بررسی تاثیر اندرکنش شمع-خاک- سازه بر رفتار دینامیکی سکوهای ثابت فلزی دریایی

در این پایان نامه سعی شده است با مقایسه تجربی و عددی پاسخ دینامیکی یک مدل مقیاس شده در دو حالت تکیه گاهی پایه مفصلی و فونداسیون شمعی، اثر اندرکنش خاک-شمع-سازه را مورد بررسی قرار دهد. جهت نیل به این مقصود، از یک نمونه سکوی نفتی در خلیج فارس(spq1)، یک مدل فیزیکی با مقیاس 1:15 ساخته شده است. این سکو در حالت اول روی تکیه گاه صلب در آزمایشگاه سازه نصب گردید و آزمایشات در شرایط تکیه گاهی مفصلی انجام گردیده است. در حالت دوم این سکو روی هشت شمع مدفون در یک لایه ماسه ای نصب گردید. در این تحقیق برای تحریک مدل آزمایشگاهی از روش ارتعاش اجباری استفاده شده است. به همین منظور از یک مرتعش کننده با دو جرم خارج از مرکز که بر تراز عرشه متصل شده استفاده گردید. این دستگاه یک نیروی هارمونیک با محدوده فرکانسی وسیع اعمال می کند. با پردازش داده های حاصل از آزمایشات خصوصیات دینامیکی سکو شامل فرکانس طبیعی، شکل مودها و میرایی متناظر هر مود برای دو حالت تکیه گاهی مذکور مقایسه گردیده است. همچنین برای بررسی اثر تغییر در سختی سازه به واسطه افزودن یا برداشتن مهاربند، آزمایشات در 4 حالت مختلف پیکربندی اعضای سازه ای انجام گرفته است. همچنین با استفاده از قابلیت نرم افزارهای sacsوabaqus ، مدل سازی عددی سکو در هر دو حالت تکیه گاهی انجام پذیرفته است. برای مدل سه بعدی در نرم افزار abaqus از المان solid برای خاک و المان beam برای اعضای سکو و شمع استفاده گردیده است. برای در نظر گرفتن اثر غیرخطی اندرکنش خاک-شمع-سازه از معیار گسیختگی مور-کولمب و المان interface خاک-شمع استفاده شده است. برای مدلسازی این اثر در نرم افزار sacs فنرهای غیرخطی p-y ، t-z، q-z طبق روابط api مدل شده است.بر اساس نتایج، مشاهده گردید که خصوصیات دینامیکی سکو تحت اثر اندرکنش خاک-شمع-سازه به طور قابل توجهی دستخوش تغییر می شود. ضمنا هر دو مدل عددی پیچیده و ساده سازی شده (به ترتیب abaqus و sacs) می تواند این اثر را برای سکوهایی که درمعرض بارگذاری دینامیکی با تغییر شکل های اندک هستند را با دقت پیش بینی کند. نتایج آنالیز تجربی نشان می دهد که اثر اندرکنش سبب کاهش فرکانس طبیعی سازه و افزایش میرایی متناظر هر مود می گردد و بر روی خصوصیات دینامیکی سکو در مودهای بالاتر تاثیرات چشمگیرتری را نسبت به مود اول به همراه دارد. نتایج عددی به دست آمده از مدل-های sacs و abaqus تطابق بیشتری را با مشاهدات آزمایشگاهی در مود اول در قیاس با مودهای بالاتر داراست.