Evaluation of seismic response of topside equipment at fixed offshore platforms
Sabitlenmiş açık deniz yapılarında üst yapı tanklarının sismik davranışının değerlendirilmesi
- Tez No: 714319
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ SARI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Açık deniz platformları, Sismik davranış, Tanklar, Üst yapı elemanları, Offshore platforms, Seismic behavior, Tanks, Pavement elements
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde petrol ve doğal gaz en yaygın enerji kaynakları olmakla, küresel ekonomide devasa role sahiptir. Dünya genelinde petrol ve doğal gaz kaynaklarının kayda değer kısmının açık denizde bulunduğu göz önüne alındığında, bu kaynakların çıkarılması için gerekli ekipmanlar ve onları desteklemek için açık deniz yapılarına ihtiyaç vardır. Dünyanın farklı açık deniz bölgelerinde yaygın olarak kullanılan bu yapılar, çeşitli statik ve işletme yükleri dışında, yüksek derecede sismik, dalga ve rüzgar yüklerine maruz kalmaktadır. Bu yapıların üzerinde büyük ölçülü yanıcı madde içeren tankların bulunduğu göz önüne alındığında, bu tankların dış yüklerden alacağı yapısal hasarın yangın ve patlama ile sonuçlana bileceği karşı konulamaz. Açık deniz yapılarında oluşa bilecek yangın ve patlamaların can kaybı ve kritik çevresel hasarlara, en olumlu olasılıkta büyük ekonomik kayıplara neden olduğu dünya genelindeki acı kazalarla tecrübe edilmiştir. Bütün bu olasılıklar açık deniz yapılarında bulunan ekipmanların deprem, yangın ve dalga gibi dış etkilere karşı davranışının araştırılmasını gerekli konuya dönüştürüyor. Günümüzde ululslararası kullanımda bulunan, API (American Petroleum Insitute) ve ISO (International Organisation of Standartazion) kurumlarının sunmuş olduğu açık deniz yapılarının sismik, yangın ve patlama olasılıklarına göre tasarımını kapsayan yönetmelikler, yapısal elemanlara kullanım türüne, fiziksel özellikleri ve davranışına ve sınır şartlarına göre özel yaklaşım sunmak yerine, genelleştirilmiş tasarım yaklaşımları belirtmiş olmaktadır. Bu çalışmada, bir açık deniz yapısının ve üzerinde bulunan tankların sonlu elemanlar yöntemi bilgisayar programı aracılığıyla modellenmesi ve zaman tanım alanında doğrusal olmayan dinamik analizler vasıtasıyla davranış değerlendirilmesi yapılması hedeflenmiştir. Çalışma kapsamında ilk olarak, bir açık deniz yapısı sonlu elemanlar programı ile modellenmiştir. Model ile ilk olarak modal analiz yapılmış, doğal titreşim mod şekilleri ve periodları belirlenmiştir. Daha sonra, analizler için tarihsel deprem kayıtları arasından farklı fay uzaklıklarına, ivme, hız ve yerdeğişme değerlerine, süreye ve frekans parametrelerine sahip 22 kayıt seçilmiştir. Açık deniz yapı modelinin, seçilmiş yer hareketi kayıtlarının her üç yöndeki komponentlerine maruz bırakılarak zaman tanım alanında analizi yapılmıştır. Kayıtlardan ikisi yapının göçmesini sağlamış ve çalışmanın sonraki aşamaları geriye kalan 20 kayıt sonuçları üzerinden devam etmiştir. Çalışmanın bir sonraki aşamasında, açık deniz petröl ve gaz işletmelerinde sık olarak kullanılan tank türleri, onların fiziksel özellikleri ve yapıya birleşim detayları araştırılmıştır. Kullanım yaygınlığına, yerleşim şekline, fiziksel özelliklerine ve yapıya birleşim detaylarına göre, beş farklı tank seçilmiş ve sonlu elemanlar bilgisayar programı ile modellenmiştir. Modellenmiş ekipmanlara modal analiz yapılmış, doğal titreşim mod şekilleri ve bu mod şekillerine denk gelen doğal titreşim periodları belirlenmiştir. Önceki aşamada seçilmiş olan 20 dinamik analizin sonucu, üst yapının zaman tanım alanında her üç yönde deplasman çıktıları alınmış, tank sonlu eleman modellerinin yapıya birleşim bölgelerine etkitilmek üzere analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları tank modellerinde oluşan efektif plastik deformasyon değerleri ve bu deformasyonun zaman tanım alanında oluşum eğrilerine göre yorumlanmıştır. Analizler sonucunda, farklı tank modelleri için sismik etki altında en büyük deformasyona maruz kalan bölgeler önce yapılmış çalışmalarla uygunluk sağlamıştır. Sonuçların yorumlanması için her tank modelinin analizlerinden alınmış sonuçların farklı yer hareketi parametreleri ile oluşturduğu korrelasyonlar incelenmiştir. Çalışmada kullanılan yer hareketi veri tabanının çeşitliliğinden dolayı, analiz sonuçları tek parametrelerle güçlü korrelasyon göstermemiştir. Onun yerine, seçilmiş parametreler ile korrelasyonu bozan sonuçlar inceleyerek, analiz sonuçlarının birden fazla yer hareketi parametresine göre değiştiği gözlemlenmiştir. Tanklarda meydana gelen hasar olasılığının, çeşitli yer hareketi parametreleri ve platform yapısının sismik tepkisi ile doğrudan ilişkisi olduğu gözlemlenmiştir. Sonuçlara esasen, açık deniz yapısının üst yapı kısmında yer alan ekipmanların belirli bölgelerinde yer hareketi kayıtlarının zirve ivme değerleri ve devam süresi ile doğru orantılı olarak malzeme plastikleşmesinin oluşumu görünmüştür. Çalışmada kullanılan her bir ekipman türünün farklı sismik davranış göstermesi göz önüne alınarak, her ekipman modeli için, ortalama plastic deformasyon sınırları belirlenerek, kritik sayıla bilecek yer hareketi zirve ivme değerleri ve deprem süreleri belirtilmiştir. Ekipmanların hasar alma ihtimalini tetikleyen bir başka parametre, yakın fay etkisi olduğu görülmüştür. Sonuçlara istinaden, yakın fay etkisi içeren kayıtlarda bulunan deplasman ve hız darbelerinin önemli plastikleşme oluşturabildikleri, ve ya önceden oluşmuş plastikleşme miktarını arttırdığı gözlemlenmiştir. Analizlerde kullanılan ekipmanların yapısal periodunun da deprem etkisi altında davranışına etki ettiği kaydedilmiştir. Büyük perioda sahip ekipmanlar yer hareketi etkisi zamanı modal analiz sonuçlarına uygun olarak, bireysel davranış sergilemesine rağmen, daha az perioda sahip ekipmanların ana yapının davranışına uygun davrandığı tespit edilmiştir. Çalışma sonuçları esas alınarak, çalışmada kullanırmış her ekipman türü için sismik tasarım önerileri belirtilmiştir.
Özet (Çeviri)
Nowadays, oil and gas have an enormous role in the global economy, being the most common energy source. Considering the more significant oil and gas reserves are located in subsea, particular offshore structures assist the oil and gas extraction process. Besides operational and dead loads, these structures take the risk of being subjected to high rates of seismic, wind, and wave loads. Considering the heavily-weighted vessels containing flammable materials on offshore topside structures, any damage to these vessels during a seismic event can lead to a collapse of a part, leading to a fire or blast concluding with a disaster. Hence, a study on the response of topside equipment and their connections to seismic actions is a worth approach of disaster management to be looked into. This study aims to study the response of typical topside equipment subjected to seismic events. Hence, a model of a fixed offshore structure and several types of equipment widely used in upstream operations with real-life physical parameters have been developed in finite element analysis software. In the finite element analysis, 22 historical ground motion records have been utilized. These records have been chosen based on several parameters as earthquake magnitude, peak ground acceleration, peak ground velocity, frequency content parameters, and et cetera. Firstly, the response of the fixed offshore platform has been analyzed and the topside acceleration time histories have been found. Then, these topside acceleration time histories have been applied to the bases of the equipment to capture the response of these vessels to seismic events. The probability of failure occurring at the vessels has been observed to have a direct relationship with several ground motion parameters and the seismic response of the platform structure. Damage levels on the equipment have been represented by effective plastic strain values. The ground motion parameters like the peak ground acceleration and duration have been observed to have a significant impact on the plastic strain formation at the vessels. Moreover, near-fault ground motions containing displacement and velocity pulses have been noted to form significant damages at the vessels according to the displacement and velocity pulses. Furthermore, the results show that the damage probability of the vessels demonstrated diversity according to the geometrical shape and natural period. The results obtained from the study provide a basis for several seismic design recommendations for topside equipment at fixed offshore structures.
Benzer Tezler
- Yapı sistemlerinin dinamik dış etkiler altındaki davranışlarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
YAVUZ DURGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN ÖZER
- Küçük titreşim ölçümleri ve dolgu duvarlarının mekanik modele yansıtılması
Başlık çevirisi yok
UMUT DEVRİM ERSİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. FARUK KARADOĞAN
- Mevcut bir betonarme binanın TDY'07'de belirtilen doğrusal elastik olmayan analiz yöntemlerine göre performans değerlendirmesi
Performance assessment of an existing RC building according to nonlinear elastic analysis methods stated in TSC'07
AHMET TUĞRUL AKYILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KONURALP GİRGİN
- Evaluation of seismic response modification factors for steel frames by non-linear analysis
Taşıyıcı sistem davranış katsayısının çelik çerçeveler için non-lineer analiz ile elde edilmesi
SERHAN BAKIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇETİN YILMAZ
- Development of consistent inelastic response spectra for displacement based seismic evaluation
Başlık çevirisi yok
ÜMİT KAÇMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Deprem MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı