Under a severe environment of multiple hazards such as earthquakes and winds, the life-cycle performance of engineering structures may inevitably be deteriorated due to the fatigue effect caused by long-term exposure to wind loads, which would further increase the structural vulnerability to earthquakes. This paper presents a framework for evaluating the lifetime structural seismic performance under the effect of wind-induced fatigue considering different sources of uncertainties. The seismic behavior of a high-rise steel-concrete composite frame with buckling-restrained braces (FBRB) during its service life is systematically investigated using the proposed approach. Recorded field data for the wind hazard of Fuzhou, Fujian Province of China from Jan. 1, 1980 to Mar. 31, 2019 is collected, based on which the distribution of wind velocity is constructed by the Gumbel model after comparisons. The OpenSees platform is employed to establish the numerical model of the FBRB and conduct subsequent numerical computations. Allowed for the uncertainties caused by the wind generation and structural modeling, the final annual fatigue damage takes the average of 50 groups of simulations. The lifetime structural performance assessments, including static pushover analyses, nonlinear dynamic time history analyses and fragility analyses, are conducted on the time-dependent finite element (FE) models which are modified in lines with the material deterioration models. The results indicate that the structural performance tends to degrade over time under the effect of fatigue, while the influencing degree of fatigue varies with the duration time of fatigue process and seismic intensity. The impact of wind-induced fatigue on structural responses and fragilities are explicitly quantified and discussed in details.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.5
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pp.368-375
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2018
In the present study, aerodynamic load analysis for a floating off-shore wind turbine was conducted to examine the effect of periodic platform motion in the direction of 6-DOF on rotor aerodynamic performance. Blade-element momentum method(BEM) was used for a numerical simulation, the unsteady airload effects due to the flow separation and the shed wake were considered by adopting a dynamic stall model based on the indicial response method. Rotor induced downwash was estimated using the momentum theory, coupled with empirical corrections for the turbulent wake states. The periodic platform motions including the translational motion in the heave, sway and surge directions and the rotational motion in the roll, pitch and yaw directions were considered, and each platform motion was applied as a sinusoidal function. For the numerical simulation, NREL 5MW reference wind turbine was used as the target wind turbine. The results showed that among the translation modes, the surge motion has the largest influence on changing the rotor airloads, while the effect of pitch motion is predominant for the rotations.
An analysis for the computation of Fatigue Damage Index (FDI) under the effects of the various combination of the ocean loads like random waves, current, platform motion and VIV (Vortex Induced Vibration) for a certain design water depth is a critically important part of the analysis and design of the marine riser platform integrated system. Herein, a 'Computer Simulation Model (CSM)' is developed to combine the advantages of the frequency domain and time domain. A case study considering a steel catenary riser operating in 1000 m water depth has been conducted with semi-submersible. The riser is subjected to extreme environmental conditions and static and dynamic response analyses are performed and the Response Amplitude Operators (RAOs) of the offshore platform are computed with the frequency domain solution. Later the frequency domain results are integrated with time domain analysis system for the dynamic analysis in time domain. After that an extensive post processing is done to compute the FDI of the marine riser. In the present paper importance is given to the nature of the current profile and the VIV. At the end we have reported the detail results of the FDI comparison with VIV and without VIV under the linear current velocity and the FDI comparison with linear and power law current velocity with and without VIV. We have also reported the design recommendations for the marine riser in the regions where the higher fatigue damage is observed and the proposed CSM is implemented in industrially used standard soft solution systems (i.e., OrcaFlex*TM and Ansys AQWA**TM), Ms-Excel***TM, and C++ programming language using its object oriented features.
Cargo, such as a Tension Leg Platform (TLP), Semi-submersible platform (Semi), Spar or a circular Floating Production Storage and Offloading (FPSO), are frequently dry-transported on a Heavy Lift Vessel (HLV) from the point of construction to the point of installation. The voyage can span months and the overhanging portions of the hull can be subject to frequent wave slamming events in rough weather. Tie-downs or sea-fastening are usually provided to ensure the safety of the cargo during the voyage and to keep the extreme responses of the cargo, primarily for the installed equipment and facilities, within the design limits. The proper design of the tie-down is dependent on the accurate prediction of the wave slamming loads the cargo will experience during the voyage. This is a difficult task and model testing is a widely accepted and adopted method to obtain reliable sea-fastening loads and extreme accelerations. However, it is crucial to realize the difference in the inherent stiffness of the instrument that is used to measure the tri-axial sea fastening loads and the prototype design of the tie-downs. It is practically not possible to scale the tri-axial load measuring instrument stiffness to reflect the real tie-down stiffness during tests. A correlation method is required to systematically and consistently account for the stiffness differences and correct the measured results. Direct application of the measured load tends to be conservative and lead to over-design that can reflect on the overall cost and schedule of the project. The objective here is to employ the established correlation method to provide proper high-frequency responses to topsides and hull design teams. In addition, guidance for optimizing tie-down design to avoid damage to the installed equipment, facilities and structural members can be provided.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.953-961
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2013
In this study, the analyzed turbine is a 5MW upwind-type wind turbine. This conceptual model was made to compare the results of the numerical analysis program in the IEA Annex23 Subtask2 OC3 project. The numerical analysis program used in this study is FAST developed by NREL and AQWA of ANSYS. Motion characteristics, such as RAO, average motion, significant motion and average amplitude of 1/10 highest motion were obtained through the numerical analysis. The results of the numerical analysis were compared with the results of other numerical analyses and the experimental results, and all the results agreed with one another. The results will help resolve the fundamental design trade-offs between basic floating system concepts.
Monitoring large-scale civil engineering structures such as offshore platforms and high-large buildings requires a large number of sensors of different types. Innovative sensor data information technologies are very extremely important for data transmission, storage and retrieval of large volume sensor data generated from large sensor networks. How to obtain the optimal sensor set and placement is more and more concerned by researchers in vibration-based SHM. In this paper, a method of determining the sensor location which aims to extract the dynamic parameter effectively is presented. The method selects the number and place of sensor being installed on or in structure by through the tolerance domain statistical inference algorithm combined with second order sensitivity technology. The method proposal first finds and determines the sub-set sensors from the theoretic measure point derived from analytical model by the statistical tolerance domain procedure under the principle of modal effective independence. The second step is to judge whether the sorted out measured point set has sensitive to the dynamic change of structure by utilizing second order characteristic value sensitivity analysis. A 76-high-building benchmark mode and an offshore platform structure sensor optimal selection are demonstrated and result shows that the method is available and feasible.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.6
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pp.497-504
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2018
Platform Support Vessels operated in the Arctic Ocean support diverse operations of offshore plant in the sea, and the PSV is also needed to support works to exploit the oil and gas in the Arctic Ocean. Both of the ice breaking and the open sea performance have been considered together to secure the enhanced operational performance at the harsh environment in the Arctic Ocean and the open sea as well. In this study, One of the design requirements of a PSV is to guarantee continuous icebreaking performance with 3 knots at 1 m thickness of level ice, where the design draft is 7.5m and the engine power is 13 MW. Three hull forms were designed, and the ice resistance based on empirical formulas was estimated to select the initial hull form having an outstanding performance. The full scale performance of the designed hull forms was predicted by the ice model test conducted in the ice model basin of Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering(KRISO). The analysed results show that the selected hull form satisfies the above design requirement.
Structural damage detection, damage localization and severity estimation of jacket platforms, based on calculating modal strain energy is presented in this paper. In the structure, damage often causes a loss of stiffness in some elements, so modal parameters; mode shapes and natural frequencies, in the damaged structure are different from the undamaged state. Geometrical location of damage is detected by computing modal strain energy change ratio (MSECR) for each structural element, which elements with higher MSECR are suspected to be damaged. For each suspected damaged element, by computing cross-modal strain energy (CMSE), damage severity as the stiffness reduction factor -that represented the ratios between the element stiffness changes to the undamaged element stiffness- is estimated. Numerical studies are demonstrated for a three dimensional, single bay, four stories frame of the existing jacket platform, based on the synthetic data that generated from finite element model. It is observed that this method can be used for damage detection of this kind of structures.
Slipforming is a construction method in which the forms move continuously during concrete placement. This paper presents a numerical procedure based on the finite element method to simulate the thermal behavior of concrete during slipforming operations. The validity of the model was successfully tested by simulating a very complex but well documented field case of actual slipforming operations performed during the construction of an offshore concrete oil platform structure. The results obtained have been related to the shape of the concrete "hardened front" in the forms, which allows quick evaluation of the operation. The results of the numerical investigation have shown that the shape of the "hardened front" can be affected by the temperature of the fresh concrete and ambient conditions. For a given initial concrete temperature, there are limitations for the ambient temperature that, when exceeded, can create an unfavorable shape of the concrete "hardened front" in the forms. Similarly, for a given ambient temperature, the initial concrete temperature should not be fall below an established limit in order to avoid unfavorable shape of the "hardened front".
Kim, Keunsoo;Kwon, Osoon;Oh, Myounghak;Jang, Insung
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.15
no.6
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pp.75-83
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2014
Suction bucket foundation is installed with the differential pressure created by pumping water out of bucket. Bucket foundation has usually been utilized in mooring anchor for offshore platform or floating oil and gas production facilities in the open sea. After suction bucket foundation successfully was applied as the foundation for offshore wind turbines in Europe, it recently attracts much attention in Korea, too. To estimate the penetration resistance of the suction bucket foundation is one of the important matters that should be considered during its installation. This study carried out a series of model tests to investigate the penetration resistance of suction bucket foundation. And the mobilized soil strength factor was reviewed through comparing the experimental results by two installation ways (e.g., push-in-load and suction) and the results calculated by the conventional equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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