Περίπτωση Μελέτης Θαλάσσιας Κατασκευής με χρήση λογισμικού και με βάση Κώδικες (Compliant Tower) (8.1.10)

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 Περίπτωση Μελέτης Θαλάσσιας Κατασκευής με χρήση λογισμικού και με βάση Κώδικες (Compliant Tower) (8.1.10) Βασίλειος Μαματσόπουλος Πολιτικός Μηχανικός Α.Π.Θ., Construction Support Engineer, Archirodon N.V. vmamatso@hotmail.gr, v.mamatsopoulos@archirodon.net ημοσθένης Αγγελίδης Καθηγητής Θαλασσίων Έργων, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ. dangelid@civil.auth.gr

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

ΜΟΝΤΕΛΟ (1) ELEVATION

ΜΟΝΤΕΛΟ (2) TYPICAL LEVEL

ΜΟΝΤΕΛΟ (3) TYPICAL LEVEL

ΜΟΝΤΕΛΟ (4) TYPICAL BAY

ΜΟΝΤΕΛΟ (5) Παράδειγμα Ανάλυσης και Σχεδιασμού Θαλάσσιας

ΜΟΝΤΕΛΟ (6) DECK

ΜΟΝΤΕΛΟ (11) TOWER

ΜΟΝΤΕΛΟ (12) CONDUCTORS

ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ (1) IN-PLACE DESIGN Storm Conditions Only Random Waves: P-M Spectrum, Hs= 19.7 feet,tz=12.5 sec Current: 1.63 m/sec at Surface 1 - hr wind at 10 m : 65.1 m/sec Calculate Mode Shapes and Frequencies Analyze 8 Wave Headings Time Domain Analysis: 1024 Points @ 0.4 sec increment 3 Snapshots per heading = 24 Load Conditions Tubular Member and Joint Check: API RP2A 21st Ed. Suppl. 2

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΤΑΤΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΑΠΟ Ι ΙΑ ΒΑΡΗ (1) Deck : 412.36 tn MicroSAS II (486.3 tn Excel) Tower : 4615.76 tn MicroSAS II (5076.99 tn Excel) Conductors : 1965.79 tn MicroSAS II (1965.79 tn Excel) CD_Stubs : 14.37 tn MicroSAS II (14.37 tn Excel) ΣΥΝΟΛΟ ΑΝΩ ΟΜΗΣ : 7008.28 tn MicroSAS II 7543.45 tn Excel Piles : 625.85 tn MicroSAS II (625.85 tn Excel)

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΤΑΤΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΑΠΟ Ι ΙΑ ΒΑΡΗ (1) Deck : 412.36 tn MicroSAS II (486.3 tn Excel) Tower : 4615.76 tn MicroSAS II (5076.99 tn Excel) Conductors : 1965.79 tn MicroSAS II (1965.79 tn Excel) CD_Stubs : 14.37 tn MicroSAS II (14.37 tn Excel) ΣΥΝΟΛΟ ΑΝΩ ΟΜΗΣ : 7008.28 tn MicroSAS II 7543.45 tn Excel ΙΑΦΟΡΑ 537.17 tn ΛΟΓΩ ΤΩΝ ΑΞΟΝΙΚΩΝ ΕΚΚΕΝΤΡΟΤΗΤΩΝ ΠΟΥ ΕΝ ΕΛΗΦΘΗΣΑΝ ΥΠΟΨΗ ΚΑΤA ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΜΕ ΤΗΝ ΒΟΗΘΕΙΑ ΤΟΥ EXCEL

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ (1) ΑΝΩΣΗ 4763.58 tn MicroSAS II ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΒΛΑΣΤΗΣΗ : 878,96 tn MicroSAS II Ειδικό βάρος θαλάσσιας βλάστησης : 1,4 tn / m^3

ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΜΕ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ (1) SINGLE PILE ANALYSIS Displ vs Shear Force 1.20E+03 1.00E+03 Shear Force [KN] 8.00E+02 6.00E+02 4.00E+02 Displ vs Shear Force 2.00E+02 0.00E+00 0.00E+00 1.00E+00 2.00E+00 3.00E+00 4.00E+00 5.00E+00 6.00E+00 Displacement [mm]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΜΕ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ (2) SINGLE PILE ANALYSIS Displ vs Moment 3.50E+06 3.00E+06 Moment [KNmm] 2.50E+06 2.00E+06 1.50E+06 1.00E+06 Displ vs Moment 5.00E+05 0.00E+00 0.00E+00 1.00E+00 2.00E+00 3.00E+00 4.00E+00 5.00E+00 6.00E+00 Displacement [mm]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΜΕ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ (3) SINGLE PILE ANALYSIS Rotation vs Shear Force 1.40E+04 1.20E+04 Shear Force [KN] 1.00E+04 8.00E+03 6.00E+03 4.00E+03 Rotation vs Shear Force 2.00E+03 0.00E+00 0.00E+00 1.00E-02 2.00E-02 3.00E-02 4.00E-02 5.00E-02 6.00E-02 Rotation [rad]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΜΕ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ (4) SINGLE PILE ANALYSIS Rotation vs Moment 1.20E+08 1.00E+08 Moment [KNmm] 8.00E+07 6.00E+07 4.00E+07 Rotation vs Shear Force 2.00E+07 0.00E+00 0.00E+00 1.00E-02 2.00E-02 3.00E-02 4.00E-02 5.00E-02 6.00E-02 Rotation [rad]

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (1) MODE 1 (Sway Mode Long Direction, 33.38 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (2) MODE 2 (Sway Mode Short Direction, 32.10 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (3) MODE 3 (Torsion, 6.88 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (4) MODE 4 (Bending Mode Long Direction, 4.78 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (5) MODE 5 (Bending Mode Short Direction, 4.66 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (6) MODE 6 (2 nd Torsion, 2.02 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (7) MODE 7 (2 nd Bending Mode Long Direction, 1.96 sec)

Ι ΙΟΜΟΡΦΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (8) MODE 8 (2 nd Bending Mode Short Direction, 1.92 sec)

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (1) WAVE SPECTRUM 3.50E+02 Wave Spectrum 3.00E+02 2.50E+02 Sw [ft^2-sec] 2.00E+02 1.50E+02 1.00E+02 Wave Spectrum 5.00E+01 0.00E+00 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4-5.00E+01 Frequency [Hz]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (2) WAVE SPECTRUM 3.50E+02 Wave Spectrum 3.00E+02 2.50E+02 Sw [ft^2-sec] 2.00E+02 1.50E+02 1.00E+02 Wave Spectrum 5.00E+01 0.00E+00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65-5.00E+01 Period [sec]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (3) WAVE ELEVATION TIME HISTORY 25.0000 20.0000 Wave Surface Elevation History Wave 15.0000 Amplitude [feet] 10.0000 5.0000 0.0000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450-5.0000-10.0000-15.0000-20.0000-25.0000 Time [sec]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (4) SHEAR FORCE ENVELOPE Shear Force Envelope X (45 deg) 100 0 Elevation [m] -100-200 -300-400 Force X -500-600 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Shear Force [kn]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (5) SHEAR FORCE ENVELOPE Shear Force Envelope Z (45 deg) 100 0 Elevation [m] -100-200 -300-400 Force Z -500-600 -1400-1200 -1000-800 -600-400 -200 0 Shear Force [kn]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (6) OVERTURNING MOMENT ENVELOPE Overturning Moment Envelope about X (45 deg) 100 Moment about X 0 Elevation [m] -100-200 -300-400 -500-600 -450000-400000 -350000-300000 -250000-200000 -150000-100000 -50000 0 Moment [knm]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (7) OVERTURNING MOMENT ENVELOPE Overturning Moment Envelope about Z (45 deg) 100 Moment about Z 0 Elevation [m] -100-200 -300-400 -500-600 -500000-450000 -400000-350000 -300000-250000 -200000-150000 -100000-50000 0 Moment [knm]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (8) STATIC VS DYNAMIC BASE SHEAR Base Shear X (45 deg) 1500 1000 Static Base Shear X Dynamic Base Shear X Base Shear [kn] 500 0-500 -1000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Time [sec]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (9) STATIC VS DYNAMIC OVERTURNING MOMENT Base Moment about X (45 deg) 400000 Base Moment [knm] 200000 0-200000 -400000-600000 Static BaseMoment about X Dynamic Base Moment about X -800000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Time [sec]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (10) DECK DISPLACEMENT Deck Displacement X Y & Z - Joint 2078 (45 deg) 2.50E+00 2.00E+00 Deck Displacement [m] 1.50E+00 1.00E+00 5.00E-01 0.00E+00-5.00E-01-1.00E+00-1.50E+00-2.00E+00 Joint displacement X Joint Displacement Z Joint displacement Y -2.50E+00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Time [sec]

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΥΧΑΙΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ (11) DECK ACCELERATION Deck Acceleration X Y & Z - Joint 2078 (45 deg) Deck Acceleration [1/g] 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00-5.00E-03-1.00E-02-1.50E-02 Joint acceleration X Joint acceleration Z Joint acceleration Y -2.00E-02 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Time [sec]

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (1) RESPONSE SPECTRUM 10 Response Spectrum Spectral Acceleration [g] 1 0.1 Response Spectrum 0.01 0.01 0.1 1 10 100 Period T [sec]

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ (2) Παράδειγμα Ανάλυσης και Σχεδιασμού Θαλάσσιας

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΟ ΥΝΑΜΩΝ Α ΡΑΝΕΙΑΚΩΝ ΥΝΑΜΕΩΝ (1) ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑ ΟΧΕΣ The dynamic response in the x direction could be described by the following equation: Where: Fx1 inertia forces in the x direction due to x mode 1 Fx2 inertia forces in the x direction due to x mode 2 Mz1 z inertia moment due to x mode 1 Mz2 z inertia moment due to x mode 2 DBSx x dynamic base shear from earthquake DBMz z dynamic base moment from earthquake

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΟ ΥΝΑΜΩΝ Α ΡΑΝΕΙΑΚΩΝ ΥΝΑΜΕΩΝ (2) ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑ ΟΧΕΣ The inertia forces and moments can be calculated from the modal participation factors as follows: Fx1 = PFx1 A1 Fx2 = PFx2 A2 Mz1 = PMz1 A1 Mz2 = PMz2 A2 Where: PFx1 force participation factor in the x direction due to mode 1 PFx2 force participation factor in the x direction due to mode 2 PMz1 z moment participation factor due to mode 1 PMz2 z moment participation factor due to mode 2 A1 modal acceleration for mode 1 A2 modal acceleration for mode 2

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΟ ΥΝΑΜΩΝ Α ΡΑΝΕΙΑΚΩΝ ΥΝΑΜΕΩΝ (3) ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑ ΟΧΕΣ In equation (1) above, the coupling between the two orthogonal directions was not taken into account. If the coupling is included, then equation 1 becomes a 4 4, as follows: PFx1x A1 + PFx2x A2 + PFx1z A3 + PFx2z A4 = DBSx and so on Where: PFx1x PFx2x PFx1z PFx2z force participation factor in the x direction due to mode 1 in the x direction force participation factor in the x direction due to mode 2 in the x direction force participation factor in the x direction due to mode 1 in the z direction force participation factor in the x direction due to mode 2 in the z direction

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΟ ΥΝΑΜΩΝ Α ΡΑΝΕΙΑΚΩΝ ΥΝΑΜΕΩΝ (4) ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΑΡΑ ΟΧΕΣ ΣΥΜΒΑΣΗ ΠΡΟΣΗΜΩΝ

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑΣ (1) STATIC VS DYNAMIC BASE SHEAR Static Base Shear VS Dynamic Base Shear 150000 Static Base Shear 100000 Dynamic Base Shear Base Shear [kn] 50000 0 0 5 10 15 20 25 30 35-50000 -100000-150000 Time [sec]

Overturning Moment [knm] ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑΣ (2) STATIC VS DYNAMIC OVERTURNING MOMENT Static Base Moment VS Dynamic Base Moment 40000000 Static Base Moment 30000000 Dynamic Base Moment 20000000 10000000 0 0 5 10 15 20 25 30 35-10000000 -20000000-30000000 -40000000 Time [sec]

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑΣ (3) DECK DISPLACEMENT 5.00E-01 4.00E-01 3.00E-01 Displacements of Joint 2078 (Deg 0) X displacement Z displacement Displacement [m] 2.00E-01 1.00E-01 0.00E+00 0 5 10 15 20 25 30 35-1.00E-01-2.00E-01-3.00E-01-4.00E-01 Time [sec]

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΟΝΟΪΣΤΟΡΙΑΣ (4) DECK ACCELERATION 8.00E+00 6.00E+00 Accelerations of Joint 2078 (Deg 0) X acceleration Z acceleration Accelerations [m/sec^2] 4.00E+00 2.00E+00 0.00E+00 0 5 10 15 20 25 30 35-2.00E+00-4.00E+00-6.00E+00 Time [sec]