عنوان پایان‌نامه
بررسی تمرکز کرنش بر روی اتصالات لوله های دور از ساحل فولادی با روکش بتنی تحت بار ترکیبی در روش S-LAY
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران-سازه های دریایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1647;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53512
- تاریخ دفاع
- ۰۲ مرداد ۱۳۹۱
- دانشجو
- پویا خیری
- استاد راهنما
- محرم دولتشاهی پیروز
- چکیده
- در سال های اخیر استفاده از لوله های فرا ساحل بصورت روز افزون در حال گسترش می باشد. این گسترش به دلیل نیاز رو به رشد برای انرژی و پیشرفت در ساخت سکوهای فرا ساحل و استخراج رو به افزایش منابع نفت و گاز در دریاها می باشد. لوله های فراساحل به صورت معمول شامل لوله هایی به طول 12 متر می باشند که در خشکی یا در محل نصب به همدیگر جوش می شوند. هر لوله فولادی با روکش ضد خوردگی (Anti Corrosion Layer)و پوشش بتنی محافظت می شود. به صورت تقریبی به اندازه 35 سانتیمتر از انتهای هر لوله را برای عملیات جوشکاری بدون پوشش در نظر می گیرند که به آن اتصال در محل (Field Joint) گفته می شود. به طور کلی سه منطقه در این لوله ها وجود دارد: 1- اتصال در محل (FJ) که در آن تنها لوله فولادی تنش را تحمل می کند. 2 - منطقه دور از اتصال در محل که در آن سختی بتن را هم می توان در نظر گرفت. 3- ناحیه گذر بین نواحی 1 و 2 که سختی آن بین دو مقدار فوق تغییر می کند. یکی از مسائل مهم در نصب لوله های دریایی، تنش های خمشی و کششی وارد شده بر لوله ها می باشد و با توجه به این که در اکثر این لوله ها پوشش بتنی به همراه روکش ضد خوردگی وجود دارد، به نظر میرسد که در نظر گرفتن تمرکز کرنش در اتصالات که به دلیل عملیات جوشکاری عاری از پوشش بتنی می باشد، بسیار مهم و حیاتی است. برای مدل سازی باید به این نکات توجه داشت که ناحیه 1 بایستی تحمل بارهای وارده را با توجه به سختی کمتر، نسبت به نواحی 2 و 3 داشته باشد. در پایان نامه حاضر که با هدف در نظر گرفتن چگونگی رفتار لوله های فراساحل نصب شده به روش S-lay انجام شده است، تنش ها و کرنش های ایجاد شده در بتن و فولاد به طورکامل بررسی شده است. این امر توسط شبیه سازی اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس(ABAQUS) برای مدل سازی مناسب رفتار سیستم و محاسبه کلیه موارد غیر خطی و در نظر گرفتن تمامی لایه- ها انجام شده است. مدل سازی در نرم افزار برای لوله با قطر های متفاوت به صورت جداگانه انجام شده است و هم چنین آنالیز حساسیت برای لوله با قطر 32 اینچ برای ضخامت روکش های متفاوت انجام شده است. نتایج در این پایان نامه را به دو بخش کلی می توان تقسیم نمود: • نتایج بدست آمده از بارهای خمشی خالص اعمال شده از استینگر (Stinger) و مقایسه نتایج با نتایج موجود در تاریخچه • نتایج مربوط به بارهای ترکیبی اعمال شده از استینگر و تنشنر(tensioner) و مقایسه نتایج با نتایج مربوط به بارهای خمشی. بخش اول با مقایسه نتایج با نتایج اجزاء محدود نورپناه و طاهری و همچنین نتایج آزمایشگاهی نس و ورلی، انجام شده است. مطابقت با این نتایج در هر دو مقایسه قابل قبول می باشد و نتایج مربوط به نورپناه بسیار نزدیک به نتایج پایان نامه حاضر می باشد، که خود نشان دهنده صحت مدل سازی موجود و کارکرد صحیح آن می باشد. یکی دیگر از اهداف این پایان نامه طراحی بر اساس کرنش(Strain Base Deisgn) می باشد. در این حالت تمامی بارهای اعمالی از طریق اعمال کرنش به لوله وارد می شود و نتایج بدست آمده بر اساس میزان کرنش ایجاد شده برداست می شود. با توجه به این امر می توان از خاصیت پلاستیک فولاد تا حدی که آیین نامه اجازه می دهد استفاده نمود که خود منجر به اقتصادی شدن طراحی می شود. همچنین در این پایان نامه مقایسه روش طراحی بر اساس کرنش با طراحی بر اساس تنش (Stress Base Design) انجام شده است و نتیجه آن است که برای یک لوله خاص میزان خمیدگی مجاز برای روش طراحی بر اساس کرنش بیشتر از روش طراحی بر اساس تنش می باشد. طی پژوهش حاضر، نتایج کرنش برای لوله های از 16 تا 40 اینچ با کرنش های کلی 0.1 تا 0.33% و بارهای کششی از 40 تا 320 مگا پاسکال به طور جداگانه ارایه شده. تعداد کل مدل های در نظر گرفته شده در نرم افزار 80 مدل می باشد و تمرکز کرنش بدست آمده از نتایج برای خمش خالص مابین 1.1 تا 1.6 و برای بارهای ترکیبی مابین 1.2 تا 3.7 می باشد. از نتایج مهم و کاربردی بدست آمده از پایان نامه حاضر می توان به این نکته اشاره نمود که، تنها زمانی ضریب تمرکز کرنش از بارهای کششی تأثیر پذیر می باشد که مقدار کرنش اعمال شده از استینگر در حد نهایی خود باشد. به زبان ساده تر در انحنا های پایین استینگر( تا حدی که میزان کزنش کلی به مقدار 0.25% برسد) نیروی کششی بر روی جواب های تحلیل تعیین کننده نمی باشد و مقدار ضریب در همان حد حالت خمشی خالص باقی می ماند. بنابراین در نظر داشتن انحناء استینگر و محاسبه دقیق میزان کشش مورد نیاز در شعاع انحناء کم لوله از موارد بسیار حیاتی در طراحی لوله ها به روش S-lay می باشد.
- Abstract
- There is no doubt that need for extracting oil from offshore reservoirs is increased every day. Nowadays onshore reservoirs are not enough for human being needs and it leads to extracting oil from offshore reservoir and transport them through subsea pipeline. One of the most important installation methods for offshore pipelines is s-lay method so investigation on loads during laying subsea pipes is indispensible and urgent. In current investigation, a research is presented on effect of combined loads at offshore steel pipelines with concrete coating. Bending and tension loads are the most important aspect of s-lay method. During installation tensile loads are imposed to the pipelines from tensioner, also when pipe strings go through stinger at the end of laying barge, bending strains are developed in pipelines. When offshore pipelines are subjected to relatively deep waters, tension loads are increasing and therefore, becomes more effective. The most concentration at literature is on the gross bending loads, so in current paper the effect of tensile loads on strain concentration factor is evaluated precisely. In this paper a framework for finite element modeling of offshore concrete coated pipelines and a parametric study on strain concentration at field joint(FJ) of different pipe sizes is presented and validated with literature investigations. Also, comparison between strain base design and stress base design is presented. All of abovementioned aspects are described and modeled appropriately using FE software “ABAQUS”. Regarding modeling of three components, i.e. concrete, steel and Anti-corrosion-layer(ACL) layers with appropriate meshes and concrete sliding towards the FJ and concrete cracking and crushing, the results appears to be reliable and applicable. According to Software results, strain concentration factor(SCF) for pipelines with outside diameter between 16 to 40 inch and bending strains up to 0.33%, varies from 1.1 to 1.6 and for combined loads, SCF varies from 1.2 to 3.7. In conclusion, tension loads affect SCF when curvature of stinger was high enough. In another word when global strain of stinger reach up to 0.33%, strains at field joint grow much faster.
