HULL STRUCTURAL ANALYSIS PDF

SSD Nowshahr Maritime Mechanical Department Ship Structural Design ANALYSIS Dr. H.Moaieri [email protected]...

SSD Nowshahr Maritime Mechanical Department Ship Structural Design ANALYSIS Dr. H.Moaieri [email protected] 1  Longitudinal Bending Stress Sagging & Hogging on Waves Sagging condition Crest Crest Trough Buoyant force is greater at wave crests. Hogging condition Crest Trough Trough SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 3 SSD Structural yield is point on the structure’s load vs. deflection plot (see figure below) where non- linearity first occurs. Structural load-deflection curves for steel structures are notionally similar to the load-deflection material property curves for steel that we are used to seeing (see second figure below), however for a structure the load and deflection parameters are generally gross parameters; e.g. the deflection at the centre of a grillage vs. the load applied to the whole grillage. Dr. H.Moaieri - [email protected] 4 ‫‪SSD‬‬ ‫‪Limit States‬‬ ‫طراحی حالت حد (‪ )LSD‬که با نام طراحی ضریب بار و مقاومت‬ ‫‪design‬‬ ‫(‪ )LRFD‬نیز شناخته می‌شود‪ ،‬به روش طراحی مورد استفاده‬ ‫در مهندسی سازه اشاره دارد‪.‬حالت حدی شرایط یک سازه‬ ‫است که پس از آن دیگر معیارهای طراحی مربوطه را برآورده‬ ‫این شرایط ممکن است به درجه ای از بارگذاری یا سایر‬‫نمی کند‬ ‫اقدامات روی سازه اشاره داشته باشد‪ ،‬در حالی که معیارها به‬ ‫یکپارچگی سازه‪ ،‬تناسب برای استفاده‪ ،‬دوام یا سایر الزامات‬ ‫طراحی اشاره دارد‪.‬‬ ‫ساختاری که توسط ‪ LSD‬طراحی شده است به گونه‌ای است که‬ ‫تمام اقداماتی را که احتماًال در طول عمر طراحی آن اتفاق‬ ‫می‌افتد‪ ،‬حفظ می‌کند و برای استفاده مناسب باقی می‌ماند‪ ،‬با‬ ‫سطح مناسبی از قابلیت اطمینان برای هر حالت حدی‪.‬کدهای‬ ‫ساختمان مبتنی بر ‪ LSD‬به طور ضمنی سطوح مناسبی از‬ ‫قابلیت اطمینان را با نسخه های خود تعریف می کنند‪.‬‬ ‫‪Dr. H.Moaieri - [email protected]‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪SSD‬‬ ‫حالت حد نهایی (‪: )ULS‬‬ ‫تمایز واضحی بین حالت نهایی (‪ )US‬و حالت حد نهایی (‪ )ULS‬وجود دارد‪.‬‬ ‫حالت نه‪g‬ایی ی‪g‬ک وض‪g‬عیت ف‪g‬یزیکی اس‪g‬ت ک‪g‬ه ش‪g‬امل تغی‪g‬یر ش‪g‬کل ه‪g‬ای بیش از ح‪g‬د منج‪g‬ر‬ ‫ب‪g‬ه فروپاش‪g‬ی و نزدی‪g‬ک ش‪g‬دن ب‪g‬ه فروپاش‪g‬ی ج‪g‬زء م‪g‬ورد بررس‪g‬ی ی‪g‬ا س‪g‬اختار ب‪g‬ه عن‪g‬وان ی‪g‬ک‬ ‫ک‪g‬ل‪ ،‬ب‪g‬ه عن‪g‬وان مرتب‪g‬ط‪ ،‬ی‪g‬ا تغی‪g‬یر ش‪g‬کل ه‪g‬ای بیش از مق‪g‬ادیر از پیش تواف‪g‬ق ش‪g‬ده اس‪g‬ت‪.‬‬ ‫البت‪g‬ه ش‪g‬امل رفت‪g‬ار غیراالس‪g‬تیک (پالس‪g‬تیک) قاب‪g‬ل ت‪g‬وجهی از ط‪g‬رح س‪g‬اختاری و تغی‪g‬یر‬ ‫شکل‌های باقیمانده است‬ ‫‪.‬در مقاب‪g‬ل‪ ULS ،‬ی‪g‬ک وض‪g‬عیت ف‪g‬یزیکی نیس‪g‬ت‪ ،‬بلک‪g‬ه ی‪g‬ک ش‪g‬رط محاس‪g‬باتی تواف‪g‬ق ش‪g‬ده‬ ‫اس‪g‬ت ک‪g‬ه بای‪g‬د در کن‪g‬ار س‪g‬ایر معیاره‪g‬ای اض‪g‬افی‪ ،‬ب‪g‬ه منظ‪g‬ور مط‪g‬ابقت ب‪g‬ا الزام‪g‬ات‬ ‫شود‪.‬ش‪g‬ده کم‪g‬تر از‬ ‫‪g‬اکتورگیری‬ ‫برآورده‬‫‪g‬اری ف‬ ‫بارهای ی‪g‬ا فش‬ ‫طراحی‪،‬‬ ‫تحتکشش‪g‬ی‬ ‫‪g‬ی و‬‫و‪g‬ی‪ ،‬برش‬ ‫پایداری‬ ‫استحکامش‬ ‫ش‌ه‪g‬ای خم‬ ‫‪g‬ام تن‬ ‫برای‬ ‫‪.‬اگ‪g‬ر تم‬ ‫مهندسی‬ ‫مقاومت‌ه‪g‬ای ف‪g‬اکتوری محاسبه‌ش‪g‬ده ب‪g‬رای مقط‪g‬ع م‪g‬ورد نظ‪g‬ر باش‪g‬د‪ ،‬ی‪g‬ک س‪g‬ازه معی‪g‬ار‬ ‫ح‪g‬الت ح‪g‬د نه‪g‬ایی را ب‪g‬رآورده می‌کن‪g‬د‪.‬تنش ه‪g‬ای ع‪g‬املی ک‪g‬ه ب‪g‬ه آنه‪g‬ا اش‪g‬اره ش‪g‬د ب‪g‬ا اعم‪g‬ال‬ ‫ض‪g‬رایب بزرگنم‪g‬ایی ب‪g‬ر روی باره‪g‬ای روی مقط‪g‬ع ی‪g‬افت می ش‪g‬وند‪.‬ض‪g‬رایب ک‪g‬اهش‬ ‫ب‪g‬رای تع‪g‬یین مق‪g‬اومت ه‪g‬ای ف‪g‬اکتوری مختل‪g‬ف مقط‪g‬ع اس‪g‬تفاده می ش‪g‬ود‪.‬معیارهای‬ ‫حالت حدی را نیز می‌توان بر حسب بار به جای تنش تنظیم کرد‪:‬‬ ‫با اس‪g‬تفاده از این رویک‪g‬رد‪ ،‬عنص‪g‬ر س‪g‬اختاری م‪g‬ورد تجزی‪g‬ه و تحلی‪g‬ل (یع‪g‬نی ی‪g‬ک ت‪g‬یر ی‪g‬ا‬ ‫س‪g‬تون ی‪g‬ا س‪g‬ایر عناص‪g‬ر ب‪g‬اربر مانن‪g‬د دیواره‪g‬ا) ایمن نش‪g‬ان داده می‌ش‪g‬ود ک‪g‬ه‬ ‫"بزرگ‌نمایی شده" بارها کمتر از مقاومت های "کاهش یافته" مربوطه است‪.‬‬ ‫ع‪g‬ایت معیاره‪g‬ای ط‪g‬راحی ‪ ULS‬ب‪g‬ه عن‪g‬وان ح‪g‬داقل نی‪g‬از (در می‪g‬ان س‪g‬ایر خواس‪g‬ته ه‪g‬ای‬ ‫‪6‬‬ ‫ر‬ ‫‪Dr. H.Moaieri - [email protected]‬‬ ‫اضافی) برای تامین ایمنی سازه مناسب در نظر گرفته می شود‪.‬‬ ‫‪SSD‬‬ ‫عالوه ب‪g‬ر بررس‪g‬ی ‪ ULS‬ک‪g‬ه در ب‪g‬اال ذک‪g‬ر ش‪g‬د‪ ،‬ی‪g‬ک بررس‪g‬ی محاس‪g‬باتی وض‪g‬عیت ح‪g‬د س‪g‬رویس‬ ‫(‪ )SLS‬باید انجام شود‪.‬‬ ‫ب‪g‬رای ارض‪g‬ای معی‪g‬ار ح‪g‬الت ح‪g‬د س‪g‬رویس دهی‪ ،‬ی‪g‬ک س‪g‬ازه بای‪g‬د ب‪g‬رای اس‪g‬تفاده م‪g‬ورد نظ‪g‬ر‬ ‫خ‪g‬ود در ش‪g‬رایط بارگ‪g‬ذاری معم‪g‬ول (روزان‪g‬ه) عملک‪g‬ردی ب‪g‬اقی بمان‪g‬د و ب‪g‬ه این ت‪g‬رتیب س‪g‬ازه‬ ‫نباید در شرایط معمول باعث ناراحتی تجهیزات و ساکنین شود‪.‬‬ ‫در م‪g‬ورد ‪ ULS، SLS‬ی‪g‬ک وض‪g‬عیت ف‪g‬یزیکی نیس‪g‬ت‪ ،‬بلک‪g‬ه ی‪g‬ک بررس‪g‬ی محاس‪g‬باتی اس‪g‬ت‪.‬‬ ‫ه‪g‬دف این اس‪g‬ت ک‪g‬ه ث‪g‬ابت ک‪g‬نیم تحت اث‪g‬ر باره‪g‬ای ط‪g‬راحی مشخص‪g‬ه (غ‪g‬یر ع‪g‬املی)‪ ،‬و‪/‬ی‪g‬ا در‬ ‫حین اعم‪g‬ال مق‪g‬ادیر معی‪g‬نی (غ‪g‬یر ع‪g‬املی) از تغی‪g‬یر ش‪g‬کل‌ها‪ ،‬نشس‪g‬ت‌ها‪ ،‬ی‪g‬ا ارتعاش‪g‬ات‪ ،‬ی‪g‬ا‬ ‫گرادی‪g‬ان دم‪g‬ا و غ‪g‬یره‪ ،‬رفت‪g‬ار س‪g‬ازه مط‪g‬ابق ب‪g‬ا و از مق‪g‬ادیر معیاره‪g‬ای ط‪g‬راحی ‪ SLS‬ک‪g‬ه در‬ ‫استاندارد مربوطه در حال اجرا مشخص شده است تجاوز نمی کند‪.‬‬ ‫این معیاره‪g‬ا ش‪g‬امل مح‪g‬دودیت‌های تنش مختل‪g‬ف‪ ،‬مح‪g‬دودیت‌های تغی‪g‬یر ش‪g‬کل (انح‪g‬راف‪،‬‬ ‫چ‪g‬رخش و انحن‪g‬ا)‪ ،‬مح‪g‬دودیت‌های انعطاف‌پ‪g‬ذیری (ی‪g‬ا ص‪g‬لبیت)‪ ،‬مح‪g‬دودیت‌های رفت‪g‬ار‬ ‫دین‪g‬امیکی‪ ،‬و همچ‪g‬نین الزام‪g‬ات کن‪g‬ترل ت‪g‬رک (ع‪g‬رض ت‪g‬رک) و س‪g‬ایر ترتیب‪g‬ات مرب‪g‬وط ب‪g‬ه‬ ‫دوام س‪g‬ازه و ک‪g‬اربران آن یع‪g‬نی س‪g‬طح خ‪g‬دمات روزم‪g‬ره و آس‪g‬ایش انس‪g‬انی ب‪g‬ه دس‪g‬ت آم‪g‬ده‬ ‫و توانایی های آن در انجام وظایف روزمره خود است‪.‬‬ ‫ب‪g‬ا توج‪g‬ه ب‪g‬ه مس‪g‬ائل غیرس‪g‬ازه‌ای‪ ،‬ممکن اس‪g‬ت مح‪g‬دودیت‌های اعم‪g‬ال ش‪g‬ده ب‪g‬رای آکوس‪g‬تیک‬ ‫و انتق‪g‬ال ح‪g‬رارت را ن‪g‬یز ش‪g‬امل ش‪g‬ود ک‪g‬ه ممکن اس‪g‬ت ب‪g‬ر ط‪g‬راحی س‪g‬ازه ن‪g‬یز ت‪g‬أثیر‬ ‫بگ‪g‬ذارد‪.‬این بررس‪g‬ی محاس‪g‬باتی در نقطه‌ای انج‪g‬ام می‌ش‪g‬ود ک‪g‬ه در نیم‪g‬ه پ‪g‬ایینی ناحی‪g‬ه‬ ‫اال‪7‬س‪g‬تیک ق‪g‬رار دارد‪ ،‬ج‪g‬ایی ک‪g‬ه اق‪g‬دامات مشخص‪g‬ه (غ‪g‬یر ع‪g‬املی) اعم‪g‬ال می‌ش‪g‬ود و رفت‪g‬ار‬ ‫‪Dr. H.Moaieri - [email protected]‬‬ ‫ًال‬ SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 8 SSD ‫انواع مختلف فلسفه های طراحی‬ ‫حالت حد‬ 1. Working Stress Method (WSM) , 2. Ultimate Load Method (ULM) ; 3. Limit State Method (LSM). The Working Stress Method assumes that all material used in the design behaves in a linear elastic manner and calculations are based on service conditions. The expected working loads on the structure are induced as stresses on the structure during the design and these are restricted (to be below the permissible stresses) to ensure adequate safety. The factor of safety is the ratio of the strength of the material to the permissible stress. However, as working loads cannot be kept within the permissible The assumption stresses in the this method Ultimate is not Load Method is that the material is not linear- always viable. elastic meaning that different loads can have different safety factors. Calculations are based on ultimate load conditions and the stress conditions at the site of failure or impending collapse is analyzed. This results in more slender (therefore more economic!) sections. However, this method can result in cracks and deflections that are excessive due to the serviceability properties not being met. In the Limit State Method (aka as Limit State Design), the design of the structure is considered for both the serviceability and ultimate load state. This is therefore the better design philosophy to employ. The two different limit states are the Ultimate Limit State (ULS) and the Serviceability Limit State (SLS), for which distinction are made in the code SANS10160: 5.1.3... These states each have their own minimum level of reliability - which is colloquially known as the Safety Index. Dr. H.Moaieri - [email protected] 9 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 10 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 11 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 12 SSD Typical buckling modes: (a) overall buckling (plate induced); (b)overall buckling (stiffener induced); (c) plate buckling; and (d)stiffener tripping Dr. H.Moaieri - [email protected] 13 ‫‪SSD‬‬ ‫هر ن@وع ط@راحی ب@ا مجموع@ه ای منحص@ر ب@ه ف@رد از متغیره@ای ط@راحی توص@یف می ش@ود‪.‬بن@ابراین‪ ،‬می ت@وان ی@ک فض@ای‬ ‫ریاض@ی از متغیره@ای ط@راحی (ب@ه ن@ام فض@ای ط@راحی) تش@کیل داد ک@ه در آن ه@ر نقط@ه نش@ان دهن@ده ی@ک ن@وع ط@راحی‬ ‫است‪.‬‬ ‫شکل باال فضای طراحی تنها دو متغیر طراحی را نشان می دهد‪:‬‬ ‫‪ tp‬که ضخامت ورق پانل کشتی را نشان می دهد و ‪ hs‬که نشان دهنده ارتفاع تقویت کننده ها روی پانل است‪.‬‬ ‫شکل ب@اال میتوان@د مث@الی از ی@ک فض@ای ط@راحی اگ@ر ی@ک رابط@ه عملک@ردی‪. ،‬ایج@اد ش@ده بین مح@دودیت ه@ای ط@راحی و‬ ‫متغیرهای طراحی‪ ،‬باشد‪.‬‬ ‫‪Dr. H.Moaieri - [email protected]‬‬ ‫‪14‬‬ SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 15 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 16 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 17 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 18 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 19 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 20 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 21 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 22 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 23 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 24 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 25 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 26 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 27 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 28 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 29 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 30 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 31 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 32 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 33 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 34 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 35 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 36 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 37 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 38 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 39 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 40 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 41 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 42 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 43 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 44 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 45 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 46 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 47 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 48 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 49 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 50 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 51 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 52 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 53 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 54 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 55 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 56 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 57 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 58 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 59 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 60 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 61 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 62 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 63 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 64 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 65 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 66 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 67 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 68 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 69 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 70 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 71 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 72 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 73 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 74 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 75 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 76 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 77 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 78 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 79 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 80 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 81 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 82 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 83 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 84 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 85 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 86 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 87 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 88 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 89 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 90 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 91 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 92 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 93 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 94 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 95 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 96 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 97 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 98 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 99 SSD Dr. H.Moaieri - [email protected] 100