Deniz boru hatlarının değişik tasarım tipleri ve dinamik modellemesi
Various design types and dynamic modeling of marine pipelines
Yazar: İBRAHİM HALİL ÖLMEZ
Danışman: PROF. DR. BEKİR SOLMAZ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dalga denklemleri = Wave equations ; Dalga kuvveti = Wave forces ; Deniz yapıları = Marine structures ; Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Dinamik modelleme = Dynamic modelling ; Dinamik yükler = Dynamic loads

Özet:
Deniz ortamında askıda, tabana serbest oturan ve zemine gömülü boru hatlarının dinamik analizi yapılarak elde edilen sonuçlar arasında maksimum deplasmanlar bakımından bir karşılaştırma yapılmıştır. Yapılan bu analizle dış etkenler bağlamında en uygun tasarım seçeneğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Deniz boru hatları deniz tabanının dalgalı ve kırıklı olması durumunda veya taban derinliğinin büyük olması durumunda askıda tasarlanabilir. Askıdaki boru hatları belirli aralıklarla mesnetlenerek boru üzerindeki yükler zemine zemine aktarılır. Deniz taban durumunun düzgün olması durumunda boru hattı tabana serbest oturan şekilde tasarlanabilir. Bu şekilde döşenen boru elastik zemine oturan boru problemi mantığıyla çözülebilir. Bir diğer tasarım yöntemi olan zemine gömülü borular ise deniz ortamında boru hattına zarar verecek veya boru hattının stabilitesini etkiyecek dış etkenlerden korunmak amaçlı yapılan tasarımlardır. Yapılan bu çalışma altı bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde konu hakkında giriş bilgisi verilmiş tasarım tiplerinden bahsedilmiştir. İkinci bölümde deniz ortamında boru hatlarına etkiyen dalda kuvvetlerinin hesap edildiği denklemlerden bahsedilmiş, sığ, orta ve derin sularda kullanılacak dalga hız ve ivme kuvvetlerinin veren bağıntılardan ve bunlardan elde edilen hidrodinamik kuvvetleri hesaplayan denklemlerden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde ise dinamik çözümde kullandığımız yöntem olan genelleştirilmiş tek serbestlik dereceli sistemden bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde boru hattının stabilite hesabında kullanılacak olan kuvvetler, kuvvetleri veren bağıntılar ve bu kuvvetlerin maksimum veya minimum alabileceği eşik değerlerin hesap yöntemi gösterilmiştir. Beşinci bölümde ilk dört bölümde bahsedilen konuların pekiştirilmesi için üç ayrı tipte deniz boru hattı tasarlanmış, Genelleştirilmiş Tek Serbestlik Dereceli Sistem (TSDS) ve yapısal analiz programı ile elde edilen sonuçların uyumluluğu gösterilmiştir. Sonuçların uyumluluğundan sonra sistemin TSDS ile yapmış olduğu DeplasmanZaman grafiğinin denklemi eğri uydurma metodu ile belirlenerek sistemin konum ve zamanla değişen deplasman denklemi elde edilmiştir. 6. Bölümde ise farklı tipte tasarlanan boru hatlarının deplasmanları karşılaştırılmış ve tasarım tiplerinde karşılaşılan sorunlar veya faydalar hakkında kısa tespitlerde bulunulmuştur. Tasarımlarda zemine gömülü boru hattının en az deplasman yaptığı ve askıda boru hattının da en fazla deplasman yaptığı tespit edilmiştir. Deniz tabanına kısmen oturan boru hattı elastik zemininde katkısıyla deplasmanı askıdaki boru hattına oranla daha az değerde çıkmaktadır. Yanal deplasman olarak da askıdaki boru hatlarının en fazla deplasman değeri verdiği belirlenmiştir. Zemine gömülü boru hatlarında yanal dış kuvvet dikkate alınmadığı için deplasman yoktur.Anahtar Kelimeler; Deniz Boru Hattı, Dalga Kuvvetleri, Tek Serbestlik Dereceli Sistem, , Stabilite Analizi, Deniz-Boru-Zemin Etkileşimi

Abstract:
In this study, the maximum displacements of suspended, free standing and buried submarine pipelines obtained from dynamic analyses are compared. In this analysis, it is aimed to determine the most appropriate design options in the context of external factors. Submarine pipelines can be suspended designed in the case of the sea bedwhich is fractured or wavy and in the deep water. Suspended pipelines are supported to the sea bed at certain spans to transfer the loads. These pipelines can be analysed by the logic of the pipe resting on elastic foundations.Another method of constructing the pipelines is to bury the pipeline in to the seabed. This method is utilized to avoid the damage of external factors to the pipeline or instability of the pipeline.This study consists of six chapters. The first chapter is the introduction part of the study and the general idea of the study is given. The types of constructing the pipelines are discussed. In the second chapter, the calculation of the wave forces acting on the pipelines are discussed. The equations of shallow, medium and deep water wave velocities and accelerations using in calculating the wave forces are explained. The generalized single degree of freedom system that is used in this study are explained in details in third chapter. The forces utilized in calculation of stability of the pipeline, equations of those forces and the calculation of the maximum or minimum threshold values of those forces are explained in fourth chapter. In the fifth chapter, in order to consolidate the statements referred to the previous sections, three different types of pipelines are designed. The compability of the solutions obtained from generalized single degree of freedom system (GSDOF) and structural analyses program are presented. By the compability of the solutions, displacement-time values are utilized to find time and location depended equation of displacement by curve fitting method. In the last chapter,different designed pipelines are compared in terms of to maximum displacements. Brief observations are made releated to problem types in desing phase.It is seen that while buried pipelines have minimum displacement values, suspended ones have maximum displacements. Free standing pipelines have less displacement than suspended ones due to elastic sea bed. Suspended pipelines have maximum lateral displacement values. Since external forces are not taken into consideration, there aren't any displacement values occured in buried pipelines.Key words; Submarine pipelines, Wave Loads, Single Degree Of Freedom System, Stability Analyses, Sea-Pipeline-Soil Interaction