرخانه تدوين اين نشريه مستقر در اداره كل سياستگذاری مهندسي و استانداردها ارسال نمايند تا ضمن بررسي اصالحات الزم برای ويرايشهای بعدی در صورت تصويب انجام پذيرد. اداره کل سیاستگذاري مهندسی و استانداردها- زمستان 5935

4 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... اعضاي کارگروه تدوينکننده نشريه شماره 250 رديف نام و نام خانوادگی سمت محل کار مهندس محمدرضا منشوری رئيس تدوين مقررات مهندسي )رئيس كارگروه( معاونت ضوابط فني و مهندسي 5 مهندس اميد افشاريان زاده مسؤول مهندسي سازه )دبير كارگروه( و تهيهكننده متن اوليه معاونت ضوابط فني و مهندسي 0 مهندس علي طاهری كارشناس ارشد مهندسي زلزله معاونت ضوابط فني و مهندسي 9 دكتر سيد رامين اسعد سجادی رئيس گروه ساختمان معاونت امور استانداردها 4 كارگروه تدوينكننده اين نشريه از زحمات جناب آقای مهندس فرشاد حسيني )كارشناس ارشد مهندسي عمران- سازههای دريايي( در بررسي علمي ادبي و فني اين نشريه و ارائه نظرات كارشناسي ايشان سپاسگزاری مينمايد.

5 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /4 فهرست مطالب -5 مقدمه كليات اصول و روشهای طراحي لرزهای اصول طراحي روشهای طراحي لرزهای كليات طراحي بر مبنای زلزله سطح خطر شديد...(ELE) طراحي بر مبنای زلزله سطح خطر نادر 55...(ALE) 9-9 اطالعات شتاب طيفي رده خطرپذيری لرزهای الزامات طراحي لرزهای روش تحليل لرزهای ساده شده طبقهبندی خاك و شکل طيفي روش اعمال زلزله روش تفصيلي تعيين آثار زلزله ارزيابي خطر لرزهای ويژه ساختگاه ارزيابي احتماالتي خطر زلزله 02...(PSHA) 9-5 ارزيابي تعيني خطر زلزله 05...(DSHA) 4-5 تعيين آثار زلزله تحليله یا پاسخ ويژه ساختگاه الزامات عملکردی عملکرد در زلزله تراز...02 ELE 0-2 عملکرد در زلزله تراز...07 ALE مراجع... 03

6 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( مقدمه اين راهنما به تعيين آثار ناشي از زلزله روی سکوهای ثابت نفت و گاز در مناطق فراساحلي ميپردازد. معيارهای طراحي لرزهای به طور اساسي وابسته به مشاهدات زلزلههای تاريخي با در نظر گرفتن شرايط لرزهزمين ساخت ساختگاه ميباشد. در بسياری از موارد ارزيابي مخاطرات لرزهای ويژه ساختگاه برای طراحي سکوهای جديد و ارزيابي سکوهای موجود الزامي است. در اين راهنما فرآيندهای عمومي تعيين آثار زلزله برای شرايط ساختگاهي خليج فارس و دريای عمان ارائه شده است. 0- کلیات (ULS) 5 برای طراحي لرزهای بر مبنای دو سطح خطر زلزله به ترتيب برای دو حالت حدی نهايي (ALS) 0 برای اطمينان از برآورده شدن الزامات مقاومت و سختي و حالت حدی تصادفي يا غير عادی مربوط به مقاومت باقيمانده و استهالك انرژی انجام ميشود. (ELE) 9 و برای طراحي در حالت حدی سطح خطر برای طراحي در حالت حدی نهايي زلزله شديد (ALE) 4 تعريف ميشود. غير عادی زلزله نادر در اين پيوست فقط جنبشهای زمين ناشي از زلزله مورد بحث قرار ميگيرد و ساير مخاطرات لرزهای مانند روانگرايي ناپايداری شيرواني گسلش سونامي گلفشان و انتشار امواج لرزهای درون آب تنها به اختصار بيان شده است. ضوابط اين فصل به منظور كاهش خطرپذيری افراد محيط زيست و داراييها به حداقل ممکن تدوين 5 با مخاطرات شده است. اين هدف با استفاده از روشهای طراحي لرزهای متناسب با تراز مواجهه سکو لرزهای )كه از اين پس به اختصار تراز مواجهه ناميده خواهد شد( و شدت رخداد لرزهای مورد انتظار قابل دسترسي است. در مناطق دارای قابليت لرزه خيزی زياد و يا سازههای دارای خطرپذيری باال الزم است تا مطالعات تحليل خطر لرزهای ويژه ساختگاه انجام گردد. روش احتماالتي تحليل خطر زلزله به طور خالصه در اين نشريه ارائه شده است. 1 Ultimate Limit State 2 Abnormal Limit State 3 Extreme Level Earthquake 4 Abnormal Level Earthquake 5 Exposure Level

7 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /6 شکل 5 كانتور پارامتر شتاب طيفي )بر حسب g( در زمان تناوب يك ثانيه برای آبهای ايران در نسبت ميرايي %5 شکل 0 كانتور پارامتر شتاب طيفي )بر حسب g( در زمان تناوب 2/0 ثانيه برای آبهای ايران در نسبت ميرايي %5

8 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... 5 مجاز باشد ميتوان از نقشه پهنهبندی خطر )شکل 5 و چنانچه استفاده از رويکرد طراحي ساده شده شکل 0( برای زلزله با دوره بازگشت 5222 سال استفاده كرد. در اين موارد بايد با استفاده از ضرايب مقياس مناسب برای تعيين آثار زلزله استفاده شود. 9- اصول و روشهاي طراحی لرزهاي 5-9 اصول طراحی در اين بخش نحوه طراحي سازه فراساحلي برای تحريك پايه )شتاب سرعت و جابجايي( ناشي از جنبشهای زمين ارائه ميگردد. سکوهای واقع در مناطق دارای لرزهخيزی فعال بايد برای زلزله سطح خطر شديد (ELE) با استفاده از حالت حدی نهايي (ULS) و زلزله سطح خطر نادر (ALE) با استفاده از حالت حدی غير عادی (ALS) طراحي شوند. ضوابط حالت حدی نهايي (ULS) برای تأمين ابعاد مناسب و همچنين سختي و مقاومت كافي منظور ميشود تا هيچ گونه آسيب سازهای جدی در ترازی از خطر زلزله با احتمال كم فراگذشت در طي عمر بهرهبرداری سکو ايجاد نگردد. زلزله طراحي برای اين حالت حدی زلزله سطح خطر شديد (ELE) است. در اين سطح خطر توقف فرآيند بهرهبرداری قابل پذيرش است اما سازه بايد پس از رخداد اين زلزله مورد بازرسي قرار گيرد. ضوابط حالت حدی غير عادی (ALS) برای اطمينان از وجود مقاومت باقي مانده كافي ظرفيت جابجايي و استهالك انرژی مناسب برای تحمل چرخههای تغييرمکان غير ارتجاعي بدون از دست رفتن يکپارچگي سازهای در سازه سکو و شالوده ميباشد اگرچه ممکن است آسيب سازهای نيز رخ دهد. زلزله طراحي برای اين حالت حدی زلزله سطح خطر نادر (ALE) است. اين سطح خطر بيانگر زلزلهای با شدت غير عادی و احتمال وقوع بسيار ناچيز در طول عمر بهرهبرداری سکو ميباشد. اين تراز از زلزله ميتواند موجب آسيب قابل توجه به سکو گردد اگرچه طراحي سازه بايد به نحوی صورت گيرد كه يکپارچگي كلي سازهای با هدف اجتناب از فروريزش سکو كه منجر به خسارات جاني يا آسيب زيست محيطي عمده ميگردد حفظ شود. دورههای بازگشت برای هر دو زلزله ELE و ALE وابسته به تراز مواجهه و شدت مورد انتظار از زلزلهها ميباشد. احتمال خرابي ساالنه شکست در بند 4-9 اين راهنما ارائه شده است كه ميتواند توسط كارفرما و با توجه به اهداف عملکردی يا الزامات منطقهای تغيير كند. 1 Simplified Design Approach

9 0-9 روشهاي طراحی لرزهاي کلیات راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /8 دو روش برای طراحي لرزهای در اين پيوست ارائه شده است. استفاده از روش اول كه به روش ساده شده موسوم است فقط در مواقعي مجاز است كه آثار زلزله بر طراحي سکو حاكم نشود. روش دوم كه 5 نام دارد بايد در مواردی كه اثر زلزله حاكم بر طراحي سکو است مورد استفاده قرار روش تفصيلي گيرد. انتخاب روش مناسب وابسته به تراز مواجهه سکو شدت زلزله و مشخصات لرزهای مورد رخداد انتظار است. در روش ساده شده ميتوان از نقشههای پهنهبندی )شکل 5 و شکل 0( استفاده نمود در حالي كه روش تفصيلي نيازمند انجام مطالعات ويژه ساختگاه ميباشد. در هر دو مورد ميتوان از روش ساده شده برای ارزيابي سکوهای موجود و غربالگری طرح توسعه سکوهای جديد استفاده كرد. در شکل 9 روند انتخاب و گامهای انجام هر دو روش ارائه شده است طراحی بر مبناي زلزله سطح خطر شديد (ELE) طي رخداد زلزله ELE اجازه داده ميشود اعضای سازه و اجزای شالوده به صورت موضعي و محدود شده رفتاری غير ارتجاعي داشته باشند )به عنوان مثال رخداد تسليم در فوالد و تركخوردگي كششي در بتن(. به اين ترتيب روند طراحي برای زلزله ELE اساسا بر مبنای روشهای تحليل خطي سازه است. به عنوان نمونه آثار غير خطي اندركنش خاك- سازه به صورت خطي منظور ميشود. اما در صورتي كه از جداساز لرزهای يا سامانههای غير فعال استهالك انرژی استفاده شود الزم است تحليلهای تاريخچه زماني غير خطي انجام شود. در سکوهای در معرض تحريك ناشي از زلزله يکي از دو روش زير را ميتوان برای كنترل طراحي سازه در برابر رخداد زلزله ELE به كار گرفت: الف- روش تحليل طيف پاسخ ب- روش تحليل تاريخچه زماني در هر دو روش تحريك پايه بايد تركيبي از دو مؤلفه افقي و يك مؤلفه قائم باشد. مقادير مناسب ميرايي سازگار با سطوح تغييرشکل متناظر با زلزله ELE را بايد در تحليل منظور نمود. در مورد انتخاب نسبت ميرايي مناسب الزم است استاندارد قابل اعمال بر اساس نوع سازه فراساحلي در صورت وجود مورد استفاده قرار گيرد. 0 مقادير بزرگتر ميرايي ناشي از هيدروديناميك يا تغييرشکل خاك را بايد با مطالعات ويژه تعيين نمود. ميتوان برای مدلسازی شالوده از فنرهای ارتجاعي معادل و در 1 Detailed Method استانداردهای مربوط به اين بخش شامل ISO API 2N API 2A-WSD ISO ISO )تمام 0 بخشها( ISO )تمام بخشها( و ISO ميباشد. به بند مراجع رجوع شود.

10 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... صورت لزوم از اجزای جرم و ميراگر استفاده كرد. الزم است وابستگي فركانسي مودها مورد توجه قرار گيرد. مقادير سختي و ميرايي بايد با سطوح تغييرشکل خاك در زلزله ELE سازگار باشد. در تحليل طيف پاسخ بايد از روشهای تركيب پاسخ در سه راستای متعامد با لحاظ وابستگي بين مودهای نوسان استفاده كرد. در صورتي كه پاسخ ناشي از هر مؤلفه زلزله به طور جداگانه محاسبه ميشود پاسخهای سه مؤلفه زلزله را ميتوان با استفاده از روش جذر مجموع مربعات (SRSS) تعيين كرد. به جای اين روش ميتوان سه مؤلفه پاسخ را به طور خطي با هم تركيب كرد با اين فرض كه هنگامي كه دو مؤلفه در 42 درصد بيشينه مقدار خود هستند مؤلفه سوم در بيشينه مقدار خود قرار داشته باشد )تركيب به صورت (. در اين روش عالمت هر پارامتر پاسخ را بايد طوری انتخاب كرد كه تركيب پاسخها بيشينه گردد. هنگامي كه از تحليل تاريخچه زماني استفاده ميشود حداقل 4 زوج شتابنگاشت بايد برای منظور كردن آثار تصادفي جنبشهای زمين مورد استفاده قرار گيرد. شتابنگاشتها بايد به گونهای انتخاب شوند كه نماينده رخداد غالب زلزله ELE باشند. در هر گام زماني تحليل انجام ميشود و كنترلهای آييننامهای اجزای سازه در هر گام صورت ميگيرد و بيشينه مقدار به دست آمده برای هر عضو طي تاريخچه زماني پاسخ برای ارزيابي عملکرد عضو مورد استفاده قرار ميگيرد. در صورتي كه برای نصف يا بيشتر از نصف ركوردها مقادير بيشينه نسبتهای تنش از 5/2 كوچکتر باشد روش طراحي برای زلزله ELE قابل قبول است. در صورتي كه تعداد زوج شتابنگاشتهای مورد استفاده كمتر از 7 باشد الزم است ضريب 5/25 در مقادير دامنه شتابنگاشتها ضرب شود. تجهيزات مستقر روی عرشه بايد برای تحمل جنبشهای زمين كه به سازه وارد ميشود طراحي شوند. حركات عرشه ميتواند از حركت بستر دريا شديدتر باشد. روش تحليل تاريخچه زماني برای تعيين جنبشهای عرشه )به ويژه جنبشهای نسبي( و طيفهای پاسخ حركت عرشه مورد استفاده قرار گيرد. آثار زلزله ELE روی خطوط لوله لولههای هادی رايزرها و ساير اجزای بحراني ايمني بايد منظور گردد.

11 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /52 تعيين تراز مواجهه سکو طبق بند 4-9 اين راهنما تعيين پارامتر شتاب طيفي در زمان تناوب 5 ثانيه Sa,map(1.0) طبق شکل 5 تعيين نوع منطقه از نظر خطر لرزهای تعيين رده خطرپذيری لرزهای (SRC) طبق بند 4-9 در صورت قرار گرفتن در SRC4 بايد از روش تفصيلي استفاده كرد. در صورت قرار گرفتن در SRC2 يا SRC3 ميتوان از روش ساده شده استفاده كرد. در صورت قرار گرفتن در SRC1 نيازی به ارزيابي نيست. تعيين منحني خطر لرزهای از مطالعات ويژه ساختگاه )بند 0-5 و 9-5( تعيين شيب منحني خطر لرزهای a R در احتمال P t )بند )4-5 تعيين طيف پاسخ ساختگاه برای زلزله با دوره بازگشت 5222 سال )بند 5-4( تعيين طيف شتاب زلزله نادر )بند 0-4( تعيين ضريب اصالح C c )بند 4-5 ت( تعيين شتاب طيفي زلزله نادر و دوره بازگشت )بند 4-5 ث( تعيين ضريب ظرفيت ذخيره لرزهای C r )بند )0-4 تعيين ضريب ظرفيت ذخيره لرزهای C r )بند 4-5 ج( تعيين شتاب طيفي زلزله شديد )بند 0-4( تعيين شتاب طيفي زلزله شديد و دوره بازگشت )بند 4-5 ج و 4-5 چ( تعيين آثار خاك ساختگاهي )بند 5-5( طراحي لرزهای شکل 9 فرآيند طراحي لرزهای سکوهای فراساحلي

12 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( طراحی بر مبناي زلزله سطح خطر نادر (ALE) در بسياری موارد طراحي سازه برای مقاومت در برابر زلزله نادر بدون هيچگونه رفتار غيرخطي فاقد توجيه اقتصادی است. بنابراين در كنترل سازه برای زلزله سطح خطر نادر ميتوان از روشهای تحليل غيرخطي مثال امکان رفتار خميری اعضا رسيدن شمعها به ظرفيت محوری خود يا توسعه رفتار 5 استفاده كرد. در عمل طراحي بر اساس خميری در آنها و ايجاد لغزش در شالودههای پيراموني تركيبي از مقاومت ذخيره شکلپذيری و استهالك انرژی برای مقابله با آثار زلزله سطح خطر نادر انجام ميشود. مدلسازی سازه و شالوده برای تحليل در اين سطح خطر بايد دربردارنده زوال احتمالي در سختي و مقاومت اجزا تحت رفت و برگشت بارهای چرخهای باشد. تحليل در اين سطح خطر بايد بر پايه دقيقترين تخمينها از پارامترهايي نظير مقاومت مصالح مقاومت خاك و سختي خاك باشد. بنابراين بايد در رويکرد محافظهكارانه پيشين برای طراحي در زلزله سطح خطر شديد ELE تجديد نظر نمود. در سازههای در معرض تحريك ناشي از زلزله يکي از دو روش زير را ميتوان برای طراحي سازه در برابر رخداد زلزله ALE به كار گرفت: 9 0 يا روش تغييرمکان حداكثر الف- روش تحليل استاتيکي فزاينده خطي ب- روش تحليل تاريخچه زماني غير خطي در بسياری از موارد دو روش فوق مکمل يکديگر هستند. الزامات بند درباره تركيب تحريك پايه ناشي از سه مولفه متعامد و همچنين ميرايي در اين بخش نيز بايد رعايت شود. از تحليل استاتيکي فزاينده غيرخطي ميتوان برای تعيين موقعيتهای حاكم احتمالي ايجاد سازوكار خرابي يا تعيين جابجايي كلي سکو )فراتر از زلزله سطح خطر شديد( سود برد. جابجايي كلي سازه را ميتوان با انجام تحليل تحت جابجايي كنترلشده تعيين كرد. تحليل تاريخچه زماني غيرخطي دقيقترين روش برای تحليل در زلزله سطح خطر نادر است. در اين روش حداقل 4 زوج شتابنگاشت بايد برای منظور كردن آثار تصادفي جنبشهای زمين مورد استفاده قرار گيرد. شتابنگاشتها بايد به گونهای انتخاب شوند كه نماينده رخداد زلزله ALE باشند. در صورتي كه تعداد زوج شتابنگاشتهای مورد استفاده مساوی يا بيشتر از 7 باشد حفظ پايداری كلي سازهای بايد حداقل در نيمي از تحليلهای تاريخچهزماني تاييد گردد. در صورت استفاده از كمتر از 7 زوج شتابنگاشت اين پايداری بايد در 4 تحليل محرز شود. 1 Skirt Foundation 2 Pushover Analysis 3 Extreme sisplacement Method

13 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /50 5 در سکوهای پايه كششي برای ارزيابي پايداری سيستمهای منعطف يا دارای اجزای نرم )مثال مهارها يا عملکرد قابي شالوده سکوی پايه كششي در بار جانبي( ميتوان از روشهای جابجايي حداكثر استفاده كرد. در اين روشها سيستم در بيشينه جابجايي ناشي از زلزله سطح خطر نادر شامل تاثير بار روی سازه سيستم ارزيابي ميشود. بدنه سازهای سکوی پايه كششي برای بارهای مربوطه و به صورت ارتجاعي طراحي ميشود. تاثير جابجاييهای بزرگ سازه روی خطوط لوله لولههای هادی رايزرها و ساير تجهيزات مهم از لحاظ ايمني به طور جداگانه مورد بررسي قرار ميگيرد. 9-9 اطالعات شتاب طیفی پارامترهای شتاب طيفي ارائه شده در شکل 5 و شکل 0 روی سنگ بستر )خاك نوع A/B در بند 4-5( و برای دوره بازگشت 5222 سال به دست آمده است. در صورتي كه از روش ساده شده )بند 4( در طراحي لرزهای سکو استفاده شود ميتوان از اين پارامترهای شتاب طيفي استفاده كرد. در روش ساده شده نيز به جای اين مقادير ميتوان از نتايج مطالعات ويژه ساختگاه استفاده كرد. 4-9 رده خطرپذيري لرزهاي 0 پيچيدگي ارزيابي پاسخ لرزهای و روش طراحي متناسب با آن وابسته به رده خطرپذيری لرزهای سکو به شرح زير ميباشد. ساخت سکو با ميزان تراز مواجهه L2 در نواحي لرزهخيز مجاز نيست زيرا امکان تخليه سکو قبل از وقوع زلزله وجود ندارد. سطوح شتاب طيفي تعريفكننده مناطق لرزهای برای تعيين روش طراحي لرزهای مناسب ميباشند. انتخاب روش طراحي وابسته به ميزان تراز مواجهه سکو )تعريف شده در همين بند و دستورالعمل )API-RP 2A و شدت جنبشهای زمين ميباشند. برای تعيين رده خطرپذيری لرزهای بايد مراحل زير طي شود: الف- تعيين پارامترهای شتاب طيفي در زمان تناوب يك ثانيه (1.0) S a,map بر اساس منطقه خطر زلزله )از روی شکل 5 و شکل 0 يا مطالعات ويژه ساختگاه( و انتخاب كد منطقه با توجه به جدول 5 جدول 5 مشخص كردن كد منطقه خطر زلزله در ساختگاه مورد نظر > <0.03 Sa,map (1.0) كد منطقه خطر زلزله 2 1 Tethers 2 Seismic Risk Category (SRC)

14 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... ب- تعيين تراز مواجهه سکو با مخاطرات: احتمال ساالنه خرابي متناظر با هر ميزان مواجهه در جدول 0 ارائه شده است. اين مقادير در روش تفصيلي برای تعيين بارهای لرزهای مورد نياز است. در صورت درخواست كارفرما يا ساير مراجع ذيصالح استفاده از مقادير احتمال ديگر در روش تفصيلي امکانپذير است. روش ساده شده تحليل لرزهای به مقادير احتمال هدف داده شده در جدول 0 كاليبره شده است. جدول 0 احتمال هدف شکست ساالنه f P Pf =1/ =1/400 تراز مواجهه L1 L3 9 رده خطرپذيری لرزهای (SRC) بر اساس سکو تراز مواجهه و منطقه لرزهای ساختگاه از جدول تعيين ميشود: جدول 9 رده خطرپذيری لرزهای (SRC) تراز مواجهه L3 L1 SRC1 SRC1 SRC2 SRC3 SRC2 SRC4 SRC2 SRC4 SRC3 SRC4 منطقه لرزهاي ساختگاه در صورتي كه آثار جانبي لرزهای طراحي كوچکتر از 5 درصد كل آثار قائم شامل مجموع آثار دائمي و گذرا منهای آثار شناوری گردد سکوهای دارای رده خطرپذيری لرزهای 9 و )3,4 4 )SRC را ميتوان به عنوان رده خطرپذيری 0 منظور كرد. 5-9 الزامات طراحی لرزهاي در جدول 4 الزامات طراحي لرزهای برای هر رده خطرپذيری ارائه شده است. اين الزامات در شکل 9 نيز نشان داده شده است. در مناطق فعال لرزهای طراح بايد سازه را به صورت مستحکم و شکلپذير طرح كند به نحوی كه قادر به مقاومت در برابر جابجاييهای حداكثر فراتر از مقادير معمول طراحي باشد. چنانچه برای يك سکوی مفروض امکانپذير باشد الزامات معماری جزئيات طراحي و توصيههای طراحي شکلپذير بايد برای همه ردهها )غير از )SRC1 رعايت شود.

15 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /54 جدول 4 الزامات طراحي لرزهای رده خطرپذيري لرزهاي 5 0 روش تحلیل - ساده شده ساده شده تفصيلي تفصيلي ارزيابی فعالیت لرزهاي نقشههای ISO يا منطقهای مطالعات ويژه ساختگاه نقشههای ISO يا منطقهای مطالعات ويژه ساختگاه مطالعات ويژه ساختگاه مطالعات ويژه ساختگاه تحلیل غیرخطی ALE - مجاز توصيه شده توصيه شده الزامي در سکوهای SRC3 در اغلب موارد روش ساده شده محافظهكارانهتر از روش تفصيلي است. برای ارزيابي فعاليت لرزهای نتايج مطالعه احتماالتي ويژه ساختگاه (PSHA) طبق بند 0-5 در صورت وجود ترجيح داده شده بايد مورد استفاده قرار گيرد در غير اين صورت ميتوان از نقشههای لرزهای منطقهای يا ISO استفاده كرد. فرآيند تفصيلي تحليل لرزهای نياز به داشتن نتايج از مطالعات احتماالتي ويژه ساختگاه دارد در صورتي كه روش سادهشده را ميتوان همراه با نتايج مطالعات احتماالتي ويژه ساختگاه يا نقشههای لرزهای )منطقهای يا )ISO به كار گرفت روش تحلیل لرزهاي ساده شده 5-4 طبقهبندي خاك و شکل طیفی پس از تعيين شتابهای طيفي روی سنگ بستر در زمان تناوب 2/0 ثانيه a,map(0.2) S و 5/2 ثانيه S a,map(1.0) )با استفاده از شکل 5 و شکل 0 يا مطالعات ويژه ساختگاه( برای تعيين طيف پاسخ ساختگاه متناظر با دوره بازگشت 5222 سال بايد مراحل زير صورت پذيرد: الف- تعيين طبقه خاك به شرح زير: طبقه خاك وابسته به خاك زير بستر دريا است كه سکو روی آن بنا ميشود و تابعي از مشخصات ميانگين 92 متر فوقاني بستر دريا ميباشد )جدول ب- 5 ( سرعت ميانگين موج برشي در 92 متر فوقاني بستر موثر دريا v s از رابطه 5 به دست ميآيد: رابطه 5 كه در آن: n: تعداد اليههای مجزای خاك در 92 متر مؤثر فوقاني بستر دريا i ضخامت اليه :d i i سرعت موج برشي در اليه v: s,i v s = 30 n d i i=1 v s,i 1 Simplified Seismic Action Procedure

16 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... جدول 5 تعيين رده ساختگاه طبقه خاك A/B C D E F جنس نیمرخ خاك مشخصات میانگین در 92 متر فوقانی بستر موثر دريا سرعت موج برشی خاك (m/s) v s v s > 750m/s 350 < v s 750m/s سنگ سخت يا سنگ با ضخامت اليه رسوبي نرم كوچکتر از 5 متر خاك بسيار متراكم و سنگ نرم مقاومت نرمالشده 5 نفوذ مخروط q cl در خاك ماسهاي غير قابل كاربرد q cl 200 مقاومت برشی زهکشی نشده c u در خاك رسی (kpa) غير قابل كاربرد c u c u < 200 c u < q cl < 200 q cl < < v s 350m/s 120 < v s 180m/s خاك سخت تا بسيار سخت خاك نرم تا سخت هر نيمرخ خاك كه در طبقه A تا E قرار نگيرد و شامل يك يا بيشتر از موارد زير باشد: v s 180m/s - خاكهای آسيبپذير در خرابي يا شکست احتمالي ناشي از مخاطرات لرزهای - نظير خاكهای روانگرا رسهای بسيار حساس خاكهای سيماني شده ضعيف ريزشي با ضخامت بزرگتر از 52 متر خاك لجني 0 اليههای خاك حاوی گاز پر فشار يا فشار حفرهای بيشتر از 92 درصد نسبت به فشار اليه درجای سربار 92 اليههای با ضخامت بزرگتر از 0 متر با اختالف فاحش سرعت موج برشي)بيش از درصد( و يا مقاومت برشي زهکشي نشده )بيش از 52 درصد( در مقايسه با اليههای مجاور - اين پارامتر از رابطه (v0 0.5 q cl=(q c/p (a p) a/σ' به دست ميآيد كه در آن: 5 q: c مقاومت نفوذ مخروط p: a فشار اتمسفر برابر با 522 كيلوپاسکال 'σ: v0 فشار موثر قائم رس حاوی بيشتر از 92 درصد مصالح آهکي يا سيليسي با منشأ آلي 0 به گونه مشابه ميانگين مقاومت نفوذ مخروط q cl يا مقاومت برشي زهکشي نشده c u بايد مطابق رابطه 5 و با جايگزيني q cl يا c u به جای v s تعيين شود. در طبقهبندی خاك برای شالودههای عميق بايد 92 متر خاكي كه دقيقا زير ترازهای مقاومتي شمع كه عموما برای آثار جانبي و قائم مقادير متفاوتي است منظور شود. در شالودههای عميق تراز مقاومت بايد در عمق مركز سطح نمودار نيروهای مقاوم جانبي P-Y و نيروهای مقاوم قائم T-Z منظور گردد.

17 وC ب- تعيين ضرايب ساختگاهي و راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /56 به شرح زير: C v C a C v C a در شالودههای سطحي ضرايب و به رده ساختگاه شتاب طيفي در زمان تناوب 2/0 ثانيه از جدول 2 و جدول 7 به دست ميآيد. اين ضرايب S a,map(1.0) و 5/2 ثانيه S a,map(0.2) C v C a وابسته است. در شالودههای عميق ضرايب رده و در جدول 3 ارائه شده است. جدول 2 مقادير C a برای شالودههای سطحي و شتاب طيفي در زمان تناوب 2/0 ثانيه 5/ 05g 5/2g Sa,map(0.2) 2/75g 2/52g 2/ ساختگاه 05g 5/2 5/2 5/2 5/2 5/2 A/B 5/2 5/2 5/5 5/0 5/0 C 5/2 5/5 5/0 5/4 5/2 D 2/3 2/3 5/0 5/7 0/5 E الف الف الف الف الف F مطالعات ژئوتكنيك ويژه ساختگاه و تحليل ديناميكي پاسخ ساختگاه بايد انجام شود. الف - - رده جدول 7 مقادير C v برای شالودههای سطحي و شتاب طيفي در زمان تناوب 5/2 ثانيه 2/ 52g 2/42g Sa,map(1.0) 2/92g 2/02g 2/ ساختگاه 52g 5/2 5/2 5/2 5/2 5/2 A/B 5/9 5/4 5/5 5/2 5/7 C 5/5 5/2 5/3 0/2 0/4 D 0/4 0/4 0/3 9/0 9/5 E الف الف الف الف الف F مطالعات ژئوتكنيك ويژه ساختگاه و تحليل ديناميكي پاسخ ساختگاه بايد انجام شود. الف C v برای شالودههای شمعي عميق جدول 3 مقادير a Cv 2/3 5/2 5/0 5/3 الف Ca 5/2 5/2 5/2 5/2 الف رده ساختگاه A/B C D E F

18 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... 4 پ- تعيين طيف شتاب افقي با دوره بازگشت 5222 سال در ساختگاه به شرح زير: 5- يك طيف شتاب لرزهای بايد بر اساس زمانهای تناوب نوسان T مشخص شده در شکل تعيين شود. 0- در زمانهای تناوب T كوچکتر يا مساوی با 2/0 ثانيه مقدار شتاب طيفي a,site(t) S از رابطه زير به دست ميآيد: S a,site (T) = (3T + 0.4)C a S a,map (0.2) رابطه 0 در زمانهای تناوب T بزرگتر از 2/0 ثانيه و كوچکتر يا مساوی با 4 ثانيه مقدار شتاب طيفي a,site(t) S از رابطه زير به دست ميآيد: S a,site (T) = C v S a,map (1.0)/T C a S a,map (0.2) -9 رابطه 9 در زمانهای تناوب T بزرگتر از 4 ثانيه ميتوان فرض كرد كه كاهش شتاب طيفي به S a,site (T) = 4C v S a,map (1.0)/T 2 جای T/1 با T/1 2 صورت ميگيرد يعني: -4 رابطه 4 شکل 4 طيف شتاب زلزله با نسبت ميرايي 5 درصد T: زمان تناوب طبيعي سازه يك درجه آزادی C a و C: v ضرايب ساختگاهي a(t) S: شتاب طيفي T شتاب طيفي ساختگاه متناظر با دوره بازگشت 5222 سال و زمان تناوب طبيعي نوسان S: a,site(t) برای يك سازه با يك درجه آزادی

19 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /58 a,map(1.0) S: شتاب طيفي ساختگاه متناظر با دوره بازگشت 5222 سال و زمان تناوب طبيعي نوسان 5/2 ثانيه برای يك سازه با يك درجه آزادی برگرفته از نقشه شکل 5 a,map(0.2) S: شتاب طيفي ساختگاه متناظر با دوره بازگشت 5222 سال و زمان تناوب طبيعي نوسان 2/0 ثانيه برای يك سازه با يك درجه آزادی برگرفته از نقشه شکل 0 ت- شتاب طيفي قائم در ساختگاه در زمان تناوب T برابر با نصف شتاب متناظر افقي منظور شود. طيف قائم نبايد به علت آثار عمق آب كاهش داده شود. ث- طيف شتابي كه با استفاده از مراحل فوق به دست آمده است متناظر با نسبت ميرايي 5 درصد ميباشد. برای به دست آوردن طيف متناظر با ساير نسبتهای ميرايي دامنههای آن را ميتوان با اعمال ضريب اصالح D به شرح زير مقياس نمود: رابطه 5 D = ln(100 η) ln (20) كه η نسبت ميرايي بر حسب درصد ميباشد. به عنوان جايگزيني برای روش ارائه شده در بند الف تا ث طيف با خطر يکنواخت كه از فرآيند تحليل خطر احتماالتي (PSHA) به دست ميآيد را ميتوان برای تعيين طيف طراحي ويژه ساختگاه با دوره بازگشت 5222 سال از طريق تحليل تفصيلي ديناميکي پاسخ ساختگاه اصالح نمود. 0-4 روش اعمال زلزله طيفهای شتاب لرزهای طرح كه به سازه اعمال ميشود بايد به شرح زير تعيين گردد: برای هر زمان تناوب نوسان T شتابهای طيفي افقي و قائم در زلزله نادر از مقادير متناظر شتاب طيفي با دوره بازگشت 5222 سال )مطابق رديفهای پ و ت از بند 5-4( به صورت زير به دست ميآيد: رابطه 2 S a,ale (T) = N ALE S a,site (T) كه در آن ضريب مقياس N ALE ضريبي است كه وابسته به تراز مواجه سکو ميباشد و از جدول 3 به دست ميآيد. جدول 3 ضرايب مقياس برای طيف زلزله نادر ضريب مقیاس NALE 2/35 5/22 تراز مواجهه سکو L3 L1 شتابهای طيفي افقي و قائم در زمان تناوب نوسان T در زلزله شديد (ELE) از رابطه زير محاسبه ميشود: رابطه 7 S a,ele (T) = S a,ale (T)/C r

20 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... كه در آن C r ضريب ظرفيت ذخيره لرزهای برای سيستم سازهای است كه منظوركننده مقاومت ذخيره استاتيکي و قابليت تحمل تغييرشکلهای غيرارتجاعي بزرگ برای هر نوع سکو است )به عنوان مثال فوالد در برابر بتن مسلح(. ضريب در C r بيانگر نسبت شتاب طيفي ايجاد كننده شکست فاجعهبار سيستم سازهای به شتاب طيفي زلزله شديد (ELE) است. مقدار C r بايد قبل از طراحي سکو به گونهای تعيين شود تا طرح سازه اقتصادی گردد و در برابر آسيبهای ناشي از زلزله شديد (ELE) مقاومت كرده همزمان الزامات عملکردی مربوط به زلزله نادر (ALE) را برآورده نمايد. مقادير C r را ميتوان با ارزيابي تفصيلي سازههای مشابه طراحي شده قبلي تخمين زد. مقادير C r برای سکوهای فوالدی ثابت آمده است. مقادير 52 جدول C r به غير از مقادير توصيه شده اين نشريه را ميتوان از ساير 5 به كار گرفت ولي اين مقادير بايد استانداردهای موجود برای طراحي انواع مختلف سازههای فراساحلي با استفاده از يك تحليل ALE صحتسنجي شود. برای اجتناب از دورههای بازگشت بسيار كوتاه زلزله شديد (ELE) مقادير C r برای سکوهای L1 نبايد از 0/3 و برای سکوهای L3 نبايد از 0/2 بزرگتر منظور شود. جدول 52 ضرايب C r در جکت فوالدی سکوهای فراساحلي ثابت Cr مشخصات طراحی سازه به توصيههای طراحي شکلپذير مطابق بند نشريه API RP2A عمل شده تحليل استاتيکي غيرخطي )پوشآور( با توجه به توصيههای مندرج در اين راهنما به منظور صحتسنجي عملکرد كلي سکو در شرايط زلزله نادر (ALE) انجام شده است. حداكثر برابر با 0/32 تأييد شده با تحليل به توصيههای طراحي شکلپذير مطابق بند نشريه API RP2A عمل شده اما تحليل استاتيکي غيرخطي )پوشآور( به منظور صحتسنجي عملکرد كلي سکو در شرايط زلزله نادر (ALE) انجام نشده است. سکو حداقل دارای سه پايه است و الگوی مهاربندی آن شامل اعضای قطری از پايه به پايه همراه با اعضای افقي يا مهاربندیهای ضربدری بدون اعضای افقي باشد. نسبت الغری (KL/r) مهاربندی قطری در قابهای قائم به كوچکتر از 32 محدوده شده همچنين رابطه 2/223 FyD/Et برقرار باشد. در مهاربندیهای ضربدری قابهای قائم نيز اين محدوديتها برقرار است و طول L مورد استفاده وابسته به الگوی بار وارد بر مهاربند ضربدری است. تحليل غيرخطي برای صحتسنجي عملکرد تراز شکلپذيری انجام نميپذيرد. در ساير موارد حداكثر برابر با 0/22 تأييد شده با تحليل 5/42 5/52 5 استانداردهای قابل كاربرد برای طراحي انواع سازههای فراساحلي شامل API 2A-WSD ISO ISO API 2N تمام بخشهای ISO و ISO همچنين ISO ميباشد.

21 5- روش تفصیلی تعیین آثار زلزله 5-5 ارزيابی خطر لرزهاي ويژه ساختگاه طيف شتاب طرح راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /02 پركاربردترين متغير ورودی لرزهای برای تحليل و طراحي لرزهای سازههای فراساحلي است. در مطالعات ويژه ساختگاه طيف شتاب طرح معموال از طيف شتابي كه از تحليل احتماالتي خطر زلزله (PSHA) با برخي اصالحات احتمالي بر اساس شرايط خاك ساختگاه محاسبه ميشود به دست ميآيد. تحليل تعيني خطر زلزله (DSHA) را ميتوان برای تکميل نتايج تحليل خطر احتماالتي به كار گرفت. اين تحليلها در بندهای 0-5 تا 5-5 تشريح شدهاند. 0-5 ارزيابی احتماالتی خطر زلزله (PSHA) مراحل انجام تحليل خطر احتماالتي زلزله در شکل 5 نشان داده شده است. در روش احتماالتي جنبشهای زمين در ساختگاه مشخص با منظور كردن احتمال رخداد زلزلهها با بزرگای متفاوت روی همه چشمههای لرزهزای محتمل )چشمههای خطي يا سطحي( كه ميتوانند روی ساختگاه تأثير بگذارند تخمين زده ميشود )شکل 5 الف(. در يك تحليل PSHA تصادفي بودن كاهندگي امواج لرزهای گذرنده از چشمه لرزهزا تا ساختگاه نيز مد نظر قرار ميگيرد )شکل 5 ب(. تجميع احتماالت روی چشمههای لرزهزای گوناگون احتمال كلي فراگذشت ساالنه برای سطح مشخصي از بيشينه شتاب لرزهای زمين (PGA) يا شتاب طيفي را به دست ميدهد )شکل 5 پ(. منحني احتمال فراگذشت در برابر بيشينه شتاب زمين (PGA) يا پاسخ يك نوسانگر يك درجه آزادی )به عنوان مثال شتاب طيفي سرعت طيفي يا تغييرمکان طيفي( معموال با عنوان "منحني خطر" شناخته ميشود. پاسخ طيفي با زمان تناوب طبيعي نوسانگر متغير است بنابراين گروهي از منحنيهای خطر برای زمانهای تناوب متفاوت T به دست ميآيد )شکل 5 پ(. نتايج يك PSHA برای تعيين طيف با خطر يکنواخت )شکل 5 ت( كه در آن تمام نقاط روی طيف متناظر با احتمال فراگذشت ساالنه يکساني ميباشند استفاده ميشود. رابطه ميان دوره بازگشت يك طيف با خطر يکنواخت و احتمال فراگذشت ساالنه P e عبارت است از: T return = 1 ln (1 P e ) رابطه 3 كه در آن T return دوره بازگشت بر حسب سال است. از آنجا كه PSHA روشي مبتني بر احتماالت است منظور كردن عدم قطعيت در تعريف مقادير ورودی مانند بيشينه بزرگای يك چشمه مشخص رابطه بازرخداد بزرگا رابطه كاهندگي و حدود جغرافيايي تعيين محل يك چشمه دارای اهميت است.

22 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... نتايج تحليل خطر احتماالتي (PSHA) مجموعهای از منحنيهای خطر هستند كه هر يك مربوط به شتاب طيفي متناظر با زمان تناوب طبيعي سازه نظير T 2 T 1... T N ميباشد )شکل 5 پ(. به علت وجود عدم قطعيت در مقادير ورودی PSHA هريك از اين منحنيهای خطر دارای محدودهای از عدم قطعيت است. ميانگين )يا مقدار مورد انتظار( هر منحني خطر بايد برای تهيه يك طيف خطر يکنواخت متناظر با يك احتمال فراگذشت مشخص P e استفاده شود )شکل 5 ت(. در بند 4-5 منظور از منحني خطر مقادير ميانگين آن ميباشد. 9-5 ارزيابی تعینی خطر زلزله (DSHA) مقادير تعيني بيشينه جنبش زمين در هر ساختگاه با در نظر گرفتن يك رخداد با بزرگای مشخص و فاصله معين از ساختگاه به دست ميآيد. برای انجام تحليل خطر تعيني اطالعات زير مورد نياز است: - تعريف چشمه لرزهزا )به عنوان مثال گسل شناخته شده( و موقعيت آن نسبت به ساختگاه - تعريف بزرگای زلزله طرح كه آن چشمه لرزهزا قادر به ايجاد آن باشد - يك رابطه كاهندگي ميان بزرگا و فاصله ممکن است در مجاورت يك ساختگاه چندين گسل شناخته شده فعال وجود داشته باشد. برای هر گسل يك مقدار بيشينه بزرگا تعريف ميشود. اين مقدار تابعي از طول گسل و دادههای تاريخي مربوط به زلزلههای گذشته ويژه آن چشمه خاص ميباشد. تخمينهای تعيني جنبش زمين مرتبط با يك دوره بازگشت مشخص مثال 5222 سال نميباشد اگرچه رخداد مشخص زلزله مورد استفاده ميتواند دوره بازگشت مرتبط با خود را داشته باشد. دوره بازگشت رخداد بيشينه برای يك گسل مشخص ميتواند از چند صد سال تا چند هزار سال بسته به نرخ فعاليت گسل متغير باشد. برای تکميل نتايج PSHA ميتوان از تحليل خطر لرزهای تعيني استفاده نمود. 4-5 تعیین آثار زلزله مبنای اين فرآيند نتايج حاصل از تحليل خطر احتماالتي زلزله )بند 0-5 و شکل 5( ميباشد. منحني خطر لرزهای ويژه ساختگاه بايد بر حسب احتمال فراگذشت ساالنه يك شتاب طيفي متناظر با زمان تناوب اصلي نوسان سازه dom) S a T) تعيين شود. چنين منحنيهايي در شکل 5 پ نشان داده شده است. در غياب اطالعات ويژه بيشتر در مورد زمان تناوب غالب نوسان سازه منحني خطر لرزهای را ميتوان برای شتاب طيفي در زمان تناوب يك ثانيه (1.0) S a تعيين نمود. شتابهای طيفي زلزله ALE از منحني خطر ويژه ساختگاه و احتمال فراگذشت ساالنه شکست P f مطابق جدول 0 تعيين ميشود. مراحل مشخص تعيين رخدادهای ALE و ELE در شکل 4 ارائه شده و در ادامه تشريح ميگردد.

23 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /00 الف- تعريف لرزهخيزی چشمه لرزهزا و هندسه آن ب- تعريف روابط كاهندگي برای شتابهای طيفي در زمانهای تناوب T 1 الي T N پ- ترسيم منحنيهای خطر لرزهای برای شتابهای طيفي در هر زمان تناوب و احتمال فراگذشت ساالنه مورد نظر از روی بخش الف و ب و تعيين شتابهای طيفي ميانگين با خطر يکنواخت ) 1 S a(t ت- توليد طيف خطر يکنواخت برای شتابهای طيفي ميانگين در احتمال فراگذشت مورد نظر از روی بخش پ :f(m) تواتر الي ) N S a(t : 5 چشمه خطي )گسل( 0: چشمه سطحي 9: تواتر ساالنه تجمعي رخداد با بزرگای M 4: عدم قطعيت در كاهندگي M: بزرگا P: e تراز مورد نظر از احتمال فراگذشت ساالنه T: i زمان تناوب نوسانگرهای يك درجه آزادی (i S: a(t شتاب طيفي مربوط نوسانگر يك درجه آزادی با زمان تناوب T i d: فاصله از چشمه P: احتمال فراگذشت ساالنه :S a,pe(t i) شتاب طيفي ميانگين به ازای زمان تناوب نوسانگر برابر با T i در احتمال فراگذشت ساالنه مورد نظر شکل 5 فرآيند تحليل خطر لرزهای احتمالي الف- رسم منحني خطر ويژه ساختگاه برای زمان تناوب T=T dom )مشابه منحني به نمايش در آمده در شکل 5 پ( در مقياس دو لگاريتمي در مبنای 52 كه نشاندهنده توزيع احتمال پارامتر ميباشد )شکل 2 الف( ب- انتخاب احتمال ساالنه شکست مورد نظر P f به شکل تابعي از تراز مواجهه طبق جدول 0 و تعيين شتاب طيفي ويژه ساختگاه برای P f از شکل 2 الف

24 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... پ- تعيين شيب منحني خطر لرزهای a R در منطقه مجاور P f با كشيدن يك خط مماس بر منحني خطر لرزهای در P f يك در يك سمت P f شيب a R به عنوان نسبت شتابهای طيفي متناظر با دو مقدار احتماالتي كه هر قرار دارد و يك مرتبه لگاريتمي با هم اختالف دارند )1 P و P 2 نزديك باشد. P f بايد به P 1 ت- از جدول 55 ضريب اصالح C c متناظر با a R عدم قطعيتهايي است كه در منحني خطر لرزهای لحاظ نشده است. در الف( ترجيحا به دست ميآيد. اين ضريب اصالح منعکسكننده جدول 55 ضرايب اصالح C c 9 /5 9/2 0/5 0/2 5/75 ar 5/52 5/52 5/50 5/55 5/02 ضريب اصالح Cc (T dom) C c ALE تعيين شتاب طيفي ث- با اعمال ضريب اصالح به S a,pf شتاب طيفي ويژه P f ساختگاه در مورد نياز و زمان تناوب سازهای حاكم :T dom S a,ale(t dom ) = C c S a,pf(t dom ) رابطه 3 سپس احتمال فراگذشت ساالنه رخداد ALE (P ALE) به طور مستقيم از منحني خطر لرزهای مطابق شکل 2 ب به دست ميآيد. دوره بازگشت رخداد ALE از احتمال فراگذشت ساالنه با استفاده از رابطه 3 محاسبه ميشود. مقدار P ALE P f از كوچکتر است تا عدم قطعيتهای تجمعي در ارزيابي كنشها و مقاومتها كه در منحني خطر لرزهای منظور نشده است را شامل شود )اين موضوع با ضريب اصالح C c لحاظ ميگردد(. ج- در انواع شناختهشده سازهها كه مشخصات شکلپذيری و مقاومت ذخيره مشخص است شتاب طيفي ELE از رابطه زير تعيين ميگردد: S a,ele(t dom ) = S a,ale(t dom ) C r رابطه 52 كه در آن C r ضريب ظرفيت ذخيره لرزهای برای سيستم سازهای است كه منظور كننده ظرفيت ذخيره استاتيکي و قابليت تحمل تغييرشکلهای غيرخطي بزرگ برای هر نوع سازه )مثال فوالد يا بتن مسلح( ميباشد. ضريب C r منظوركننده نسبت شتاب طيفي مسبب شکست فاجعهآميز سيستم سازه به شتاب طيفي ELE است. اين ضريب بايد قبل از طراحي تخمين زده شود تا دستيابي به يك طرح اقتصادی امکانپذير گردد كه در عين حال اين طرح بتواند در برابر آسيب در زلزله ELE مقاومت كند و در عين

25 حال الزامات عملکردی زلزله ALE را نيز برآورده نمايد. مقادير راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /04 C r تفصيلي گذشته روی سازههای مشابه مورد اصالح قرار داد. مقادير ثابت در جدول 52 آمده است. ميتوان از مقادير ديگری برای C r C r را ميتوان با استفاده از ارزيابي برای سکوهای فوالدی با پايه به جز مقاديری كه در استانداردهای 5 هم در طراحي استفاده نمود اما اين مقادير را بايد قابل كاربرد در سازههای فراساحلي ارائه شده است با يك تحليل ALE صحتسنجي كرد. چ- در اين گام احتمال ساالنه فراگذشت در رخداد ELE (P ELE) را ميتوان از منحني خطر يکنواخت )مطابق شکل 2 ب( تعيين كرد. دوره بازگشت ELE از احتمال ساالنه فراگذشت با استفاده از رابطه 3 به دست ميآيد. با داشتن مقادير دوره بازگشت ALE و ELE شتابهای طيفي ALE و ELE برای ساير زمانهای تناوب طبيعي )مقادير لرزهای حاصل ميشود. S a,ale(t) و )S a,ele(t) از نتايج تحليل خطر احتماالتي ح- اصالحات طيفهای شتاب برای ALE و ELE در ساختگاه مورد نظر و با توجه به شرايط خاك و زمينشناسي منطقه با استفاده از تحليل پاسخ ساختگاه )بند 5-5( صورت ميپذيرد. در سکوهای شناور )نظير سکوهای پايه كششي ) 0 و ساير انواع سکو كه مقدار به درستي تعريف C r نميشود يك فرآيند طراحي كه مستقيما از شکست فاجعهبار سيستم در زلزله ALE جلوگيری نمايد 9 تغييرمکانهای شديد و امواج ضربهای 4 در اين پيشنهاد ميگردد. برای طراحي سيستم پهلوگيری 5 بحث بايد مورد توجه قرار گيرد. سازه پوسته ميگردد. برای كنشهای متناظر به صورت ارتجاعي طرح حداقل دوره بازگشت ELE در جدول 50 آمده است تا از صحت طراحي اقتصادی به عنوان تابعي از تراز مواجهه اطمينان حاصل گردد. در صورتي كه دوره بازگشت ELE به دست آمده از روش ارائه شده در اين بند از دوره بازگشت متناظر در جدول 50 كوچکتر شود دوره بازگشت جدول 50 بايد در تعيين S a,ele(t) مالك عمل قرار گيرد. جدول 50 حداقل دورههای بازگشت برای زلزله تراز ELE دوره بازگشت )سال( تراز مواجهه L3 L استانداردهای مربوط به اين بخش شامل ISO API 2N API 2A-WSD ISO ISO )تمام بخشها( ISO )تمام بخشها( و ISO ميباشد. به بند مراجع رجوع شود. 2 Tension Leg Platform 3 Mooring System 4 Shock Wave 5 Hull Structure

26 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... الف- تعيين شيب منحني خطر لرزهای ar به ازای T=Tdom P: e احتمال فراگذشت ساالنه (g) شتاب طيفي :S a ب- تعيين شتابهای طيفي و احتماالت فراگذشت برای رخدادهای ALE و ELE شکل 2 نمونهای از منحني خطر لرزهای

27 5-5 تحلیلهاي پاسخ ويژه ساختگاه راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /06 در فرآيند تفصيلي تعيين كنشهای لرزهای )بند 4-5( شتابهای طيفي طراحي تراز ALE و ELE )يعني پارامترهای S a,ale(t) و )S a,ele(t) بر اساس منحنيهای خطر يکنواخت كه در آن تمامي نقاط روی منحني دارای يك دوره بازگشت يکسان هستند به دست ميآيند. دورههای بازگشت برای رخدادهای ALE و ELE مطابق روش ارائه شده در بند 4-5 تعيين ميگردد. تحليلهای خطر لرزهای احتماالتي و تعيني كه در بندهای 9-5 و 0-5 ذكر گرديد جنبشهای زمين مورد استفاده برای ساختگاههای دارای خاك با سفتي متوسط سفت يا بستر سنگي را به دست ميدهد اما بسياری از ساختگاههای فراساحلي شامل اليه سطحي متشکل از خاك نرم مستقر بر مصالح سختتر ميباشد. لذا بايد شتابهای طيفي ALE و ELE را برای شرايط خاك ساختگاهي اصالح نمود. برای اصالح مقادير شتاب طيفي در تراز و ALE ELE ميتوان يك تحليل ديناميکي پاسخ ساختگاه با استفاده از مدلهای خطي يا غيرخطي بيانگر شرايط خاك زيرسطحي را به كار برد و شتابهای طيفي ويژه ساختگاه را برای طراحي تعيين نمود. به عنوان روشي ديگر برای انجام تحليل پاسخ ديناميکي ساختگاه رويه ارائه شده در بند 5-4 برای اصالح طيفهای شتاب قابل كاربرد است. مطابق آن بند يك طيف تشديد از نسبت شتاب طيفي متناظر با رده خاك ساختگاه به رده خاك سفت يا بستر سنگي قابل تعيين است. طيف تشديد را ميتوان برای اصالح طيفهای شتاب به دست آمده از تحليل PSHA متناظر با خاك سفت يا بستر سنگي به كار برد. 6- الزامات عملکردي 5-6 عملکرد در زلزله تراز ELE هدف از طراحي در برابر زلزله تراز ELE اطمينان از آن است كه طي رخداد اين تراز از زمينلرزه سکو بدون آسيب بماند يا آسيب ناچيزی به آن وارد شود و همچنين حاشيه ايمني كافي در برابر شکستهای جدی طي رخداد زلزلههای شديدتر تأمين گردد. الزامات عملکردی زير بايد در برابر تراز ELE تأييد شود: - تمامي اجزای اصلي سازهای و شالوده بايد در برابر زلزله ELE سالم بمانند يا آسيب ناچيزی را تجربه نمايند. رفتار غيرخطي محدود )مثال تسليم در فوالد يا ايجاد ترك كششي در بتن( قابل پذيرش است اما از تنزل مقاومت به صورت ترد )مثال ايجاد كمانش موضعي در اجزای 5 در اجزای بتني( بايد جلوگيری به عمل آيد. فوالدی يا ريختن پوشش 1 Spalling

28 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... - اجزای سازهای ثانويه نظير پانلهای استقرار لولههای هادی 5 بايد همان ضوابط سختگيرانه مربوط به اجزای اصلي را در زلزله ELE برآورده نمايند. - نيروهای داخلي در اتصاالت نبايد از مقاومت اتصال محاسبه شده بر اساس نيروها و لنگرهای ارتجاعي تجاوز كند. - كنترل شالوده بايد هم به صورت جزء به جزء و هم به صورت كلي انجام گردد. در سطح اجزا حاشيه ايمني كافي بايد بر حسب شکست محوری و جانبي شمعها يا شکست قائم و لغزشي ساير اجزای شالوده صورت پذيرد. در سطح كلي سيستم نيز يك حاشيه ايمني كافي بايد بر حسب سازوكار تغييرشکل زياد كه منجر به آسيب يا تنزل مقاومت و نياز به تعميرات در سکو و متعلقات آن )نظير خطوط لوله و لولههای هادی( ميگردد تأمين شود. - در تراز ELE نبايد هيچگونه اختاللي در سيستمهای ايمني يا سيستمهای فرار و خروج اضطراری پديدار گردد. 4 بايد قادر باشند جنبشهای منتقل شده از سکو را 9 و سازههای مشعل - دكلها 0 جرثقيلها بدون آسيب يا با آسيب اندك تحمل كنند. در طراحي بايد قيدهايي برای جلوگيری از فروافتادن اجزای روسازه و سينيهای كابل ديده شود. لولهكشيها بايد برای جابجاييهای ناهمسان ناشي از حركت تکيهگاهها طراحي شوند و تکيهگاههای لغزشي بايد به گونهای نگهداری شوند كه همانگونه كه طراحي شدهاند عمل نمايند. طرح بايد به گونهای پياده شود كه احتمال خطر فروافتادن تجهيزات و متعلقات طي رخداد زلزله تراز ELE كمينه گردد. الزامات مکمل در خصوص سکوهای دارای پايههای نوع جکت فوالدی در بيست و دومين نسخه از نشريه API RP2A-WSD ارائه شده است. 0-6 عملکرد در زلزله تراز ALE هدف از طراحي سکو در برابر رخداد زلزله ALE اطمينان از آن است كه مودهای خرابي كلي كه منجر به ايجاد حوادث فاجعهآميز نظير به خطر افتادن جان پرسنل يا آسيبهای جدی زيستمحيطي در اين تراز از زمينلرزه ميگردد به وقوع نپيوندد. در اين خصوص بايد از رعايت الزامات عملکردی زير اطمينان حاصل كرد: 1 Conductor Guide Panel 2 Masts 3 Derricks 4 Flare Structures

29 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( /08 رفتار خميری تنزليابنده برای اجزای سازهای مجاز است )مثال ايجاد كمانش موضعي در اجزای فوالدی يا ريختن پوشش در اجزای بتني( اما شکستهای فاجعهآميز نظير فروريزش كلي يا شکست بخش طرهای عرشه نبايد رخ دهد. ايجاد سازوكارهای خميری پايدار در شالودهها مجاز است اما از مودهای شکست فاجعهآميز نظير ناپايداری و فروريزش بايد جلوگيری به عمل آيد. رفتار خميری محدود در اتصاالت مجاز است اما اتصاالت بايد در محدوده مقاومتهای نهايي خود باقي بمانند. به جای آن در صورتي كه ايجاد تغييرشکلهای بزرگ در اتصاالت مورد انتظار باشد بايد آنها را به گونهای طرح نمود كه شکلپذير بوده در ترازهای تغييرشکلهای پيشبيني شده دارای مقاومت باقيمانده باشند. سامانههای ايمني و همچنين سيستمهای فرار و خروج اضطراری بايد پس از رخداد زلزله تراز ALE قابل بهرهبرداری باقي بمانند. - - شکست تجهيزات در روسازه نبايد موجب اختالل در سيستمهای ايمني- اضطراری سکو گردد. از فروريزش بخش مسکوني 5 دكلها جرثقيلها سازههای مشعل و ساير تجهيزات مهم روسازه بايد جلوگيری گردد. هر گونه ضوابط مقاومت فراتر از زلزلههای با تراز ALE در استانداردهای مربوط به سازههای 0 نيز قابل اعمال است. فراساحلي الزامات مکمل در خصوص سکوهای دارای پايههای نوع جکت فوالدی در بيست و دومين نسخه از نشريه API RP2A-WSD ارائه شده است. 1 Living Quarters استانداردهای مربوط به اين بخش شامل ISO API 2N API 2A-WSD ISO ISO )تمام 2 بخشها( ISO )تمام بخشها( و ISO ميباشد. به بند مراجع رجوع شود.

30 / راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250(... مراجع 1. ISO , Petroleum and natural gas industries Specific requirements for offshore structures Part 3: Topsides structure. 2. ISO 19902, Petroleum and natural gas industries Fixed steel offshore structures. 3. ISO [all parts], Petroleum and natural gas industries Floating offshore structures. 4. ISO [all parts], Petroleum and natural gas industries Site-specific assessment of mobile offshore units. 5. ISO 19906, Petroleum and natural gas industries Arctic offshore structures. 6. Banon, H., Cornell, C. A., Crouse,C. B., Marshall, P. W., Nadim, F., and Younan, A. H., ISO Seismic Design Guidelines for Offshore Platforms,Proc. 20th Offshore Mechanics and Arctic Engineering Conf. (OMAE) June Harmsen, S., Perkins, D., and Franke, A., Deaggregation of Probabilistic Ground Motions in the Central and Eastern United States, Bulletin of the Seismological Society of America, 89, 1999, pp Bernreuter, D. L., Determining the Controlling Earthquake from Probabilistic Hazards for the Proposed Appendix B, Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-JC , Chapman, M. C., A Probabilistic Approach for Ground Motion Selection for Engineering Design, Bulletin of the Seismological Society of America, 85, 1995, pp McGuire, R. K., Probabilistic Seismic HazardAnalysis and Design Earthquakes: Closing the Loop, Bulletin of the Seismological Society of America, 85, 1995, pp Bazzurro, P. and Cornell, C. A., Disaggregation of Seismic Hazard, Bulletin of the Seismological Society of America, 89, 1999, pp Frankel, A. D. and Leyndecker, E. V., USGS Seismic-Hazard Lookup Programs and Map-Viewing Applications, U.S. Geological Survey CD, January NEHRP, Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures, U.S. Federal Emergency Management Agency, 1997 Edition. 14. NORSAR and NGI, Development of a Seismic Zonation for Norway, Report prepared for Norwegian Council for Building Standardization (NBR), Oslo, Norway, March Geological Survey of Canada, Web site: 16. Stokoe, K. H. and Rosenblad, B. L., Offshore Geotechnical Investigations with Shear Waves,Proc. 31 st Offshore Technology Conf., OTC 10823, Houston, TX, May 3 6, Stokoe, K. H., Wright, S. W., Bay, J. A., and Roesset, J. M., Characterization of Geotechnical Sites by SASW Method, ISSMFE Technical Committee #10 for XII ICMFE, Geotechnical Characteristics of Sites, A.A. Balkema Publishers, Rotterdam & Brookfield, Netherlands, 1994, 46 pp. 18. Richart, F. E., Hall, J. R., and Woods, R. D., Vibration of Soils and Foundations, Prentice Hall, New Jersey, USA, 1970, 414 pp. 19. Hardin, B. O., Nature of Stress-Strain Behavior for Soils, Proc. ASCE Specialty Conf. on Earthquake Engineering and Soil Dynamics, 1, Pasadena, 1978, pp Hardin, B. O. and Drnevich, V. P., Shear Modulus and Damping in Soils: Design Equations and Curves, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 98(SM7), July 1972, pp Seed, H. B. and Idriss, I. M., Soil Moduli and Damping Factors for Dynamic Soil Response, Report EERC 70-10, University of California, Earthquake Engineering Research Center, Berkeley, Dec

31 راهنماي طراحی لرزهاي سکوهاي ثابت فراساحلی در صنعت نفت )نشريه شماره 250( / API RP 2A-LRFD Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms, American Petroleum Institute, July 1993, 1st Edition. 23. Werner, S. D. (Ed.), Seismic Guidelines for Ports, American Society of Civil Engineers (ASCE), March Cornell, C. A., Engineering Seismic RiskAnalysis, Bulletin of Seismological Society of America, 58, 1968, pp Der Kiureghian, A. and Ang A. H-S., A Fault-Rupture Model for Seismic Risk Analysis, Bulletin of the Seismological Society of America, 67, 1977, pp McGuire, R. K., Effects of Uncertainty in Seismicity on Estimates of Seismic Hazard for the East Coast of the United States, Bulletin of the Seismological Society of America, 67, 1977, pp Campbell, K. W., Bayesian Analysisof Extreme Earthquake Occurrences: Part I, Probabilistic Seismic Hazard Model, Bulletin of the Seismological Society of America, 72, 1982, pp Kramer, S. L., Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall, New Jersey, USA, Cornell, C. A., Calculating Building Seismic Performance Reliability: A Basis for Multi-Level Design Norms, Proceeding of 11th World Conf. on Earthquake Engineering, Acapulco, Mexico, June Schnabel, P. B., Lysmer, J., and Seed, H. B., Shake; A Computer Program for Earthquake Response Analysis of Horizontally Layered Sites, Report EERC 72-12, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, USA, Seed, H. B., Ugas, C., and Lysmer, J., Site-Dependent Spectra for Earthquake Resistant Design, Bulletin of the Seismological Society of America, 66, 1976, pp Idriss, I. M., Dobry, R. E., Doyle, H., and Singh,R. D., Behavior of Soft Clays Under Earthquake Loading Conditions, Proc. 8 th Offshore Technology Conf., Houston, Texas, OTC Paper No. 2671, Streeter, V. L., Wylie, E. B., and Richart, F. E., Soil Motion Computations by Characteristic Method, Journal of the Geotechnical Engineering Division, American Society of Civil Engineers, 100(GT3), 1974, pp [34] Finn, W. D. L., Lee, K. W., and Martin, G. R., An Effective Stress Model for Liquefaction, Journal of the Geotechnical Engineering Division, American Society of Civil Engineers, 103(GT6), 1977, pp Tsai, C. F., Lam, I., and Martin G. R., Seismic Response of Cohesive Soils, Journal of the Geotechnical Engineering Division, American Society of Civil Engineers, 106(GT19), 1980, pp Chen, A. T. F., MULAP2: A Multi-Linear Analysis Program for Ground Motion Studies of Horizontally Layered Systems, Report No. PB , National Technical Information Service, Springfield, Virginia, USA, Joyner, W. B. A., Fortran Program for Calculating Nonlinear Seismic Ground Response, Open File Report , U.S. Geological Survey, Marshall, P. W., Earthquake Considerations for Structural Design, Proc. BOSS-1997, Delft. 39. Rijken, O. and Leverette, S., Tension Leg Platform Response to Earthquake in the Gulf of Mexico, Proc. ISOPE-2007, Lisbon. 40. Younan, A. H. and Puskar, F. J., API RP 2EQ, Seismic Design Procedures and Criteria for Offshore Structures, OTC 21047, Houston, TX, May Peng, B. F., Chang, B., Leow, B.-L., and Nandlal, S., Nonlinear Dynamic Soil-PileSturcture Interaction Analysis of Offshore Platforms for Ductility Level Earthquake under Soil Liquefaction Conditions; the 14 th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, October API RP 2N, Planning, Designing, and Constructing Structures and Pipelines for Arctic Conditions.