أنواع الهياكل الخرسانية البحرية

سلوك الهياكل الخرسانية البحرية:

بشكل عام، يتم إنشاء الهياكل الخرسانية البحرية المكشوفة لبيئة البحر المفتوح. تم تصميم الهياكل البحرية بحيث تظل إمّا مثبتة بشكل شبه دائم أو دائم في قاع البحر من خلال تطبيق الوسائل المناسبة مثل قواعد البايلات أو المراسي أو الجاذبية أو البقاء عائمًا ومثبتًا بشكل آمن. هناك العديد من التطبيقات للهياكل الخرسانية البحرية بما في ذلك التنقيب عن الهيدروكربون وإنتاجه واستخدامات محددة أخرى. خلال الحربين العالميتين الأولى والثانية، تم استخدام الخرسانة بسبب ندرة المواد الأخرى، لذلك كانت سلسلة الصنادل العائمة استثناءً نادرًا.

تم صنع الهياكل العائمة الأخرى أيضًا من الخرسانة، لكنها تكاد تكون قصصية. ومع ذلك، فإنّ سلوك هذه الهياكل الخرسانية، وخاصة من حيث الصيانة، كان ممتازًا. لذلك، فإنّ حقيقة أن الخرسانة لم يتم استقبالها بشكل كافٍ حتى الآن في بناء السفن لا تعني أنها لن تكون المادة الأنسب للصناعة البحرية في المستقبل. لقد وجد أن الإزاحة الإضافية وتكاليف الوقود المرتبطة بها في السفن الخرسانية كانت باهظة في الماضي. ومع ذلك، فإنّ فقدان القدرة على الحركة في الهيكل الخرساني مقارنة بهيكل الفولاذ يمكن تعويضه تمامًا من خلال المزايا التي توفرها الخرسانة، حيث أن للصناعة البحرية والشحن الآن أولويات مختلفة جدًا.

أحد الاختلافات الرئيسية في هذه الأولويات هو أهمية الصيانة ومقاومة التعب، وتحديدًا المناطق التي يكون أداء الخرسانة فيها أفضل. يمكن إرساء السفن بسهولة للصيانة والإصلاح، بينما يجب أن تتم هذه الأعمال في المنصات البحرية في الموقع، لذا فإنّ الصيانة والتعب أمران حاسمان بالنسبة لها. إلى جانب هذه الجوانب، للخرسانة مزايا أخرى، وفقًا لعدد من النتائج في العديد من الدراسات. وهذا يدعم حقيقة أنه في السنوات الأخيرة تم بناء وحدات خرسانية بحرية تثبت أنه في بعض الحالات تكون فوائد الفولاذ أقل من مزايا الخرسانة.

تم بناء منصات قاعدة الجاذبية الخرسانية من نوع (Condeep) منذ أن تم تشغيل الوحدة الأولى في عام 1976، إلى جانب عدد قليل من المنصات العائمة، والتي لها هندسة مشابهة لتلك المصنوعة من الفولاذ صنادل شبه غاطسة. تستخدم محطات الغاز الطبيعي المسال البحرية والمنشآت الصناعية البحرية مفاهيم ناشئة في الخرسانة تدوم لسنوات. يمكن تصميم عمر هذه المراكب لمدة تصل إلى 200 عام، مثل بارجة (Nkossa) العائمة، بحيث يمكن أن تكون بديلاً جيدًا لبناء هذه المرافق على الأرض.

وبالتالي تجنّب مدافن النفايات على الساحل التي تؤدي إلى تدهور الساحل الذي تعرّض للعقاب بالفعل. من قِبَل الدول الصناعية. يكمن التحدي على وجه التحديد في تحسين تكاليف رأس المال الخاصة بهم للتنافس على التثبيت البحري مقابل منشأة ساحلية. ستستفيد البيئة بلا شك من هذا التحدي الكبير الذي ينتظرنا في القرن الحادي والعشرين. يتم تحضير خرسانة الهيكل البحري باستخدام المواد المتاحة محليًا وتتراوح قوة الانضغاط بين 25 إلى 65 ميجا باسكال. من المهم للغاية إنشاء هياكل متينة لأن الصيانة الإنشائية البحرية ليست فقط غير اقتصادية ولكنها أيضًا صعبة للغاية في بيئة معادية.

ما هي أنواع الهياكل الخرسانية البحرية:

مع تزايد الطلب العالمي على الهيدروكربونات، تلعب الهندسة البحرية دورًا مهيمنًا في التكنولوجيا البحرية. ترتبط الهندسة البحرية ارتباطًا وثيقًا بتكنولوجيا الحفر والإنتاج. بالنظر إلى أن أعماق الآبار قد تصل إلى عدة آلاف من الأمتار، فقد يبدو عمق المياه لبضع مئات الأمتار في المواقع البحرية غير مهم نسبيًا. ومع ذلك، فيما يتعلّق بتركيب وتشغيل منصات الاستكشاف والإنتاج، فإنّ هذه الطبقة المائية غير المهمة.

على ما يبدو من تركيب وتشغيل منصات الاستكشاف والإنتاج التي تؤثر بشكل خطير على التصميم الإنشائي بسبب الظروف البيئية غير المواتية والأحمال العالية التي قد تسببها. سواء كانت المنصة حرة الطفو أو متوافقة أو ثابتة، فإنّ الوصلات الدائمة مثل خيوط الحفر والرافعات تسمح فقط بالحركات النسبية الأفقية والعمودية بين الهيكل وقاع البحر. إذا تحرّك الهيكل الداعم للسطح في مجرى البحر، فيجب توفير أجهزة تعويض.

الأنواع المختلفة من الهياكل الخرسانية البحرية هي:

1- الهياكل الخرسانية الموجودة في قاع البحر:

أنواع هياكل الأساسات السفلية البحرية:

1. هياكل قاعدة الجاذبية (CBS).
   
2. الهياكل الخرسانية البحرية المدعومة بأسطوانة خرسانية.
   
3. الهياكل البحرية للهيكل الخرساني القابل للطفو في القاع.
   

1-هياكل قاعدة الجاذبية البحرية (CBS):

تستخدم عادة لاستكشاف وإنتاج الهيدروكربونات. يظل الهيكل الأساسي للجاذبية ثابتًا في قاع البحر نظرًا لوزنه الهائل ومدى عمق المياه النموذجي من 40 إلى 350 مترًا. يتم بناؤها إما في المواقع البرية أو الساحلية بعد أن تم نقلها إلى الموقع النهائي. لأغراض الصيانة، يمكن إعادة تعويمها ثم تثبيتها في موقعها. إنّ الجمع بين الوزن الهيكلي، ووزن الصابورة داخل الهيكل، ووزن التشغيل على الهيكل يتحمل قوة الانزلاق ولحظات الانقلاب التي تسببها الأحمال البيئية القصوى.

2- الهياكل الخرسانية البحرية المدعومة بأسطوانة خرسانية:

تتكون هذه من مجموعات من قواعد البَايلات سابقة الإجهاد التي يتم دفعها إلى قاع البحر وتنظيمها بطريقة يتم فيها وضع السطح الجاهز على مجموعة مرتّبة من قواعد البايلات لإنشاء سطح عمل هيكل. في حالة التعرّض للرذاذ ومناطق المنصات المعرّضة لتأثير القارب، يتم وضع السترات الخرسانية حول قواعد البايلات. في الحالة التي تصبح فيها قواعد البايلات طويلة جدًا، يمكن استخدام دعامة فولاذية لتقوية الترتيب العام لقواعد البايلات. يتراوح العمق النموذجي لهذه المنصة بين 5 إلى 20 مترًا ويمكن استخدامه لدعم الأحواض والجسور والطرق فوق المياه.

3- الهياكل البحرية للهيكل الخرساني القابل للطفو في القاع:

وهي تتكون من بدن خرساني يشبه البارجة مصمّم للطفو في القاع. يتم تمديد العمود أو الأعمدة، التي يمكن بناؤها من الخرسانة أو الفولاذ، من الهيكل ومنصة الدعم. لا يحتوي الهيكل الخرساني القابل للطفو القائم على القاع على وزن كافٍ في القاع بحد ذاته، وهذا هو السبب في أن وزن الأعمدة أو الأكوام يقاوم الانزلاق والانقلاب. العمق العملي لهذا النوع من الهياكل يتراوح من 4 إلى 30 م. يمكن إعادة تعويمها وإعادة تثبيتها لأغراض الصيانة أو في بعض الأحيان إعادة استخدامها في مواقع مختلفة عدة مرات في العمر الافتراضي للمنصة.

2- الهياكل البحرية العائمة:

أنواع الهياكل البحرية العائمة:

1. منصات أرجل الشد الخرسانية (TLPs).
   
2. عوامات الخرسانة العميقة السحب (DDCFs).
   
3. سفن المنشآت الصناعية.
   
4. الجسور العائمة.
   
5. أرصفة عائمة.
   

1- منصات أرجل الشد الخرسانية البحرية (TLPs):

يتكون هذا من قاعدة عائمة، وأعمدة ممتدة من القاعدة إلى السطح الذي يرتكز على الأعمدة ويمكن بناء جميع المكونات من الخرسانة. يتم الاحتفاظ بالهيكل في موقعه من خلال حبال طويلة متصلة بالمراسي الكبيرة في قاع البحر من أحد طرفيها ويتم تثبيتها في زوايا الهيكل في الطرف الآخر. يتم تحديد التوتر في الحبال قبل تطبيقها. يتراوح عمق المياه العملي لاستخدام هذا النوع من الهياكل بين 300-1500 م. يتم التحكّم في حجم منصة ساق الشد الخرسانية بمقدار الوزن التشغيلي الذي يجب حمله.

2- العوامات الخرسانية البحرية عميقة السحب (DDCFs):

هذا النوع من الهيكل الذي يتكون من عائم وعمود وأي دعامة، يشبه منصة أرجل الشد الخرسانية بصرف النظر عن استخدام نظام الإرساء العادي في عوامات الخرسانة العميقة. في ظروف التشغيل، تظل العوامات الخرسانية البحرية عميقة السحب (DDCFs) في موضعها من خلال مسودات طويلة إلى حد كبير ترسو من الجزء السفلي من الهيكل. يعمل طول الغاطس الذي يزيد عن 130 مترًا ووزنه الكبير ومركز ثقله المنخفض على استقرار الهيكل إلى حد يكاد يكون غير حساس لحركة البحر. هذه المنصة قابلة للتطبيق على عمق ماء 300-900 متر.

3- سفن المصانع الصناعية البحرية:

وهي عبارة عن صنادل خَرسانية مسبقة الإجهاد تم إنشاؤها حسب الطلب والتي تمنح سطح دعم لمعالجة الآلات وأماكن العمل والتخزين وأماكن المعيشة التي تتطلّب إنتاج الغاز أو النفط أو أي تطبيقات صناعية أخرى. التطبيقات العملية لسفن مصانع الخرسانة المسلّحة هي إنتاج الأسمدة، مصانع التصنيع، المصافي، محطات التحلية، محطات الطاقة الكهربائية، مرافق المعالجة الكيميائية، مرافق توليد طاقة المد والجزر، ومحطات الغاز الطبيعي المسال (LNG) وغاز البترول المسال (LPG).

4- الجسور العائمة البحرية:

هذه الأنواع من الأعضاء الخرسانية، والتي تستخدم لعبور الأنهار، تُنتج حلاً اقتصاديًا وفعالًا للغاية للتطبيقات الخاصة أو للمواقع الصعبة. هناك عدد من الجسور الخرسانية العائمة البارزة على سبيل المثال جسر قناة هود وجسر جزيرة فورد في وقد تم تشييدهما في الولايات المتحدة.

5- الأرصفة العائمة البحرية:

يوجد عدد كبير من الأرصفة التي تم بناؤها في جميع أنحاء العالم بأحجام مختلفة مثل أرصفة قوارب الصيد الصغيرة والأرصفة الضخمة لسفن الحاويات وقوارب العبارات وسفن الرحلات البحرية. يمكن أن تتحمّل الأرصفة العائمة التغيرات الموسمية في مستوى المياه أو تقلبات المد والجزر بسبب الإرساء التي توفر حركات صعودًا وهبوطًا مع ارتفاع وانخفاض منسوب المياه. يوجد هناك أرصفة عائمة مسبقة الصنع ومسبقة الإجهاد تم بناؤها في فالديز في ألاسكا وتظهر في مثال للأرصفة العائمة.

بعض الهياكل الخرسانية البحرية الأخرى:

هناك أنواع أُخرى من الهياكل الخرسانية البحرية التي لا تندرج ضمن الفئات المذكورة أعلاه، على سبيل المثال صهاريج تخزين الزيت الخرساني تحت سطح البحر وقيسونات الجدران الخرسانية الموضحة والأنفاق المغمورة التي يتم إنشاؤها من قطاعات الخرسانة المسلّحة.