نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان

2 کارشناس ارشد مهندسی عمران- سازه، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان

چکیده

استفاده از ابزارهای کنترل یکی از راه‌های کاهش پاسخ‌های سازه‌های دریایی می‌باشد. استفاده از میراگرها در سازه‌های دریایی جاکت می‌تواند بدون تغییر در سختی سازه با افزایش میرایی به کاهش در پاسخ دینامیکی سازه کمک کند. در این تحقیق برای کاهش میزان جابه‌جایی‌های سکوی نفتی رسالت واقع در خلیج فارس تحت نیروی موج نامنظم از سیستم جداساز لاستیکی با ورقه‌های فولادی به همراه میراگر ویسکوز استفاده‌ شده است. از معادله موریسون برای اعمال نیروی امواج استفاده شده و برای مدل‌سازی تاریخچه زمانی امواج نامنظم از طیف جانسوپ بهره گرفته ‌شده است. در این پژوهش از سه نوع جداساز با نسبت میرایی مؤثر متفاوت و میراگر ویسکوز با ضرایب میرایی متفاوت استفاده شد تا اثر این ابزارهای کنترل بر روی پاسخ‌های سازه بررسی شود. همچنین برای رسیدن به بهینه‌ترین پاسخ، دو حالت سازه مجهز به جداساز لاستیکی و سازه مجهز به جداساز لاستیکی به همراه میراگر ویسکوز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به‌ دست ‌آمده نشان داد، استفاده از جداساز لاستیکی به همراه میراگر ویسکوز عملکرد بهتری بر روی سکوی جاکت دارد. همچنین این امر در کاهش میزان نیروی برشی نیز تأثیرگذار بود، که به دنبال آن می‌توان مقطع شمع‌ها را کاهش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Vibration control of jacket offshore platforms subjected to irregular wave loads using damping isolation system

نویسندگان [English]

  • S. A Arjmandi 1
  • M Heidari 2

1 Civil Engineering Group, Engineering Department, University of Zanjan, Zanjan, Iran

2 Civil engineering group- Engineering department- University of Zanjan -Zanjan-Iran

چکیده [English]

Using control tools is one of the efficient methods to reduce the responses of marine structures. The use of dampers in jacket marine structures can help to reduce the dynamic response of the structure with increasing damping and without changing the structural stiffness. In this research, for vibration control of the Resalat oil platform in the Persian Gulf under irregular wave loads, rubber bearing base isolation system along with viscous dampers are utilized. The Morison equation is used for wave force formulation, as well as to model the time history of irregular waves, Jonswap spectrum is utilized. In this study, rubber bearing base isolator with three different effective damping ratios and viscous damper with different damping coefficients were used to investigate the effect of each control tool on structural responses. In addition, to achieve the optimal response, the structure studied in two different conditions; the structure with rubber bearing isolator, and the structure with rubber bearing isolator plus viscous dampers. The results showed that the use of rubber bearing isolator with viscous damper has a better performance on the jacket platform response. It also reduced the base shear of the structure, which could lead to a reduction in the cross-section of the piles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fixed offshore platforms
  • Wave loads
  • Damping Isolation System
  • Vibration Control
  • Resalat Oil Platform

[1] امین رزاقی کلجاهی , محمدعلی لطف الله‌ یقین، "بررسی تأثیر پدیده خوردگی به همراه تغییر همزمان شرایط محیطی و مرزی المانهای سکوی جکتی SPD1 در روند تغییر فرکانسهای ارتعاشات طبیعی"، فصلنامه علمی - پژوهشی دریا فنون, سال2، شماره2, ص.83-95، 1394.

[2] سید ساعد رضوانی, مهدی سعید کیاست, شهروز معصومی, "شبیه‌سازی ارتعاش پایه جاکت سکوی نفتی تحت نیروی موج در شرایط مختلف اتصال به کف دریا"، فصلنامه علمی - پژوهشی دریا فنون, سال 2، شماره1, 71-80. 1394.

[3] Huang, S., Cai, M., and Xiang, Z., “Robust Sampled-data H∞ Control for Offshore Platforms Subject to Irregular Wave Forces and Actuator Saturation”. Nonlinear Dynamics, Vol.88, No.4, pp.2705-2721, 2017.

[4] Zhang, B.L., Han, Q. L., and Zhang, X.M., “Recent Advances in Vibration Control of Offshore Platforms”. Nonlinear Dynamics, Vol.89, No.2, pp.755-771, 2017.

[5] Kandasamy, R., Cui, F., Townsend, N., Foo, C. C., Guo, J., Shenoi, A., and Xiong, Y., “A Review of Vibration Control Methods for Marine Offshore Structures”. Ocean Engineering, Vol.127, pp.279-297. 2016

[6] مهرداد شمسی­زادگان، و محمدجواد کتابداری. "میراگرهای غیرفعال و کاربرد آن‌ها در بهبود رفتار دینامیکی سازه‌های دریایی"، همایش ملی فناوری و صنعت دریایی کشور، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ۱۳۸۶.

[7] Paul, S., Datta, T. K., and Kapuria, S., “Control of Fixed Offshore Jacket Platform using Semi-Active Hydraulic Damper”, Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Vol.131, No.4, pp.041106, 2009.

[8] Ou, J., Long, X., Li, Q. S., and Xiao, Y. Q., Vibration Control of Steel Jacket Offshore Platform Structures with Damping Isolation Systems”. Engineering Structures, Vol.29, No.7, pp.1525-1538, 2007.

[9] Ma, R., Zhang, H., and Zhao, D.  “Study on the Anti-vibration Devices for a Model Jacket Platform”. Marine Structures, Vol.23, No.4, pp.434-443, 2010.

[10]  Yue, Q., Zhang, L., Zhang, W., and Kärnä, T., Mitigating Ice-Induced Jacket Platform Vibrations Utilizing a TMD System”. Cold Regions Science and Technology, Vol.56, No.2, pp.84-89, 2009.

[11]  Chatterjee, T., and Chakraborty, S, Vibration Mitigation of Structures Subjected to Random Wave forces by Liquid Column Dampers”, Ocean Engineering, Vol.87, pp.151-161, 2014.

[12]  Lotfollahi-Yaghin, M. A., Ahmadi, H.,and Tafakhor, H., “Seismic Responses of an Offshore Jacket-Type Platform Incorporated with Tuned Liquid Dampers”, Advances in Structural Engineering, Vol.19, No.2, pp.227-238, 2016.

[13]  Nourisola, H., and Ahmadi, B., “Robust Adaptive Sliding Mode Control based on Wavelet Kernel Principal Component for Offshore Steel Jacket Platforms Subject to Nonlinear Wave-Induced Force”. Journal of Vibration and Control, Vol.22, No.15, pp.299-3311, 2016.

[14]  Ahmadi, B., and Nourisola, H., “Robust Fuzzy Adaptive Integral Sliding Mode Controller for Offshore Steel Jacket Platform”. International Journal of Dynamics and Control, Vol.4, No.4, pp.481-491, 2016.

[15]  Zhang, B. L., and Xu, Y. M., “Delayed Fuzzy H∞ Control of Offshore Steel Jacket Platforms”, ANZIAM Journal, Vol.58, No.(3-4), pp.446-454, 2017.

[16]  Kazemy, A., “Robust Mixed H∞/passive Vibration Control of Offshore Steel Jacket Platforms with Structured Uncertainty”, Ocean Engineering, Vol.139, pp.95-102, 2017.

[17]  Komachi, Y., Tabeshpour, M. R., Golafshani, A. A., and Mualla, I., “Retrofit of Ressalat Jacket Platform (Persian Gulf) using Friction Damper Device”, Journal of Zhejiang University-Science A, Vol.12, No.9, pp.680-691, 2011.

[18]  Zhang, J., Ma, Z., Liu, F., Zhang, C., Sharafi, P., and Rashidi, M., “Seismic Performance and Ice-induced Vibration Control of Offshore Platform Structures based on the ISO-PFD-SMA Brace System”, Advances in Materials Science and Engineering, 2017.

[19]  Zhang, J., Wu, B., and Ou, J., “Shaking Table Tests and Analysis of Offshore Jacket Platform Structures Model with SMA Damping Isolation Systems”. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Vol.6, No.037, 2007.

[20]  Wu, B., Shi, P., Wang, Q., Guan, X., and Ou, J. “Performance of an Offshore Platform with MR Dampers Subjected to Ice and Earthquake”, Structural Control and Health Monitoring, Vol.18, No.6, pp.682-697, 2011.

[21]  ANSYS Mechanical APDL 17.0 Theory Guide, ANSYS Inc. (2017).

[22]   ابوالفتح عسکریان خوب, محمد جواد کتابداری، "تحلیل بارگذاری موج بر روی سازه عرضی شناور تریماران"، فصلنامه علمی - پژوهشی دریا فنون, سال 4، شماره 1, ص.53-63. 1396.

[23]   محمدرضا دری, کورش حجازی، "شبیه‌سازی عددی امواج غیرخطی با استفاده از روش PLIC VOF. فصلنامه علمی - پژوهشی دریا فنون, سال3، شماره1, ص89-100، 1395.

[24]   لطف الله‌ یقین، محمد علی، و احمدی، حمید. دینامیک سازه­­های فراساحلی. انتشارات دانشگاه تبریز، تبریز، چاپ اول، 1390.

[25]  Zhang, R., He, H., Weng, D., Zhou, H., and Ding, S., “Theoretical Analysis and Experimental Research on Toggle-Brace-Damper System Considering Different Installation Modes”, Scientia Iranica, Vol.19, No.6, pp.1379-1390, 2012.

[26]   Elshafey, A. A., et al., “Dynamic Response of Offshore Jacket Structures under Random Loads”. Marine Structures, Vol.22, No.3, pp.504-521, 2009.

[27]   Lee, D., and Taylor, D. P., “Viscous Damper Development and Future Trends”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, Vol.10, No.5, pp.311-320, 2001.

[28]   Federal Emergency Management Agency (FEMA). NEHRP recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures. Building seismic Safety Council, 2001.