Düzensiz dalgaların etkisindeki deniz boru hatlarının dinamik analizi
Dynamic analysis of offshore pipelines affected irregular waves
Yazar: ENGİN GÜCÜYEN
Danışman: PROF. DR. BEKİR SOLMAZ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Deniz boruhatlarının stabilizasyonunda, genellikle düzenli dalga verileri kullanılmaktadır. Ancak deniz ortamında bilinmektedir ki, dalga istatistikleri incelendiğinde su yüzü profillerinin düzenli dalga profilinden daha çok rastgele dalga profillerine benzediği görülmektedir. Rastgele dalga verileri, Yükselirken veya Alçalırken Sıfırı Kesme Yöntemiyle veya Hızlı Fourier Dönüşümü-HFD (Fast Fourier Transform-FFT) tekniğiyle düzenli dalga verilerine dönüştürülebilir. Bu çalışmada, FFT tekniği kullanılarak sınırlı bir rastgele dalga verisi incelenmiş ve düzenli dalga verilerine dönüştürülerek tasarım dalga verileri elde edilmiştir. Rastgele dalga verilerine ilişkin su yüzü profilleri ve spektrum değerleriyle, modellenen düzenli dalganın karşılık gelen değerleri istatistiksel uyumluluk testine (Ki-Kare) tabi tutularak uyumlulukları saptanmıştır.Düzensiz dalga verileriyle uyumlulukları test edilen düzenli dalga verileri kullanılarak, kıyıdan açık denize doğru uzanan belirgin boyutlarda tasarlanmış deniz boru hattı üzerinde oluşacak dalga kökenli kuvvetler hesaplanmıştır. Dalga hız ve ivme parametrelerinin hesaplanmasında, Lineer Dalga (Airy) Teorisi kullanılmıştır. FFT tekniğinden elde edilen ve düzenli dalganın su yüzü profilini ve spektrumunu sağlayan her bir dalganın boru üzerinde oluşturduğu yatay ve düşey dalga kuvvetler, değişen periyotlara bağlı olarak hesaplanmıştır. Boru hattı koordinatlarına karşılık gelen farklı genlikli ve faz açılı sinüsoidal dalgaların oluşturduğu kuvvetlerin bileşkeleri alınarak boruya etkiyen nihai dalga kuvvetleri bulunmuştur.Stabilizasyonda, belli aralıklarda tasarlanan tesbit kütleleri üzerindeki yatay ve düşey kuvvetler etkisindeki dengesine göre boyutlandırması yapılmıştır. Bu kapsamda, borunun yapay ağırlaştırması ve sehimi dikkate alınmıştır. Akabinde belli zemin özelliklerine göre tesbit kütlelerinin dengeli olabilecek boyutları saptanmıştır.Statikçe stabil haldeki boru hattının dalga kuvvetleri etkisinde dinamik analizi yapılmıştır. Dinamik analiz tesir çizgileri yöntemi ve zaman tanım alanı (SAP2000 destekli) yöntemlerine göre yapılarak boru hattının kesit tesirleri ve deplasman değerleri hesaplanmıştır. Tesir katsayıları yöntemi analitik ve bilgisayar destekli (SAP2000) olmak üzere iki yolla çözümlenerek sonuçların uyumu gözlenmiştir. Deplasman değerleri bilgisayar destekli (SAP2000) hesaplanmıştır. Zaman tanım alanı yöntemine göre anlık deplasman değerleri hesaplanarak tesir katsayıları yöntemi ile kıyaslanmıştır. Dinamik analizde her iki yöntemle elde edilen kesit tesirlerinin maksimum değeri alınarak ve statik analiz sonuçları da dikkate alınarak kesit tahkiki yapılmıştır.

Abstract:
Regular wave records are generally used in stabilization of offshore pipelines, however it?s known that, while evaluating wave statistics, surface profiles resemble irregular wave profiles more than regular wave profiles in marine environment. Irregular wave records can be transformed into regular wave records by Fast Fourier Transform (FFT) Method or Zero-Up Crossing Or Zero Down Crossing Method. In this study, based on Fast Fourier Transform Method, a limited irregular wave records are examined and transformed into regular wave records. The convenience of real wave profiles and its spectrum with those of employed waves that are obtained from FFT is compared by Chi-square test. The outputs from Fast Fourier Transform is basically utilized in determining the design wave parameters.After testing its convenience between regular and irregular waves, regular waves? records are utilized to calculate the hydrodynamic forces based on waves that affect to offshore pipeline connected to shore. Eventhough there are several wave theories (Stokes, Cnoidal, Solitary), Lineer (Airy) wave theory is used in calculating wave velocities and accelerations. Vertical and horizontal forces on pipeline for each sinüsoidal wave, obtained from FFT, are calculated in accordance with various time intervals and cross-sections on pipeline. Total forces on pipeline can be calculated by combining whole sinusoidal waves, having different phase angles and amplitudes, corresponding to pipeline?s coordinates.Artifical weighted supports, designed with certain distances, are sized cosidering balance of vertical and horizontal wave forces.Stabilizated pipeline is dynamically analysed under wave forces. İnfluence lines and time history methods are used in dynamic analysis to find displacements and interval stresses-reactions of pipeline. İnfluence lines method is analyzed in two ways, analitic and computational (SAP2000). Outputs of these two ways convenience is observed. Displacements are calculated with computer supported method by using SAP2000 software. İnstant displacements from Time History Method are compared with those of influence lines methods. According to maximum values of interval stresses-reactions obtained from both methods is employed in sizing the crosssections of pipeline.