آزمایش نمونه اولیه برای حذف جزئی و نفوذ مجدد سکوی دلفین مهاربند با فونداسیون های (پی) سه باکتی

Prototype testing for the partial removal and re-penetration of the mooring dolphin platform with multi-bucket foundations

چکیده
1- مقدمه
2- ویژگیهای محل و روشهای آزمایش
3- نتایج آزمایش
1- 3 روشهای محاسبه اصطکاک سطحی
2- 3 تجزیه و تحلیل اصطکاک سطحی
3- 3 پردازش حذف و جداسازی
4- 3 پردازش نصب مجدد و تنظیم مجدد
4- نتایج

چکیده

آزمایشات حذف و جداشدگی جزئی، تنظیم و نفوذ مجدد برروی پلتفرم دلفین مهاربند با فونداسیون های (پی) سه باکتی پس از هفت سال کار اجرا گردید. زمانی که فشار تفاضلی داخلی و خارجی به درون فونداسیون های باکتی نفوذ کرد، مقاومت برشی خاک اطراف پوشش (حفاظ) باکت با خاک سالم و یکپارچه پس از نصب تفاوت داشت. به خاطر اثر تنظیم ، مقاومت برشی جانبی در امتداد پوشش افزایش می یابد. در زمان عملیات های نصب مجدد و حذف (جداشدگی) ، ضریب مقاومت برشی یک عامل متغیربرحسب زمان مهم برای تعیین اصطکاک سطحی یا پوسته ای فونداسیون به شمار می رود. ضرایب مقاومت برشی بدست آمده با ثبت نمونه اولیه و روشهای نظری در خاکهای چسبنده باروشهای تنش کل تا تنش موثر مقایسه شده اند. به علاوه، آزمایشات نمونه اولیه نشان می دهد که فونداسیون ها می توانند در برابر نیروهای حذف و جداشدگی که به خاطر اثر تنظیم پس از زمان کاری طولانی، بسیار بزرگتر از نیروهای نفوذ هستند، مقاومت کنند. نتایج بدست آمده افزایش 85 درصدی مقاومت خاک پس از هفت سال برای فونداسیون های سه باکتی با قطر 6 متر و عمق نفوذ 5. 8 متر را نشان می دهد. ضمناً، روش ساخت و بهره برداری از فونداسیون های سه باکتی و تجزیه و تحلیل نیروهای استخراج برای حذف و جداشدگی جزئی نیز مشخص شده است. نتایج آزمایش از حذف و جداشدگی موفقیت آمیز با فشار زیاد بدون گسیختگی پلاگ خاک درون باکت ها با کنترل تخلیه پمپ در داخل باکت ها و استفاده مجدد از سازه با فونداسیون های چند باکتی پس از هفت سال کاراولیه، حمایت می کند.

1- مقدمه

فونداسیون های باکتی، نوعی فونداسیون اثربخش در هزینه و امیدوارکننده برای مهندسی اقیانوس می باشند [6-1]. در میان هزینه های پژوهش و بررسی های زمین شناسی، مواد، ساخت و نصب، مهمترین صرفه جویی ها دربخش نصب بوده است که دلیل این امر تکنولوژی خودنصب شده می باشد. به تجهیزات پیچیده ای برای نصب و جرثقیل های بارج(شناورهای دریایی) بزرگ گران قیمت نیاز نمی باشد. زمان نصب، که معمولاً 24 ساعت است، در مقایسه با چندین روز که برای نصب فونداسیون پلتفرم معمولی مورد نیاز می باشد، به میزان زیادی کوتاه شده است. اولاً، فونداسیون باکتی تحت بار مرده اش به صورت جزئی به درون خاکها نفوذ می کند. سپس، فشار تفاضلی قسمت بالای فونداسیون، بین فشار هیدرواستاتیکی آب بیرون باکت و فشار کاهش یافته آب درون باکت، که با پمپاژ آب گیرافتاده در داخل محفظه باکت از بالای باکت به علاوه وزن ایجاد شده است، می توانند موجبات نفوذ بیشتر فونداسیون به عمق مطلوب را فراهم آورند. فونداسیون های باکتی از ظرفیت باربری قابل توجه، صحت تعیین موقعیت و تحرک پذیری بالایی برخوردارند، که از آنها به عنوان راه حل های موثری برای لنگرانداختن در آبهای عمیق و همچنین به عنوان فونداسیون های سازه های جکت، دکل های جک آپ، سازه مهاربند، و توربین های بادی دریایی استفاده شده است [12-7]. ضمناً، از سازه های جابجاشونده با فونداسیون های باکتی می توان در محل های مختلف مجدداً استفاده نمود و حذف و جداشدگی سازه پس از بهره برداری، محلی تمیز فراهم می نماید که با نگرانیهایی سازگار با محیط زیست مطابقت دارد.

4- نتایج

آزمایش نمونه اولیه پلتفرم دلفین مهاربند با فونداسیون های سه باکتی برای حذف جزئی و نفوذ مجدد، شرح داده شده است. با کنترل تخلیه پمپ به داخل/ بیرون فونداسیون های باکتی، حذف، تنظیم و نفوذ صورت گرفت. آزمایش انجام شده راجع به قابلیت حذف MDP2 با فونداسیون های باکتی پس از هفت سال کار از سال 1999 تا 2006 توضیح داده و به توسعه روشهای طراحی برای سازه های دریایی نگه داشته شده با فونداسیون های باکتی کمک می نماید. به علاوه، یکی از نکات حیاتی آن است که مقاومت برشی خاک بازسازی شده مجدداً تحکیم شده باید در محاسبه عملی با زمان تنظیم مد نظر قرار گیرد. متعاقباً، فونداسیون ها می توانند در برابر نیروهای حذف بزرگتر از نیروهای نفوذ، مقاومت نمایند. نتایج بدست آمده در این مقاله افزایش 85 درصدی مقاومت پس از هفت سال برای فونداسیون های سه باکتی، با قطر باکت 6 متر و عمق نفوذ 5. 8 متر را نشان می دهد. بنابراین، محاسبه نظری اصطکاک سطحی برای فونداسیون های باکتی سخت و دشوار بوده و شامل یک سری پارامترهای متغیر نظیر ویژگیهای خاک (به ویژه پلاستیسیته)، اثرات تنظیم، و وسایل نفوذ (با فشار کاهشی یا خود وزنی) می باشد. مطالعات آتی پیرامون مقاومت برشی رس بازسازی شده و مجدداً تحکیم شده اطراف پوشش های باکت، توصیه هایی در رابطه با تعیین مقاومت استخراج در طرح های عملی مطرح نموده و روی آنها کار خواهند کرد، و به خاطر اتلاف فشار منفذی اضافی، افزایش تنش های موثر افقی و اثر تیکسوتروپی، ضریب اصطکاک فصل مشترک درونی و بیرونی، با گذشت زمان افزایش می یابد.

Abstract

The partial removal, adjusting, and re-penetrating tests were carried out on a mooring dolphin platform with three-bucket foundations after a seven-year service. When the bucket foundations were penetrated by internal and external pressure differential, the soil shear strength around the bucket skirt was different from that of the intact soil after installation. The side shear strength along the skirt may be increased with time due to the set-up effect. The shear strength factor α is an important time-varying factor to determine the skin friction of the foundation during installation and removal operations. The shear strength factors obtained by prototype records and theoretical methods in cohesive soils are compared, from total stress to effective stress methods. In addition, the prototype tests show that the foundations will be able to resist removal forces that are significantly larger than penetration forces due to the set-up effect after a long working time. The results show an 85% increase in the soil resistance after seven years for the three-bucket foundations with diameters of 6 m and penetration depths of 8.5 m. Meanwhile, the construction procedure and operation of the three-bucket foundations and the analysis of the extraction forces are also given for the partial removal. The test results support the successful removal by a reasonable overpressure without soil plug failure inside the buckets by controlling the pump discharge inside the buckets and reutilizing the structure with multi-bucket foundations after an initial service period of seven years.

1- Introduction

Bucket foundations are a promising cost-effective type of foundation for ocean engineering [1–6]. Among the costs of geotechnical investigation, material, fabrication and installation, the most significant savings are from installation due to self-installed technology. No complex installation equipment and expensive large crane barges are required. The installation time, which is normally within 24 h, is greatly shortened compared with the several days required for a conventional platform foundation. First, the bucket foundation partially penetrates the soils under its dead weight. Then, the differential pressure across the top of the foundation, between the hydrostatic water pressure outside of the bucket and the reduced water pressure inside the bucket, created by pumping out the water trapped inside the bucket chamber from the top of the bucket, in addition to the weight, can trigger further penetration of the foundation to the desired depth. Bucket foundations also have significant bearing capacity, high positioning accuracy, and mobility, which have been successfully applied as effective solutions for anchoring in deep water and have also been applied as the foundations of jacket structures, jack-up rigs, mooring structure and offshore wind turbines [7–12]. Meanwhile, relocatable structures with bucket foundations can be reused at different sites, and the removal of the structure also provides a clean site after exploitation which accommodates environment-friendly concerns.

4- Conclusions

Prototype testing of a mooring dolphin platform with three-bucket foundations for partial removal and re-penetration is described. Removal, adjustment and penetration were achieved by controlling the pump discharge into/out of the bucket foundations. The test demonstrates the removability of MDP2 with bucket foundations after seven service years from 1999 to 2006 and contributes to the development of design procedures for offshore structures supported by bucket foundations. In addition, it is of vital importance that the shear strengths for reconsolidated remolded soil should be considered in the practical calculation with the set-up time. Consequently, the foundations would be able to resist removal forces significantly larger than the penetration forces. The results in this paper show an increase of 85% in resistance after seven years for the three-bucket foundations, with a bucket diameter 6 m and penetration depth of 8.5 m. Therefore, the theoretical calculation of skin friction for bucket foundations is a difficult task, involving a series of variable parameters such as soil characteristics (especially plasticity), set-up effects, and penetration means (by underpressure or by self-weight), etc. Recommendations for the determination of extraction resistance in practical designs would be worked out via further studies on the shear strength of reconsolidated remolded clay around bucket skirts, and the inner and outer interface friction factor increasing with time due to the dissipation of excess pore pressure, increase of horizontal effective stresses and the thixotropy effect.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آزمایش نمونه اولیه برای حذف جزئی و نفوذ مجدد سکوی دلفین مهاربند با فونداسیون های (پی) سه باکتی

Prototype testing for the partial removal and re-penetration of the mooring dolphin platform with multi-bucket foundations

خواص مکانیکی خاکستر بادی تثبیت شده با لاتریت رسی

Mechanical Properties Of Fly Ash Stabilized Clayey Laterite

چکیده

مقدمه

روش تجربی (آزمایشی)

فشردگی (تراکم)

مقاومت (استحکام) برشی لاتریت تثبیت شده

نسبت حمل کالیفرنیا

پتانسیل تورم

بحث و نتیجه گیری ها

چکیده

بیشتر منطقه دلتای نیجر در نیجریه تحت صنعتی شدن سریع قرار دارد. خواسته های حمل و نقل در حال افزایش هستند که نیاز به معابر بادوام را ایجاب می کنند. لاتریت ها به طور کلی برای اکثر سدها و پر کردن جاده ها استفاده می شود. با این حال، در مناطقی از لاتریت های رسی، که این مشخصات را ندارند، ایجاد ثبات در محل به جای وارد کردن لاتریت, ارزان تر درخواهد آمد. در این مقاله, استفاده از خاکستر بادی برای ایجاد ثبات در لاتریت برای تولید پایه جاده با سیمان تصفیه شده و بتن فشرده نورد شده (RCC) بدون سیمان معرفی شده است. نتایج, بهبود در مقاومت برشی را از kPa 960 تا 1210kPa نشان می دهند. CBR نیز از 3.0٪ تا 68٪ افزایش می یابد. به طور کلی، محتوای خاکستر بهینه 60٪, مقاومت برشی و CBR را افزایش می دهد و پتانسیل تورم (باد کردن) را کاهش می دهد.

بحث و نتیجه گیری ها

نتایج آزمون نشان می دهند که دوره 28 روزه عمل آوردن و بیشتر به طور قابل ملاحظه ای نتایج مقاومت را تحت تاثیر قرار می دهد. نمونه ها، بدون بررسی شرایط به طور کامل اشباع شده, دست نخورده می مانند و در نتیجه استحکام بالایی ارائه می دهند. مخلوط های خاک لاتریت-خاکستر به حداکثر وزن مخصوص خشک و رطوبت بهینه فشرده می شوند. مقادیر CBR از 3٪ برای 0٪ محتوای خاکستر به حدود 68 درصد برای خاک تثبیت شده افزایش یافت. این مطالعه نشان داد که خاکستر باید به دست آمده از Oji River Power Station ، نیجریه, یک تثبیت کننده قابل اعتماد در سدها و بسترهای جاده است؛ و اینکه لاتریت دلتایی زیر بزرگراه ها را به راحتی می توان آزمایش نمود و توسط خاکستر بادی برای تناسب با خواص ساخت و ساز اصلاح نمود. نیاز بهینه برای لاتریت, 95٪ است تا مقدار CBR و استحکام بالایی ارائه دهد و پتانسیل تورم را به حداقل رساند. مقاومت برشی و CBR خاک تثبیت شده به طور مستقیم با زمان پخت، محتویات خاکستر و تنش نرمال متناسب است و همچنین به محتوای خاکستر و دوره پخت (عمل آوردن) بستگی دارد.

Abstract

Most of the Niger Delta area in Nigeria are undergoing rapid industrialization. Transportation demands are on the increase, requiring long lasting pavements. Laterites are generally being used for most embankments and road fills. However, in areas of the clayey laterites, not meeting specification, it will be cheaper to stabilize insitu instead of importing laterite. This paper presents the use of fly ash to stabilize the laterite to produce cement treated road base and roller compacted concrete (RCC) without cement. Result show improvement in shear strength from 960kPa to 1210kPa. The CBR also increased from 3.0% to 68%. Generally, an optimum ash content of 60% increased shear strength and CBR and lowered the swelling potential.

Discussions and Conclusions

Test results shows that curing period of 28 days and more has considerably influenced the strength results. Samples are intact, without investigation under fully saturated conditions, thus giving high strength. The ashlaterite soil mixtures are compacted to maximum dry unit weight and optimum moisture content. The CBR values increased from 3% for 0% ash content to about 68% for the stabilized soil. It is concluded that fly ash obtained from Oji River Power Station, Nigeria is a reliable stabilizer in embankments and road subgrades; and that deltaic laterite under highways can easily be tested and modified by the fly ash to fit the construction properties. The optimum requirement for the laterite is 95% to give high CBR value and strength, and minimize the swelling potential. The shear strength and CBR of the stabilized soil is directly proportional to the curing time, ash content and normal stress and also depends on the ash content and curing period.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

خواص مکانیکی خاکستر بادی تثبیت شده با لاتریت رسی

Mechanical Properties Of Fly Ash Stabilized Clayey Laterite

مقاومت برشی و طراحی تیرهای مقاوم با اتصالات دوخط پیچ دوگانه

Block shear strength and design of coped beams with double bolt-line connections

چکیده
1- مقدمه
2- برنامه آزمایشی
2 – 1: نمونه های آزمون
2 – 2: مجموعه آزمون، تجهیزات اندازه گیری و شیوه های آزمون
3- نتایج آزمون
3 – 1: نتایج کلی
3 – 2: پاسخ بار – انحراف
3 – 3: خواندن کرنش سنج
4- بحث وبررسی نتایج آزمون
4 – 1: فاکتورهای مؤثر بر مد شکست
4 – 2: تاثیر نسبت ابعاد
4 – 3: تاثیر سختی دورانی اتصال
4 – 4: تاثیر خروج از مرکز خارج از صفحه
4 – 5: اثر آرایش نامنظم پیچ
5- مقایسه نسبت به استانداردهای طراحی
5 – 1: قواعد طراحی موجود
5 – 2: مقایسه نسبت به قواعد طراحی موجود
6- تحلیل قابلیت اطمینان و ملاحظات طراحی
6 – 1: نتایج کلی
6 – 2: شیوه تعیین ضریب مقاومت
6 – 3: نتایج تحلیلی و ملاحظات طراحی
7- خلاصه و نتایج

چکیده

داده های تست موجود درباره رفتار برشی بلوک تیرهای سازگار با اتصالات خط پیچ دوبل کاملا محدود است و بررسی های اولیه نشان می دهد که ظرفیت های برشی بلوک تست را نمی توان به طور دقیق با قواعد طراحی موجود پیش بینی کرد چرا که به روشی متناقض این مد شکست را بررسی می کند. برای نشان دادن این موضوع، یک بررسی جامع با تمرکز بر رفتار برشی مجموعه تیرهای سازگار با اتصالات خط پیچ دوگانه در این مقاله گزارش شده است. تحقیق با 17 آزمون مقیاس تمام با درنظر گرفتن پارامترهای آزمون نسبت ابعاد بلوک جان، خروج ازمرکز خارج ازصفحه، سختی دورانی اتصال، و آرایش نامنظم (Stagger) پیچ شروع شد. دو نمونه به دلیل کمانش جان محلی و 15 نمونه دیگر به دلیل برش بلوک فروریختند. سه مد شکست برشی بلوک، به نام های پارگی کل بلوک (WBT)، شکست تنشی (TF)، و شکست تنشی ناشی از پارگی کل بلوک (TF-WBT) در بار نهایی مشاهده شد. تاثیر پارامترهای موردنظر آزمون بر مد شکست و ظرفیت برشی بلوک نمونه های آزمون به طور کامل بررسی شد. سپس نتایج آزمون با قواعد طراحی موجود به منظور ارزیابی ثبات و دقت استانداردهای مهم مقایسه و دریافته شد که این استانداردها منجربه نسبت آزمون به پیش بینی متناقض می شوند و به سمت شیوه های سنتی (محافظه کارانه) گرایش دارند. با خلاصه سازی تمامی داده های آزمون موجود، شامل آزمون های کنونی و آزمون های انجام شده توسط دیگر محققان، تحلیلی مطمئن به منظور بررسی بیشتر سطح ایمنی استانداردهای مهم انجام شد. نهایتا توصیه های طراحی با هدف دستیابی به رویکردهای طراحی مطمئن اما اقتصادی با سطح ایمنی پایدار ارائه شد.

1- مقدمه

در طراحی سازه های فولادی حذف بخشی از بال تیرهای ثانویه به منظور تضمین ارتفاع یکسان در موقعیت تقاطع قطعات کاملا معمول است. تیرهای با بال بالایی حذف شده (یا حذف هردوبال درصورت نیاز) نزدیک ناحیه اتصال تیرهای مقابله/بریده نامیده می شود. اگرچه حذف بخشی از بال یکی از راه حل های ساده برای فراهم کردن فضای آزاد موردنیاز است، اما حضور درپوش ناچارا مقاومت تیر در ناحیه مقابله را کاهش می دهد و برش بلوک یکی از مدهای شکست رایج برای تیرهای مقابله است. این مد شکست معمولا به وسیله بلوک ماده جداشده از جان تیر مقابله نمایان می شود و این امر در اتصالات پیچ کاری یا جوشکاری شده رخ می دهد. برای اتصال پیچ کاری شده، که درآن تعداد مختلفی از خطوط /ردیف های پیچ (تعریف هریک در شکل 1(a) نشان داده شده است) برای تهیه الزامات مختلف طراحی مرتب شده اند، شکست برشی بلوک اغلب با شکست تنشی ایجادشده بر روی صفحه جلوی ردیف پیچ پایین (یعنی ناحیه تنش) و شکست برشی (یا تسلیم مفرط یا شکست کامل) ایجادشده برروی خط پیچ بحرانی نمایان می شود. مدهای شکست برشی بلوک نوعی برای تیرهای مقابله با اتصالات خط پیچ واحد و خط پیچ دوگانه در شکل 1(a) نشان داده شده است.

7- خلاصه و نتایج

مقاله حاضر یک بررسی جامع از رفتار و طراحی شکست برشی بلوک تیرهای مقابله با اتصالات خط پیچ دوگانه را گزارش کرد. درمجموع 17 آزمون مقیاس تمام انجام شدند، و پارامترهای آزمون شامل نسبت ابعاد بلوک جان، خروج از مرکز خارج از صفحه، سختی دورانی اتصال، و آرایش نامنظم پیچ ها بود. دو نمونه به وسیله کمانش جان محلی و 15 نمونه دیگر به وسیله برش محلی گسیخته شدند. سه مد شکست برشی بلوک در بار نهایی مشاهده شد که عبارتند از: پارگی کل بلوک (WBT)، شکست تنشی (TF)، و شکست تنشی ناشی از پارگی کل بلوک (TF-WBT). دریافته شد که مد شکست متاثر از نسبت ابعاد و نوع اتصال است. اضافه برآن، پیچش جان در برخی نمونه ها مشاهده شد، و اهمیت پیچش جان متاثر از سختی جانبی اتصالات بود.

Abstract

Available test data on block shear behaviour of coped beams with double bolt-line connections are quite limited, and earlier investigations found that the test block shear capacities could not be accurately predicted by existing design rules which deal with this failure mode in an inconsistent manner. To address this, a comprehensive investigation focusing on the block shear behaviour of coped beams with double bolt-line connections was reported in this paper. The research commenced with 17 full-scale tests considering the test parameters of web block aspect ratio, out-of-plane eccentricity, connection rotational stiffness, and bolt stagger. Two specimens were found to fail by local web buckling, and the remaining 15 specimens failed by block shear. Three typical block shear failure modes were observed at ultimate load, namely, whole block tear-out (WBT), tensile fracture (TF), and tensile fracture followed by whole block tear-out (TF–WBT). The influences of the considered test parameters on the failure mode and block shear capacity of the test specimens were thoroughly discussed. The test results were then compared with existing design rules to evaluate the consistency and accuracy of the major standards, and it was found that these standards led to inconsistent test-to-predicted ratios and tended to be conservative. Summarising all available test data, including the current tests and those previously conducted by other researchers, a reliability analysis was conducted to further examine the level of safety of the major standards. Design recommendations were finally proposed aiming to achieve reliable yet economical design approaches with consistent safety levels.

1- Introduction

It is very common in structural steel design to remove part of the flange of secondary beams in order to ensure the same elevation at member junctions. The beams with removed top flange (or both flanges if necessary) near the connection zone are called coped/notched beams. While the removal of part of the flange is one of the easiest solutions to provide the required clearance, the presence of the cope will inevitably reduce the strength of the beam in the coped region, and block shear is one of the most common failure modes for coped beams. This failure mode is typically featured by a block of material torn out from the coped beam web, and it can happen in either bolted or welded connections. For a bolted connection, where different numbers of bolt lines/rows (the definitions of which are shown in Fig. 1(a)) can be arranged to cater for various design requirements, block shear failure is often featured by a tensile fracture developed on the plane along the bottom bolt row (i.e. tension area) and a shear failure (either excessive yielding or complete fracture) developed over a critical bolt line (i.e. shear area). The typical block shear failure modes for the coped beams with single bolt-line and double bolt-line connections are shown in Fig. 1(a).

7- Summary and conclusions

This paper has reported a comprehensive investigation on the behaviour and design of block shear failure of coped beams with double bolt-line connections. A total of 17 full-scale tests have been conducted, and the test parameters included web block aspect ratio, out-of-plane eccentricity, connection rotational stiffness, and bolt stagger. Two specimens were found to fail by local web buckling, and the remaining 15 specimens failed by block shear. Three typical block shear failure modes were observed at ultimate load, namely, whole block tear-out (WBT), tensile fracture (TF), and tensile fracture followed by whole block tear-out (TF–WBT). The failure mode was found to be affected by the aspect ratio and connection type. In addition, web twisting was observed in some specimens, and the significance of web twisting was influenced by the lateral stiffness of the connections.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مقاومت برشی و طراحی تیرهای مقاوم با اتصالات دوخط پیچ دوگانه

Block shear strength and design of coped beams with double bolt-line connections