Redigerer Bølgelaster (avsnitt)

== Bølgeslag ==
Analyser av bølgelaster på dekkskonstruksjoner er svært kompliserte og tidkrevende. En prøver som regel å unngå å få bølger i dekket fordi en presis vurdering av eventuelle skader ikke er lett å gjøre.

Dersom bølgene er små vil en kunne forutsi hvordan bølgen påvirkes av konstruksjonen med rimelig nøyaktighet. Ved store bølger som brukes for dimensjoneringen av konstruksjonene vil det ofte være store ikke-lineære effekter. Ofte vil det være nødvendig å gjøre modellforsøk. For store bølger som analyseres med ikke-lineære metoder må en normalt analysere med tidsserier der:<ref>Stansberg, C. T., et al. "Extreme wave amplification and impact loads on offshore structures." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2005. For modelleringen av en frittstående søyle trengte de 2640 paneler og for sjøoverflaten 16.000 paneler. For fire søyler trengte en 1740 paneler for hver søyle, og for å beskrive sjøoverflaten 12.544 paneler.</ref> 
* En modellerer med paneler og passer på at antall paneler spesielt av sjøoverflaten er tilstrekkelig, til å få konvergens i de numeriske løsningene. Det er spesielt følsomt for modelleringen av havoverflaten.
* Lineære (forkortet ''RAO'') og kvadratiske (forkortet ''QTF'') transferfunksjoner etableres både for regulære og stokastiske bølger. De danner grunnlaget for simulering av tidsserier av bølgekammene inntil innretningen.
* Bevegelsene av skroget bestemmes for flytere basert på andre ordens diffraksjonsanalyser.
* Tidsseriesimuleringer av både bølgene og konstruksjonen (for flytere) bidrar til å finne ut om en kan få, eller eventuelt hvor ofte en kan forvente bølgeslag i dekket.

"Hvit sjø" er bølgeskummet på toppen av bølgene. Den har normalt en vesentlig lavere egenvekt enn selve bølgen - "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. Det er også et eksempel på norsk sokkel der et helikopter på helikopterdekket fikk så mye sjøsprøyt, at det motorene stoppet.<ref>Det skjedde 11.11.2002 på Scarabeo 6 under boring for Norsk Hydro på Trollfeltet. Den fikk store mengde vann i luftinntaket.</ref>

For bølgeslag i dekk er vanligst å analysere ved hjelp av [[Computational fluid dynamics]] sammen med [[Volume of fluid-metoden]].

Dersom en gjør modellforsøk er det vanlig å måle enten:
* på instrumenterte paneler, som settes på de flatene en vil vite lastene på (ofte 2,5m ganger 2,5m). En måler så trykket på panelet, og summerer opp lastene fra hvert panel. Panelene er stive og en får ikke med tilleggseffekter ved at konstruksjonen deformerer seg (kalt hydroelastisitet).
* en kraftsensor der en måler summen av laster over et større område eller en hel konstruksjon.

=== Bølgeslag på skip og oppjekkbare innretninger ===
Bølger som slår over baugen på skip eller oppjekkbare innretninger som er under forflytning, kan gi svært høye lokale laster. Dersom skipet beveger seg mot bølgene vil relativhastigheten mellom bølgene og skipet bli større, og lastene øker.

Det er i Norge registrert en rekke skadetilfeller på offshore produksjonsskip.<ref>Ersdal, Gerhard, and Arne Kvitrud. "Green water on Norwegian production ships." The Tenth International Offshore and Polar Engineering Conference. International Society of Offshore and Polar Engineers, 2000.</ref> Bølger som skyller over dekket på et skip eller treffer dekket på en plattform kalles gjerne "grønn sjø". Den enkleste formen for analyser av sjø på skipsdekk er å bruke dambrudds-teorier. En antar da at en dam brister, og vannet renner inn over dekket på skipet. Andre metoder er også utviklet, men krever omfattende modellering og regnetid. En kan forebygge skader ved å øke høyde på skansekledningen i baugen og på sidene.

Bølgeslag mot baugen på skip kan gi svært høye lokale laster. En avrundet baug vil redusere lastene. En kan forebygge skader ved å forsteke på innsiden.

Det er flere eksempler på at bølger på dekk på oppjekkbare innretninger under tauing har gjort betydelig skade. Den mest alvorlige var dødsulykken på [[Kolskaya]] i 2011, og i Norge på havariet av [[West Gamma]] i 1990.

=== Bølgeslag på bunnfaste plattformer og vindmøller ===
Dersom en under dekket på en [[plattform]] har en eller flere større søyler (som på en [[condeep]]-plattform), vil bølgelastene på dekket bli større enn om en har en [[Jacket (plattform)|fagverkskonstruksjon]].<ref>Scharnke, Jule, and Janou Hennig. "Vertical wave impact loading on a fixed platform deck." ASME 2015 34th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2015.</ref> Lagertanker på havbunnen vil også bidra til at bølgekammen øker i området rundt innretningen.

Etter at [[Ekofiskfeltet|Ekofisk]]- og [[Valhallfeltet|Valhallfeltene]] begynte å synke, har avstanden fra toppen av bølgetoppene til undersiden av dekkene på mange [[Jacket (plattform)|plattformer]] blitt stadig mindre. Det er der gjort metodeutvikling og omfattende analyser ved bruk av Computational fluid Dynamics og volume of fluid-metoden. En løser Navier-Stokes-ligningene med et elementnett som forflytter seg med bølgen, og der skalarfunksjonen forteller om elementet er fylt med væske eller ikke. Metoden tillater også at væsken kolliderer med legemer. Metoden har problemer med 
* Å lage økonomiske modeller som er tilstrekkelig nøyaktige.<ref name="Vestbøstad, Tone M 2009">Vestbøstad, Tone M. "A numerical study of wave-in-deck impact using a two-dimensional constrained interpolation profile method." (2009).</ref>
* Å lage korrekte randbetingelser (engelsk ''boundary conditions'').<ref name="R.H.H. Huijsmans 2008">A.E.P. Veldman og R.H.H. Huijsmans: Extreme wave impact on offshore platforms and coastal structures, Marin, 2008.</ref>
* Å håndtere viskøse grenselag (engelsk ''boundary layers").<ref name="R.H.H. Huijsmans 2008"/> 
* Metoden tillater at væskepartikler skiller lag med resten av væsken, men det kan føre til uønsket tap av masse.<ref name="R.H.H. Huijsmans 2008"/>
* Konservering av masse.<ref name="Vestbøstad, Tone M 2009"/>
* Håndterer som regel bare todimensjonal strømning.<ref name="R.H.H. Huijsmans 2008"/>
* Antakelser om in[[Kompressibilitet|kompressibel]] væske medfører at en lokalt kan få uendelig store trykk. En må da midle dette trykket på en måte som gir et fysisk rimelig resultat. Det gir grunnlag for en god del skjønn.

På [[vindmølle]]r er det registrert en del skader på blant annet båtlandingsplattformer, stiger og dører. Formen på fundamentet har stor betydning for hvor langt bølgen klatrer opp. Dess større konstruksjonen er under vannflaten, dess mer påvirker den hvor høyt bølgekammen når.<ref>De Vos, Leen, Peter Frigaard, and Julien De Rouck. "Wave run-up on cylindrical and cone shaped foundations for offshore wind turbines." Coastal Engineering 54.1 (2007): 17-29.</ref>

=== Bølgeslag på halvt nedsenkbare plattformer ===
På en [[halvt nedsenkbar plattform]] vil størrelsen og utformingen av søylene og pongtongene påvirke bølgekammene. Ved dimensjoneringen gjøre en avveininger av en rekke ulike forhold mot hverandre for å få fornuftige dimensjoner. For eksempel vil:
* En økning av størrelsen på pongtongene reduserer bølgepartiklenes mulighet til å gå rett fram. En større del av vannet i bevegelse, vil gå oppover. Det bidrar til å øke høyden på bølgekammen. 
* Økning av diameteren på søylene øker vannlinjearealet og bevegelsene i skroget. Den vil bevege seg mer opp med bølgene og bølgekammen trenger ikke komme så høyt opp. Samtidig vil økningen i seg selv kunne bidra til økt bølgekam ved difraksjon. 
* Økt dekkshøyde medføre at tyngdepunktet flytter seg oppover, og en får dårligere [[flytestabilitet]]. 
* Økt klaring mellom dekket og bølgekammen øker bevegelsene av dekket ved at tyngdepunktet kommer høyere oppe. 
* Et skrog som ikke ligger vannrett, men med fronten noe nedover (engelsk ''list'') kan få mindre bevegelser i mindre sjøtilstander, men kan lettere få bølger som slår i dekket. 
* Bruk av propeller til å kjøre innretningen mot bølgene ved hjelp av dynamiske posisjoneringssystemer eller truster assistert forankring kan øke relativhastighet mellom bølgen og skroget og medføre at bølgekammen øker.
* Økt dempning vil medføre at skroget ikke klarer å bevege seg sammen med og på toppen av bølgekammene. Det gjør at avstanden mellom bølgekammen og dekket kan bli mindre.<ref>[[DNV GL]] standarden DNVGL-OTG-13 «Prediction of air gap for column-stabilized units», utgitt 2016.</ref> Økt dempning kan en få for eksempel med tunge ankerline og ved bruk av propeller sammen med ankerliner.

Om lag to søylediametre unna søylene, vil bølgekammen i regulære bølger være om lag 20-25% større enn det en får etter lineær bølgeteori.<ref>Standarden DNVGL-RP-C103 punkt 2.3.6 sier "Generally a wave asymmetry factor of 1.2 should be applied in the air gap calculations unless model tests are available. In this case the air gap shall be calibrated against the model tests. Calculations for sufficient air gap is further referred to in (DNV-RP-C205 6.3). When the extreme response is calculated as 90% percentile using short-term statistics, wave asymmetric factor of 1.1 may be used". Stansberg, Carl Trygve. "Nonlinear Wave Amplification Around Column-Based Platforms in Steep Waves." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014, viser til at 1,2 er lavere enn det som finnes i modellforsøk blant annet for Veslefrikk B og Troll C hvor forholdet er 1,2-1,25. standarden DNVGL-OTG-13 «Prediction of air gap for column-stabilized units», utgitt 2016 anbefaler bruk av verdien 1,3.</ref> Helt inn til søylene vil en få en oppstuing av vannmasser, og den høyeste bølgekammen kan være 50-100% høyere enn den regulære bølgekammen (på engelsk kalt ''run-up'').

Skadene en slik bølge vil gjøre, er blant annet avhengig av i hvilken grad plattformen klarer å følge med på bølgebevegelsene og hvor vinduer, [[kuøye]]r eller utstyr er plassert. Lineær teori undervurderer, mens andre ordens teori kan overvurdere økningen av bølgekammen på grunn av oppstuingen av vannet. Det siste fordi [[dissipasjon]] ([[friksjon]] og [[turbulens]]) og lokal bryting vil redusere bølgekammen.<ref name="Stansberg, Carl Trygve 2014">Stansberg, Carl Trygve. "Nonlinear Wave Amplification Around Column-Based Platforms in Steep Waves." ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2014.</ref>

Helt inntil leggene på halvt nedsenkbare innretninger kan en i tillegg få en lokal oppskylling eller vertikale oppadgående "jet"-bølger, som kan ha en hastighet på opp til 20&nbsp;m/s og være om lag en meter tykke.<ref name="Stansberg, Carl Trygve 2014"/>

[[Sjøfartsdirektoratet]] krever at dersom en ikke har minst 1,5m klaring fra bølgetoppen til dekket for [[hundreårsbølge]]r, så må en forsterke dekket for å tåle bølgelaster.<ref>Sjøfartsdirektoratet: Forskrift om bygging av flyttbare innretninger, 1.1.1987, § 10 om dekkets avstand til vannflaten - https://lovdata.no/dokument/SF/forskrift/1987-09-04-856.</ref> I tillegg er det industripraksis, med grunnlag til Sjøfartsdirektoratets risikoanalyseforskrift <ref>Sjøfartsdirektoratet: Forskrift om risikoanalyse for flyttbare innretninger av 1.1.1994, særlig §§ 20-21 - https://lovdata.no/dokument/SF/forskrift/1993-12-22-1239.</ref> og [[Petroleumstilsynet]]s innretningsforskrift<ref>Petroleumstilsynet: FORSKRIFT OM UTFORMING OG UTRUSTNING AV INNRETNINGER MED MER I PETROLEUMSVIRKSOMHETEN, § 11 om laster, lastvirkninger og motstand - http://www.ptil.no/innretningsforskriften/category380.html#_Toc438215214.</ref> å se til at bølger med en årlig sannsynlighet på 10<sup>−4</sup> ikke fører til havari av innretningen.

Det er en rekke eksempler på at gangveier og rekkverk har blitt skadet eller skyllet bort. Det er også tilfeller der bølgene har gjort betydelig skade.<ref>Arne Kvitrud and Anders H. Løland. "Observed Wave Actions on Norwegian Semi-Submersible and TLP Decks." ASME 2018 37th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers, 2018.</ref> De mest alvorlige hendelsene var dødsulykkene på [[w:Ocean Ranger|Ocean Ranger]] i 1982<ref>Report of the Royal Commission (Canada) on the Ocean Ranger Marine Disaster. Ottawa: Canadian Government Publishing Centre. 1984 og Marine Casualty Report: Mobile Offshore Drilling Unit (MODU) Ocean Ranger, O.N. 615641, Capsizing and Sinking in the Atlantic Ocean, on 15 February 1982 with Multiple Loss of Life (PDF). Washington, D.C.: U.S. Coast Guard. 1983.</ref> og [[COSLInnovator]] i 2015.<ref>Petroleumstilsynet: Granskingsrapport etter dødsulykke på COSLInnovator 30. desember 2015, 2016- http://www.ptil.no/granskinger/granskingsrapport-etter-doedsulykke-paa-coslinnovator-30-desember-2015-article12004-717.html.</ref>