25394

بهينه سازي طراحي سازه جاكت سكوي فراساحلي با درنظر گرفتن اثر اندركنش خاك - شمع – سازه با استفاده از الگوريتم ژنتيك

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران - مهندسي سواحل، بنادر و سازه هاي دريايي

1396

1399/11/26

دكتر ناصر شابختي - دكتر عباس يگانه بختياري

مهندسي عمران

اغلب سكوهاي دريايي بكار رفته در ايران از نوع جاكت فولادي مي باشند. از آنجاكه حجم مصالح بكار رفته در اعضاي اين نوع سكوها بالا مي باشد، بهينه سازي وزن آنها از اهميت خاصي برخوردار مي باشد يكي از دسته روش هاي نوين بهينه سازي، روش هاي فراابتكاري است. استفاده از الگوريتم ژنتيك را مي توان يكي از اين روش ها برشمرد. در اين مسئله بهينه سازي كه متغيرهاي تصميم شامل سطح مقطع اعضاي جاكت سكو يا به عبارت ديگر قطر و ضخامت بوده و قيودهاي مسئله، ضوابط طراحي قيد تنش، قيد كمانش، قيد برش پانچ اتصالات و قيد تغيير مكان مي باشند، هدف حداقل كردن تابع وزن سكو مي باشد. در اين تحقيق از الگوريتم ژنتيك در محيط نرم افزار برنامه نويسي MATLAB و نرم افزار اجزاء محدود SAP2000v21، براي بهينه سازي سكوي SPD19A واقع در ميدان پارس جنوبي در خليج فارس استفاده شده است. در اين رساله بهينه سازي وزن المان‌هاي سازه‌اي سكو در چهار مدل بررسي مي‌گردد. در مدل اول بدون در نظر گرفتن اثر اندركنش خاك – شمع – سازه و با تكيه‌گاه‌هاي ثابت و گيردار براي پايه‌هاي جاكت، مدل دوم با در نظر گرفتن اثر اندركنش خاك – شمع – سازه به همراه مدل‌سازي شمع‌ها و فنرهاي غيرخطي P-y، T-z و Q-z با صرف نظر از اثر گپ ميان خاك و شمع، مدل سوم نيز با در نظر گرفتن اثر اندركنش خاك – شمع – سازه به همراه مدل‌سازي شمع‌ها و فنرهاي غيرخطي متناسب با در نظر گرفتن اثر گپ ميان خاك و شمع و مدل چهارم مشابه با مدل سوم با اين تفاوت كه بهينه‌سازي تنها روي پايه‌هاي جاكت انجام مي‌شود. بر اساس نتايج بهينه سازي با الگوريتم ژنتيك، مشاهده مي شود كه وزن بهينه المان هاي سازه اي سكو در حالت در نظرگرفتن اثر اندركنش خاك – شمع - سازه نسبت به حالت در نظرنگرفتن آن كمتر شده است. به عبارت ديگر خصوصيات ديناميكي سكو تحت اثر اندركنش خاك - شمع – سازه دستخوش تغيير شده و نتايج تحليل نشان مي‌دهد كه سبب كاهش فركانس طبيعي سازه و افزايش ميرايي متناظر با هر مود مي گردد و بر روي خصوصيات ديناميكي سكو اثر مي‌گذارد. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد ميزان بهينه‌سازي در مدل اول معادل 31 درصد، مدل دوم معادل 32 درصد، در مدل سوم معادل 34 درصد و در مدل چهارم نيز تنها با بهينه سازي پايه‌هاي جاكت تحت مدل سوم معادل 21 درصد بدست آمد.

1400/07/26

Design Optimization of Offshore Jacket Platform Considering Soil-Pile-Structure Interaction by Using Genetic Algorithm

2/15/2022 12:00:00 AM

Most of the offshore platforms used in Iran are made of steel jackets. Since the volume of materials used in the members of this type of platforms is high, optimizing their weight is of special importance. One of the new optimization methods is metaheuristic methods. The use of genetic algorithms can be considered as one of these methods. In this optimization problem, where the decision variables include the cross-sectional area of the jacket jacket members, or in other words diameter and thickness, and the problem constraints are the design constraints of stress ratio, buckling, punching shear ratio of joints and displacement of the topmost point of the platform, the goal is to minimize the objective function which is the weight of the platform. In this research, genetic algorithm in MATLAB programming software and SAP2000v21 finite element software has been used to optimize the SPD19A platform located in South Pars Field in the Persian Gulf. In this thesis, the optimization of the platform elements in four models is investigated. In the first model without considering the effect of soil-pile-structure interaction with fixed supports for jacket legs, the second model considering the effect of soil-pile-structure interaction by modeling of piles and non-linear springs P-y, T-z and Q-z with regardless of the effect of the gap between the soil and the pile, the third model by considering the effect of soil-pile-structure interaction by modeling piles and nonlinear springs in proportional to the effect of the gap between the soil and the pile and the fourth model is similar to the third model with the difference that the optimization is done only on the legs of the jacket. Based on the results of optimization with genetic algorithm, it is observed that the optimal weight of the structural elements of the platform in the state of considering the effect of soil-pile-structure interaction is less than in the state of not considering it. In other words, the dynamic behavior of the platform is changed due to the soil-pile-structure interaction and the results of the analysis show that it reduces the natural frequency of the structure and increases the damping corresponding to each mode and affects the dynamic properties of the platform. The results show that the rate of optimization in the first model was equal to 31%, the second model was equal to 32%, in the third model was equal to 34% and in the fourth model was achieved only by optimizing the jacket bases under the third model equal to 21%.

بهينه سازي , الگوريتم ژنتيك , اندركنش خاك – شمع – سازه , سكوي فراساحلي , سكوي جاكت فولادي

Optimization , Genetic Algorithm , Soil - Pile - Structure Interaction , Offshore Platform , Steel Jacket Platform