8.1.1 Προσδιορισμός Φορτίσεων (Σεισμικές δράσεις)

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 8.1.1 Προσδιορισμός Φορτίσεων (Σεισμικές δράσεις) Γεώργιος Εμμ. Μυλωνάκης Καθηγητής Γεωτεχνικής Μηχανικής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Π.Π. mylo@upatras.gr Ξένια Καρατζιά, Φωτεινή Λυραντζάκη Υποψήφιες ιδάκτορες, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Π.Π. xkar@upatras.gr lyrafo@upatras.gr

Φορτία που ασκούνται σε Πλατφόρμα Σταθερού Πυθμένα (i) Μόνιμα Φορτία: ίδιο βάρος πλατφόρμας βάρος μόνιμου μηχανολογικού εξοπλισμού υδροστατικές φορτίσεις επί της κατασκευής (ii) Κινητά Φορτία: βάρος εξοπλισμού γεώτρησης 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

Φορτία που ασκούνται σε Πλατφόρμα Σταθερού Πυθμένα (iii) Περιβαλλοντικά Φορτία: άνεμος ρεύμα κύμα σεισμός χιόνι πάγος κίνηση γης διακύμανση της υδροστατικής πίεσης και άνωσης σε μέλη της κατασκευής λόγω της επίδρασης κυματισμού και παλίρροιας

Φορτία που ασκούνται σε Πλατφόρμα Σταθερού Πυθμένα (iv) Φορτία Κατασκευής: Φορτία κατά την κατασκευή, αποφόρτιση, μεταφορά και εγκατάσταση (v) Φορτία Αφαίρεσης και Επανεγκατάστασης: για πλατφόρμες που θα μεταφερθούν σε άλλη περιοχή προκύπτουν φορτία από την αφαίρεση, αποβίβαση, μεταφορά, και επανεγκατάσταση (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

Θεμελίωση Πλατφόρμας Σταθερού Πύθμένα Η κατασκευή θεμελιώνεται σε πασσάλους, που φέρουν το ίδιον βάρος κατασκευής και τα περιβαλλοντικά φορτία Η γεωτεχνική έρευνα είναι απαραίτητη Το μήκος των πασσάλων εξαρτάται από το βάρος της πλατφόρμας και τα εδαφικά χαρακτηριστικά, κυμαίνεται μεταξύ 30 100m.

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] International Organization for Standardization, ISO 19901-2:2004 (Modified) Petroleum and Natural Gas Industries Specific requirements for offshore structures Part 2: Seismic design procedure and criteria, First Edition 2014 (DRAFT)

Ανάλυση με βάση τους Κανονισμούς Τα περιβαλλοντικά φορτία συνδυάζονται κατά τρόπο συνεπή με την πιθανότητα της ταυτόχρονης εμφάνισής τους κατά τη διάρκεια της εξεταζόμενης φόρτισης Τα σεισμικά φορτία δρούν ανεξάρτητα από άλλα περιβαλλοντικά (π.χ. κυματισμός, άνεμος)

υναμική Σεισμική Ανάλυση Μοντελοποίηση κατασκευής Το δυναμικό μοντέλο σταθερών πλατφορμών 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 ανάμεσα από τα βυθισμένα σωληνοειδή στοιχεία - μάζα θαλάσσιας βλάστησης που αναμένεται να συγκεντρωθεί επί της κατασκευής - πρόσθετη μάζα βυθισμένων στοιχείων, λαμβάνοντας υπόψη την αυξημένη διάμετρο στοιχείου λόγω θαλάσσιας βλάστησης

υναμική Σεισμική Ανάλυση Μοντελοποίηση κατασκευής Ισοδύναμες τιμές ιξώδους απόσβεσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν έναντι ενός άμεσου καθορισμού των στοιχείων απόσβεσης Για άγνωστες 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

Μέθοδοι Ανάλυσης Οι μέθοδοι χρονοϊστορίας δυναμικής ανάλυσης προτιμώνται για την πρόβλεψη ακραίων δυναμικών αποκρίσεων των template platforms, minimum structures, και guyed towers καθώς σε αυτές τις κατασκευές κυριαρχούν οι δυνάμεις σύρσης Το μη γραμμικό σύστημα δυσκαμψίας υποδεικνύει ανάλυση στο πεδίο του χρόνου για guyed towers Μέθοδοι στο πεδίο των συχνοτήτων μπορεί να εφαρμοστούν κατά την ανάλυση απόκρισης σε ακραία δυναμικά φαινόμενα για τον υπολογισμό του παράγοντα δυναμικής ενίσχυσης 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

ιαδικασία σχεδιασμού Οι παράκτιες κατασκευές σχεδιάζονται για δύο επίπεδα σεισμικής έντασης: Φασματική Επιτάχυνση Ενεργή Επιτάχυνση Εδάφους Περίοδος Τ, s Επίπεδο Αντοχής Ο σεισμός ορίζεται με μέση περίοδο επαναφοράς 200-500 έτη, με την υπόθεση ελαστικής συμπεριφοράς της κατασκευής Επίπεδο Πλαστιμότητας Maximum credible earthquake Aνελαστική απόκριση κατασκευής Aποφυγή κατάρρευσης

Σεισμική ανάλυση για: Mη αναμενόμενο συμβάν (Abnormal Level Earthquake) Ακραίο Συμβάν (Extreme Level Earthquake)

ιαδικασία σχεδιασμού Προσδιορισμός Φορτίσεων (Σεισμικές δράσεις)

Κατηγορία σεισμικής επικινδυνότητας (SRC) Προσδιορισμός σεισμικής ζώνης Προσδιορισμός επιπέδου έκθεσης κατασκευής Προσδιορισμός SRC

Κατηγορία εδάφους Προσδιορισμός Φορτίσεων (Σεισμικές δράσεις)

Μέση ταχύτητα διάδοσης διατμητικού κύματος V s30 V s30 30 n i 1 d V i si,

Μορφή φάσματος σχεδιασμού Περίοδος Τ μικρότερη ή ίση με 0.2 sec 3 0.4 0.2 S T T C S a,site a a,map Περίοδος Τ μεγαλύτερη από 0.2 sec Sa,site T Cv Sa,map 1.0 / T Περίοδος Τ μεγαλύτερη από 4.0 sec a,site 2 4 1.0 / S T C S T v a,map

Προσδιορισμός σταθερών C a και C v 1) 2) 3)

Φάσμα σχεδιασμού για περίοδο επαναφοράς 1000 ετών Επιτάχυνση σε συγκεκριμένη θέση

Προσδιορισμός φασματικής επιτάχυνσης σχεδιασμού για μη αναμενόμενο συμβάν a,ale S T N S T ALE a,site Συντελεστής N ALE Προσδιορισμός φασματικής επιτάχυνσης σχεδιασμού για ακραίο συμβάν S T S T C a,ele a,ale / r όπου C r 1.10 2.80 (API σελ. 16)

Πιθανοτική ανάλυση σεισμικής επικινδυνότητας (PSHA)

Περίοδος επαναφοράς T return 1/ P e όπου T return : είναι η περίοδος επαναφοράς σε χρόνια και P e : ετήσια πιθανότητα υπέρβασης Βάσει της πιθανοτικής ανάλυσης δημιουργούνται καμπύλες επικινδυνότητας που δίνουν την τιμή της φασματικής επιτάχυνσης

Τυπικές καμπύλες σεισμικής επικινδυνότητας Ετήσια πιθανότητα υπέρβασης Φασματική επιτάχυνση Φασματική επιτάχυνση

Βάσει αποτελεσμάτων PSHA Προσδιορισμός φασματικής επιτάχυνσης για μη αναμενόμενο συμβάν a,ale S T C S T dom c a,pf dom ιορθωτικός Συντελεστής C c Προσδιορισμός φασματικής επιτάχυνσης για ακραίο συμβάν S T S T C a,ele dom a,ale dom / r όπου C r 1.10 2.80 (API σελ. 16)

Ανάλυση χωρίς αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής

Εξισώσεις Κίνησης χωρίς αλληλεπίδραση Σχετική Κίνηση

Εξισώσεις κίνησης χωρίς αλληλεπίδραση Απόλυτη Κίνηση

Εξισώσεις κίνησης με αλληλεπίδραση Σχετική κίνηση ως προς έδαφος mu cu K u mu t g

Ανάλυση απόκρισης ελεύθερου πεδίου Προσδιορισμός Φορτίσεων (Σεισμικές δράσεις)

Ανάλυση με αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής (SSI)

Εξίσωση κίνησης με αλληλεπίδραση Απόλυτη Κίνηση

Φασματικές επιταχύνσεις σχεδιασμού (ξ=5%) Προσδιορισμός Φορτίσεων (Σεισμικές δράσεις)