و معرفی
1-1- پیشگفتار
با توجه به اهمیت انرژی‏‏‏های فسیلی در دنیای امروز و نقش‏آفرینی این نوع انرژی در تمام مناسبات جهان، مساله استخراج آن یكی از موضوعات مهم تكنولوژی روز دنیا می باشد.همچنین پایان پذیری منابع فسیلی و محدود بودن ذخایر آن، باعث توجه به ذخایری شده است كه تاكنون بهره برداری از آنها صرفه اقتصادی نداشته است. یكی از مهم‏ترین این ذخایر، ذخایر انرژی مدفون در كف دریاهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هایی را جهت استخراج از كف دریاها ارائه داده ‏اند. حركت علمی كه در این راستا در غرب آغاز شده است اكنون دارای تاریخچه‏ای بیش از یک قرن است و با توجه به موقعیت حساس كشور ما در این برهه زمانی و برخورداری از منابع غنی انرژی های فسیلی در دریاهای شمال و جنوب كشور، كسب این تكنولوژی به یكی از رئوس برنامه علمی كشور تبدیل شده است. نكته قابل توجه در این باره، لزوم استفاده از روش های اقتصادی و سیستم های بهینه استخراج می باشد كه در دنیای رقابتی امروز امری اجتناب ناپذیر می‏نماید.
جهت استخراج نفت و گاز از كف دریاها، كاربردی ترین روش شناخته شده، استفاده از سكو است. این نوع سازه طی عمر هفت دهه‏ای خود تحولات بسیاری را در سیستم سازه‏ای و قابلیت بهره برداری از سر گذرانده است.در ابتدا این نوع سازه در آب‏های كم عمق و به صورت خرپایی ساده مورد استفاده قرار گرفت و طی زمان، تكامل سازه در راستای استفاده در آب‏های عمیق و كاهش هزینه‏ های ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزایش بسیار زیاد هزینه احداث سكو‏های ثابت با افزایش عمق، نوع جدیدی از سكو‏های دریایی با نام سكوی نیمه شناور مطرح شد كه دارای مزایای اقتصادی و كاربردی قابل توجه‏ای می باشد. سیر تكامل كلی سكو‏ها و به خصوص نوع خاصی از آنها را (سكوی نیمه شناور خرپایی) به صورت كامل در فصل یک شرح خواهیم داد.
سکوی نیمه شناور خرپایی نوع خاصی از سکوهای نیمه شناور است که دارای شش درجه آزادی می­باشد: حرکت افقی طولی (­­surge)، حرکت افقی عرضی (sway)، حرکت قائم (heave)، که به ترتیب جابجایی در امتداد محورهای x و y و z بوده و چرخش طول این محورها به ترتیب، غلتش عرضی (roll)، غلتش طولی(pitch) و چرخش در صفحه افقی (yaw) نامیده می شود.
با توجه به مقدمات بالا، در این پروژه سعی شده است اصول آنالیز یک سكوی نیمه شناور خرپایی مورد بررسی قرار گیرد و با شناسایی و مقایسه تئوری های موجود جهت محاسبه ی بارهای وارد بر سازه، برداشت جامعی از چگونگی آنالیز یک سكوی نیمه شناور خرپایی ارائه شود. در این راستا از تئوری های موریسون و دیفركشن خطی جهت محاسبه‏ی نیروی موج و از تئوری موج ایری برای توضیح طبیعت دریا استفاده شده است كه در فصل های ابتدایی توضیح كلی آنها خواهد آمد. نتایج محاسباتی پروژه با یک مدل تست نیز معتبر سازی شده است و در پایان شاهد بحث در نتایج و مقایسه آنها خواهیم بود.
1-2- روش تحقیق

در این تحقیق ابتدا نیرو‏های وارد بر سكوی نیمه شناور خرپایی ناشی از موج، توسط تئوری های موریسون و دیفركشن خطی برای درجات آزادی غیر وابسته‏ی surge ، heave و pitch به دست می‏آید. سپس با بهره گرفتن از حل معادله حركت دینامیكی سكوی نیمه شناور خرپایی در درجات آزادی heave و pitch ، پاسخ سازه به موج با دامنه

خرید اینترنتی فایل کامل :

 واحد[1](RAO) به نیرو‏ها در این درجات به دست می‏آید.این نتایج با نتایج به دست آمده از مدل تست و با یكدیگر مقایسه خواهند شد. هم‏چنین طیف پاسخ سازه مورد نظر با بهره گرفتن از طیف های انرژی P-M و JONSWAP در درجات آزادی ذكر شده به دست می‏آید و مقایسه می‏شود.

1-3- پیشینه تحقیق
افراد زیادی رفتار هیدرو‏دینامیكی یک سیلندر شناور عمودی را مطالعه كرده‏اند. هاوس (1990) یک سیلندر را در بازه kc كوچكتر از 0.01 بررسی كرد. بررسی های او نشان می‏داد كه نیروی درگ به صورت خطی با سرعت نسبت دارد و ضریب درگ نیز فوق‏العاده كوچك بود. چاكرابارتی و هانا (1990) در بررسی‏هایی كه بر روی سیلندری با KC كمی بیستر از 0.01 انجام دادند، به نتایج مشابهی رسیدند. در آزمایشات آنها حركت نوسانی آزاد سیلندر در جهت عمودی در خلال یک آزمایش (Decay test) مورد بررسی قرار گرفت.
هاوس و یوتس (1994) یک سیلندر عمودی را درون یک جریان قرار دادند و نشان دادند كه جریان میرایی سیلندر را در kc های مشابه افزایش می‏دهد.
درگ هیدرودینامیک یک سیلندر از دو مولفه تشكیل شده است: درگ ناشی از اصطكاك و درگ ناشی از شكل. (تیاگاراجان و تروش 1994)
درگ ناشی از اصطكاك به علت نیروی ویسكوزیته سیال روی سیلندر می باشد در حالیكه درگ ناشی از شكل بر اثر جدا شدن جریان در لبه پایینی سیلندر بر اثر حركت heave ایجاد می‏شود. در kc های بسیار پایین، درگ در وحله اول از نوع اصطكاكی است كه به صورت خطی با سرعت تغییر می‏كند. همچنین درگ ناشی از شكل یک نسبت درجه دوم با سرعت دارد. آزمایشات هاوس و چاكرابارتی و هانا نشان داد كه درگ اصطكاكی قسمت كوچكی از درگ هیدرودینامیک بر روی سیلندر را تشكیل می‏دهد.
تیاگاراجان و راج آزمایش‏هایی با رنج kc بزرگتر از 1 انجام دادند كه در آنها درگ ناچیز و همینطور غیر خطی بود.در تمام این حالات دمپینگ ناشی از درگ كه در اثر حركت سیلندر ایجاد می‏شد بسیار كوچك می باشد.
توا و تیاگاراجان (2003) یک دیسك با kc بالای 0.75 را تست كردند و دمپینگ درگ بیشتری را یافتند.
هی(2003) نتایج عددی و آزمایشگاهی ارائه داده است كه به بررسی حركت heave صفحه‏های نازك استوانه‏ای پرداخته و مقادیر دمپینگ را نشان داده است. این مطالعات به حركت‏های كوچك اصلی محدود شده‏اند و برای سكوی پایه كششی به صورت موردی انجام شده است.
اطلاعات جرم اضافی بر اثر نوسان صفحات افقی در راستای عمود بر صفحه در این متون در دسترس نیست.آزمایش‏هایی روی سكوی نیمه شناور خرپایی با صفحات افقی انجام شده و بعضی گزارش‏ها تهیه شده‏اند كه در مورد كارآیی صفحات افقی در سكوی نیمه شناور خرپایی بحث می‏كنند.(مگی و همكاران 2003)
سكوی نیمه شناور خرپایی (TPS) یک سازه جدید شناور است كه از ادغام مزایای سكوهای نیمه شناور پانتونی و خرپا و پرهیز از بعضی اشكالات سكو‏های پانتونی ایجاد شده است. سكوی پانتونی نیمه شناور از چهار ستون شناور تشكیل شده است كه در قسمت پایین خود به پانتون های كف كه پایداری سازه را كنترل می‏كنند متصل می‏شوند. عرشه نیز در بالای ستون‏ها قرار می‏گیرد. این سازه در مكان‏های دور از ساحل جهت حفاری و تولید به كار می‏رود. مزایای آن شامل فضای عرشه زیاد و همینطور بار قابل تحمل بالا می‏باشد. در یک طراحی روتین، ستون‏ها عمیق و پانتون‏ها نیز دارای حجم زیاد می‏باشند. مركز جرم اعضا پایین تر از مركز شناوری آنها قرار می‏گیرد (حدود 4 تا 12 فوت). این طراحی باعث كنترل دوره تناوب حركات roll و pitch سازه می‏شود.
برای یک سكوی نیمه شناور پانتونی، تغییر مكان كلی بزرگ است و دور كردن پریود طبیعی سازه از پریود موج غالب كار مشكلی می‏باشد. در واقع چون دمپینگ كوچك است و به صورت شدیدی تناوبی، بنابراین برای سكوی نیمه شناور پانتونی نوسان در جهت heave زیاد است و توسط میرایی نیز كنترل نمی‏شود. به عبارت دیگر، میرایی ناشی از جریان منتشر شونده، به صورت موثری در طراحی سكوی نمیه شناور پانتونی برای حركت heave استفاده نشده است.
TPS (سرینیواسان 2004) جرم اضافی ناشی از صفحات افقی كه در پایین ستون‏های خرپایی استفاده شده‏اند را به كار می‏گیرد و بنا بر این از جریان منتشر شونده حول این صفحات استفاده می‏كند. 
1-4- خلاصه کار انجام شده
هنگام طراحی یک سازه دور از ساحل، یكی از اولین و مهم‏ترین مراحل، انتخاب روش محاسبه نیرو‏های موثر بر سازه می‏باشد.یكی از روش‏های محاسبه نیرو استفاده از تئوری دیفركشن موج است. استفاده از فرمول تجربی موریسون (موریسون و همكاران 1950) اغلب یک روش معمول برای به دست آوردن نیروهای وارد بر سازه‏های دور از ساحل است.فرمول موریسون اثرات ناشی از برگشت امواج از سطح مغروق سازه را در نظر نمی‏گیرد و ضرایب نیرو برای اعمال این آثار به كار می‏روند. نیروی موریسون می‏تواند یک روش بسیار موثر برای آنالیز سازه‏های كوچك باشد.زیرا اثرات ناشی از برگشت موج ناچیز است، اما تئوری دیفركشن برای سازه‏های بزرگ قابل استفاده تر است. یک جدول كمی برای تشخیص سازه های كوچك و بزرگ توسط چاكرابارتی ارائه شده است(1987).
در این تحقیق از هر دو این روش‏ها برای محاسبه‏ی نیرو‏ها استفاده شده است.تصویر كلی سازه TPS در شكل نمایش داده شده است.حركات این سازه در جهات Heave و Pitch به دو روش موج خطی و موج تصادفی آنالیز شده است(با بهره گرفتن از فرمول  موریسون و تئوری دیفركشن خطی). سپس این نتایج با نتایج  به دست آمده از مدل تست مقایسه شده‏اند. مدل تست طی مقاله‏ای توسط آقای سرینیواسان در سال 2005 تشریح شده است.
سازه حاضر برای امواج خطی در بازه تناوب 7-22 ثانیه آنالیز شده است.در مرحله محاسباتی پاسخ یكه سازه (RAO) برای نیروهای surge ، heave و pitch  به دست آمده است و هم چنین پاسخ یكه حركت سازه‏ها در جهات heave و pitch  نیز به دست آمده است. طیف JONSWAP برای موج‏های تصادفی نیز برای تحلیل سازه تحت اثر امواج تصادفی استفاده شده است.
Response Amplitude Operation-[1]

وقوع بارگذارى­هاى ناگهانى و ویژه نظیر باد و زلزله، آسیب­هاى مختلفى را در سازه­ها ایجاد مى­نماید و رخداد چنین خسارات و نواقصى در سازه سبب تغییر مشخصات و رفتار سازه مى­گردد. همچنین گذشت زمان و شرایط محیطى نیز سبب فرسایش و زوال مصالح سازه­ها و در نتیجه تغییر مشخصات آنها مى­گردد. موارد مذكور سبب شده است تا شناسایى خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب موجود در آن (شدت، نوع، زمان و محل آسیب) و پایش سلامت سازه[1] به یكى از مسائل مهم در علوم مهندسى، از جمله مهندسى عمران بدل گردد.
از آنجا كه آسیب ایجاد شده در سازه تاثیر مستقیمى بر خصوصیات و مشخصات سازه مى­گذارد، سلامت سازه به نوع، شدت و محل آسیب ایجاد شده در آن وابسته بوده و به همین سبب توانایى تشخیص آسیب ایجاد شده در سیستم­هاى مختلف سازه­ای از جمله ساختمانها یكى از موضوعات مهم و قابل توجه به شمار مى­رود. منظور از آسیب، ایجاد هرگونه تغییر در خصوصات سیستم بوده به گونه­اى كه رفتار آن نسبت به وضعیت اولیه تغییر نماید. این تعریف در سازه­ها، به تغییرات خصوصیات مصالح یا هندسه سازه كه كارایی سازه در حال و آینده را مختل مى­سازد، محدود می­گردد. با نظر به آنچه كه اشاره گردید، مباحث شناسایی خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب ایجاد شده و پایش سلامت سازه­ها بصورت وابسته بوده و گاهی بطور همزمان مورد توجه قرار می­گیرند.
از آن جا كه كشور ما در یكى از مناطق لرزه­خیز جهان قرارگرفته است، علاوه بر سایر آسیب­ها بیشترین آسیبی كه در سازه­ها رخ می­دهد در اثر زلزله مى­باشد. اگرچه این آسیب­ها ممكن است چندان واضح نباشد كه قابلیت شناسایی توسط بازدیدهاى میدانى را داشته باشد، اما مى­تواند تغییراتى در خصوصیات سازه ایجاد نماید كه سبب كاهش سطح عملكردى سازه موجود در زلزله­هاى بعدى گردیده و حتى اسباب تخریب كلى سازه در زلزله­هاى آینده را فراهم آورد. لازم به ذکر است که عدم شناسایی به موقع آسیب موجب از حیز انتفاع افتادن سازه و تحمیل هزینه اقتصادی به لحاظ ساخت مجدد سازه خواهد شد. در خصوص سازه­های خاص و شریانهای حیاتی علاوه بر مشکلات اقتصادی، معضلات اجتماعی و یا حتی سیاسی را نیز می ­تواند در بر داشته باشد. برای روشن شدن اهمیت پایش سلامت سازه می­توان آن را با آزمایشات تشخیصی پزشکی برای حصول اطمینان از سلامت انسان قیاس نمود.
در گذشته از روشهاى گوناگونى به منظور بررسى سلامت سازه­ها استفاده شده است كه عموماً شامل مشاهدات میدانى و آزمایشهای محدود شامل آزمایش­هاى مخرب و غیرمخرب بوده ­اند. اما پیش شرط لازم براى انجام چنین آزمایشهایی حدس محدوده آسیب ایجاد شده سازه­ها و در دسترس بودن آن مى­باشد كه بنابراین نتایج ناشى از آنها كاملاً وابسته به حدس درست محل احتمالی آسیب هستند. علاوه بر این، انجام این آزمایشها نیاز به ابزارهایى دارد كه این امر سبب افزایش هزینه­هاى انجام آنها مى­گردد. بنابراین تعداد آزمایشهاى انجام شده جهت بررسى سازه مى­بایست به حداقل مقدار لازم كاهش داده شوند. از سوى دیگر، مهارت كاربر نیز در دقت نتایج بدست آمده، نقش مستقیم داشته و سبب ضعف بیشتر این آزمایشها در تشخیص آسیب و شناسایی مشخصات سازه مى­گردد. همچنین به دلیل کیفى بودن نتایج بدست آمده، این آزمایشها نمى­توانند تخمینى از تغییرات به وقوع پیوسته در خصوصات دینامیكى سازه آسیب دیده، بدست دهند.

با پیشرفت علم، با بهره­ گیری از اطلاعات استاتیکی ثبت شده در سازه­ها و تغییرات آن به تعیین خواص سازه با اینگونه ثبت­ها قدم برداشته شد. همچنین پس از آنكه

خرید اینترنتی فایل کامل :

 دانشمندان به سمت استفاده از داده ­هاى ارتعاشى براى پیداكردن خواص دینامیكى سازه­ها پیش رفتند، با انجام آزمایشهاى ارتعاشات محیطى و یا تحریكات اجبارى تا حدود زیادى موفق به دست آوردن خواص دینامیکى سازه­ها گردیدند و بدین ترتیب پس از وقوع پدیده ­های طبیعی همچون زلزله با این روشها خواص دینامیكى سازه را محاسبه كرده و از مقایسه نتایج آنها با نتایج بدست آمده از آزمایش­هاى صورت گرفته قبل از زلزله به میزان آسیبى كه در سازه اتفاق افتاده بود، پى مى­بردند. البته با بهره گرفتن از این روش­ها تنها تا حدودى امكان بررسی وضعیت سازه قبل و بعد از یک حادثه، مثلأ زلزله، قابل اندازه گیرى بود و هنوز امكان دستیابى به چگونگى تغییرات خواص سازه در طول رخداد زلزله ممكن نبود، امرى كه جهت حفظ سلامت سازه در حین زلزله بسیار حیاتى است. همچنین استفاده از آزمایشهای ارتعاشات اجبارى و محیطى هزینه­هاى زیادى را نیز طلب مى­كردند كه با این وجود از آن جا كه تحریک اعمال شده در این آزمایش­ها در مقایسه با تحریكات زلزله بسیار كوچک مى­باشند، لذا تصویر واضحى از تغییرات ایجاد شده در مشخصات سازه پس از زلزله بدست نخواهند داد.

بنابراین هدف از این پژوهش آن است كه با پیشنهاد رویکردی جهت شناسایى خصوصیات سازه، با بکارگیری الگوریتمهای تکاملی روشی برای تشخیص محل و شدت آسیب­هاى رخداده بر پایه اطلاعات (داده ­های) استاتیکی یا دینامیکی ارائه گردد.
بنابراین دو روش پیشنهادی با بهره گرفتن از داده ­های استاتیکی و دینامیکی سازه ­هایی به شکل پلهای با قدمت بیشتر موجود انتخاب گردید. اشکال انتخابی شامل پل تیر شکل، چهار شکل متفاوت پل خرپایی و پل قوسی می­باشند. در نهایت روند تشخیص آسیب با تشکیل تابع هدف و بهینه سازی آن توسط چهار الگوریتم متفاوت( برای اطمینان به تابع هدف انتخابی و کاهش اثرات نوع الگوریتم) انجام گردید.
2-1- پایش سلامت سازه ها
اگر مراحل ثبت داده ­ها به صورت دائم و یا دوره ای صحیح صورت گیرد نشانگر عملکرد سازه است. پایش سلامت سازه به سه حالت زیر صورت می پذیرد.
1- کوتاه مدت
2- میان مدت
3- بلند مدت
البته تمام این موارد می ­تواند در کل سازه و یا به صورت محلی صورت پذیرد.
مهندسان سازه مدت طولانى است كه تلاش كرده­اند تا با بهره گرفتن از داده ­هاى موجود و ابزارهای مناسب، آسیب را در سازه­ها شناسایى كنند.
پایش سلامت در سازه ها با جواب به سوالات زیر توص‍یف م‍ی شود:  
1ـ آیا آسیب در سازه وجود دارد؟
2ـ موقع‍یت آسیب در سازه کجاست؟
3ـ نوع آسیب موجود چ‍یست ؟
4ـ شدت آس‍یب چقدر است؟
بعد از شناسایی آسیب، سازه باید با درنظر گرفتن وضع‍یت موجود مورد تحل‍یل قرار گ‍یرد و م‍یزان کارایی سازه سنج‍یده شود و در صورت لزوم نسبت به تعم‍یر و تقویت سازه اقدام شود.
3-1- آسیب در پل ها
آسیب یكى از لغات بحث برانگیز در زمینه پایش سلامت سازه­ها مى­باشد. به طور كلى «آسیب»؛ ایجاد تغییر دائم در مشخصات سازه از جمله سختى، مقاومت، خصوصیات دینامیكى و یا كاهش سطح عملكرد سازه نسبت به حالت اولیه آن مى­باشد.
براى پل­ها آسیب می تواند مربوط به جابجایى نسبى بین عرشه و کوله و تغییر رفتار اعضاى سازه­اى مى­باشد. براى تشخیص آسیب روشهاى مختلفى ارائه شده است كه از بین آنها تغییرات در خصوصیات مودى نظیر فركانس­های مودى و اشكال مودى و همچنین به روز­­­رسانی ماتریس­هاى مشخصه سازه (ماتریس جرم، سختى و میرایی) و تغییرات در خصوصیات ماتریس سختی را مى­توان نام برد. در تمامى روش­هاى تشخیص آسیب نیاز است كه ابتدا خصوصیات سازه (فضاى فیزیكى، فضاى مودی، فضاى پاسخ) پیش از آسیب شناخته شود، سپس در گام بعدى با بهره گرفتن از داده ­هاى بدست آمده از پاسخ سازه، مشخصات جدید شناسایى شده و با بررسى تغییرات این مشخصات تشخیص آسیب انجام گردد.
از آن جا كه رخداد آسیب در سازه سبب ایجاد تغییر ماندگار در فركانس سازه مى­شود، بنابراین بررسى فركانس­هاى طبیعى و سایر خواص مودى سازه در حین ارتعاشات محیطی ابزار مفیدى براى تشخیص آسیب مى­باشد. حال با توجه به اینکه در بسیارى از مناطق لرزه­خیز جهان زلزله از اصلی­ترین چالش­ها در طراحى سازه­ها مى­باشد و عمده خسارات وارد بر سازه­ها علاوه بر سایر عوامل محیطی ناشى از این پدیده طبیعى است، بهره­ گیری از این موضوع می ­تواند مفید باشد. با بررسى فركانس­ها و سایر مشخصات مودى سازه در حین زلزله، تعیین مكان و مقدار آسیب در سازه ممكن خواهد شد.
لازم به ذکر است در روش­های مبتنی بر داده ­های استاتیکی با اطلاعات بسیار کمی می­توان آسیب را در سازه با دقت قابل قبولی تشخیص داد لذا اینگونه روشها مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. به طور مثال در روش­های استاتیکی با داشتن تغییرمکان یا کرنش، شناسایی آسیب در سازه میسر است. در تحلیل استاتیکی تغییرات در ماتریس سختی می ­تواند نشان دهنده رخداد آسیب در سازه باشد.
[1] Structural Health Monitoring(SHM)

انتشار امواج[1] در یک محیط ناشی از بارگذاری خارجی از جمله مباحثی بوده است که در قرن گذشته بسیاری از محققان و مهندسان در زمینه ریاضیات کاربردی و مکانیک مهندسی را به ‌‌خود جلب کرده است. انتشار امواج در یک محیط ارتجاعی به ‌معنی انتقال تغییر شکل از یک نقطه به ‌نقطه دیگر می‌باشد. بر اساس اصول مکانیک محیط‌های پیوسته، تغییرشکل‌ها مولد تنش‌ها می‌باشند. بنابراین به‌همراه انتقال تغییر شکل‌ها، تنش‌ها نیز از یک نقطه به ‌نقطه دیگر منتقل می‌شوند. به‌همین علت گاهی انتشار امواج در محیط ارتجاعی به‌نام انتشار امواج تنشی[2] نیز نامیده می‌شود. مقاله پایه‌ای در زمینه انتشار امواج مربوط به ‌لمب (Lamb) در سال 1904 می‌باشد [1]. او در این مقاله، انتشار امواج ناشی از یک بار هارمونیک وارد بر یک محیط ایزوتروپ و ارتجاعی نیمه بینهایت را در دو حالت دو بعدی و سه بعدی بررسی کرده و میدان تغییرمکان آنها را به‌دست آورده است. در این مقاله نیروی متمرکز بر حسب زمان  به‌صورت تک هارمونیکی در نظر گرفته شده است به‌طوری که  فرکانس تغییرات نیرو بر حسب زمان می‌باشد. به‌علت تغییرات هارمونیکی محرک (نیروی)، پاسخ سیستم شامل میدان‌های تغییرمکان، کرنش و تنش نیز به‌صورت هارمونیکی بر حسب زمان تغییر می‌کنند¹، به‌همین علت جمله  از معادلات حرکت در غیاب نیروهای حجمی حذف شده و معادلات حرکت به‌صورت مستقل از زمان و وابسته به‌  نوشته می‌شوند. در این حالت مسأله انتشار امواج در فضای فرکانسی حل می‌شود. به‌علت حذف متغیر زمان، معادلات حرکت به ‌دستگاه معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی نسبت به ‌مکان تبدیل شده و در صورتی‌كه محیط ایزوتروپ باشد تجزیه هلمهولتز همواره این دستگاه معادلات را به‌ معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی و مستقل از یکدیگر تبدیل می‌کند. معادلات حاکم بر توابع هلمهولتز، معادلات موج بوده که وابسته به دستگاه مختصات می ­تواند با بهره گرفتن از روش فوریه² (جداسازی متغیرها) و تبدیل هنکل3 و یا روش های دیگر حل شوند. لمب با بهره گرفتن از تبدیل انتگرالی هنکل معادلات حرکت را در حالت سه بعدی حل کرده است [1].

یکی از دلایل استفاده از تبدیلات در حل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی کاهش متغیرهای مستقل معادله وتبدیل آن به ‌معادله دیفرانسیل معمولی می‌باشد [17]. در حل مسائل مربوط به ‌محیط‌های نا‌متناهی، معمولاً شرایط مرزی به‌صورت توابع قطعه‌ای پیوسته[1] وجود دارند و تبدیلات انتگرالی[2] این شرایط را به‌صورت توابع پیوسته در فضای تبدیل یافته[3] در می‌آورند. این موضوع یکی دیگر از دلایل استفاده از تبدیلات انتگرالی می‌باشد، چه در غیر این صورت شرایط مرزی به‌صورت مختلط و پیچیده در می‌آیند .

بعد از لمب محققان زیادی در زمینه انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ تحقیق کرده‌اند و تحقیقات گسترده‌ای را ارائه کرده‌اند که از آن جمله می‌توان اشخاص زیر را برشمرد:

انتشار امواج در محیط‌های ناهمسان[4] در گذشته كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر با توجه به ‌استفاده روز افزون از مواد ناهمسان نیاز به ‌تحقیقات در زمینه انتشار امواج در این محیط‌ها بیشتر احساس می‌شود. برای مثال مواد کامپوزیت که در سال‌های اخیر در زمینه علوم مهندسی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند دارای خاصیت نا‌همسانی می‌باشند. از سوی دیگر در زمین‌هایی که خاک تحت اثر نیروی ثقل رسوب کرده است و نهشته‌های طبیعی سربار شده روی هم تشکیل داده است،

خرید اینترنتی فایل کامل :

 خاصیت ناهمـسانی وجود دارد.

اما با توجه به ‌ملاحظات کاربردی در زمینه مهندسی محیط‌های ناهمسان معمولاً به‌صورت ایزوتروپ جانبی[5] و یا ارتوتروپیك[6] مدل‌سازی می‌شوند. یکی از بررسی‌های اولیه در زمینه انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ جانبی توسط Stoneley در سال 1949 انجام گرفته است [2]. او نشان داد که وجود مواد با خاصیت ایزوتروپ جانبی می‌تواند منجر به ‌تفاوت‌های قابل توجـهی در زمینه انــتشار امواج نسبت به ‌مواد ایزوتروپ گـردد.

Synge در سال 1957، انتشار امواج ریلی[7] در محیط‌های ایزوتروپ جانبی را بررسی کرده است و نتیجه گرفته که این امواج فقط در صورتی در این محیط‌ها منتشر می‌شوند که محور ایزوتروپی محیط یا عمود بر سطح آزاد و یا موازی این سطح باشد [3]. همچنین او بیان داشته است که امواج ریلی معمولی (در محیط‌های ایزوتروپ) موازی سطح آزاد محیط منتـشر می‌شوند در حالی‌که امواج ریلی کلی (در محیـط‌های نا‌ایزوتروپ) می‌توانند با شیب نسبت به ‌سطح آزاد منتشر شوند [3].

Rajapakse و Wang در سال1991 تغییرمکان‌ها و تنش‌های ناشی از ارتعاش هارمونیک یک جسم صلب در یک محیط ارتوتروپ دو بعدی را به‌دست آورده‌اند [4]. همچنین آنها تغییرمکان‌ها و تنش‌های ناشی از ارتعاش هارمونیک نیروی موثر بر پیرامون یک دایره مدفون در یک محیط ایزوتروپ جانبی را در حالت سه بعدی تعیین کرده‌اند [5]. در این مقاله، آنها دستگاه معادلات حرکت را با بهره گرفتن از سه تابع پتانسیل به ‌دو معادله درگیر[8] و یک معادله مستقل تبدیل کرده و بدون اثبات كامل بودن توابع پتانسیل اختیار شده معادلات به‌دست آمده را با بهره گرفتن از تبدیلات انتگرالی حل کرده‌اند.

رحیمیان و همكاران [16] مسأله لمب را برای محیط ایزوتروپ جانبی پیگیری كرده و معادلات حركت را با بهره گرفتن از توابع پتانسیل اسكندری قادی [7] به‌صورت مستقل در‌آوردند. معادلات به‌دست آمده از توابع پتانسیل را به ‌كمك سری فوریه در امتداد زاویه‌ای و تبدیل هنكل در امتداد شعاعی در یک دستگاه مختصات استوانه‌ای حل كردند. اسكندری قادی و همكاران [8] نیز یک نیم‌فضای ایزوتروپ جانبی متشكل از یک لایه فوقانی و یک محیط نیمه بی‌نهایت تحتانی با رفتار ایزوتروپ جانبی تحت اثر نیروهای سطحی هارمونیكی را تجزیه وتحلیل كرده و با بهره گرفتن از توابع پتانسیل ارائه شده توسط اسكندری قادی حل كرده­اند.

تعیین توابع امپدانس مربوط به شالوده های مستقر بر محیط نیم بینهایت از مسائلی است كه مورد توجه مهندسین ساختمان و محققین ریاضی كاربردی بوده است. اسكندری قادی و همكاران در سال های 2010، 2011 و 2012 توابع امپدانس قائم و خمشی شالوده دایره­ای صلب مستقر بر محیط ایزوتروپ جانبی به روش تحلیلی و با حل معادلات انتگرالی دوگانه حل كرده­اند. همچنین اسكندری قادی و همكاران توابع امپدانس افقی و خمشی را برای شالوده صلب مستطیلی مستقر بر محیط ایزوتروپ جانبی را با فرض شرایط مرزی مستقل و به كمك تركیب روش های تحلیلی و عددی به­دست آورده­اند.

 در این پایان‌نامه در ابتدا معادلات حاكم شامل معادلات تعادل، روابط تنش-كرنش یا معادلات رفتاری و روابط كرنش-تغییرمكان در سیستم مختصات استوانه‌ای بیان شده و در ادامه معادلات حرکت بر حسب مولفه‌های بردار تغییرمکان به‌دست می‌آیند. این معادلات یک دسته معادلات دیفرانسیل درگیر با مشتقات جزئی می‌باشند كه برای مجزا‌سازی آنها از توابع پتانسیل ارائه شده توسط اسكندری قادی در سال 2005 استفاده می‌شود. در ادامه به ‌كمك سری فوریه و تبدیل هنکل توابع پتانسیل در فضای تبدیل یافته به‌دست می‌آیند.

1 piecewise continuous  function

2 Integral transforms

3 Transformed domain

1 Anisotropic

2 Transversely isotropic

3 Orthotropic

4 Rayleigh waves

5 Coupled

1 Waves Propagation

2 Stress waves propagation

1 Eringen, A.C. and suhubi, E.S.(1975), Elastodynamics, vol. II, Academic Press, New York.

2 Fourier method

3 Hankel transform

1 Impedance function

2 Potential function

3 Adaptive Gradient Element

4 Luco

5 Mita

6 Guzina

سواحل تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند موج، جریان و باد قرار دارند. این عوامل موجب فرسایش و رسوبگذاری در سواحل می­شوند. یکی از مهم‌ترین و مؤثرترین فرایندهای انتقال رسوب در مناطق ساحلی، انتقال رسوب كرانه‌ای[1] می‌باشد و بررسی كیفی و كمی این پدیده سبب درك بهتری از رژیم فرسایش و رسوبگذاری در اطراف بندر و سازه‌های ساحلی می­گردد. سرعت و جهت جریان‌های دریایی یکی از اصلی‌ترین پارامترهای هیدرودینامیکی موثر در انتقال رسوب می‌باشند. جریان‌های كرانه‌ای به سبب تأثیرات متقابل موج و بستر دریا، در ناحیة شكست امواج[2] ایجاد می­گردند. در این ناحیه گرادیان ایجاد­­ شده در تنش‌های برشی سبب تشكیل جریان‌های كرانه‌ای می­گردد، كه این جریان‌ها در انتقال بار رسوبی محدوده­ ساحلی نقش عمده‌ای به عهده دارند. منطقه شکست از لحاظ پدیده ­های هیدرودینامیکی، فعالترین ناحیه ساحلی است که در آن انتقال رسوب و تغییرات بستر دریا در اثر امواج شکنا و جریان­های نزدیک ساحل به وقوع می­پیوندد. در نزدیکی ساحل، عمق متغیر آب می ­تواند تغییرات عمده­ای در شرایط موج در فاصله کم ایجاد کند. در واقع پارامتر مهم فیزیکی، عمق آبی است که امواج سطحی روی آن حرکت می­ کنند. در طبیعت، عمق آب ثابت نیست و در اثر گردباد، خیزش طوفان یا دیگر دلایل، تغییر می­ کند. این تغییرات سطح آب، بر الگوی شکست موج تأثیر می­گذارد. در ناحیه شکست می­بایست تغییرات موج، تراز سطح آب و مشخصات جریان­های ساحلی محاسبه شود تا بر اساس آنها امکان برآورد تخریب ناشی از طوفان( ناشی از سیلاب یا امواج )، محاسبه تغییرشکل تدریجی خط ساحلی و تغییر شکل پروفیل عمود بر ساحل و طراحی ایمن سازه­های­ ساحلی ( همچون آبشکن­ها و دیواره­ های حفاظت ساحلی) فراهم گردد[1]­.
امواج که به ساحل نزدیک می­شوند تحت تأثیر پدیده ­هایی نظیر تفرق و شکست، انرژی آنها افزایش یافته و می­توانند پدیده ­های فرسایش را تسریع بخشند. از عوامل مؤثر بر فرسایش سواحل، دخالت­های انسانی و ساخت سازه­های ساحلی است، چنانچه این سازه­ها به درستی جانمایی نگردند، می­توانند اثرات تخریبی قابل توجهی به ساحل و فرسایش آن داشته باشند.
امروزه به­هم­خوردگی شرایط طبیعی سواحل و فرایندهای ساحلی، تحت تاثیر ساخت و سازهای بندری و نیروگاه­های مولد انرژی بطور فزاینده درناحیه ساحلی دریاها و اقیانوس­ها جریان دارد. به­ویژه در سواحل جنوبی دریای خزر در طی 30 سال اخیر، توأم با پیشروی آب دریا، ساخت­و­ساز و دخل­و­ تصرف در این عرصه طبیعی به شدت صورت گرفته است .ضرورت مطالعه این تغییرات که ناشی از عوامل طبیعی و انسانی و تأثیر متقابل آنها می­باشد، در زمینه مدیریت نواحی ساحلی بسیار حائز اهمیت است.
یکی از نرم­افزارهای موجود برای تحلیل جریان و پتانسیل نرخ انتقال رسوب، نرم­افزار Mike 21 می‏باشد. این نرم­افزار توسط موسسه تحقیقات دلفت دانمارک تهیه و گسترش یافته­است که می ­تواند الگوی جریان در بخش­های مختلف ناشی از تغییر عمق جریان در ناحیه ساحلی و همچنین پدیده حمل رسوب را به خوبی مدل نماید. با بهره گرفتن از این نرم­افزار می­توان تغییراتی که در خط ساحل در اثر احداث سازه­ها و هرگونه دخل و تصرف انسانی تعیین نمود.
2-1- بیان مسأله تحقیق

منطقه ساحلی جاییست که موج، ­­ بستر را حس می­ کند و انتهای این ناحیه ساحلی بالاروی موج روی ساحل است. موج در بیرون از ناحیه ساحلی به دلیل عدم تماس با بستر متقارن است و با ورود به ناحیه ساحلی دچار آشفتگی شده و بعد از شکست، آشفتگی موج زیاد می­ شود و بسته به ارتفاع موج، دوره­تناوب موج و نوع ساحل به شکل­های مختلف می‏شکنند. بطورکلی چهار نوع اصلی برای شکست امواج در نظر گرفته می­ شود که عبارتند از آشفته، چرخان، ریزشی و لغزان. در اثر شكست امواج در ناحیه كم عمق ساحلی، جریان كرانه­ای ایجاد می­ شود كه علت اصلی جابجایی­ها و نقل و انتقال رسوب در سواحل می­باشد. مطالعه هیدرودینامیکی مناطق ساحلی اولین قدم در طراحی

خرید اینترنتی فایل کامل :

 سازه­های ساحلی است و ریخت شناسی سواحل، انتقال رسوب، فرسایش، انتشار و پخش آلودگی، از دیگر پدیده ­های مرتبط با ساحل می­باشد. بخش مهمی از مطالعه هیدرودینامیک معطوف به مطالعه جریان­های ساحلی و بررسی علل ایجاد و الگوی آنها می­گردد. جریان‌های موازی با ساحل مسئول انتقال رسوب و آلاینده‌ها به موازات ساحل هستند و زمانی كه انرژی خود را از دست بدهند یا به مانعی همچون موج‌شكن بندرها برخوردكنند، رسوب را برجای می­گذارند و مشكلات جدی برای سازه‌های ساحلی ایجاد می‌كنند[2و3].

در این تحقیق با بهره گرفتن از نرم­افزار MIKE 21 ، الگوی انتشار موج، جریان­های موازی ساحل ناشی از موج و نرخ انتقال رسوب کرانه­ای مدل­سازی شده و در نهایت بر اساس برآورد نرخ انتقال رسوب  کرانه­ای، تغییرات ایجاد شده در خط ساحل دریای خزر در محدوده بندر امیرآباد مورد بررسی قرار می­گیرد.
3-1- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
با توجه به اینكه مناطق ساحلی به ‌طور مستمر در تعامل با محیط آبی دریا و اقیانوس پیرامون قرار دارند، لذا شناخت رفتار محیط آبی دریا و اقیانوس پیرامون در شناخت رفتار سواحل ضروری است. سواحل هر كشور از نظر سیاسی، نظامی، اجتماعی و اقتصادی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
افزایش سطح تراز آب دریای خزر طی 30 سال اخیر به میزان  1.5  متر (طی سال 1357 تا 1387)
 مشكلات بسیار عمده­ای را برای كاربری­ها و جوامع انسانی حاشیه دریای خزر به وجود آورد[2]. درحقیقت توسعه نیروهای هیدرودینامیكی دریا به صورت امواج فرساینده و جریان­های ساحلی ناشی از آن با پیشروی آب دریا در محدوده اراضی خشك ساحلی، شرایط شدت آسیب­پذیری فرسایشی مناطق ساحلی را افزایش داد. بنابراین نوسان­های سطح تراز آب، امواج و جریان­های ساحلی به منزله عوامل موثر بر فرسایش­پذیری مناطق ساحلی دریای خزر محسوب می­شوند و عكس­العمل ساختاری سواحل با توجه به ماهیت رسوب­شناختی و ساختار فیزیكی متفاوت، عامل بسیار مهمی در میزان شدت ناپایداری است.
با انجام این تحقیقات، شناخت بیشتری از جریان­های نزدیک ساحل ناشی از شکست موج حاصل شده و با توجه به نقش مستقیم و غیر­مستقیم این جریان­ها در سازه­های دریایی، فرسایش ساحل و انتقال رسوب، مسائل زیست­محیطی و مطالعه صید و شیلات و از جمله نقش مهم آن در تأثیر این جریان­ها بر فعالیت­های نفتی وگازی در منطقه مورد بررسی، ضرورت انجام این تحقیق کاملأ محسوس به نظر می­رسد.
4-1- نوآوری تحقیق
در سال­های اخیر در بنادری مانند بندرانزلی، بندرنوشهر و بندرکیاشهر در دریای خزر مطالعاتی در زمینه جریان­های ناشی از موج انجام گرفته است. براساس این تحقیق می‌توان میزان نشست رسوب در طرفین موج‌شکن‌های بندر را ارزیابی نمود و عمر مفید بندر را تقریب زد. در صورت وجود شرایط بحرانی که در انتهای مدل­سازی‌ها منتج می­گردد، دستک رسوب‌گیر برای تثبیت شرایط ساحلی و سایر مباحث کنترل رسوب پیشنهاد می­گردد. همچنین بر اساس میزان نشست رسوب در دوره‌های مختلف سالیانه و چندساله که از نتایج مدل­سازی استخراج می­گردد، می‌توان دوره‌های لایروبی و احجام لایروبی را برآورد نمود.
بررسی الگوی رسوب به صورت گرافیکی و نمایش دوبعدی جهت تجسم کردن الگوی واقعیت فرسایش و نشست رسوب در محدوده بندر از نوآوری‌های این تحقیق می‌باشد.
5-1- اهداف تحقیق
اهداف مورد نظر در این تحقیق شامل تعیین وضعیت خط ساحل در منطقه بندری امیرآباد شرایط کنونی و گذشته و ارزیابی میزان و روند تأثیر سازه­های بندری و نوسانات دریای خزر در بازه زمانی مورد مطالعه می­باشد. هدف اصلی این پروژه ارائه یک مدل جهت بررسی الگوی موج، جریان ناشی از موج و بررسی پتانسیل نرخ انتقال رسوب در اطراف بندر امیرآباد می‌باشد.
در این تحقیق، تغییرات و تبعات ایجاد شده در خط ساحل دریای خزر در اثر احداث بندر امیرآباد مورد بررسی قرار می­گیرد. مکان­هایی از ساحل که در اثر تغییرات دچار فرسایش و رسوبگذاری می­گردند، شناسایی می­شوند و در ادامه راهکارهای مقابله با پدیده ­ها بررسی و راهکارهای علاج بخشی ارائه خواهد گردید.
[1]Longshore Sediment Transport
[2]Surf zone

   برطبق آزمایشات تجربی اتصالات مفصلی بطورکامل بصورت مفصلی عمل نکرده و مقداری از ممان تیر را به ستون منتقل می کنند، همچنین اتصالات صلب نیز بطور کامل بصورت صلب رفتار نکرده و ممکن است مقداری رفتار انعطاف‌پذیر از خود نشان دهند، بر همین اساس در حالت طراحی به روش الاستیک اتصالات به سه دسته اتصالات مفصلی، صلب و نیمه صلب تقسیم می شوند. درطراحی پلاستیک اتصالات ممکن است به دو دسته اتصالات با مقاومت بالا و اتصالات با مقاومت پایین تقسیم شوند. در اتصالات با مقاومت بالا مقاومت اتصال بیشتر از مقاومت تیر وابسته است و به هنگام ایجاد مفصل‌ پلاستیک این مفصل در تیر تشکیل می‌شود، درحالیکه در اتصالات با مقاومت پایین، مفصل در اتصالات ایجاد می‌شود.

بنابراین می‌توان گفت به استثناء حالت اتصال مفصلی که در قاب‌های مقاوم خمشی کاربرد ندارد چهار حالت اتصال صلب با مقاومت بالا اتصال نیمه صلب با مقاومت بالا اتصال صلب با مقاومت پایین و اتصال نیمه صلب با مقاومت پایین درسازه‌های مقاوم خمشی می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.

استفاده از اتصالات نیمه صلب درسازه‌ها علاوه بر این که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است بخاطر تعدیل در مقادیر نیروهای عضو مربوطه از نظر رفتار سازه‌ای و شکل‌پذیری بسیار بهتر عمل می‌کنند. در آیین‌نامه‌ها و مراجع موجود مباحث مربوط به شناخت اتصالات نیمه صلب و تأثیر آن بر خواص و رفتار سازه به اندازه اتصالات مفصلی و صلب گسترده نبوده و درحد تحقیقات و مباحث خاص مطرح شده است. اتصالات نیمه صلب هم بر خواص الاستیک و هم بر خواص پلاستیک سازه تأثیر گذاشته و رفتار سازه را تغییر می‌دهند. از جمله این تغییرات را می‌توان تغییر در عکس‌العمل‌های انتهایی تیر ماتریس سختی ماتریس جرم زمان تناوب و رفتار لرزه‌ای سازه را نام برد که در ذیل به بررسی هریک پرداخته می‌شود[1].

2-2- مروری بر ادبیات

فراهانی با بررسی عوامل موثر بر ضریب رفتار اتصال صفحات کناری برای ستون‌های دوبل به این نتایج رسید که با افزایش تعداد طبقات و تعداد دهانه‌های قاب، ضریب  افزایش می یابد و همچنین با افزایش تعداد طبقات،  کاهش می یابد ولی افزایش تعداد دهانه‌های قاب تأثیر زیادی روی  نخواهد داشت و با افزایش تعداد طبقات، ضریب رفتار نیز افزایش می یابد و همچنین با ارائه رابطه ای برای تعیین ضریب رفتار، ضریب رفتاری برابر 10 را برای این اتصال پیشنهاد کرد[2]. شیراوند با بررسی رفتار غیر

خرید اینترنتی فایل کامل :

 خطی سیستم اتصال تیر به ستون دوبل با بهره گرفتن از صفحات کناری به این نتایج رسید که اتصال تیر به ستون دوبل با بهره گرفتن از صفحات کناری دارای مقاومت و شکل‌پذیری مناسبی می‌باشد و میتوان از آن در قاب‌های خمشی ویژه برای مناطق با لرزه خیزی زیاد استفاده نمود[3]. ناطق الهی نیز با بررسی رفتار اتصال تیر به ستون قوطی شکل با بهره گرفتن از صفحات کناری به این نتایج رسید که مفصل پلاستیک در تیر و در فاصله ای دور از بر ستون تشکیل می‌شود و مقاومت، سختی و میزان شکل‌پذیری قابل قبول دارد که به این دلیل، میتوان از آنها در قابهای خمشی ویژه در مناطق با لرزه خیزی زیاد استفاده نمود[4]. قائد رحمت با بررسی اتصال با صفحات کناری از چند جنبه که عبارت است؛ از خمش حول محور قوی تیر، خمش حول محور ضعیف تیر، تأثیر اتصال بر سختی انتهایی تیر در برابر پیچش و نیز قابلیت عکس العمل کابلی اتصال در حالت مقطع موضعی ستون، به این نتایج رسید که این اتصال قادر است مفصل پلاستیک را از ناحیه اتصال دور نگه دارد و به چرخش‌های پلاستیک بالایی برسد و همچنین این اتصال موجب افزایش مقاومت در برابر خمش حول محور ضعیف تیر و افزایش سختی در مقابل پیچش تیر خواهد شد و نیز در حین قطع موضعی ستون، قابلیت تحمل نیروهای محوری ستون را دارد. در این تحقیق با توجه به نقاط ضعف اتصال، راهکارهایی جهت اصلاح عملکرد آن داده شده است که این راه حل ها بصورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته است. در این رابطه کار آزمایشگاهی نیز صورت گرفته که نتایج آن صحت کارهای تئوری را تأئید می کند، در این نمونه ها اضافه نمودن اجزای جدید به اتصال علاوه بر افزایش ظرفیت شکل‌پذیری مدلها، سبب بهبود رفتار و افزایش ظرفیت باربری اتصال شده است[5]. یخچالیان با بررسی رفتار سیکلی اتصالات خمشی دوطرفه با صفحات کناری و ستون دوبل به این نتایج رسید که این اتصال مقاومت بالایی دارد و با ایجاد مفصل پلاستیک در تیر باعث بروز رفتاری شکل پذیر در سازه می‌شود[6]. رحمانی و همکاران نشان داده‌اند به طور كلی مقادیر ضریب رفتار برای مدل‌های دارای صفحات كناری تحت تأثیر مؤلفه شكل‌پذیری آن است ولی مقادیر ضریب رفتار برای مدل‌های بدون صفحات كناری تحت تأثیر مؤلفه مقاومتی آن بوده و پائین بودن مؤلفه شكل پذیری ضریب رفتار، نشان از این دارد كه رفتار این سازه از نظر شكل پذیری چندان مناسب نیست. و نشان داده‌اند که وجود صفحات كناری باعث افزایش ضریب رفتار می گردد[7].