Response of fixed offshore platforms to wave and current loadingincluding soil– structure interaction

پاسخ سکوهای دریایی ثابت به نیروی موج و جریان با در نظر گرفتن تعامل خاک و سازه

Abstract

Fixed offshore platforms supported by pile foundations are required to resist dynamic lateral loading due to wave forces. The response of a

jacket offshore tower is affected by the flexibility and nonlinear behaviour of the supporting piles. For offshore towers supported by clusters

of piles, the response to environmental loads is strongly affected by the pile–soil– pile interaction. In the present study, the response of fixed

offshore platforms supported by clusters of piles is investigated. The soil resistance to the pile movement is modelled using dynamicp–y

curves andt–zcurves to account for soil nonlinearity and energy dissipation through radiation damping. The load transfer curves for a single

pile have been modified to account for the group effect. The wave forces on the tower members and the tower response are calculated in the

time domain using a finite element package (ASAS). Several parameters affecting the dynamic characteristics of the platform and the

platform response have been investigated.

q2004 Elsevier Ltd. All rights reserved

چکیده

سکوهای دریایی ثابت که با پایه های ستونی ( پیل ) پشتیبانی می شوند برای مقاوت به نیروی جانبی دینامیک ناشی از نیروهای امواج مورد نیاز هستند . پاسخ یک برج دریایی پوشش دار ناشی از انعطاف پذیری و وضعیت غیر خطی پیل های تکیه گاه ( پشتیبان ) تحت تاثیر قرار می گیرد . برای برج های دریایی که توسط دسته ای از پیل ها ( ستون ها ) پشتیبانی می شوند ، پاسخ به نیروهای محیطی به شدت ناشی از تعامل پیل – خاک – پیل تحت تاثیر قرار می گیرد . در مطالعه ی حاضر ، پاسخ سکوهای دریایی ثابت که توسط دسته هایی از ( خوشه هایی از ) پیل ها مورد پشتیبانی قرار می گیرند ، بررسی شد ، مقاومت خاک نسبت به جابجایی پیل با استفاده از منحنی های دینامیک p – y و t – z مدلسازی شد تا وضعیت غیر خطی بودن خاک و پراکندگی انرژی از طریق استهلاک تشعشع نیز در نظر گرفته شوند . منحنی های انتقال نیرو برای یک پیل واحد تغییر داده شدند تا تاثیر کلی در نظر گرفته شود . نیروهای موج وارد بر اعضای برج و پاسخ برج در حوزه زمانی با استفاده از بسته ی نرم افزاری المان محدود ( ASAS ) محاسبه شدند. چندین پارامتر تاثیر گذار بر ویژگی های سکو و پاسخ سکو مورد بررسی قرار گرفتند

Dynamic analysis of offshore wind turbine in clay consideringsoil–monopile–tower interaction

آنالیز دینامیک توربین بادی دریایی در خاک رسی با در نظر گرفتن تعامل خاک- مونوپیل - برج

abstract

A comprehensive study is performed on the dynamic behavior of offshore wind turbine (OWT) structure

supported on monopile foundation in clay. The system is modeled using a beam on nonlinear Winkler

foundation model. Soil resistance is modeled using American Petroleum Institute based cyclicp–yandt–

zcurves. Dynamic analysis is carried out in time domain usingfinite element method considering wind

and wave loads. Several parameters, such as soil–monopile–tower interaction, rotor and wave

frequencies, wind and wave loading parameters, and length, diameter and thickness of monopile

affecting the dynamic characteristics of OWT system and the responses are investigated. The study

shows soil–monopile–tower interaction increases response of tower and monopile. Soil nonlinearity

increases the system response at higher wind speed. Rotor frequency is found to have dominant role

than blade passing frequency and wave frequency. Magnitude of wave load is important for design rather

than resonance from wave frequency.

&2014 Elsevier Ltd. All rights reserved

چکیده

مطالعه ی جامعی بر روی وضعیت دینامیک سازه ی توربین بادی دریایی ( OWT ) که بر روی پایه مونوپیل در خاک رسی استقرار یافته بود انجام گرفت . سیستم با استفاده از یک تیر در مدل پایه ی غیر خطی winkler مدلسازی شد . مقاومت خاک با کمک موسسه نفت خام آمریکا بر مبنای منحنی های P – Y و t – z چرخه ای مدلسازی شد . آنالیز دینامیک در حوزه ی زمانی با استفاده از روش المان محدود با در نظر گرفتن نیروهای باد و موج انجام گرفت . چندین پارامتر همانند تعامل خاک – مونوپیل – برج ، فرکانس روتور و موج ، پارامترهای نیروی باد و موج ، طول ، قطرو ضخامت مونوپیل که ویژگی های دینامیک سیستمOWT را تحت تاثیر قرار می دهند و نیز پاسخ ها مورد بررسی قرار گرفتند . این مطالعه نشان داد که تعامل خاک – مونوپیل – برج ، پاسخ برج و مونوپیل را افزایش داده است . غیر خطی بودن خاک ، واکنش سیستم را در سرعت بالای باد افزایش داد . فرکانس روتور مشخص شد که دارای نقش غالبی نسبت به فرکانس گذرنده از تیغه و فرکانس موج می باشد . بزرگی نیروی باد نسبت به رزونانس از فرکانس موج برای طراحی حائز اهمیت تر می باشد .

واژگان کلیدی : پویایی ، مونوپیل ، توربین بادی دریایی ، تعامل سازه – خاک ، غیر خطی بودن خاک ، نیروی باد و موج

در این روند آفرینش، سفر و گردشگری همواره الهام بخش بوده است. روح کندوکاوگر انسان در مسیر جستجوی خویش از طبیعت و تجاربی که از آن اندوخته بهره بسیار برده و شناختی که از خوب دیدن در جهان بدست آورده راهگشای او در پیچیدگیهای زندگی بوده است. هر سفر به شرط توجه، انسان را به حقیقت هستی نزدیک‌تر می‌کند پس در چگونگی ایجاد رابطه بین انسان و طبیعت که در نهایت به آفرینشی زیبا می‌انجامد باید ژرف اندیشید و استوار قدم برداشت.

معماری از زمینه‌هایی است که در آن می‌توان برای نحوه این ارتباط به تعریفی مناسب دست پیدا کرد و با برنامه ریزی طبق مبانی‌ای که این رشته از شناخت انسان و شناخت طبیعت ارائه می‌دهد، ترکیبی متعادل بدست آورد که راه انسان را برای شناخت از طریق سفر، کوتاهتر می‌کند و به او طبیعت و حقیقت آن را می‌آموزد.

معماری در این برنامه ریزی با گردشگری و برنامه‌های آن دررابطه‌ای مستقیم قرار می‌گیرد. در حال حاضر به طوری که از مجموع مطالعات و نظرات درباره وضع گردشگری در ایران برمی‌آید، متأسفانه این فعالیت عظیم جهانی، با نوعی رکود و وقفه در کشور روبروست که برای حل آن نیاز به اهداف و سیاستهای کلان، ایجاد نظام برنامه ریزی گردشگری در مقیاس محلی و ملی و و بین المللی ایجاد هماهنگی در مدیریت گردشگری می‌باشد.[1]

در این برنامه ریزیها پرداختن به نقش معماری در توسعه گردشگری و جذب توریست از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این میان حتی پرداختن به طرحهای ضربتی و کوتاه مدتی که منطبق با اهداف کلان و دراز مدت برای توسعه گردشگری هستند، بسیار تأثیر گذار و مهم می‌باشد.

طرح این پروژه‌ با توجه به موقعیت منطقه از نظر توریستی، باعث پیشرفت چشمگیر صنعت توریسم در این ناحیه می‌شود. ضمن اینکه با گسترش نظارت محیط زیست بر ناحیه به حفظ اکوسیستم طبیعی آن کمک می‌کند.

فهرست مطالب

چکیده
مقدمه
تعریف پروژه
اهداف پروژه
فصل اول: فلسفه وجودی طرح
مقدمه
1-1 مفهوم گردشگری
2-1 جایگاه گردشگری در زندگی امروز
1-2-1 ضرورت برنامه ریزی برای زمانهای فراغت
2-2-1 فراغت فعال و غیر فعال
3-2-1 نقش گردشگری در گذران فراغت
4-2-1 نقش گردشگری در کیفیت زندگی
3-1 راهبردهایی در توسعه گردشگری
4-1 منابع گردشگری
5-1 طیف گردشگران
6-1 فعالیتهای گردشگری
7-1 ضرورت طرحهای گردشگری و نتایج آن
8-1 نتیجه گیری
فصل دوم: مطالعات محیطی طرح
مقدمه
1-2 مطالعات تاریخی، فرهنگی، اجتماعی
1-1-2 استان لرستان
1-1-1-2 موقعیت جغرافیایی
3-1-1-2 ویژگیهای اجتماعی
4-1-1-2 ویژگیهای اقتصادی
5-1-1-2 ویژگیهای طبیعی
7-1-1-2 جاذبه‌های گردشگری
2-1-2 شهرستان بروجرد
3-1-2- روستاهای منطقه
4-1-2 کشاورزی و باغداری در منطقه
5-1-2 دامپروری و دامداری منطقه
6-1-2 ایلات و عشایر و مردم منطقه
2-2 مطالعات پایه
1-2-2 منطقه حفاظت شده آب سرد
1-1-2-2موقعیت جغرافیایی
2-1-2-2- موقعیت طبیعی
3-1-2-2 پوشش گیاهی
4-1-2-2 حیات وحش
2-2-2- اقلیم منطقه
1-2-2-2- عوامل اقلیمی مهم در منطقه آبسرد
2-2-2-2- بارندگی
3-2-2-2- باد
4-2-2-2- تابش
5-2-2-2 یخبندان
6-2-2-2- رطوبت
7-2-2-2- نمودار بیوکلیماتیک ساختمانی
8-2-2-2- نیازهای آبی در محدوده سایت
3-2-2 – شناخت زمین و خاک منطقه
1-3-2-2- زمین شناسی منطقه
2-3-2-2- خاک شناسی منطقه
3-3-2-2 – مصالح شناسی
4-3-2-2- ژئومورفولوژی (لرزه خیزی)
4-2-2 راههای دسترسی به منطقه
5-2-2- قابلیتهای منطقه
3-2- نتیجه
فصل سوم: معماری بومی منطقه
مقدمه
1-3- مبانی معماری بومی
2-3- روند شکل گیری معماری بومی
3-3- دلایل کم رنگ شدن معماری بومی در جهان امروز
4-3- معماری بومی منطقه
5-3- معماری خانه های روستایی
1-5-3-نظام فضایی کالبدی روستاها
2-5-3- معماری مسکن روستایی
3-5-3- مصالح و شیوه ساخت
1-3-5-3- شیوه ساخت
2-3-5-3- مصالح
6-3- الگوهای طراحی منطقه
1-6-3- مسیرهای دسترسی
2-6-3- کانونهای تجمع
3-6-3- ساختمان و طبیعت
4-6-3- معابر عمومی
5-6-3- ساخت و ساز و مصالح
6-6-3- حصارها
7-6-3- آلاچیق و سایبان
7-3- نقش اقلیم در معماری بومی
1-7-3- ویژگیهای طراحی اقلیمی در منطقه
2-7-3- سیستمهای ایستا و پویا
3-7-3- تدابیر اقلیمی در محدوده طرح
8-3- نتیجه گیری
فصل چهارم: نمونه طرحهای مشابه
مقدمه
1-4- باغها
1-1-4- تعاریف مربوط به باغ
2-1-4- تاریخچه و سبک های گوناگون هنر باغ سازی
1-2-4- باغهای ایرانی
1-1-2-4- باغهای صفوی یا شاه عباسی
2-1-2-4- باغ های قاجاری
2-2-4- باغ های ایرانی و ویژگی های آنها
1-2-2-4- هندسه باغ های ایرانی
2-2-2-4- آب در باغ ایرانی
3-2-2-4- گیاهان باغ
3-2-4- اشکال باغ ها
1-3-2-4- باغ های منظم
2-3-2-4- باغ نامنظم
4-2-4- اصول بنیادی طراحی باغ
1-4-2-4- خط یا محور
2-4-2-4- فرم
3-4-2-4- بافت
4-4-2-4- رنگ
5-4-2-4- مقیاس
6-4-2-4- تنوع
7-4-2-4- توالی
8-4-2-4- تعادل
3-4- آب در طراحی پارک
4-4- آب در باغ های ایرانی
1-4-4- آب و روانشناسی
2-4-4- آب و انعکاس
3-4-4- استخر
4-4-4- آب نما
5-4-4- چشمه
6-4-4- برکه ها یا باغچه های آبی
7-4-4- آبشار و جویبار
8-4-4- فواره ها
9-4-4- آب و مجسمه
10-4-4- آب و حیات وحش
5-4- موزه ملی آب ایران
6-4- مجموعه ورزشی رفسنجان
7-4- باغ فردوسی(گسترش باغ جمشیدیه تهران)
8-4- باغ شازده ماهان
9-4- موزه دریایی اوزاکا
10-4- مرکز فرهنگی ژان ماری تجیبائو
فصل پنجم: بررسی موضوع طرح و اثرات آن در منطقه
1-5- جاذبه‌های منطقه و موضوع طرح
2-1-5- محدودیتهای منطقه برای طراحی
3-5- نقش منطقه در محدوده غرب کشور
4-5- نقش منطقه در طرحهای ملی
5-5- بررسی حجم قابل انتظار بازدید کنندگان
6-5- بررسی تاثیرات متقابل اجتماعی و فرهنگی و تاریخی بازدیدکنندگان و فضا
1-6-5- چگونگی تاثیرات
7-5- تأثیرات اقتصادی طرح در منطقه
1-7-5- بررسی زمینه‌های اقتصادی جمعیت استفاده کننده
2-7-5 بررسی امکان توسعه برخی فعالیتهای اقتصادی منطقه
3-7-5- بررسی امکان سرمایه گذاری در فضا
8-5 نتیجه
فصل ششم: برنامه ریزی فیزیکی و معیارها و ضوابط طراحی
1-6-مقدمه
2-6- معرفی حوزه‌ها
1-2-6- پارکینگ
2-2-6- اقامتگاه (هتل)
3-2-6- موزه
4-2-6 رستوران
5-2-6 آزمایشگاههای پژوهشی
6-2-6 اداری
3-6-نتیجه گیری
فصل هفتم: معرفی پروژه و اهداف آن
مقدمه
1-7- اهداف و عملکردهای پروژه
1-1-7 حوزه فرهنگی
2-1-7 حوزه اقامتی و استراحت
4-1-7 حوزه پژوهشی
5-1-7 حوزه تفریحی
6-1-7 حوزه اداری
2-7 توجیه اقتصادی طرح
1-2-7 فازبندی پروژه
3-7- نتیجه گیری
فصل هشتم: بررسی سایت و ایده‌های طراحی
مقدمه
1-8- ایده‌های کلی
1-1-8- منابع و جاذبه‌های طبیعی
2-1-8 منابع و جاذبه‌های اجتماعی و فرهنگی
2-8 طراحی فضای سبز
1-2-8 امکان ایجاد منظر با توجه به کاربریهای پیشنهادی
2-2-8 لزوم حفظ دید به سمت سایت
3-2-8 ایجاد کریدور سبز دور سایت
4-2-8 لزوم حفظ گیاهان بومی
3-8 پیش‌بینی‌های طرح برای حفظ اکوسیستم منطقه
4-8 شناخت سایت
1-4-8 وسعت فضا
2-4-8 موقعیت فضا
3-4-8 فرم فضا
4-4-8 نظام شکلی استقرار
5-8 مطالعات کالبدی
7-8 دیدهای مطلوب به سایت
8-8 جهت گیری ساختمانها در مجموعه
9-8 نتیجه گیری از بررسی سایتها و عملکردهای مناسب برای آنها
10-8 ورودی به مجموعه
11-8 عملکردهای پیش بینی شده
1-11-8 پارک حاشیه سایت
2-11-8 مجموعه پذیرایی و اقامتی
3-11-8 موزه شناخت
12-8 روند طراحی
1-12-8 باغ ایرانی
13-8 سازه
14-8 تاسیسات