ارزیابی رفتار سازه عرشه سکوهای فراساحل فولادی نفت و گاز در برابر آتش سوزی
چکیده
اتصالات تیر به ستون اهمیت بالایی در رفتار مکانیکی سازه ها در دمای معمولی و دمای بالا دارند. هنگامی که سازه های فولادی در معرض آتش سوزی قرار می گیرند، ظرفیت باربری شان شدیداً کاهش می یابد و رفتار اتصالات تأثیر مهمی در رفتار عمومی سازه خواهد داشت. مشاهدات آزمایش های آتش سوزی با مقیاس کامل و سازه های آسیب دیده در آتش سوزی بیانگر آن است که اتصالات نقش مهمی در زمان مقاومت اجزای سازه ای در آتش سوزی بازی می کنند. به خاطر هزینه بالای آزمایش های حرارت بالا، داده های آزمایشگاهی کافی روی طیف وسیعی از اتصالات در دسترس نمی باشد. یکی از این اتصالات، اتصال تیر i شکل به ستون لوله ای در عرشه سکوهای فراساحل می باشد. با توجه به احتمال بالای خطر آتش سوزی در سکوهای نفت و گاز و پیامدهای سنگین آن، این رساله دکتری روی رفتار سازه ای این اتصالات در دماهای بالا متمرکز شده است. در بخشی از این مطالعه، 11 آزمایش با مقیاس کوچک روی اتصالات فولادی تیر i شکل به ستون لوله ای با دیافراگم خارجی انجام شده است تا ظرفیت حرارتی آن ها بررسی شود. مودهای خرابی و الگوی تغییر شکل این نمونه ها مطالعه شده است و نتایج در قالب نمودارهای دما- دوران ارائه شده است. هم چنین پاسخ اتصال تیر i شکل به ستون لوله ای در دماهای بالا با استفاده از روش مدل سازی عددی شبیه سازی شده است. یک مدل اجزای محدود غیرخطی مکانیکی- حرارتی درگیر بدین منظور بکار برده شده است. این مدل، ابتدا با مقایسه با داده های آزمایش آتش روی این نوع از اتصالات که در بالا اشاره شد صحت سنجی شده است. توافق خوبی بین نتایج آزمایشگاهی و مطالعات عددی بدست آمده است. این مدل عددی، سپس برای شبیه سازی پاسخ به آتش سوزی تعدادی از اتصالات با مقیاس کامل تیر i شکل فولادی به ستون chs در سکوهای دریایی موجود، بکار رفته است. تأثیرات پارامترهایی مانند بزرگی بارگذاری اولیه، تنش محوری در ستون، مشارکت سخت کننده ها در سختی خمشی و مودهای خرابی این اتصالات در دماهای بالا بررسی شده است. رفتار سازه ای این نوع از اتصالات در شرایط پس از آتش سوزی نیز به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شده است. در مجموع، چهار آزمایش مقیاس کوچک روی اتصالات جوشی تیر i شکل به ستون لوله ای با دیافراگمهای خارجی انجام شده است تا رفتار پس از آتش سوزی و مقاومت پسماند آنها بررسی شود. سپس یک مدل اجزای محدود سه بعدی از این اتصالات ساخته شده است. مقایسه این مدل عددی با داده های آزمایش های مذکور، میزان دقت بالای مدل را نشان می دهد. مدل صحت سنجی شده، برای انجام مطالعات پارامتری رفتار اتصال در شرایط پس از آتش سوزی بکار رفته است. علاوه بر این تلاش شده است تا یک روش تحلیلی برای پیش بینی منحنی های لنگر- دوران و سختی دورانی- دوران اتصال تیر i شکل به ستون chs هم در دمای اتاق و هم در دمای بالا استخراج شود. توافق خوبی بین نتایج مدل تحلیلی و نتایج مدل های آزمایشگاهی/عددی بدست آمده است.