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Ice-Structure Interaction with Artificially Generated Force Records

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

A. S. J. Swamidas
Affiliation:
Faculty of Engineering and Applied Science, Memorial University of Newfoundland, St. John’s, Newfoundland, Canada
D. V. Reddy
Affiliation:
Faculty of Engineering and Applied Science, Memorial University of Newfoundland, St. John’s, Newfoundland, Canada
G. Purcell
Affiliation:
Faculty of Engineering and Applied Science, Memorial University of Newfoundland, St. John’s, Newfoundland, Canada
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The paper describes the dynamic ice-structure interaction study of monopod platforms (fixed type) which are of considerable interest to the off-shore oil industry in cold regions. In view of the scantiness of continuous ice-force records, artificial-force records are generated from available small-scale field ice-force records using stochastic concepts. The method, based on the similarity between the fluctuating parts of randomly varying ice-force records and the seismic records uses a non-stationary random process obtained from filtering a shot noise through a second-order filter. The dynamic response analysis of a monopod structure located at Cook Inlet, Alaska, is carried out by hybridizing the relevant sub-routines of the computer programmes, SAP IV (Structural Analysis Programme) and EATSW (Earthquake response of Axisymmetric Tower Structures surrounded by Water). The work includes a study of the influence of soil properties on the frequencies and responses, and a comparison between the responses of fixed and elastically supported (by the soil foundation) monopod platforms.

Résumé

Résumé

Enregistrements de l’interaction entre la structure de la glace el des farces produites artificiellement. Cet article décrit I’étude dynamique de l’action sur la structure de la glace de plates-formes monopodes (d’un type fixé) qui sont d’un intérêt considérable dans l’industric pétrolièrc des régions froides. En ratson du petit nombre d’enregistrements continus des efforts dans la glace, on engendre artificiellement des efforts distribués de manière aléatoire à partir des enregistrements disponibles des efforts constatés sur le terrain à petite échelle. La méthode basée sur la similitude entre les parties fluctuantes des enregistrements d’efforts dans la glace variant au hasard, et les enregistrements sismiques utilise une succession aléatoire non stationnaire obtenue en filtrant un bruit de détonation à travers un filtre du second ordre. L’analyse de la reponse dynamique d’une structure monopode, située à Cook Inlet, Alaska, est conduite en combinant les boucles utilisables des programmes d’ordinateurs SAP IV (Programme d’Analyse Structurale) et EATSW (Réponse aux Tremblements de Terre de Tours en Béton Asymétriques Entourées d’Eau), Le travail inclut une étude de l’influence des propriétés du sol sur les fréquences et les réponses et une comparaison entre les réponses des plates-formes monopodes fixes et à support élastique (par la fondation sur le sol).

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Wechselwirkungen zwischen Eis und Bauwerken mit simulierten Kräften. Die Arbeit handelt von der Untersuchung der dynamischen Wechselwirkung zwischen Eis und Bauwerk für einstützige Plattformen (ortsfester Typ), die von beträchtlichem Interesse für die küstennahe Ölsuche in kalten Gebieten ist. Wegen des Mangels an kontinuierlichen Aufzeichnungen der Eiskräfte werden künstliche Kraftaufzeich-nungen aus verfügbaren Daten von Eiskraftfeldern kleinen Massstabs unter Verwendung stochastischer Konzepte erzeugt. Die Methode beruht auf der Ähnlichkeit zwischen den fluktuierenden Anteilen von Daten zufällig veränderlicher Eiskräfte mit seismischen Aufzeichnungen und benutzt einen nichtstationären Zufallsprozess, der aus der Filterung eines Schussgeräusches durch ein Filter zweiter Ordnung hergeleitet wird. Die Analyse der dynamischen Reaktion eines einstützigen Bauwerks am Cook Inlet, Alaska, ergibt sich durch Koppelung der einschlägigen Prozeduren in den Rechnerprogrammen SAP IV (Struktur-Analyse-Programm) und EATSW (Erdbebenwirkung auf achssymmetrische, von Wasser umgebene Turmbauwerke). Die Untersuchung erstreckt sich auch auf den Einfluss von Bodeneigenschaften auf die Frequenzen und Reaktionen, Weiter werden die Reaktionen von ortsfesten und elastisch am Fundament befestigten einstützigen Plattformen miteinander verglichen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1977
Figure 0

Fig. 1.Union Oil monopod platform at Cook Inlet, Alaska (photograph by a member of Brown & Root Company, reproduced by permission from Marine Technology Society Journal, Vol. 8, No. 7, 1974).

Figure 1

Fig. 2.Cook Inlet monopod platform with ice loads (from Blumberg and Strader, 1969).

Figure 2

Fig. 3.Details of sectional elevation and finite-element idealization.

Figure 3

Fig. 4.Transfer-Junction model for randomly-fluctuating tee loading.

Figure 4

Fig. 5.Blenkarn’s ice-force records (approximate velocity of ice flow = 1 m/s).

Figure 5

Fig. 6.Filter characteristics.

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Fig. 7.Variance intensity function.

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Fig. 8.Thickness profile of an ice-floe.

Figure 8

Fig. 9.Typical artificially generated ice-force records (amplitude variation)

Figure 9

Fig. 10.Typical artificially generated ice-force records (amplitude and frequency variation).

Figure 10

Fig. 11.Ice forces acting on the structure.

Figure 11

TABLE I.PHYSICAL PROPERTIES OF THE TOWER-SOIL SYSTEM

Figure 12

TABLE II.ADDED MODAL MASSES

Figure 13

TABLE III.STATIC STRESSES DUE TO SELF WEIGHT, DECK LOADS AND WATER PRESSURE[Refer Figure 3]

Figure 14

Fig. 12.Modal shapes of the tower on silty clay.

Figure 15

Fig. 13.Modal shapes of the tower on day.

Figure 16

TABLE IV.FREQUENCIES OF THE SOIL-STRUCTURE SYSTEM

Figure 17

Fig. 14.Dynamic displacements in structure and soil.

Figure 18

TABLE V.RATIO OF DEFLECTIONS OF THE STRUCTUREStatic deflection =0.0741 m

Figure 19

TABLE VI.INFLUENCE OF THE FORCE-TIME RECORD ON DEFLECTION OF THE TOWER