Ikke-lineære elementmetodeanalyser av dekkonstruksjoner påkjent fallende laster

Abstract

Løfteoperasjoner med av- og pålasting av utstyr og gods er en veldig vanlig aktivitet på offshoreplattformer. I denne sammenheng vil det alltid være en viss risiko for fallende laster. Det vil derfor være aktuelt med beregninger og analyser av plattformdekk påkjent en mulig fallende last. Denne oppgaven omhandler elementmetodeanalyser av dekkonstruksjoner påkjent en fallende last. Dekkonstruksjonen er bygget opp av I-bjelker som hovedbjelker og plater som er understøttet av stivere av typen rektangulære hulprofiler (RHS). Den fallende last i denne oppgaven er en konteiner. Dekket skal optimaliseres med tanke på å oppnå den økonomisk mest fordelaktige dekkonfigurasjonen.

Analysene har blitt gjennomført som ikke-lineære dynamiske elementmetodeanalyser ved hjelp av programmet Abaqus. Det har først blitt gjennomført analyser for å bestemme tverrsnittsprofilet til I-bjelkene i dekket. Dette for å sikre at disse har tilstrekkelig kapasitet til motstå energien fra støtet med den fallende konteineren. Den I-bjelken med tverrsnittsegenskaper som kunne motstå støtet har blitt brukt i de påfølgende analysene. De påfølgende analysene besto av analyser av totalt 27 ulike dekkonfigurasjoner. Konteineren ble sluppet på de to stedene i dekkonstruksjonen som ble ansett som mest kritisk; kanten av platen mot I-bjelken og i midtspennet til stiverne. Hovedfunn av analysene er:

- En I-bjelke med høyde- og breddemål på henholdsvis 800mm og 400mm og med flens- og stegtykkelser på henholdsvis 25mm og 20mm har nok kapasitet til å motstå støtet med den fallende konteineren.

- Det var kun 13 av de 27 dekkonfigurasjonene som tålte støtet med konteineren.

- Av disse 13 har konfigurasjonen med RHS 200x150x8, senteravstand på 750mm og 20mm plate den laveste egenvekten.

- Dekkonfigurasjonen med minst nedbøyning er den med RHS 300x300x12,5, senteravstand på 400mm og 20mm plate.

- De eneste dekkonfigurasjonene som motsto støtet og som overhodet ikke fikk brudd i platen er de med den største RHS profilen på 300x300x12,5 og med senteravstand 400mm, uavhengig av platetykkelsen.

Valget av den mest optimale dekkonfigurasjonen avhenger av hvilke dimensjoneringskriterier som skal oppfylles. Dimensjoneringskriteria kan være å kun hindre penetrasjon av dekket, å hindre penetrasjon samt at dekket er innenfor en viss kritisk nedbøyning eller å ikke få noen form for brudd overhodet i dekket.

Loading and unloading of cargo is a very common activity on offshore platforms. In this context there will always be a certain risk of dropped objects. It is therefore of relevance to perform analysis of the deck structure subjected to dropped loads. This thesis deals with non-linear finite element analysis of deck structures subjected to dropped loads. The deck structure is comprised of I-beams as the main beams and plates which are supported by rectangular hollow section (RHS). The dropped load is a container.

The non-linear dynamic finite element analyses have been conducted through the program Abaqus. The analysis have first been aimed at determining the cross sectional profile of the I-beams in the deck. This is to ensure that they have sufficient capacity to withstand the energy of impact with the falling container. The I-beam with the cross sectional characteristics that can withstand the impact of the container has been used in the subsequent analyzes. The subsequent analyzes consisted of analyzes of a total of 27 different deck configurations. The main findings of the analysis are:

- An I-beam with height and width of respectively 800mm and 400mm and with flange and web thicknesses of respectively 25mm and 20mm has enough capacity to withstand the impact of the falling container.

- Only 13 of the 27 deck configurations could withstand the impact with the container.

- Of these 13, the configuration with RHS 200x150x8 with a center spacing of 750mm and 20mm plate has the lowest weight.

- The deck configuration with the minimum deflection is that of RHS 300x300x12,5 with a center spacing of 400mm and 20mm plate.

- The only configurations that withstood the impact without any plate fractures are the ones with the largest RHS profile of 300x300x12,5 and with a center spacing of 400mm, regardless of the plate thickness.

The choice of the most optimal configuration depends on the design criteria to be met. Design criteria can be limited to only preventing the container penetrating the deck, or preventing penetration as well as keeping the deck within a certain critical deflection. A third design criteria can be a combinations of these two as well as preventing any fracture in the deck plate.