Redigerer Jacket (avsnitt)

== Dimensjonering ==
=== Regelverk ===
Jacketene dimensjoneres i Norge som oftest etter [[NORSOK]] N-001 og ellers i verden etter [[API]] RP 2A-stanadarden. En har også begynt å ta i bruk [[ISO]] 19902 noen steder i verden.

Dimensjoneringen vil være basert på kontroller i fire [[grensetilstand]]er. Det er analyser av jacketen, dekket og fundamentene for å sjekke at de ikke blir overbelastet ut fra det aktuelle vanndypet, stedsspesifikke geotekniske data og bølgeforholdene på stedet. Ved den stedsspesifikke vurderingen analyserer en også skipstrafikken i området, og om kollisjonslastene kan overstige det plattformen er dimensjonert for.

Før jacketen kan brukes på norsk sokkel, må operatøren innhente samtykke fra [[Petroleumstilsynet]].

=== Last- og lastvirkningsanalyser ===
Summen av [[kraft|lastene]] i hvert knutepunkt må være lik null, ellers ville ikke dette vært et statisk system (i ro) men et dynamisk system (bevegelig). Et fagverk er basert på trekanter. Et fagverk består av et bærende rammeverk med skråstaver. Noen fagverk har vertikale staver mellom strekk- og trykkstaver. Disse stavene vil bli såkalte ”null-staver”. Det vil si at nesten ingen laster går igjennom disse.

De viktigste lastene på leggene er fra [[vekt]]ene fra dekket, samt [[bølger]]. Laster fra bølger, strøm og vind er i Norge de viktigste bidragsyterne. Noen steder i verden må en også gjøre omfattende [[jordskjelv]]analyser, men de betyr relativt lite i Norge. For områder med innsynking som på [[Ekofisk]] sjekker en også for at plattformene plutselig kan falle ned på grunn av [[Petroleumsreservoar|reservoar]]innsynking (engelsk ''sudden drop'').

Over tid vil leggene bli begrodd med ulike [[marine]] dyr og planter. De mest vanlige på norsk sokkel er [[rur]] og [[blåskjell]]. En slik vekst gjør at diameteren på leggene blir større og plattformene pådrar seg større [[bølgelaster]]. Tidligere unngikk en begroing ved å smøre leggene med spesielle belegg, men disse er ikke lenger tillatt brukt på grunn av [[miljø]]faren. Før en kan inspisere leggene er det nødvendig å rengjøre dem for groe. Det gjøres oftest med [[høytrykksspyling]].

Analysemetodikken betyr en del for hvilke spenninger en forholder seg til. Det er flere typer analyser, - der en regner med deterministiske spenningsendringer eller der spenningene blir behandlet [[statistikk|statistisk]]. Stokastiske utmattingsanalyser gir lavere utmattingslevetider enn tidsserieanalyser for [[Jacket (plattform)|jacketer]]. En kan ende opp med å inspiserer på feil steder, fordi det ikke nødvendigvis er de samme stedene som har lavest utmattingslevetid i de to typer analyser. Hovedforskjellen er i antakelsen om Rayleighfordeling på lastvirkningene i en stokastisk analyse.<ref>S. F. Mohammadi med flere: Comparison of time domain and spectral fatigue analysis of an offshore jacket structure, ISOPE 2016.</ref>

I tillegg dimensjoneres jacketene også for laster fra båtkollisjoner, fallende gjenstander og brann på sjø.<ref>NORSOK N-001 og NORSOK N-003.</ref>

=== Bølgelaster ===
Den første bølgelasten som en kunne fastsette [[Analyse|analytisk]] var for en stor [[vertikal]] [[sylinder]] som gikk fra bunnen og stakk opp over havflaten. Bølgene vil her strømme rundt sylinderen uten at det dannes virvler - separasjon. Metoden kalles McCamy-Fuchs metode.<ref>Mac-Camy R.S. og Fuchs R.A.: Wave forces on piles : a diffration theory, US Army Corps of Engineers, Beach Erosion Board, Tech. Memo, no. 69, Washington, 1954.</ref> Den regnes som gyldig dersom bølgelengden er større enn om lag fem ganger diameteren på søylen. Bølgelastene er størst når bølgen treffer konstruksjonen midt mellom bølgetoppen og bølgedalen. Akselerasjonen har da sin største verdi, og en sier at lasten er akselerasjonsstyrt. Bølgelasten er proporsjonal med diameteren på sylinderen, vanndypet, egenvekten på vannet og bølgehøyden, og omvendt proporsjonal med kvadratet av bølgeperioden. I tillegg vil sylinderen påvirke væsken, som gir et samvirke som kalles virtuell masse eller tilleggsmasse.

For mindre sylindre vil en få virveldannelser i bølgene når den treffer sylinderen. Lastbildet blir da usymetrisk og det har vist seg umulig å bestemme lasten analytisk. Den mest benyttede empiriske metoden kalles Morisons formel. Den har et bidrag (kalt masselast) fra akselerasjonen (som i McCamy-Fuchs metode) og et bidrag som er proporsjonalt med kvadratet av bølgehastigheten (kalt draglast). Skaleringskoeffisientene i formelen fastsettes ved modellforsøk. Det er særlig data fra en rekke forsøk utført på Turgut Sarpkaya på 1970-tallet som brukes.<ref>Sarpkaya T : In line and transvers forces on smooth and rough cylinders in oscillatory flow and high Reynoldsnumber, Naval Postgraduate School, report NPS69-86-003, 4.7.1986</ref> Draglasten er proporsjonal med diameteren på sylinderen, vanndypet og egenvekten på vannet, omvendt proporsjonal med kvadratet av bølgeperioden, og proporsjonal med kvadratet av bølgehøyden.

Begroing (som [[rur]], [[blåskjell]] og [[tare]]) på sylinderen reduserer masselasten og øker draglasten.

Strømlaster tas hensyn til ved å legge strømhastigheten til bølgepartikkelhastigheten, før hastigheten kvadreres.

Dersom bølgeperioden samsvar med konstruksjonens egenperiode kan en få [[resonans]], med kraftige forsterkninger.

Bølgeslag fra en [[Bølgekam|bølgetopp]] kan gi svært høye lokale laster på dekket. Bølger som treffer dekket på en plattform kalles gjerne "grønn sjø".<ref>Gerhard Ersdal og Arne Kvitrud: Green water incidents on Norwegian production ships, Proc. Airgap Workshop, HSE/E&P Forum, London, 1999 - http://www.gerhard.ersdal.com/Filer/greenwater_new.PDF {{Wayback|url=http://www.gerhard.ersdal.com/Filer/greenwater_new.PDF |date=20150929054406 }}</ref> Grønn sjø på dekk beregnes ofte etter dambrudds-teorier. En antar da at en dam brister, og vannet renner inn over dekket på skipet eller plattformen og treffer utstyr. Bølgeslag på dekket gir også betydelige laster på jacketen. "Hvit sjø" er bølgeskummet på toppen av bølgene. De har normalt en vesentlig lavere egenvekt enn grønn sjø, og kan ikke gjøre så mye skade. Hvit sjø er derimot viktig i vurderingen av [[ising]]sfare, og kan treffe høyere oppe enn grønn sjø.

=== Tverrsvingninger ===
Virvelinduserte laster kan oppstå enten i bølgeretningen (såkalt "in-line") eller som tverrsvingninger (såkalt "cross-flow").

[[Virvelinduserte tverrsvingninger]] er bevegelser av en [[konstruksjon]] som står i en [[væskestrøm]] og hvor bevegelsen av konstruksjonen er på tvers av væskestrømmen. Virvelinduserte tverrsvingninger er kompliserte og er fortsatt ikke fullt ut forstått. De er et samvirke der lasten påvirker konstruksjonen og omvendt. Det er også mange faktorer som påvirker svingningene. Det produseres store mengder forskningsrapporter, og vi har fortsatt mange år med forskning igjen.

For en rørkonstruksjon beskrives bevegelsene som en funksjon av [[redusert hastighet]]. Redusert hastighet er væskehastigheten dividert med produktet av egenfrekvensen av konstruksjonen og diameteren. Tverrsvingninger oppstår når den reduserte hastigheten overskrider om lag fire. I [[modellforsøk]] stanser tverrsvingningen nå den reduserte hastigheten ved om lag 8-10, men i naturlige omgivelser er svingninger observert ved langt høyere verdier. Det er ulike oppfatninger av hvordan hastigheten påvirker tverrsvingningene. Noen har ment at når hastighetene eller [[Reynoldstallet]] når et visst nivå blir væskestrømningen så turbulente at en ikke vil få tverrsvingninger. Dette er ikke allment akseptert. I en konstruksjonsanalyse vil en bruke [[løftkoeffisienter]] i [[Morisons formel]] som funksjon av [[Reynoldstallet]].

Størrelsen på utsvinget vil være avhengig av en rekke faktor som: 
* [[Dempning]] av konstruksjonen.
* Innspenning og svingeformene av konstruksjonen som påvirker [[egenperiodene]].
* [[Kjølvannseffekter]] fra konstruksjoner som står foran den betraktede konstruksjonen i væskeretningen
* Parallelle konstruksjoner kan kunne føre til at det fremre konstruksjonen laget virvler i egenfrekvensen til det bakre konstruksjonen. 
* I noen tilfeller svinger ikke konstruksjonene som en og en stav, men i egenfrekvensen til en ramme. Rammen kan være mange staver, men også to tilstøtende staver. Det som starter fenomenet er når [[virvel]] fra enkelstaver blir avløst i egenperioden til rammen.

=== Styrke ===
Når en kjenner hvilke spenninger en jacket utsettes for, kontrollerer en at den har tilstrekkelig styrke.

For staver som er i strekk er kontrollen i stor grad om spenningene er lavere enn [[flytespenningen]]. For legger og staver i trykk må en også kontrollere for knekking.

For å få overslag over [[Knekking|knekklasten]] av de gjennomgående søylene, kan en bruke en knekklengde som er litt større enn avstanden mellom understøttelsespunktene.<ref>Arne Selberg: Stålkonstruksjoner, Tapir forlag, Trondheim, 1972, side 393.</ref> Økende eksentrisiteter i knutepunktene øker slankheten, og reduserer knekklasten.<ref>Selberg, 1972, side 417f.</ref> Eksentrisiteten er avstandene mellom der senterlinjen til stavene krysser hverandre i et knutepunkt. Staver som er satt sammen symmetriske om midtlinjen i et fagverk, er gunstigst for knekking da det ikke gir særlig sekundæreffekter. Det er en fordel at kryssende diagonaler festes innbyrdes i krysspunktet.<ref>Selberg, 1972, side 419f.</ref>

=== Utmatting ===
Utmattingsbrudd er en skadetilstand som oppstår i konstruksjoner som følge av gjentatte belastninger. Skaden oppstår selv om spenningene er lavere enn flytespenningen. En antar at en for en gitt spenningsveksling (i) kan beregne en delskade ni / N. Der N er antall sykler tatt fra SN-kurver. Når en jacket utsettes for mange spenningsvekslinger bestemmes samlet skade så ut fra teoriene til Palmgren og Miner som summen av delskadene fra hver spenningsveksling. Ved dimensjonering av konstruksjoner brukes sikkerhetsmarginer på sum delskade ofte avhengig av mulighetene for inspeksjon, reparasjon og vedlikehold, samt konsekvensene av svikt i forbindelsen. Sikkerhetsfaktoren gis enten som en tillatt delskade (Palmgren-Minersum) eller som en faktor som en skal multiplisere antall sykler (N) med (engelsk ''Design Fatigue Factor'' "DFF"). Tester med variable laster viser at en ofte får brudd før en har Palmgren-Miner-sum lik en. Typiske testverdier er fra 0,4 til 2,2. For analyseformål er det vanlig å forutsette at summen er lik én ved brudd. Ved høye spenninger er formelen ikke konservativ, mens det motsatte er tilfelle ved lave spenninger og mange sykler.<ref>Lotsberg, 2016, side 114ff, jamfør side 130. Han viser til tester med 280MPa, 175MPa (typisk for stag i strekkstag) og 70MPa (typisk i fast plattformer).</ref> På jacketer bruker en DFF-er avhengig av tilgjengelighet for inspeksjon og konsekvenser av brudd. De høyeste DFF-ene (DFF=10) brukes på pælene og i skvettsonen. Dersom en har viktige innvendige sveiser i stagene på jacketen, vil de de også få en høy utmattingsfaktor.

Analyser av jacketer gjøres enten som:
* [[Deterministisk]]e analyser der en sender bølger med spesifiserte former, bølgehøyde og perioder gjennom jacketen. 
* [[Stokastisk]]e analyser der en behandler bølgene statistisk. Gjøres normalt bare for jacketer med mye dynamikk.

[[Inge Lotsberg]]<ref>Lotsberg, 2016, side 402. NORSOK N-004 punkt K.4.4.3 har den samme anbefalingen, men uten begrunnelse.</ref> anbefalte å bruke deterministisk analyser ut fra:
* Metoden er mer nøyaktig i de øvre delene av jacketen på grunn av lineariseringen av dragbidraget - der lasten er proporsjonal med kvadratet av bølgehastigheten.
* Variabel [[oppdrift]] kan medføre utmatting i de øvre delene, og en deterministisk analyse er mer fysisk korrekt.
* De globale dynamiske effektene er små om [[egenperiode]]n er mindre enn 2,5 sekunder for sjøtilstandene som styrer utmattingsakkumuleringen. Dersom egenperioden er over 2,5 sekunder kan en fortsatt bruke deterministiske analyser, men det blir mer komplisert.
* Hot-spot-spenningene kan enkelt inkluderes i en deterministisk analyse. Det er mye mer komplisert for en stokastisk analyse.

=== Kollisjonsanalyser ===
I kollisjoner tas kollisjonsenergien dels opp av fartøyet og dels av jacketen. For å få en riktig analyse må en kjenne styrken og stivheten til fartøyet. I praksis regner en på typiske fartøyer, som skal representere en viss type fartøy med en gitt størrelse. Egenskapene til fartøyet en bør bruke er beskrevet i standarder fra blant annet DNV GL.

Energien i en jacket tas først opp av lokal inntrykking av staget eller knutepunktet. Så av bøying og forlengelse av konstruksjonsdelen, og til slutt av globale deformasjoner. Hvor stor skaden blir kan en bestemme ved bruk av ikke-lineære konstruksjonsprogrammer. I Norge er programmet USFOS mest brukt.

Etter at skaden er beregnet, vil en sette på en bølgelast for å sjekke tilstanden i skadet tilstanden. Størrelsen på bølgene variere mellom standardene.

=== Robusthet, reservestyrke og redundans===
Redundans, reservestyrke og robusthet er forskjellige sider av det samme sak, og blir begrepsmessig brukt om hverandre. Det kan være forskjellige tiltak om det er høy redundans eller høy robusthet en forsøker å oppnå.<ref>Yoshihiro Kanno og Yakov Ben-Haim: Redundancy and Robustness, or When is Redundancy Redundant? Journal of structural engineering, september 2011 side 935-945.</ref> En stor massiv konstruksjon eller en plate kan være mer robust enn et fagverk, men er ofte ikke redundant.

Robusthet er tolket som et mål for hva konstruksjonen kan tåle av last uten å tape sin funksjon. Andre beskriver robusthet som skadetoleranse, for eksempel som konstruksjonens evne til å motstå hendelser som brann, eksplosjon, støt eller konsekvensene av menneskelige feil uten å gjøre skade i et omfang som er ute av proporsjon med den opprinnelig hendelsen.<ref>ISO 19900, punkt 3.4.2 Robustness.</ref><ref>Torgeir Moan: Limit states and systems effects of offshore structures with emphasis on design for robustness, OSRS 2016, Stavanger, 2016.</ref> Redundans av bærende konstruksjoner er ofte brukt som et mål for hvilket omfang av degradering en konstruksjon kan tåle, uten å tape spesifikke elementer eller funksjonalitet.

Flere matematiske formuleringer finnes i faglitteraturen for redundans og robusthet, men uten at det er konsensus om hva som er best.<ref>Se for eksempel Yoshihiro Kanno og Yakov Ben-Haim: Redundancy and Robustness, or When is Redundancy Redundant? Journal of structural engineering, september 2011 side 935-945 og Gerhard Ersdal: Assessment of offshore structures for life extension, Doctorial Thesis, Universitetet i Stavanger, 2005, side 102ff.</ref> Det er ikke anerkjente og standardiserte metoder for å bestemme hvilke løsninger som har størst redundans eller robusthet. Noen tester er 
* å øke 100-års bølgelasten med en faktor, til en når sammenbrudd med en push-over-analyse. Standarden [[ISO]] 19902 anbefaler at verdien bør være minst 1,85 (engelsk ''reserve strength ratio'').
* Fjerne en og en stav i fagverket, og sjekke i skadet tilstand med hundreårslast uten last- og materialfaktorene.