Optimized Configuration of flexible joints for buried pipeline protection against tectonic faulting

Moussa, Saliba

dc.contributor.author	Moussa, Saliba	en
dc.date.accessioned	2026-03-05T10:58:43Z
dc.date.available	2026-03-05T10:58:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63830
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.31525
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Flexible Joints	en
dc.subject	Buried pipeline	en
dc.subject	Tectonic faulting	en
dc.subject	Protection	en
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Εύκαμπτοι Κόμβοι	el
dc.subject	Υπόγειοι Αγωγοί	el
dc.subject	Τεκτονική Διάρρηξη	el
dc.subject	Προστασία	el
dc.title	Optimized Configuration of flexible joints for buried pipeline protection against tectonic faulting	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Civil Engineering	en
heal.classification	Earthquake design	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-06-20
heal.abstract	Onshore buried steel pipelines are a critical infrastructure and an integral part of the oil and gas industry, playing a vital role in the economy and society. The protection of pipelines against earthquake-induced damage is important to avoid the potentially devastating consequences of pipeline failure, such as injuries, environmental pollution, downtime, and monetary losses. Protecting transmission fuel pipelines remains a hot topic for researchers and pipeline engineers. Fault movement has been identified as the most damaging earthquake-induced permanent ground displacement imposed on pipelines. The pipeline protection in such case requires the application of appropriate measures that aim at reducing the developed compressive and tensile strains in order for the latter to remain below the code-based capacity thresholds, while ensuring the operability of the pipeline. The introduction of flexible joints in the pipeline has been found to be promising in reducing developed strains. Flexible joints “act” as internal hinges, and consequently, pipe deformation is concentrated at these points, because the rotational stiffness of the joint is very small compared to the flexural one of the pipe segments, rendering the steel segments virtually undeformed. This study investigates the optimized topology configuration of innovative hybrid flexible joints, which have biangular and bi-axial movement capabilities. The proposed joint aims to protect buried pipelines subjected to large fault movement, while maintaining its operability. The optimization objective is to minimize the cost of the protection measure by minimizing the number of joints and maximizing the distance between adjacent joints, as well as the joints’ mechanical properties. To accomplish that, a genetic optimization algorithm is employed. The pipeline–fault crossing is numerically analyzed to identify the optimized topology for different fault mechanisms, namely strike-slip, normal, and reverse, with varying pipeline – fault crossing angles. The results confirm that the hybrid flexible joint reduces the developed strains. This study provides a foundation for the practical implementation of flexible joints, motivates manufacturers to commercialize the featured joint, and offers some practical design guidelines.	en
heal.abstract	Οι χερσαίοι υπόγειοι χαλύβδινοι αγωγοί αποτελούν κρίσιμη υποδομή και αναπόσπαστο μέρος της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου, διαδραματίζοντας ζωτικό ρόλο στην οικονομία και την κοινωνία. Η προστασία των αγωγών από σεισμικά προκαλούμενες βλάβες συνιστά αδήριτη ανάγκη για την αποφυγή δυνητικά καταστροφικών συνεπειών λόγω αστοχίας, όπως τραυματισμοί και ανθρώπινες απώλειες, περιβαλλοντική ρύπανση, διακοπή λειτουργίας και χρηματικές απώλειες. Η προστασία των αγωγών παραμένει ένα ζήτημα ύψιστη προτεραιότητας για τους ερευνητικές και μελετητές αγωγών. Η τεκτονική διάρρηξη έχει αναγνωριστεί ως η πιο επιζήμια σεισμικά προκαλούμενη μόνιμη εδαφική μετακίνηση που επιβάλλεται στους αγωγού. Η προστασία του αγωγού σε αυτήν την περίπτωση απαιτεί την εφαρμογή κατάλληλων μέτρων που στοχεύουν στη μείωση των αναπτυσσόμενων θλιπτικών και εφελκυστικών παραμορφώσεων ώστε αυτές να παραμείνουν χαμηλότερα από τα κανονιστικά οριζόμενα όρια, διασφαλίζοντας έτσι την ασφάλεια και λειτουργικότητα του αγωγού. Η εισαγωγή εύκαμπτων κόμβων στον αγωγό έχει αποδειχθεί πως αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη λύση για τη μείωση των αναπτυσσόμενων παραμορφώσεων. Οι κόμβοι «δρουν» ως εσωτερικές αρθρώσεις και κατά συνέπεια, η παραμόρφωση του αγωγού συγκεντρώνεται σε αυτές τις θέσεις, επειδή η στροφική δυσκαμψία του κόμβου είναι πολύ μικρή συγκριτικά με την καμπτική δυσκαμψία των τμημάτων του αγωγού. Η εισαγωγή των κόμβων μετατρέπει το συνεχές στατικό σύστημα του αγωγού σε έναν υβριδικό τμηματικό αγωγό, καθώς η επιβαλλόμενη μετακίνηση λόγω της τεκτονικής διάρρηξης «απορροφάται» από τους κόμβους που περιστρέφονται, αφήνοντας τα χαλύβδινα τμήμα του αγωγού σχεδόν απαραμόρφωτα. Στο πλαίσιο της εργασίας διερευνάται η βελτιστοποίηση της τοπολογίας των εύκαμπτων κόμβων που έχουν δυνατότητα αξονικής μετακίνησης και διαξονικής στροφής. Ο προτεινόμενος εύκαμπτος κόμβος στοχεύει στην προστασία του αγωγού έναντι τεκτονικής διάρρηξης μεγάλου μεγέθους, διατηρώντας παράλληλα τη λειτουργικότητα του. Ο στόχος της βελτιστοποίησης είναι να ελαχιστοποιηθεί το κόστος του μέτρου προστασίας μέσω ελαχιστοποίησης του πλήθους των κόμβων και μεγιστοποίησης της μεταξύ τους απόστασης, καθώς και ελαχιστοποίησης των απαιτούμενων μηχανικών ιδιοτήτων των κόμβων. Για να επιτευχθεί αυτό χρησιμοποιείται ένας γενετικός αλγόριθμος βελτιστοποίησης. Η διασταύρωση αγωγού-ρήγματος αναλύεται αριθμητικό για τον προσδιορισμός τη βελτιστοποιημένης τοπολογίας για διαφορετικούς τύπους ρηγμάτων και διάφορες γωνίες διασταύρωσης αγωγού-ρήγματος. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι ο προτεινόμενος υβριδικός κόμβος συμβάλει σημαντικά στη μείωση των αναπτυσσομένων παραμορφώσεων. Τέλος, η εργασία παρέχει τη βάση για την πρακτική εφαρμογή των κόμβων, δίνοντας το κίνητρο στους κατασκευαστές να βιομηχανοποιήσουν τον προτεινόμενο κόμβο και παράλληλα παρέχει ορισμένες πρακτικές οδηγίες σχεδιασμού.	el
heal.advisorName	Vamvatsikos, Dimitrios	en
heal.advisorName	Melissianos, Vasileios E.	en
heal.committeeMemberName	Vamvatsikos, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Gantes, Charalampos	en
heal.committeeMemberName	Papadimitriou, Achileas	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	95 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false