عوامل شکست سکوهای دریایی و مقاوم سازی آنها
با گذشت زمان و پیشرفت در صنعت ساخت‌وساز ساخت سازه‌های دریایی در ابعاد و اشکال مختلف افزایش یافته است. اولین سکوهای استخراج نفت از چوب ساخته می‌شدند که با توجه به شرایط محیطی دریا چندان مناسب نبودند لذا استفاده از مصالح دیگر و مقاوم در برابر شرایط حاکم بر دریا رواج یافت و بدین ترتیب ساخت زیر سازه‌های بتی در سازه‌های دریایی و استفاده از فولاد در ساخت سکوها رواج پیدا کرد. در تمام این سال‌ها با توجه به شرایط خاص محیطی دریا، سکوها در معرض خطرات و حوادث گوناگونی بوده‌اند، حوادثی که منجر به فروریزش بسیاری از سکوهای دریایی شد و خسارات مالی و جانی و زیست‌محیطی بسیاری را رقم زد. در دهه شصت میلادی بعد از طوفان‌هایی که در خلیج مکزیک رخ داد و خسارات بسیاری را بجا گذاشت گروه‌های تحقیقاتی مختلفی برای بررسی عوامل و دلایل شکست سکوهای دریایی شکل گرفتند و حتی بسیاری از این تحقیقات در قالب آیین‌نامه برای استفاده در ساخت و نصب و بهره‌برداری از سکوهای دریایی منتشر شدند لذا تمامی این تحقیقات لزوم شناخت حوادث و خطرات دریایی را بیشتر می‌نمایند.
خدمات طراحی سازه:
شناخت خطرات
اولین مرحله در ارزیابی خطر در سکوهای دریایی شناخت خطرات احتمالی می‌باشد. بهترین روش برای شناخت این امر بررسی حوادث و اتفاقاتی است که در گذشته برای سکوهای دریایی رخ داده است و همچنین استفاده از تحقیقاتی است که در این زمینه انجام شده است.
خطراتی که بر روی سازه‌های دریایی اثر می‌گذارند و ادامه فعالیت آنها را به خطر می‌اندازند را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
بدین معنی که نیروهایی بیشتر از ظرفیت سکو به آن وارد می‌شود که این مسئله می‌تواند ناشی از افزایش نیروهای وارد بر سکو و یا ناشی از مقاومت کم و پایین سکو باشد.
حوادثی همچون برخورد کشتی‌ها به سکو، افتادن اجسام سنگین درون سکو بر روی قسمت‌های مختلف سکو، آتش‌سوزی و انفجار، سقوط هلیکوپتر بر روی سکو و حوادثی از این دست می‌توانند خطری جدی برای سکوی دریایی باشند.
منظور از خطاهای فاحش، اشتباهات انسانی و سازمانی است که در هنگام طراحی سکو، ساخت، نصب و بهره‌برداری از آن رخ می‌دهد. این اشتباهات در سه دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند.
ساخت
بهره‌برداری
اشتباهات و خطاهای فاحش بطور کلی بر روی ظرفیت اعضا و رشد و ایجاد خستگی در آنها تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد.
با توجه به تقسیم‌بندی‌های بالا می‌توان شکست یک سکوی دریایی را ناشی از دو عامل اساسی مقاومت ناکافی سکو و افزایش نیروهای وارد بر آن دانست.
مقاومت ناکافی سکو می‌تواند ناشی از اشتباه در طراحی سکو و ساخت آن باشد، اشتباهاتی همچون محاسبه نادرست ظرفیت سکو و یا استفاده از مصالح نامرغوب در ساخت سکو. همجنین عواملی چون نشست سکو، خستگی المان‌های سکو ناشی از نیروهای سیکلی وارد بر آن در کاهش مقاومت سازه سکو مؤثر می‌باشد. همچنین مسائل مربوط به خوردگی المان‌های سکو نیز مسئله بسیار مهمی می‌باشد، پدیده‌ای که ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی و الکتروشیمیایی بین فلز و محیط اطراف آن است که عمدتاً باعث جدا شدن اتم‌های فلز، ایجاد اکسیدها و ایجاد سایر ترکیبات شیمیایی می‌گردد و با از بین بردن جداره اعضای سکو منجر به کاهش مقاومت آنها و در نهایت کاهش مقاومت کل سازه می‌شود. افزایش نیروهای وارد بر سکو افزایش نیروهای وارد بر سکو را می‌توان در سه دسته تقسیم‌بندی کرد. دسته اول شامل نیروهای محیطی، دسته دوم شامل نیروهای عملیاتی و دسته سوم نیروهای که ناشی از حوادث می‌باشند.
این نیروها می‌توانند ناشی از عواملی همچون افزایش ارتفاع امواج، افزایش سرعت جریانات دریایی، رشد گیاهان بر روی پایه‌های سکو، وقوع پدیده ورتکس، زلزله و تغییرات اقلیم باشد که همه این موارد چه بصورت جهانی و چه منطقه‌ای باعث افزایش نیروهای محیطی بر روی سکو می‌شوند که در موارد بسیاری باعث آسیب به سکو و حتی شکست سکو نیز شده‌اند.
این نیروها می‌توانند ناشی از اضافه شدن تجهیزات بر روی عرشه و یا تغییر مرکز ثقل عرشه باشد. همچنین اضافه شدن پرسنل شاغل بر روی سکو نیز در این تغییرات مؤثر می‌باشد. افزایش بارهای وارد بر روی عرشه اگر بصورت کنترل نشده باشد می‌تواند خطرات سهمگینی را برای سکو و کارکنان شاغل بر روی آن به همراه داشته باشد.
این نیروهای اضافی وارد بر سکو بر اثر وقوع حوادث رخ می‌دهند، حوادثی همچون برخورد کشتی به سکو، برخورد توده‌های یخ سرگردان در دریاها و اقیانوس‌ها به سکو که البته این امر بیشتر در دریاهای شمال و مناطق سرد رخ می‌دهد و همچنین حوادثی چون انفجار و آتش‌سوزی و یا سقوط هلیکوپتر نیز منجر به ایجاد نیروهای بسیار شدیدی بر روی سکو می‌شوند. نیروهایی که می‌توانند در صورتی که بیش از ظرفیت مقاومت سکو باشند منجر به شکست سکو شوند.
ارزیابی خطر
پیشنهاد شده است که برای سازه‌های کهنه ارزیابی خطر یکی از بخش‌های ارزیابی باشد. ارزیابی خطر شامل تعیین خطرهایی است که ممکن است مجموعه سازه دریایی و تأسیسات آن را تهدید کند. هر خطر می‌تواند به ایجاد یک رشته از عوامل نامطلوب که به مود خرابی شهرت دارند منجر شود. بطور مثال یک مود خرابی با عمل یک موج غیر منتطره بر سازه که منجر به بارگذاری بیش از حد سازه می‌شود، آغاز می‌شود که ممکن است منجر به واژگونی کلی سازه شود .با بررسی خطرها می‌توان به مودهای خرابی سازه پی برد.
مود های (حالات) شکست
هر خطر و حادثه‌ای برای سکوهای دریایی نتایج مختلف و دنباله‌داری را برای سکو به همراه دارد که در نهایت امکان دارد منجر به شکست سازه شود. بطور مثال، یک مد شکست امکان دارد با یک موج بزرگ پیش بینی نشده که بر روی سازه وارد می‌شود شروع شود و نتایج اعمال یک اضافه بار بیشتر از ظرفیت سکو را بر روی سکو ایجاد کند که می‌تواند منجر به فرو ریختن سازه شود. یک مود مهم دیگر برای جاکت ها خرابی پیش‌رونده ناشی از خستگی می‌باشد که به آن مود خستگی می‌گویند، مود شکست می‌تواند با یک ترک اولیه در جوش که به مرور در سراسر شکاف توسعه پیدا می‌کند، آغاز گردد و به مرور با گسترش آن سازه مقداری از مقاومت خود را در برابر شکست و ریزش از دست می‌دهد. در چنین حالتی اگر سازه با یک موج بزرگ یا جریان قوی مواجه شود امکان شکست و فرو ریزش سازه وجود دارد حتی اگر نیروی وارده بر آن کمتر از میزان نیروی طراحی سازه باشد.
سکوهای دریایی بر اثر مشکلات و خطراتی که در بالا ذکر شد در معرض انواع مختلفی از شکست قرار دارند، این شکست‌ها و انواع مود های آن با توجه به اشارات آیین‌نامه‌ای و تجربیات نقل شده از اتفاقات گذشته بصورت زیر می‌باشد.
پیامد حوادثی چون نشت ذخایر هیدروکربنی، آتش‌سوزی در سیستم‌های الکترونیکی، خفگی و مسمومیت ناشی از گاز، سقوط اجسام و حوادث در زیر سطح آب می‌تواند منجر به شکست یک عضو در رایزرها یا کنداکتورها یا کیسون های سکو شود. همچنین این حوادث می‌توانند منجر به یک تغییر شکل بزرگ در سازه، شکست کلی سازه یا ایجاد ارتعاش در عرشه سکو بر اثر اعمال نیروها شود (مانند لرزش‌هایی که ممکن است بعد از برخورد قایق یا کشتی در سکو ایجاد شود).
تجربیات بدست آمده از حوادث گوناگون نشان داده‌اند که تمایل سازه به تغییر شکل در هنگام نصب مهم‌ترین پیامد از دست دادن تعادل سازه می‌باشد. یک نمونه آن را در شکل زیر می‌بینید که افتادن عرشه منجر به شکست کلی سازه شده است.
شکل شماره (1) : شکست سکوی دریایی ناشی از عدم تعادل
با توجه به مباحث اشاره‌شده و تجربیات حاصل‌شده از حوادث گوناگون، شکست کلی سازه، تغییر شکل‌های بزرگ سازه و سقوط عرشه از مهم‌ترین و فاجعه‌آمیزترین حوادث سازهای در صنایع دور از ساحل می‌باشد. در شکل زیر یک نمایی کلی از وقوع این سه حادثه در اثر اعمال یک نیروی بزرگ که در این تصویر به صورت یک تک موج نشان داده شده است ارائه شده است.
شکل شماره (2) : مود های شکست سکوی دریایی
مقاوم‌سازی سازه‌های موجود
برای مقاوم‌سازی سکوهای دریایی ابتدا نیاز به ارزیابی سکوهای دریایی می‌باشد تا مشخص شود که آیا سکو نیاز به مقاوم‌سازی دارد یا خیر و اگر سکو معیارهای مناسب را برای ادامه فعالیت را در ارزیابی بدست نیاورد و اینکه خرابی در حدی نبود که تصمیم به عدم استفاده از سکو گرفته شود و فعالیت سکو به طور کامل متوقف نشود اقدام به مقاوم‌سازی سکو می‌کنیم.
ارزیابی سکو نیز دارای شرایطی است آیین‌نامه API مراحل زیر را برای انجام ارزیابی سکوهای دریایی پیشنهاد کرده است.
انتخاب سکوی دریایی
طبقه‌بندی سکوها
ارزیابی وضعیت
بررسی پایه طراحی
بررسی آنالیز
ملاحظات سبک‌سازی
مقاوم‌سازی سکوهای دریایی برای رسیدن به اهداف زیر انجام می‌شود :
مقاوم‌سازی سازهای سکو به چهار صورت انجام می‌شود.
برای اهداف بالا روش‌های مختلفی موجود است، مانند کاهش وزن، افزایش سختی و مقاومت، تغییر کاربری، حذف نامنظمی‌ها و غیره. یک روش مقاوم‌سازی، استفاده عضوهای تقویتی اضافی یا تعویض اعضای ضعیف است. این روش دارای اشکالاتی می‌باشد از جمله این که تقویت یک قسمت باعث ایجاد تغییر در سختی آن و به وجود آمدن نوعی عدم تقارن می‌شود که این امر ما را به تقویت قسمت‌های دیگر مجبور می‌کند و ممکن است کار مقاوم‌سازی را سخت و پر هزینه کند. همچنین ممکن است با تقویت اعضای موجود به علت افزایش نیروی محوری ستون ها، پی نیز نیاز به تقویت داشته باشد که تقویت پی، امری بسیار دشوار و گاهی ناممکن است.
از دیگر روش‌های تقویت و مقاوم‌سازی می‌توان از سیستم اتلاف انرژی نام برد. برای اتلاف انرژی از سیستم‌های گوناگونی چون میراگرهای ویسکوز و میراگرهای اصطکاکی و میراگرهای ویسکوالاستیک استفاده می‌شود.که با توجه به تحقیقات صورت گرفته در زمینه مقاوم‌سازی سکوهای دریایی، استفاده از سیستم‌های اتلاف انرژی گزینه مناسب‌تری نسبت به سایر روش‌ها برای بهسازی و مقاوم‌سازی سکوهای دریایی می‌باشد.
نتیجه‌گیری
عوامل مخرب در سازه‌های دریایی از اهمیت بسزایی برخوردار می‌باشند و لذا در فازهای مطالعاتی و طرح پروژه بایستی در جهت شناسایی عوامل مخرب قبل از احداث سازه اقدامات لازم انجام بگیرد و پس از شناسایی آن عوامل، بهترین مصالح مورد استفاده قرار بگیرد تا در حد امکان از آسیب رسیدن به سازه جلوگیری شود. پس از ساخت نیز به دلیل شرایط خاص سازه‌های فراساحل ها و سکوهای نفتی، این سازه‌ها باید مرتباً به وسیله مهندسین متخصص مورد بازرسی قرار گیرند .
در مقاوم‌سازی سکوهای دریایی قبل از هرگونه اقدام ابتدا باید به ارزیابی سکوهای دریایی پرداخت و با توجه به نتایج حاصل از آن در مورد مقاوم‌سازی تصمیم‌گیری شود و با توجه به شرایط سکو و امکانات در دسترس نسبت به انتخاب روش مناسب برای مقاوم‌سازی سکوها اقدام کرد.
منابع
چرا عایق رطوبتی دیوار مهم است؟ نکاتی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت اهمیت استفاده از…
عایق ساختمانی چیست و چرا اهمیت دارد؟ عایق ساختمانی مجموعه‌ای از مواد و روش‌هاست که…
تعرفه عایق‌سازی ساختمان: هزینه‌ها را بشناسید و صرفه‌جویی کنید! عایق کاری ساختمان به‌عنوان راهکاری برای…
چگونه از نفوذ آب در شرایط فشار بالا جلوگیری کنیم؟ فشارهای وارده به ساختمان که…
آب بندی فشار مثبت بتن چیست؟ آب‌بندی بتن به مجموعه اقداماتی اطلاق می‌شود که با…
وال مش چیست و چرا به صنعت ساخت و ساز معرفی شد؟ اولین دلیل روی…
