Ard germeli segmental açık deniz yapıların tasarımı
Design of post-tensioned segmental offshore structures
Yazar: SEYMUR BASHIRZADE
Danışman: PROF. DR. OKAN ÖZCAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Açık deniz platformları = Offshore platforms ; Betonarme prefabrike yapılar = Reinforced concrete prefabricated structures ; Prefabrike beton = Prefabricated concrete ; Yüksek dayanımlı beton = High strength concrete ; Yüksek performanslı beton = High performance concrete

Özet:
Dünya genelindeki enerji talebinin sürekli artışı, açık deniz platformlarının yapım teknolojilerinde yenilikçi yaklaşımlara olan ihtiyacı artırmıştır. Bunun bir örneği, Norveç'te başarıyla uygulanan, yüksek dayanımlı beton ve çelik gibi dayanımı yüksek malzemeler kullanılarak imal edilen Condeep tipi açık deniz platformlarıdır. Bu tip platformlar genellikle karada monolitik olarak imal edilip montaj için mavnalarla taşındığı için, bu yapıların hafif ve taşınabilir olması imalat sürecinde kritik bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada Condeep tipi açık deniz petrol ve doğalgaz platformlarının tasarımında ard germeli ve segmental tekniklerin kullanılarak bu tip platformların derin sularda daha ekonomik, kolay ve güvenli şekilde inşa edilmesi amaçlanmıştır. 
Çalışmanın ilk bölümünde, geliştirilmiş analitik metotlarla dairesel ard germenin yapıya etkisi araştırılmış, sonrasında sayısal modelleme kısmında literatürden elde edilen deneysel sonuçların DIANA sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak yapılan analizler ile karşılaştırılmasıyla tasarımda kullanılacak en uygun sonlu eleman tipinin seçimi yapılmıştır. Burada, betonarme, ard germeli ve segmental ard germeli kirişlerin deneysel olarak saptanmış yük – yer değiştirme davranışı, 1 boyutlu çubuk, 2 boyutlu kabuk ve 3 boyutlu katı eleman tipleri kullanılarak oluşturulan sonlu eleman model sonuçları ile karşılaştırılmış ve 3 boyutlu katı modellemenin gerçek yapısal davranışa en yakın sonuç verdiği saptanmıştır. Sonrasında, belirlenen eleman tipi kullanılarak ve sıvı-yapı etkileşimi göz önünde bulundurularak yapılan dinamik analizlerde, literatürden elde edilmiş su ve vakum altındaki silindirin modal frekans ve mod şekillerinin yüksek hassasiyetle saptanabildiği görülmüştür.
Çalışmanın ikinci bölümünde, ilk bölümde elde edilen sonuçlar ışığında elde edilen sonlu elemanlar modeli kullanılarak segmental yapıların yapısal davranışını incelemek amacıyla parametrik çalışma yapılmıştır. Yapılan parametrik çalışmada, beton basınç dayanımı, segment sayısı ve çatlak modeli değişkenlerinin segmental yapının kesme dayanımı, birleşim dayanımı, süneklik ve çatlak genişliği üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Son bölümde, açık deniz platformlarının tasarımı için yeni bir segmental analiz ve tasarım yaklaşımı ortaya konulmuştur. Bu bölümde, segmental yapıların monolitik ve segmental tasarımı detaylı bir şekilde incelenmiş ve açık deniz koşullarında yapısal performansın nasıl etkilendiği araştırılmıştır. Bu çalışma, daha güvenli, verimli ve esnek açık deniz platformları inşa etmek amacıyla modüler bir inşaat metodolojisi geliştirmeyi hedeflemektedir.

Abstract:
The continuous increase in global energy demand has heightened the need for innovative approaches in the construction technologies of offshore platforms. A notable example of this innovation is the Condeep-type offshore platforms, which have been successfully implemented in Norway. These platforms are constructed using high-strength materials such as high-strength concrete and steel. Typically, these platforms are manufactured monolithically on land and transported to their installation sites using barges, making it critical for these structures to be lightweight and portable during the manufacturing process. Therefore, this study aims to employ prestressed and segmental techniques in the design of Condeep-type offshore oil and gas platforms to facilitate their more economical, easier, and safer construction in deep waters.
In the first part of the study, the effectiveness of circular prestressing on the structure was investigated using advanced analytical methods. Subsequently, in the numerical modeling section, the experimental results obtained from the literature were compared with analyses conducted using DIANA finite element software, leading to the selection of the most appropriate finite element type for use in the design. Here, the experimentally determined load-displacement behavior of reinforced concrete, prestressed, and segmental prestressed beams was compared with the results of finite element models created using one-dimensional beam, two-dimensional shell, and three-dimensional solid element types. It was found that the three-dimensional solid modeling provided results that were closest to the actual structural behavior. Following this, dynamic analyses incorporating fluid-structure interaction were performed using the selected element type. These analyses demonstrated that the modal frequencies and mode shapes of a cylinder under water and vacuum conditions, as obtained from the literature, could be determined with high accuracy.
In the second part of the study, a parametric analysis was conducted using the finite element model developed based on the results from the first part, with the aim of examining the structural behavior of segmental structures. This parametric study investigated the effects of variables such as concrete compressive strength, number of segments, and crack models on the shear strength, joint strength, ductility, and crack width of the segmental structure.
In the final part of the study, a new segmental analysis and design approach for offshore platform design was proposed. This section thoroughly examined the monolithic and segmental design of segmental structures and explored how structural performance is affected under offshore conditions. This study aims to develop a modular construction methodology to build safer, more efficient, and more adaptable offshore platforms.