1. GIỚI THIỆU CHUNG       Tác động của môi trường dị thường như bão, động đất có tần suất hiếm và các tácđộng của các sự c...
thép, vật liệu có tính đàn dẻo, tái bền trong giai đoạn quá tải. điều này có ý nghĩa về         kinh tế, do trong giai đoạ...
PHẠM VI NGHIÊN                                                                                            CỨU CHÍNH ND2   ...
Các tính toán, thiết kế hay PTĐGL các công trình biển đều nhằm mục đích đảmbảo an toàn con người và tài sản trên các công ...
Trạng thái giới hạn PLS    Khái niệm1. Theo NPD [3]: “ Trạng thái giới hạn phá hủy lũytiến là trạng thái phản ánh khả năng...
Như vậy có thể hiểu rằng Trạng thái giới phá hủy lũy tiến (PLS) xem xét trạng tháilàm việc “Quá tải” của kết công trình do...
quan đến sự phân phối lại ứng suất, độ cứng tổng thể của kết cấu công trình khi            có một số nút, phần tử bị qúa t...
suy giảm và phân phối lại độ cứng tổng thể khi có các nút, phần tử chảy dẻo hoàn toànkhông còn khả năng chịu lực. Phương p...
Phạm vi ứng dụng                                Thiết kế mới                    Phân tích đánh giá lại    Kết cấu         ...
PTĐGL kết cấu công trình biển     Yêu cầu về việc PTĐGLMục đích của việc PTĐGL kết cấu công trình là xác định sực phù hợp ...
không đáng kể cũng cần được thống kê lại, tuy nhiên ảnh hưởng tích lũy của các       hư hỏng này cần phải được thống kê và...
Vị trí của TTGH PLS trong PTĐGL                                                                                  PTĐGL KC ...
Theo [16] hiện nay có 03 phương pháp chính dùng trong phân tích đánh giá lại kết cấuCTB đó là:       - Phân tích theo mức ...
→ tương ứng với Phương pháp phân tích cường độ cực hạn             -   Qui trình PTĐGL công trình dưới tác động của hiện t...
rất nhiều vào đặc trưng vật liệu, do vậy cùng một dạng công trình nhưng chế tạo bằng cácvật liệu khác nhau sẽ có quá trình...
Phân loại các tác động bất thườnga. Tác động của điều kiện môi trường dị thường (E)Tải trọng môi trường dị thường ( tải tr...
Theo lý thuyết xác suất thống kê, ta có thể dùng các đại lượng ngẫu nhiên X để mô tả cáctác động như đã phân loại với ký h...
Pof(e10)             = (1-1/10)/10          = 10-1           Pof(e100)            = (1-1/100)/100        = 10-2           ...
-     P(B10) – 1/10             -     P(F10B10) = P(F10).P(B10) = 1/10*1/10 = 1/100                   Xác suất vượt hàng n...
Vật rơi                              Năng lượng vật rơi 3000 KJ (Ứng suất dư)Va chạm của các phương tiện nổi      Va trạm ...
- Trạng thái giới hạn này thường giải quyết các vấn đề về phương án kết cấu hay đặc tínhvật liệu hơn là các tính toán thôn...
Xét phần tử chịu tải trọng (hình 10), phươngtrình mặt đàn dẻo của vật liệu phần tử:     N Q y Qz M x M y M z Γ= f    , ...
được qua tâm sâu sắc, điều này đã dẫn đến yêu cầu cần phân loại các công trình trên cơ sởbảo đảm an toàn nhân mạng cũng nh...
L-l = Hậu quả thiệt hại lớn     L-2 = Hậu quả thiệt hại trung bình     L-3 = hậu quả thiệt hại thấp     L-1 Hậu quả thiệt ...
Phân cấp công trình theo rủi ro của phá hủyAPI-RP 2A đưa ra ma trận phân cấp công trình theo mức độ rủi ro dựa trên:   a. ...
-     Loại thiết bị: Sự phức tạp, số lượng, loại thiết bị là các yếu tố quan trọng. Các bình         tách và thiết bị đo l...
định trong API Recommended Practice 14J, cùng với hệ thống quản lý an toàn của nhàthầu vận hành theo qui định trong API Re...
Hình 12: Qui trình đánh giá mức độ rủi ro cho tải trọng cháy, nổ và sự cố                                                 ...
Các đánh giá chi tiếtCác đánh giá chi tiết cho kếtcấu công trình do các tácđộng cháy, nổ và các tảitrọng bất thường ngẫu n...
d. Phương pháp Cường độ cực hạn đánh giá phù hợp trong tính toán kết cấu JACKET       chịu tải trọng ngang là tác động của...
độ phân tích này, ứng suất đã vượt quá ứng suất đàn hồi, và mô hình các phần           tử, nút, nền móng phải được xem xét...
hạn và và sau cường độ cực hạn cùng cácđặc điểm về biến dạng. Phương pháp phầntử hữu hạn và cơ học phá hủy sẽ được điềuchỉ...
D =    Các tải trọng ngoài tải trọng môi trường       E =    Tải trọng môi trường       FD = Hệ số tải trọng của Các tải t...
Tổ hợp tải trọng theo phương pháp Push-over xác định cường độ cực hạn theo trạngthái giới hạn PLS như sau:         Tổ hợp ...
Đối chiếu phương pháp luận với qui trình PTĐGL theo qui phạm                  1 . L ù a c h ä n g iµ n                    ...
Sự phù hợp về các tác động       T¸c ®éng m«i tr−êng ®ua vµo tÝnh to¸n lµ b·o 100 n¨m t−¬ng ®−¬ng víib·o cã tÇn xuÊt v−ît ...
1. Tính toán, phân tích theo mức độ thiết kếTính toán, phân tích theo mức độ thiết kế dựa trên cơ sở phân tích tuyến tính ...
Phuong phap luan de danh gia lai cong trinh bien bang thep
Phuong phap luan de danh gia lai cong trinh bien bang thep
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Phuong phap luan de danh gia lai cong trinh bien bang thep

860

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
860
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
47
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Phuong phap luan de danh gia lai cong trinh bien bang thep

  1. 1. 1. GIỚI THIỆU CHUNG Tác động của môi trường dị thường như bão, động đất có tần suất hiếm và các tácđộng của các sự cố bất thường như cháy, nổ, vật rơi, va chạm của các phương tiện nổi vớicông trình, gọi chung là các “tác động bất thường” là nguyên nhân chính dẫn đến sự quá tảikết cấu các công trình biển, gây ra các sự cố công trình biển thảm khốc. Chính vì vậy việcxem xét các tác động bất thường ngày càng được quan tâm sâu sắc và được đưa vào hệthống tiêu chuẩn qui phạm. Lần đầu tiên DNV-1979, đề cập đến tác động bất thường trên cơ sở đưa ra “Trạngthái giới hạn phá hũy lũy tiến” (PLS: Progressive Collape Limit State), theo đó kết cấucông trình được xem xét ở giai đoạn sụp đổ (quá tải), do tác động bất thường gồm môitrường dị thường và sự cố bất thường nói chung gây ra. Phân tích đánh giá lại kết cấu Jacket là đánh giá sự phù hợp của kết cấu với mụcđích sử dụng tại thời điểm đánh giá, trong đó cần xác định khả năng quá tải của kết cấuJacket dưới tác động của môi trường biển dị thường là nguyên nhân chính gây ra các sự cốcông trình biển. PTĐGL kết cấu CTB dựa trên các trạng thái gới hạn khác như ULS, FLS thườngkhông phản ánh đúng thực tế kết cấu công trình. Cụ thể là hầu hết kết cấu công trình biểnmặc dù không thoả mãn các phân tích này nhưng vẫn tồn tại và hoạt động bình thường.Hiện nay một số qui phạm đã đưa ra các qui trình phân tích đánh giá lại kết cấu công trìnhbiển cố định đang vận hành và khai thác và đã được áp dụng rộng rãi trong thực tế tínhtoán như API RP 2A WSD, ISO 19902, trong đó đề cập đến cường độ cực hạn của côngtrình dưới tác động của tải trọng môi trường dị thường, sử dụng phương pháp phân tíchsụp đổ lũy tiến để phân tích đánh giá lại kết cấu. Việc các qui phạm đề cập đến PLS trong qui trình phân tích đánh giá lại kết cấukhối chân đế công trình biển cố định đang vận hành, khai thác đã đáp ứng được yêu cầu vàđòi hỏi của thực tế như: - Đề cập đến ảnh hưởng của các tác động bất thường, tần suất hiếm là nguyên nhân chính gây ra các sự cố hậu quả lớn - Đề cập đến việc tận dụng tối đa khả năng làm việc của kết cấu khối chân đế bằng 1
  2. 2. thép, vật liệu có tính đàn dẻo, tái bền trong giai đoạn quá tải. điều này có ý nghĩa về kinh tế, do trong giai đoạn thiết kế hiện nay chỉ xem xét vật liệu trong giai đoạn đàn hồi. - Xem xét sự làm việc của kết cấu một cách tổng thể, xác định được khả năng dự trữ an toàn, dự báo được các vị trí xung yếu, từ đó có các biện pháp phù hợp đảm bảo an toàn công trình trong quá trình vận hành khai thác - Kể đến độ tin cậy của kết cấu công trình (phân cấp công trình theo mức độ an toàn) phù hợp với xu thế phát triển của các phương pháp đánh giá an toàn và chất lượng kết cấu công trình nói chung, công trình biển nói riêng Tác động của môi trường dị thường và các tác động bất thường như cháy, nổ, vậtrơi, va chạm của các phương tiện nổi với công trình là một trong những yếu tố chính gây racác tổn thương cho công trình trong quá trình vận hành, khai thác, dẫn đến các sự cố côngtrình biển thảm khốc gây ra các tổn thất lớn về người cũng như tài sàn. Các rủi ro này đã được WOAD: “Worldwide Offshore Accident Databank”,Det Norske Veritas, Oslo, 1996 thống kê, theo đó: Trên toàn thế giới Vịnh Mexico Biển bắc Các hiện CTB di động CTB cố định CTB cố định CTB di động tượng bất 1970-79 / 80-95 1970-79 / 80-95 1970-79 / 80-95 1970-79 / 80-95 thường Lốc 18.8/11.4 2.5/0.9 2.2/1.1 2.6/1.6 Va chạm 24.6/14.6 1.6/1.0 1.3/0.7 5.1/6.3 Vật rơi 4.2/6.1 0.5/0.8 0.1/0.4 10.3/10.6 Nổ 7.4/3.3 0.7/1.6 0.3/0.4 2.6/8.3 Cháy 12.3/11.9 2.0/7.5 1.0/7.8 18.0/42.5 Sụt lún nền 6.1/3.3 - - - KC hư hỏng 25.6/18.4 0.5/0.6 0.4/0.5 10.3/6.0 Bảng 1: Thống kê các sự cố công trình biển 2
  3. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CHÍNH ND2 Kết cấu công trình biển Phân tích kết cấu Trạng thái giới hạn cố định bằng thépTính toán kết cấu mới PTĐGL kết cấu Trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn Trạng thái giới hạn Trạng thái phá hủy Kết cấu khối chân đế Kết cấu thượng tầng (KC MỚI) (KC CŨ) cực hạn (ULS) phục vụ (SLS) mỏi (FLS) lũy tiến (PLS) (JACKET) (TOPSIDE) Phân tích theo mức độ Phân tích theo mức độ Phân tích CT ở trạng Tải trọng thiết kế thiết kế thái sụp đổ ( quá tải) môi trường biển là trội Phân tích cường độ Phân tích cường độ RSR (L-1, L-2, L-3) Tác động của cực hạn cực hạn Môi trường dị thường Phân tích rủi ro công Hệ số cường độ dự Bão có tần xuất vượt trình trữ RSR <10-4 Mô hình hóa phần tử Động đất có tần suất khuyết tật vượt <10-4 Các Tác động Phi tuyến vật liệu, Tác động của “ Bất thường “ hình học Sự cố bất thường Các vấn đề khác liên Cháy, nổ . . . quan . . . Phân tích rủi ro công Tải trọng vật rơi trình (Rủi ro mức 1, 2, 3 ) Va chạm của các phương tiện nổi Hình 1: Phạm vi nghiên cứu chính của sản phẩm 2 – DDTB11.4 3
  4. 4. Các tính toán, thiết kế hay PTĐGL các công trình biển đều nhằm mục đích đảmbảo an toàn con người và tài sản trên các công trình biển. Do vậy tác động của môi trườngdị thường và tác động sự cố ( cháy, nổ, vật rơi...) càng được quan tâm sâu sắc và được đưavào hệ thống tiêu chuẩn qui phạm. Để đáp ứng với các yêu cầu thực tế, các thế hệ tiêu chuẩn qui phạm đặc biệt là quiphạm API đã có sự điều chỉnh phù hợp, phát triển theo thời gian, qua các sự cố thực tế xảyra (đặc biệt là qua các cơn bão ở vịnh Mexico), cùng với sự hỗ trợ của các tiến bộ của khoahọc kỹ thuật.Theo đó nguyên tắc chung mà các tiêu chuẩn qui phạm khuyến cáo là sử dụng cường độ dựtrữ cho kết cấu, thêm hệ số an toàn cho các trang thiết bị, hay các qui trình vận hành trêngiàn khoan. Nhờ các hệ số an toàn dự trữ này mà giảm thiểu tổn thất về người cũng nhưcác rủi do do tác động của môi trường dị thường và các tác động bất thường ngẫu nhiên. Đề cập đến các tác động của môi trường dị thường và tác động bất thường ở trạngthái quá tải t , rạng thái giới hạn PLS ngày nay đã trở thành một lĩnh vực được nhiên cứusâu sắc trong đó có hướng nghiên cứu phương pháp luận đánh giá rủi ro và độ tin cậy củakết cấu công trình. Hình 2: Sự điều chỉnh và phát triển của hệ thống qui phạm API 4
  5. 5. Trạng thái giới hạn PLS Khái niệm1. Theo NPD [3]: “ Trạng thái giới hạn phá hủy lũytiến là trạng thái phản ánh khả năng của công trìnhchống lại sự sụp đổ dưới tác động của các điều kiện sựcố hay bất thường ”.2. Theo DnV 1993 [2]: “Trạng thái giới hạn phá hủylũy tiến tương ứng với quá trình phá hủy lũy tiến, trôirạt tự do, lật hay chìm của công trình biển khi chịu tácđộng của các tải trọng sự cố hay bất thường ”.Liên quan đến 02 định nghĩa về trạng thái PLS nói trêncần lưu ý:- Các công trình biển nói chung bao gồm: Các côngbiển cố định, các công trình biển di động, và cácphương tiện nổi. do vậy các khái niệm “ trôi rạt tự do”,“ lật hay chìm” chỉ liên quan đến các công trình biểndi động và các phương tiện nổi.- Các tác động sự cố hay bất thường bao gồm: + E: Tác động của môi trường dị thường ( bão, động đất có tần suất hiếm). + A: Tác động của các sự cố nói chung như: Cháy, nổ, vật rơi,va chạm của các phương tiện nổiKết cấu câng trình biển cố định nói chung theo hình 4 gồm: - Kết cấu cấu thượng tầng - Kết cấu chân đế - Kết cấu cọcKết cấu Jacket bao gồm: Kết cấu chân đế + Kết cấu cọc Nếu xem tác động của môi trường dị thường và sự cố bất thường (đây là các tácđộng có tần suất hiếm) gọi chung là “ các tác động bất thường “, với đối tượng nghiên cứulà kết cấu Jacket, trạng thái giới hạn PLS trong PTĐGL kết cấu Jacket có thể được phátbiểu như sau: “ Trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS) của kết cấu Jacket là trạng tháiphản ánh khảng năng chống lại sự sụp đổ của kết cấu Jacket do các tác động bất thườnggây ra” 5
  6. 6. Như vậy có thể hiểu rằng Trạng thái giới phá hủy lũy tiến (PLS) xem xét trạng tháilàm việc “Quá tải” của kết công trình do các “ tác động bất thường “ gây ra. Thöôïng taà ng Chaân ñeá Coïc Hình 3: Sơ đồ kết cấu công trình biển Đặc điểm: - Trạng thái PLS xem xét tác động bất thường, đây là các tác động thường liên quan đến quá trình giải phóng năng lượng ( thế năng, động năng, nhiệt năng), liên quan đến chuyển vị lớn và ứng suất nằm ngoài miền đàn hồi. Do vậy các bài toán đàn hồi đã được sử dụng trong trạng thái giới hạn cực hạn ULS nhìn chung không phù hợp. - Các tác động bất thường cần phải được mô tả bằng các đại lượng ngẫu nhiên theo lý thuyết xác suất , chính vì vậy trạng thái PLS thường dùng các phương pháp phân tích rủi ro ( dựa trên lý thuyết xác suất ) nhằm định tính và định lượng mức độ an toàn của kết cấu - Xem xét công trình ở trạng thái sụp đổ tức là xem xét kết cấu công trình một cách tổng thể, có thể một số nút phần tử bị quá tải nhưng công trình chưa sụp đổ. Đều này khác hoàn toàn với các trạng thái giới hạn khác như ULS, FLS, theo đó kết cấu công trình được xem là đủ khả năng chịu lực nếu tất cả các nút, phần tử có hệ số sử dụng hay tuổi thọ mỏi nhỏ hơn cho phép. - Quá trình sụp độ của kết cấu là qúa trình phức tạp phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu kết cấu ( đặc biệt là vật liệu thép là vật liệu đàn dẻo phi tuyến, tái bền) liên 6
  7. 7. quan đến sự phân phối lại ứng suất, độ cứng tổng thể của kết cấu công trình khi có một số nút, phần tử bị qúa tải. - Xem xét vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn dẻo, tái bền là tận dụng tối đa khả năng làm việc của vật liệu. Đặc điểm này rất có ý nghĩa vì trong giai đoạn thiết kế nói chung hiện nay, các trạng thái ULS, FLS, SLS chỉ xem xét kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi. Phương pháp phân tích, đánh giá. Do những đặc điểm nêu trên phương pháp phân tích đánh giá công trình theo PLSgồm 02 phương pháp chính - Phân tích rủi ro - Phân tích cường độ cực hạn1. Phương pháp phân tích rủi roNội dung:Phương pháp phân tích rủi do dựa trên nguyên tắc xác định định tính và định lượng mức độrủi ro của công trình trên cơ sở: - Xác định tần suất và hậu quả của các tác động - Xác định rủi ro của các tác động = Tần xuất x Hậu quả của các tác động - Đồi chiếu với ma trận rủi để xác định mức độ rủi do của công trìnhCác qui phạm hiện nay thướng phân mức độ rủi ro theo 03 mức - Mức 1: Rủi ro lớn - Mức 2: Mức độ rủi ro trung bình - Mức 3: Mức độ rủi ro nhỏVới các công trình có mức độ rủi ro lớn ( Mức 1, mức 2) chỉ cần phân tích theo phươngpháp này1. Phương pháp Cường độ cực hạnNội dung:Phương pháp này xác định cường độ cực hạn của kết cấu trên cơ sở xem xét vật liệu làmviệc ngoài miền đàn hồi, biên dạng lớn02 phương pháp sau đã được sử dụng rộng rãi trong tính toán phân tích giàn khoan biển làphương pháp Push-over (a.1) và Miền thời gian (a.2).a.1 Phương pháp Push-over Phương pháp này phân tích kết cấu ở giai đoạn sụp đổ do tácđộng của tải trọng ngang, kế đến biến dạng dẻo và chuyển vị lớn. Mô hình tính xét đến sự 7
  8. 8. suy giảm và phân phối lại độ cứng tổng thể khi có các nút, phần tử chảy dẻo hoàn toànkhông còn khả năng chịu lực. Phương pháp này phù hợp trong tính toán cường độ cực hạncủa kết cấu dưới tác dụng của môi trường - phân tích được quá phá hủy của công trình khitải trọng môi trường ( sóng, gió, dòng chảy ) là yếu tố rủi do trội., điều này là phù hợp vớithực tếa.2. Phương pháp phân tích theo miền thời gian: Phương pháp này tphân tích kết cấuchịu tác động của các tải trọng có tính chu kỳ, phù hợp với phân tích động trong đó hàmcủa tải trọng lặp phù hợp với chu kỳ lặp của biến dạng và nội lực trong phần tử. Phươngpháp này phù hợp trong tính toán va trạm giữa các phương tiện nổiTóm lại: Khi ngiên cứu đến Trạng thái giới hạn PLS, các vấn đề liên quan được thể hiệntheo sơ đồ sau Trạng thái giới hạn PLS Sự sụp đổ của Các tác động KCCT “Quá tải” “ Bất thường “ Quá tải Phương pháp “Môi trường dị ” Sự cố ” đánh giá thường “ Vật liệu đàn dẻo PP Cường độ Động đất tần Cháy cực hạn suất hiếm Quá tải cục bộ Phương pháp Bão tần suất Nổ Push-over hiếm Quá tải tổng thể Phân tích theo Vật rơi miền thời gian Phương pháp Va chạm của phân tich rủi ro phương tiện nổi Các tải trọng bất thường khác Hình 4: Tóm tắt các vấn đề chính liên quan đến trạng thái giới hạn PLS 8
  9. 9. Phạm vi ứng dụng Thiết kế mới Phân tích đánh giá lại Kết cấu Phương pháp Phương pháp Phương pháp Phương pháp phân tích rủi ro cường độ cực phân tích rủi ro cường độ cực hạn hạn Thượng tầng Áp dụng cho Áp dụng cho Áp dụng cho Xác định lại khả ( Sự cố Cháy, công trình có các công trình công trình có năng chịu lực nổ vật rơi..) là mức độ rủi ro có mức độ rủi mức độ rủi ro bằng cường độ trội 1,2 và 3 ro 3, cho phép 1,2 và 3 dự trữ phần tử được làm việc ngoài miền đàn hồiKết cấu Jacket Chưa áp dụng Chưa áp dụng Chưa áp dụng Xác định cường( Tác động của ( Tác động của ( không cho ( Tác động của độ dự trữ môi trường là môi trường là phép làm việc môi trường là ( Phương pháp trội) trội) ngoài miền đàn trội) Push-over) hồi) Áp dụng cho cả Áp dụng cho Áp dụng cho cả Xác định cườngCác kết cấu phụ công trình có các công trình công trình có độ dự trữtrợ ( giá cập tàu, mức độ rủi ro có mức độ rủi mức độ rủi ro ( Phương pháp sàn sân bay) 1,2 và 3 ro 3, cho phép 1,2 và 3 phân tích theo phần tử được miền thời gian) làm việc ngoài miền đàn hồi Áp dụng cho Áp dụng cho Áp dụng cho cả Xác định lại khả Tổng thể công công trình có các công trình công trình có năng chịu lựctrình ( Thượng mức độ rủi ro có mức độ rủi mức độ rủi ro bằng cường độtầng + Jacket + 1,2 và 3 ro 3, cho phép 1,2 và 3 dự trữkết cấu phụ trợ) phần tử được làm việc ngoài miền đàn hồiMột vài điểm lưu ý về phậm vi ứng dụng của trậng thái PLS 1. Các tác động bất thường chỉ đưa vào xem xét, phân tích rủi ro khi có tần suất vượt hàng năm nhỏ hơn hoặc bằng 10-4 ( theo DnV[2] đây là giá trị tần suất vượt hàng năm cho phép [Pof] được đề cập chi tiết trong 2.2.4 ) 2. Trong 02 phương pháp phân tích, mức độ sử dụng của từng phương pháp là khác nhau, trong đó: Phương pháp phân tích rủi ro chủ yếu được đưa vào trong giai đoạn thiết kế (kết cấu chưa bị tổn thương) bao gồm xác định vị trí công trình, qui mô công trình . . . và đặc biệt là bố trí các thiết bị . . . nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của các sự kiện ngẫu nhiên xảy ra. Phương pháp phân tích cường độ cực hạn chủ yếu được đưa vào trong PTĐGL ( kết cấu đã bị tổn thương) nhằm xác định cường độ dự trữ RSR của công trình, xác định được mức độ quá tải của công trình dưới tác động của môi trường biển dị thường, đây là yếu tố ngẫu nhiên trội đối với kết cấu Jacket. 9
  10. 10. PTĐGL kết cấu công trình biển Yêu cầu về việc PTĐGLMục đích của việc PTĐGL kết cấu công trình là xác định sực phù hợp của kết cấu với yêucầu sử dụng tại thời điểm đánh giá. Công trình dầu khí biển là những công trình chịu rủi docao do tải trọng ngẫu nhiên ( cháy, nổ, vật rơi . . ), cũng như chịu tác động của môi trườngbiển khắc nhiệt trong suốt đời sống công trình. Đồng thời trong quá trình sử dụng, côngtrình thường có những thay đổi yêu cầu sử dụng và có các hư hỏng đáng kể. Do vậy cầnPTĐGL để xác định sự phù hợp của kết cấu công trình tại thời điểm đánh giá.Đánh giá lại công trình biển đang vận hành khai thác còn nhằm kéo dài đời sống công trìnhhay đánh giá lại công trình do các đòi hỏi của thực tế như thêm người ở, công trình bị tổnthương đáng kể.việc sử dụng lại các công đã cận hành và khai thác dùng trong nhiềutrường hợp. thậm trí xét về mặt kinh tế người ta còn nâng cấp công trình cũ để sử dụngthay vì phải lắp đặt công trình mới. PTĐGL nhằm kéo dài thêm thời gian hoạt động cầnphải khẳng định rằng các rủi ro cho kết cấu công trình là chấp nhận được.Theo API RP 2A (WSD ) trong các trường hợp sau công trình cần phải PTĐGL:1. Thêm người ở trên CTB Nếu “ Mức độ an toàn nhân” mạng bị thay đổi lên mức độ an toàn cao hơn thì công trình biển cần phải được phân tích đánh giá lại2. Thêm các trang thiết bị trên CTB Nếu hoạt tải trong trong quá trình vận hành vượt lên so với hoạt tải tính toán đã được chấp nhận trong lần đánh giá gần nhất do việc thêm các trạng thiết bị ( ví dụ như thêm đường ống, đầu giếng hoặc nâng công suất đáng kể khối thượng tầng) hoặc “ Mức độ hậu quả thiệt hại “ theo phân cấp công trình theo mức độ thiệt hại thay đổi thì công trình cũng cần phải được đánh giá lại3. Tải trọng tác dụng lên kết cấu công trình tăng Nếu kết cấu bị thay đổi là nguyên nhân làm cho tải trọng tăng lên đáng kể ( tăng 10%) so với tải trọng đã được đưa vào từ đánh giá thiết kế hoặc tải trọng đã được chấp nhận trong lần đánh giá trước đổi thì công trình cần phải được đánh giá lại.4. Chiều cao sàn công tác không đảm bảo Nếu công trình có chiều cao sàn công tác không đảm bảo theo như qui định, hoặc không được thiết kế để chịu tác động của tải trọng sóng, cần phải đánh giá lại5 Có các khuyết tật trong quá trình khảo sát PTĐGL cần được thực hiện để đánh giá lại sự phù hợp của kết cấu công trình so với mục đích sử dụng khi có những tổn thương đáng kể ( giảm 10% khả năng chịu lực) của các kết cấu chính ( các khuyết tật, tổn thương này được tìm thấy trong quá trình khảo sát, bao gồm cả khảo sát theo định kỳ và khảo sát đặc biệt ) Những hư hỏng kết cấu nhỏ có thể được xem xét bằng các phân tích phù hợp mà không cần thực hiện các đánh giá chi tiết. Những tổn thương sau khi xem xét thấy 10
  11. 11. không đáng kể cũng cần được thống kê lại, tuy nhiên ảnh hưởng tích lũy của các hư hỏng này cần phải được thống kê và và xem xét trong các đánh giá chi tiết. Qui trình Phân tích đánh giá lạiPTĐGL kết cấu nhìn chung gồmnhững bước sau (hình 5): 1. Bước 1: Phân loại và xác định công trình cần đánh giá ( dựa và các điều kiện đánh giá sơ bộ), trên cơ sở xem xét các điều kiện trong 1.3.1. 2. Bước 2: Xác định những mục đích sử dụng trong tường lai (nếu có) của công trình. 3. Bước 3: Phân cấp công trình theo 3.2.2 và phân loại công trình theo mức độ rủi ro của phá hủy theo 2.2.4 4. Bước 4: Xem xét các dữ liệu liên quan đến PTĐGL như ( thiết kế, xây dựng, lắp đặt và toàn bộ quá trình vận hành, khai thác, rà xoát các hư hỏng lớn, thay đổi lớn, các thay đổi xo với thiết kế, các số liệu về khảo sát, duy tu . . .) 5. Bước 5: Phân tích đánh giá ( 03 phương pháp chính ) 6. Bước 6: So sánh các chỉ số đánh giá với các tiêu chuẩn 7. Bước 7: Nếu bước 6 được chấp nhận, đưa gia các qui trình cho khảo sát duy tu, bảo dưỡng định kỳ 8. Bước 8: Nếu bước 6 không được chấp nhận, cần đưa ra Hình 5: Qui trình PTĐGL kết cấu CTB các giải pháp “giảm tải” công trình. Phương pháp phân tích đánh giá lại 11
  12. 12. Vị trí của TTGH PLS trong PTĐGL PTĐGL KC (kết cấu đã bị tổn thương) (03 Phương pháp) Phương pháp (1) Phương pháp (2) Phương pháp (3) Phân tích theo mức độ Phân tích theo cường độ Phân tích rủi ro thiết kế cực hạn (Phương pháp xác suất) ULS,FLS,SLS) ( PLS) (PLS) TẢI TRỌNG PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG PHÂN TÍCH TÁC ĐỘNG ĐÁNH GIÁ- Tải trọng môi trường bão - Phân tích tuyến tính - Tải trọng môi trường dị - Phân kết cấu ở giai - Tác động của các yếu tố - Đánh giá rủi ro theo 100 năm (80%) - Vật liệu làm việc trong thường ( bão có tần xuất đoạn quá tải, bất thường ngẫu nhiên ( phân cấp công trình- Không tính toán các tải miền đàn hồi hiếm hay động đất) - Vật liệu làm việc ngoài cháy, nổ, vật rơi . . .) trọng bất thường ngẫu miền đàn hồi - Tổ hợp của các tác động nhiên ngẫu nhiên Qui trình đánh giá công trình chịu tác động của Môi trường ( phương pháp 1+2) Qui trình đánh giá công trình chịu các tác tác động của Sự cố (phương pháp 3+2) Hình 6: Vị trí của PLS trong PTĐGL đối chiếu với qui trình PTĐG của API RP2A 12
  13. 13. Theo [16] hiện nay có 03 phương pháp chính dùng trong phân tích đánh giá lại kết cấuCTB đó là: - Phân tích theo mức độ thiết kế - Phân tích cường độ cực hạn - Phân tích rủi roTương ứng API đưa ra 02 qui trình đánh giá tường ứng với 03 phương pháp trên - Qui trình đánh giá công trình chịu tác động của môi trường - Qui trình đánh giá công trình chịu các tác tác động bất thường ngẩu nhiênKết luận a. Trạng thái giới hạn PLS xem xét sự làm việc quá tải của một bộ phận hoặc tổng thể kết công trình do các “tác động bất thường” gây ra. Các phân tích tính toán trong giai đoạn quá tải liên quan đến chuyển vị lớn và ứng suất nằm ngoài miền đàn hồi. b. Trạng thái giới hạn PLS đề cập đến các tác động có tính bất thường, ngẫu nhiên do vậy các tác động này cần được mô tả bởi các đại lượng ngẫu nhiên theo lý thuyết xác suất thống kê. c. PTĐGL kết cấu công trình biển nói chung, kết cấu Jacket nói riêng gồm 03 phương pháp chính với ưu nhược điểm như sau: - Kiểm tra theo mức độ thiết kế: đây là phương pháp an toàn do sau thời gian vận hành những hiểu biết của chúng ta về kết cầu đã rõ ràng so với giai đoạn thiết kế. - Phương pháp phân tích cường độ cực hạn: chỉ kế đến một phần những rủi ro trong đời sống công trình mà chúng ta phải phân tích ( tác động của tải trọng môi trường theo phương ngang) tuy nhiên phương pháp này phân tích được quá phá hủy của công trình khi tải trọng môi trường ( sóng, gió, dòng chảy ) là yếu tố rủi do trội, điều này là phù hợp với thực tế. - Đánh giá theo phương pháp phân tích rủi ro: là phương pháp đề cập đến tất cả các tác động bất thường, tuy nhiên phương pháp này đưa ra các mô hình độc lập và kết quả là không thống nhất giữa các nhóm phân tích. Điều quan trọng phương pháp này phân tích được các kịch bản có thể xảy ra làm phá hủy kết cấu công trình. Tìm được phương pháp để bảo vệ công trình nếu kịch bản đó xảy ra. d. Qui trình PTĐGL gồm 02 qui trình tương ứng với 02 phương pháp: - Qui trình PTĐGL công trình dưới tác động của môi trường 35
  14. 14. → tương ứng với Phương pháp phân tích cường độ cực hạn - Qui trình PTĐGL công trình dưới tác động của hiện tượng bất thường → tương ứng với Phương pháp phân tích rủi ro e. Mức độ sử dụng của từng phương pháp: - Phương pháp phân tích rủi ro chủ yếu được đưa vào trong giai đoạn thiết kế (trong xác định vị trí công trình, qui mô công trình . . . đặc biệt là bố trí các thiết bị) nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của các sự kiện ngẫu nhiên xảy ra. - Phương pháp phân tích cường độ cực hạn chủ yếu được đưa vào trong PTĐGL (trong xác định cường độ dự trữ của công trình) xác định được mức độ quá tải của công trình dưới tác động của môi trường biển dị thường, đây là yếu tố ngẫu nhiên trội đối với kết cấu Jacket.2:II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA TTGH PLSĐặt vấn đềTheo định nghĩa về trạng thái giới hạn PLS được trình bày trong các kết luận tại 1.2.1 vàcác kết luận trong 1.5, trạng thái giới hạn PLS xem xét - Các tác động bất thường - Sự sụp đổ của công trình do các tác động bất thường gây ra Khi xuất hiện một sự kiện như bão, cháy, nổ . . . , tác động của sự kiện này sẽ gâyra tải trọng trực tiếp hoặc gián tiếp lên công trình. Khi phân tích đánh giá rủi ro ta quan tâmđến sự kiện và tổ hợp các sự kiện, khi đánh sức chịu tải của kết cấu công trình ta quan tâmđến tải trọng ( Sự kiện → Tác động → Tải trọng ). Các công trình biển chịu rất nhiều loại “tải trọng “, các “tải trọng” này tác dụng trực tiếp lên công trình như trọng lượng bản thâncủa kết cấu, hoạt tải . . . hoặc gián tiếp tạo ra tải trọng bằng bởi gây ra biến dạng, thay đổigia tốc trong trường hợp nền bị dịch chuyển hay động đất. ISO 1999 đưa ra khái niệm “Tác động” để thể hiện “ Tải trọng” nói chung. Chínhdo yếu tố bất thường ngẫu nhiên nên các tác động bất thường cần được biểu diễn bằng cácđại lượng ngẫu nhiên, đặc chưng bởi các thông số xác xuất, DnV đưa chỉ số xác suất vượthàng năm của đại lượng ngẫu nhiên trong xác định đặc trưng ngẫu nhiên của các tác độngbất thường. Xem xét công trình ở trạng thái sụp đổ là xác định khả năng chịu lực cực hạn củacông trình. Điều này rất có ý nghĩa với các công trình đang hoạt động, để có thể định lượngđược mức độ an toàn của công trình. Điều này có nghĩa là trong các phân tích cần đưa vàotính toán tối đa khả năng làm việc của vật liệu. Quá trình sụp đổ của công trình phụ thuộc 36
  15. 15. rất nhiều vào đặc trưng vật liệu, do vậy cùng một dạng công trình nhưng chế tạo bằng cácvật liệu khác nhau sẽ có quá trình sụp đổ khác nhau. Mặt khác do cần định lượng hóa mức độ an toàn của công trình nên phương phápPLS xem xét đến mức độ an toàn cho phép của các công trình trên cơ sở phân cấp các côngtrình biển.Chính vì vậy phương pháp luận của TTGH PLS dựa trên các cơ sở sau: - Xem xét các tác động bất thường trên cơ sở mô tả bằng các đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng bởi các thông số xác suất. ( 2.2 Các tác động bất thường ) - Xem xét quá trình sụp đổ công trình dưới tác động của các tác động bất thường trên cơ sở kể đến sự làm việc tối đa của vật liệu, đặc biệt với các vật liệu có tính đàn dẻo. Thông thường trong tính toán thiết kế chỉ xem xét vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi ( 2.3 Vật liệu đàn dẻo và quá trình sụp đổ công trình ) - Xem xét đến mức độ an toàn cho phép của các công trình trên cơ sở phân cấp các công trình biển (2.4 Phân cấp công trình )Các tác động bất thường Khái niệm Tác động nói chung gồm 2 loại: Tác động “bất thường” và Tác động “bình thường”trong đó hầu hết các trường hợp quá tải là liên quan đến tác động bất thường a. Các tác động “bình thường “ là các tác động gây ra tĩnh tải, hoạt tải (P, F), các tác động này không phải là thanh phần chính gây ra hiện tượng quá tải. b. Tác động bất thường: Các tác động bất thường là các tác động gây ra do các sự kiện rủi ro bất thường như cháy, nổ, vật rơi, bão tần suất hiếm (A,E) . . . Tác động bất thường gây ra các tải trọng bất thường, theo tiêu chuẩn DNV, tải trọng bất thường là các tải trọng có tần suất hiếm, khó xác định (ill-defined) cường độ và tần suất, tải trọng loại này thường xảy ra do hệ quả của một hiện tượng bất thường, hay ngoại lệ. Tải trọng bất thường cũng đã được qui định và phân loại trong NPD regulations [4], API-RP2A [3], BS6235 [1] hay DOE-OG rules [5].Tác động bất thường gồm: Tác động của môi trường dị thường (E) và Tác động của các sựcố (A) 37
  16. 16. Phân loại các tác động bất thườnga. Tác động của điều kiện môi trường dị thường (E)Tải trọng môi trường dị thường ( tải trọng môi trườngcó tần suất hiếm ) bao gồm: - Tải trọng môi trường dị thường - Tải trọng động đấtTác động của môi trường biển cực hạn thường dosóng, gió, dòng chảy gây ra. Ảnh hưởng của chúngphụ thuộc vào kết cấu công trình và điều kiện thời tiếttại vị trí xây dựng công trình. Các tác động của môitrường phụ thuộc vào giá trị lớn nhất và thời gian tácđộng. Việc xem xét ảnh hưởng của thời gian tác độnglà rất quan trọng, quyết định đến phản ứng của côngtrình, tuy nhiên thường thì yếu tố thời gian được bỏqua và các “tác động” được xem là tĩnh hoặc tựa tĩnh.b. Tác động của các sự cố (A)Các sự cố bất thường có thể gồm: - Cháy - Nổ - Vật rơi - Va chạm của tàu, trực thăng - ... - Tổ hợp của các hiện tượng bất thường trên . . . Mô tả các tác động bất thường bằng các đại lượng ngẫu nhiênCác tác động bất thường là các sự kiện mang tính chất ngẫu nhiên, không thể định lượnghóa theo một giá trị cụ thể nào đó mà phải nhờ vào các công cụ của lý thuyết xác suấtGọi X là đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho xác suất xuất hiện của tác động bất thường cóchu kỳ X năm mới có 1 lần ( Tần xuất suất hiện X năm).Đại lượng ngẫu nhiên còn gọi là biến ngẫu nhiên ký hiệu bằng các chữ in A, B, C . . . 38
  17. 17. Theo lý thuyết xác suất thống kê, ta có thể dùng các đại lượng ngẫu nhiên X để mô tả cáctác động như đã phân loại với ký hiệu như sau: - Tác động của môi trường E - Tác động của động đất Q - Cháy F ( Fire) - Nổ B ( Blast ) - Vật rơi D ( Drop ) - Va trạm của tàu, trực thăng C ( Collision ) - Tổ hợp của các tác động bất thường trên L L = [E ∩ Q ∩ F ∩ B ∩ D ∩ C ∩ . .]a. Trong trường hợp tác động xem xét một cách độc lậpTa có:- F(x) là hàm ngẫu phân phối của biến ngẫu nhiên X- Hàm mật độ phân phối f(x) = dF(x)/dx- Fx = ∫ f(x) dx- Xác suất xuất hiện của đại lượng ngẫu nhiên X ứng với giá trị Hình 7: Quan hệ giữa xác suất xuất hiện và xác X< x là: suất vượtF(x) = P (X<x) với tính chất của hàm phân phối 0≤ F(x) ≤1- Xác xuất vượt của đại lượng ngẫu nhiên X ứng với giá trị X< x là: Pof(x) = 1- P (X<x) = P (x>X) do P ( X<x) = 1/X Pof(x) = 1- 1/X- Xác xuất vượt hàng năm của đại lượng ngẫu nhiên X ứng với giá trị X< x là: Pof(x) = (1- 1/X)/XVí dụ với tác động bão có tần xuất lần lượt là 10, 100, 10000 năm mới có 1 lần ( X=10,100, 10000)- Xác suất vượt hàng năm của E10, E100, E10000 là: 39
  18. 18. Pof(e10) = (1-1/10)/10 = 10-1 Pof(e100) = (1-1/100)/100 = 10-2 Pof(e10000) = (1-1/10000)/10000 = 10-4- Giá trị xác suất vượt hàng năm cho các tác động bất thường tương ứng chu kỳ lặp X= 10,100, 10000 được thống kê theo bảng sau: Xác suất vượt hàng năm Pof Tác động bất thường 10 100 10000 Bão (E) 10-1 10-2 10-4 Động đất (Q) 10-1 10-2 10-4 Cháy (F) 10-1 10-2 10-4 Nổ (B) 10-1 10-2 10-4 Vật rơi (D) 10-1 10-2 10-4 Va trạm (C) 10-1 10-2 10-4b. Trong trường hợp tác động xem xét là tổ hợp của nhiều tác động L = [E ∩ Q ∩ F ∩ B ∩ D ∩ C ∩ . .]Khi đó ta sử dụng các phép tính xác xuất để xác địnhKhi A & B là hai sự kiện độc lậpP ( A+B) = P(A) + P(B)P(AB) = P(A).P(B)P(A/B) = P(A)P(B/A) = P (B)Khi A & B là hai sự kiện độc lậpP ( A+B) = P(A) + P(B)Ví dụ xét hai sự kiện cháy và nổ có tần xuất suất hiện 10 năm + Nếu hai sự kiên này là độc lập ( không ảnh hưởng hay là điều kiện của nhau ) - P(F10) = 1/10 40
  19. 19. - P(B10) – 1/10 - P(F10B10) = P(F10).P(B10) = 1/10*1/10 = 1/100 Xác suất vượt hàng năm Fof(f10b10) = (1- 1/100)/10 = 0.099 +Nếu sự kiện nổ (B) chỉ xảy ra khi có sự kiện cháy F - P(B10/F10) = P(BF)/P(F) = 1/10*1/10/1/10 = 1/10 Xác suất vượt hàng năm Fof(b10/f10) = (1- 1/10)/10 = 0.09 Tần xuất vượt giới hạn của các tác động bất thườngCác tác động bất thường được đưa vào tính toán được xác định bằng tần xuất vượt giới hạnhàng năm: [Pof] = P ( X ≥ x)] = 1- [F(x)] Với tác động của các cơn bão ( tác động môi trường) trong thực tế: các cơn bão cótần xuất hiện X năm mới có một lần ( X càng lớn ) thì xác suất xuất hiện F(x) càng nhỏ vàxác suất vượt càng tăng ( β ≥ α thì F(β) ≤ F(α) ). Như vậy hàm phân phối F(X) là hàmgiảm, ta có: Xác xuất vượt giới hạn Bão có tần xuất suất hiện X Tên gọi[Pof] = [P ( X ≥ x)] = [1- F(x)] năm mới có 1 lần tương ứng1/10000 = 10-4 X = 10.000(năm) Bão 10.000 năm1/100 =10-2 X = 100 (năm) Bão 100 năm1/10 = 10-1 X = 10 (năm) Bão 10 nămCác phân tích trên phù hợp với giá trị bão tính toán trong trạng thái PLS được qui địnhtrong NPD [3], theo đó qui định, trong quá trình phân tích tính toán trạng thái giới hạnPLS với các tác động bất thường cần được tính toán như sau:Tác động ngẫu nhiên Các yêu cầu trong thiết kếCháy Tải trọng do nhiệt độ cho phép 72-200 KW/Hr/m2Nổ Áp lực nổ ( Ứng suất dư/ Đàn dẻo) 41
  20. 20. Vật rơi Năng lượng vật rơi 3000 KJ (Ứng suất dư)Va chạm của các phương tiện nổi Va trạm trong vận hành ( 500 - 1000KJ) Va trạm do tai nạn ( 10000 – 14000 KJ) Đàn dẻoĐộng đất Tần suất 10.000 năm ( Đàn dẻo)Điều kiện môi trường cực hạn Tần suất 10.000 năm (Đàn dẻo hoặc cường độ cực hạn) Tổ hợp tác động bất thường trong trạng thái PLSDNV [2] qui định tổ hợp các tải trọng bất thường trong PLS nói riên và các trạng thái giớihạn khác nói chung như sau: Vật liệu đàn dẻo và quá trình sụp đổ công trình Khái niệmHình 3 thể hiện mối quan hệ giửa cường độ và biến dạng của kết cấu công trình. Theo đócông trình được xem là sụp đổ khi tải trọng tác dụng vượt quá cường độ cực hạn (quá tải ) Hình 8: quan hện giữa Cường độ và chuyển vị của kết cấu công trìnhTrạng thái sụp đổ là trạng thái của công trình khi tải trọng tiếp tục tăng thì chyển vị tổngthế của cống trình tiến tới vô cùng. Ở đây được hiểu là do một hay nhiều bộ phận hoặctoàn bộ kết cấu công trình bị quá tải dẫn đến sự sụp đổ của toàn bộ kết cấu công trình.Trước giai đoạn công trình sụp đổ, chấp nhận một số phần tử trong toàn bộ kết cấu bị hưhỏng cục bộ hay phá hủy mà không làm cho toàn bộ kết cấu công trình bị sụp đổ ( khi mộtphần tử bị phá hủy sẽ có sự phân phối lại độ cứng, và độ cứng tổng thể của kết cấu vẫnđảm bảo công trình không bị sụp đổ) 42
  21. 21. - Trạng thái giới hạn này thường giải quyết các vấn đề về phương án kết cấu hay đặc tínhvật liệu hơn là các tính toán thông thường.- Trạng thái giới hạn này kết cấu phải được nghiên cứu tổng thể- Tính toán theo trạng thái này này khẳng định rằng kết cấu không bị sụp đổ trừ khi giá trịtải trọng thiết kế do các tác động bất thường gây ra bị vượtDo liên quan đến chuyển vị lớn và trạng thái quá tải nên cần xem xét sự làm việc của vậtliệu trong giai đoạn đàn dẻo Vật liệu đàn dẻo Hình 9 thể hiệnđường cong quan hệ giữaứng suất và biến dạng củavật liệu đàn dẻo phi tuyến,tái bền trong đó - OA: Giai đoạnđàn hồi tuyến tính - AB: Đàn dẻophi tuyến Hình 9: Sự tương tự giữa không gian ứng suất hai chiều và - BC: Thềm dẻo đường cong kéo của vật liệu - CD: Chảy dẻo - CO’: Giai đoạntái bền. Tương ứng là cácmiền đàn hồi, miền đàndẻo và miền dẻo 43
  22. 22. Xét phần tử chịu tải trọng (hình 10), phươngtrình mặt đàn dẻo của vật liệu phần tử:  N Q y Qz M x M y M z Γ= f , , , , ,  −1  N y Q yp Q zp M xp M yp M zp   Γ = 0 Ứng suất trong phần tử nằm ở miền chảy dẻo.Γ = -1 Phần tử không chịu lực.Trong đó: N,Qy,Qz,Mx,My,Mz là lực dọc, lực Hình 10: Sơ đồ phần tử chịu tải trọngcắt, mô men tính toán; Ny,Qyp,Qzp,Mxp,Myp,Mzplà lực dọc, lực cắt, mô men tương ứng gây raứng suất chảy dẻo.Qúa trình làm việc của vật liệu phần tử trải qua 3 giai đoạn điển hình (hình 11)- Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi.- Vật liệu bắt đầu chảy dẻo (đàn dẻo).- Vật liệu chảy dẻo hoàn toàn. N/Np N/Np N/Np 1.0 1.0 1.0 0.8 0.8 0.8 Fp Fp Fp 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 Fy Fy Fy 0.2 0.2 0.2-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 M/Mp -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 M/Mp -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 M/Mp -0.2 -0.2 -0.2 -0.4 -0.4 -0.4 -0.6 -0.6 -0.6 -0.8 -0.8 -0.8 -1.0 -1.0 -1.0 Hình 11: Sơ đồ làm việc của vật liệuPhân cấp công trình biển Phân cấp CTB theo an toàn nhân mạng và hậu quả phá hủyAn toàn con người và tài sản trên các công trình biển là cơ sở cho tính toán thiết kế, cũngnhư PTĐGL các công trình biển. Điều này phụ thuộc vào khả năng chịu lực của kết cấudưới tác dụng của tải trọng đã được tính toán theo thiết kế và dưới các điều kiện môitrường có thể xảy ra trong suốt đời sống công trình. Trong đó, những vấn đề quan tâm trên,liên quan đến các yếu tố bất thường thường gây ra các rủi ro cho công trình ngày càng 44
  23. 23. được qua tâm sâu sắc, điều này đã dẫn đến yêu cầu cần phân loại các công trình trên cơ sởbảo đảm an toàn nhân mạng cũng như căn cứ vào mức độ hậu quả thiệt hại. Công trìnhbiển được phân cấp theo nhiều mức độ, đây là cơ sở để xác định tiêu chuẩn để thiết kế mớicác công trình biển và đánh giá lại các công trình biển đang hoạt động phù hợp với mụcđính sử dụng của công trình.Theo API-RP 2A, công trình được phân cấp theo các mức độ trên cơ sở xem xét mức độan toàn nhân mạng (life-safety), hậu quả thiệt hại (consequences of failure) và mức độ rủiro“ Phá hủy giàn ” được hiểu là phá hủy một phần hay tổng thể giàn khoana. Phân cấp theo An toàn nhân mạng và hậu quả phá hủyTheo API-RP 2A, công trình được phân cấp theo các mức độ trên cơ sở xem xét mức độ antoàn nhân mạng (life-safety) và hậu quả thiệt hại ( consequences of failure) Phân cấp theo An toàn nhân mạng Phân cấp theo An toàn nhân mạng ( life- safety ) đánh giá ảnh hưởng khi tải trọng môi trường cực hạn xảy ra khi có người trên công trình biển Phân cấp theo An toàn nhân mạng gồm: L-l = Công trình biển Có người ở - không sơ tán được L-2 = Công trình biển Có người ở - Sơ tán L-3 = Công trình biển Không có người ở L-1 Công trình biển có người ở - Không sơ tán được Là các công trình biển vẫn tiếp tục duy trì người ở và sinh sống hoặc việc sơ tán người trước khi xuất hiện điều kiện môi trường cực hạn thiết kế không được chuẩn bị hoặc không thực hiện được L-2 Công trình biển có người ở - Sơ tán được Là các công trình biển có người ở ngoại trừ trường hợp dự báo được môi trường cực hạn thiết kế, hoặc việc sơ tán người trước khi xuất hiện điều kiện môi trường cực hạn thiết kế được thực hiện một cách an toàn, kịp thời. L-3 Công trình biển không có người ở Là các công trình biển thường không có người ở, phân loại theo phụ thục C1.7.1c [1] Phân cấp công trình theo hậu quả thiệt hại Phân cấp công trình theo hậu quả phá thiệt hại đánh giá mức độ thiệt hại của chủ đầu tư ( phải thay thế thiết bị, mất sản phẩm ) thiệt hại với nhà vận hành, thiệt hại cho chính phủ Phân cấp theo Hậu quả thiệt hại gồm: 45
  24. 24. L-l = Hậu quả thiệt hại lớn L-2 = Hậu quả thiệt hại trung bình L-3 = hậu quả thiệt hại thấp L-1 Hậu quả thiệt hại lớn Hậu quả thiệt hại lớn liên quan đến các bộ phận chính của công trình hoặc toàn bộcông trình tiềm ẩn khả năng tràn dầu hay khí trong trường hợp giàn khoan bị phá hủy, bêncạnh đó là các giàn khoan không thể chứa các sản phẩm dầu hay khí ra trước khi xuất hiệncác sự kiện đã đưa vào trong thiết kế ( ví dụ như các vùng có hoạt động địa chất/ động đấtcao). Các giàn kkhoan có chức năng chính là vận chuyển hay chứa đựng các sản phẩm dầukhí, hoặc các trạm trung chuyển đều được phân cấp thuộc các công trình có hậu quả thiệthại lớn. L-2 Hậu quả thiệt hại trung bình Hậu quả thiệt hại trung bình liên quan đến các công trình mà sản phẩm có thể đượcchứa đựng trong quá trình xảy ra các sự kiện đã được đưa vào thiết kế. Tất cả các giếngkhoan vẫn đảm bảo an toàn trong trường hợp công trình bị phá hủy, vẫn đảm bảo các chứcnăng bởi hệ thống van an toàn được thiết kế và kiểm tra theo các qui phạm hiện hành. Cáchệ thống chứa đựng sản phẩm được Oil storage is limited to process inventory and “surge”tanks for pipeline transfer. L-3 Hậu quả thiệt hại thấp Hậu quả thiệt hại thấp liên quan đến các giàn tối thiếu mà sản phẩm có thể được chứa đựng trong quá trình xảy ra các sự kiện đã được đưa vào thiết kế. Tất cả các giếng khoan vẫn hoạt động trong trường hợp công trình bị phá hủy, vẫn đảm bảo các chức năng bởi hệ thống van an toàn được thiết kế và kiểm tra theo các qui phạm hiện hành. Bảng 2: Phân cấp công trình theo hậu quả và an toàn nhân mạng Có người ở L-1 Hậu quả lớn Không sơ tán được Không có người ở Có người ở L-2 Hậu quả Có thể sơ tán nhỏ L-3 Không có người ở 46
  25. 25. Phân cấp công trình theo rủi ro của phá hủyAPI-RP 2A đưa ra ma trận phân cấp công trình theo mức độ rủi ro dựa trên: a. Phân loại giàn (L-1, L-2, L-3) được đề cập trong chương 3 ( 3.2) b. Tần suất xuất hiện theo các mức: L – Mức độ thấp; M – Mức độ trung bình; H – Mức độ caoMức độ rủi ro gây phá hủy giàn phụ thuộc vào kịch bản tác động của các tếu tố bất thườngngẫu nhiênCho tổng thể công trình mức độ rủi ro cho từng sự kiện như sau: - Mức độ rủi ro 1: Mức độ rủi ro là đáng kể yêu cầu phải có ngay các khắc phục, giảm tải - Mức độ rủi ro 2: Mức độ rủi ro yêu cầu các đánh giá thêm để xác định các rủi ro, hậu quả của nó, đưa ra các chi phí nếu có cho các biện pháp khắc phục. Trong một vài trường hợp, phân tích ALARP được chấp nhận khi các biện pháp khắc phục là mất cân đối so với lợi nhuận - Mức độ rủi ro 3: Mức độ rủi ro là nhỏ hoặc khôngđáng kể, có thể bỏ qua các phân tích đề cập tới các yếu tố bất thường ngẫu nhiên như cháy nổ . . . Bảng 3: Ma trận phân cấp công trình theo mức độ rủi ro Mức độ Mức độ Mức độ H rủi ro rủi ro rủi ro 1 1 2 Xác suất xuất hiện Mức độ Mức độ Mức độ M rủi ro rủi ro rủi ro 1 2 3 Mức độ Mức độ Mức độ L rủi ro rủi ro rủi ro 2 3 3 L-1 L-2 L-3 Phân loại giàn Tần xuất suất hiện của Cháy, nổ và các tải trọng bất thường kèm theo thường xuấtphát từ các nguyên nhân cơ bản, nguồn hydrocarbon là yếu tố cơ bản. Mức độ xuất hiệncủa các hiện tượng L,M,H thường được xác định từ phân tích rủi ro từ quá trình cháy, nổ (hazard analysis) Các yếu tố này thường có nguyên nhân bắt đấu từ các yếu tố sau: 47
  26. 26. - Loại thiết bị: Sự phức tạp, số lượng, loại thiết bị là các yếu tố quan trọng. Các bình tách và thiết bị đo lường, bơm, các thiết bị nén, thiết bị đánh lửa, động cơ phát điện, các thiết bị an toàn, hệ thống đường ống, van cần phải được xem xét - Loại sản phẩm: loại sản phẩm là khí, condensate, dầu nhẹ hay dầu nặng cần phải được xem xét - Vận hành: Các hoạt động vận hành cũng cần được xem xét trong đánh giá bao gồm, các hoạt động khoan, khai thác, cung cấp nhiên liệu, vận chuyển người - Vận hành khai thác: Những bước vận hành này thực hiện sau khi quá trình khoan đã hoàn thành. Bao gồm gọi dòng, bơm ép, sử lý, đo lường vận chuyển vào bờ, các hoạt động duy tu bảo dưỡng - Kiểu sàn: Kiểu sàn với kết cấu kín hoặc mở vì ảnh hưởng khi đánh giá các yếu tố môi trường (gió) và khi xảy ra các sự cố cháy, nổ - Vị trí công trình: Các yếu tố liên quan dòng hải lưu điều kiện môi trường cho cập tàu, rủi do do va trạm của các phương tiện nổi - Các yếu tố khác : Tần suất cung cấp vật tư, nhiên liệu, hàng hóa, tần suất và mức độ huấn luyện công nhân trên giànPhương pháp phân tích Phương pháp phân tích rủi doTải trọng cháy, nổ và tải trọng do các hiện tượng bất thường là nguyên nhân dẫn đến pháhủy một phần hoặc tổng thể kết cấu công trình, gay tổn thất về người, tài sản, làm ô nhiễmmôi trường.Cần cân nhắc các yếu tố này trong thiết kế kết cấu và bố trí trang thiết bị và giảm thiểu ảnhhưởng của các tác động này. Cần xem xét các số liệu, hiện tượng đã xảy ra và tiếp tục xemxét trong quá trình vận hành và khái thác để đảm bảo rằng các phương án đã đưa ra là pháthuy tác dụng giảm thiểu tần suất xuất hiện của các sự kiện gây nguy hiểm. Phương châm “Phòng hơn chống “.Qui trình để xác định các sự kiện có tần xuất suất hiện đáng kể cho đánh giá tác động củachúng từ quan điểm thiết kế các trang thiết bị, hướng dẫn bố trí các thiết bị được qui địnhtrong API Recommended Practice 75, API Recommended Practice 14G, APIRecommended Practice 14J, và các tài liệu của bộ API 14. Các nhà thầu vận hành có tráchnhiệm với an toàn của công trình biển bằng cách qui định các qui trình an toàn. Các kỹ sưkết cấu cần làm việc sát cánh với các kỹ sư về thiết bị trong các phân tích rủi ro như đã qui 48
  27. 27. định trong API Recommended Practice 14J, cùng với hệ thống quản lý an toàn của nhàthầu vận hành theo qui định trong API Recommended Practice 75.Theo API RP 2A, qui trình đánh giá gồm:1. Đánh giá sơ bộ những giàn khoan có mức độ rủi ro thấp, với những giàn khoan nàykhông cần phải đánh giá chi tiết kết cấu.2. Đánh giá kết cấu cho những giàn khoan có mức độ rủi ro cao trên quan điểm an toànnhân mạng hay mức độ phá hủy khi xảy ra các hiện tượng cháy, nổ hiện tượng bất thường.Qui trình đánh giá thể hiện trên hình 7Theo đó:Mục đích của qui trình này là đưa ra một loạt các đánh giá các sự kiện có thể xuất hiệntrong suốt đời sống công trình theo chức năng phục vụ. Chi tiết qui trình theo hình 6 vàbao gồm một chuỗi các bước mà người kỹ sư cần xem xét để đánh giá rủi ro do cháy nổ vàtải trọng bất thường ngẫu nhiên. Các bước đánh giá dưới đây thể hiện qua hình 6 (Qui trìnhđánh giá) và ma trận rủi ro. Các bước gồm: Bước 1: Với các giàn khoan đã được lựa chọn, xác định phân loại giàn (đó là , L-1, L-2, hay L-3). Bước 2: Với những sự kiện đưa ra xác định mức độ rủi ro L, M, hay H theo tần xuất suất hiện của các sự kiện. Bước 3: Từ ma tận rủi ro Hình 18.5-1 (Risk Matrix), Xác định mức độ rủi ro tương ứng cho công trình và các sự kiện đang xem xét. Bước 4: Tổng hợp các các nghiên cứu bổ xung để xác định cụ thể hơn các rủi ro, hậu quả phá hủy và chi phí cho các biện pháp khắc phục. Trong một số trường hợp công trình ở mức độ rủi ro cao cũng có thể được xem xét chấp nhận qua đánh giá ALARP (cho phép rủi ro ở mức độ thực tế thấp hợp lý), khi các biện pháp đưa ra có chi phí không phù hợp với lợi nhuận đem lại của công trình. Bước 5: Nếu cần thiết xác định lại phân loại giàn hay các biện pháp tránh rủi ro hay phá hủy của các sự kiện. Bước 6: Với những giàn khoan được xem là các mức độ rủi ro cao thì cần phải đánh giá chi tiết toàn bộ kết cấu cho tải trọng do cháy, nổ và các tải trọng bất thường ngẫu nhiên. 49
  28. 28. Hình 12: Qui trình đánh giá mức độ rủi ro cho tải trọng cháy, nổ và sự cố 50
  29. 29. Các đánh giá chi tiếtCác đánh giá chi tiết cho kếtcấu công trình do các tácđộng cháy, nổ và các tảitrọng bất thường ngẫu nhiênchỉ xem xét khi giàn khoanđược đánh giá là có mức độrủi ro cáo, các đánh giá chitiết này bao gồm:a. Kiểm tra Thiết kế chốngcháy Hình 13: Mô hình tính cho kết cấu dưởi tác động củab. Kiểm tra thiết kế chống nổnổc. Kiểm tra tải trọng tàu vàd. Kiểm tra tải trọng vật rơiTheo API RP 2A, cháy, nổ hay cá tải trong bất thường là các sự kiện dẫn đến sụp đổ mộtphần hoặc toàn bộ kết cấu công trình, gây ra các tổn thất về nhân mạng hay ô nhiễm môitrường. Việc phân tích này cần phải được đưa vào trong giai đoạn thiết kế, bố trí mặt bằngcủa các phương tiện và thiết bị để giảm thiếu tối đa ảnh hưởng của các sự kiện trên. Phương pháp cường độ cực hạn: Sẽ được trình bầy chi tiết trong mục 3 dưới đâyKết luận a. Trạng thái giới hạn PLS xem xét kết cấu ở giai đoạn sụp đổ do các tác động bất thường gây ra, Các tác động bất thường được đưa vào tính toán có xác suất vượt giới hạn là 10-4 trên cơ sở mô tả chúng bằng các đại lượng ngẫu nhiên b. Trạng thái giới hạn PLS phù hợp trong phân tích các kết cấu công trình làm bằng các vật liệu có tính dẻo và tính tái bền. c. Hiện nay để phân tích theo trạng thái giới hạn PLS có 02 phương pháp phân tích chính là: Phương pháp cường độ cực hạn và đánh giá rủi ro, trong đó 51
  30. 30. d. Phương pháp Cường độ cực hạn đánh giá phù hợp trong tính toán kết cấu JACKET chịu tải trọng ngang là tác động của môi trường ( bão cực hạn có tần suất vượt hàng năm nhỏ hơn 10-4, sử dụng phương pháp Push-over) e. Phương pháp phân tích rủi do phù hợp trong thiết kế mới, trong xác định vị trí công trình, qui mô công trình . . . và đặc biệt là bố trí các thiết bị, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của các sự kiện ngẫu nhiên xảy dựa trên cơ sở ma trận phân cấp giàn theo rủi ro phá hủy xét đến các yếu tố ngẫu nhiên bất thường có thể xảy ra và tổ hợp của các sư kiện3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN PTĐGL KẾT CẤU JACKET THEO PLS Đặt vấn đề - Theo các kết luận tại mục II:“ Vị trí của PLS trong thiết kế mới hay PTĐGL kết cấu đang khai thác đều được thể hiệntrong 02 phương pháp - Phương pháp phân tích cường độ cực hạn và - Phương pháp phân tích rủi ro Tuy nhiên mức độ sử dụng của từng phương pháp là khác nhau. Trong đó: Phương pháp phân tích cường độ cực hạn chủ yếu được đưa vào trong PTĐGL (trong xác định cường độ dự trữ của công trình) xác định được mức độ quá tải của côngtrình dưới tác động của môi trường biển dị thường, đây là yếu tố ngẫu nhiên trội đối vớikết cấu Jacket.” Chính vì vậy Phương pháp luận PTĐGL kết cấu CTB cố định theo PLS được nghiêncứu chủ yếu trê cơ sở phương pháp luận của Phương pháp Phân tích cường độ cực hạntheo 3.2 dưới đâyTheo đó, Phương pháp luận của Phương pháp Phân tích cường độ cực hạn dựa trên cơ sở: - Xem xét trạng thái quá tải ( 3.2.1) - Phân cấp công trình biển (3.2.2) - Tác động của các sự kiện bất thường (2.2.3) - Phân cấp công trình theo rủi ro của phá hủy (2.2.4) Phương pháp Push-over trong PTQT phá hủy lũy tiến JACKET Nội dung phương pháp Phân tích ngoài vùng đàn hồi với mục đích khẳng định kết cấu JACKET có đủ cường độ và ổn định để đứng vững trước tải trọng môi trường. Tuy có những vị trí hư hỏng cục bộ hay ứng suất dư cho phép, nhưng không bị sụp đổ. Ở mức 52
  31. 31. độ phân tích này, ứng suất đã vượt quá ứng suất đàn hồi, và mô hình các phần tử, nút, nền móng phải được xem xét ở khả năng chịu lực cực hạn chứ không dừng lại ở giới hạn tải trọng đàn hồi Mô hình kết cấu phải được xem như suy giảm cường độ và độ cứng sau khi cực hạn. các bước phân tích tiếp theo khi mức độ của tải trọng được tăng lên cho đến khi đặt được giá trị cực hạn đã được qui định. Khi tải trọng tăng từng bước, các phần tử kết cấu như nút và phần tử hay cọc được kiểm tra làm việc ngoài miền đàn hồi để đảm bảo phù hợp với mô hình tính. Phương pháp Push-over phù hợp cho phân tích với tải trọng tĩnh, biến dạng dẻo hoặc tải trọng động mà có thể thể hiện bằng tải trọng tựa tĩnh tương đương. Mô hình hóa các loại phần tử: để mô hình hóa, các phần tử có thể được chia theonhóm như sau: a. Phần tử đàn hồi: Những phần tử này sẽ được phân tích trong giai đoạn đàn hồikhi phân tích cường độ cực hạn b. Các phần tử chỉ chịu lực dọc: Những phần tử này sẽ chỉ chịu lực dọc hay mất ổnđịnh khi phân tích cường độ cực hạn. Những phần tử này được mô hình bằng phần tửthanh, đưa vào tính toán sự giảm cường độ và độ cứng sau khi đã bị mất ổn địnhc. Các phần tử chống uốn: Những phần tửnày sẽ mất bền khi phân tích cường độ cựchạn, do ứng suất uống gây ra. Những phầntử này được mô hình bằng những phần tửdầm, cột, đưa vào tính toán nén uốn đồngthời cũng như trong việc hình thành và pháhủy khớp dẻod. Nút: Những tải trọng được đánh giá làtải trong thực tế tác dụng lên nút thực chứkhông phải là chứ không phải dựa trêncường độ của các ống nhánh liên kết vàonút.e. Các phần tử bị khuyết tật hay bị ăn mòn:Những phần tử, nút bị khuyết tật hay bị ănmòn sẽ được mô hình hóa một cách chính Hình 14: Sơ đồ tính của kết cấu CTBxác để có thể xem xét được cường độ cực theo phương pháp Pushover 53
  32. 32. hạn và và sau cường độ cực hạn cùng cácđặc điểm về biến dạng. Phương pháp phầntử hữu hạn và cơ học phá hủy sẽ được điềuchỉnh trong từng trường hợpf. Các phần tử được sửa chữa và gia cường:Các phần tử hay nút đã hay phải được giacường cũng cần phải được mô hình hóa đểđưa ra chính xác các đặc trưng của phần tửsau khi đã được sửa chữa hay gia cường.g. Nền móng: Để thực hiện phân tích sụp đổphi tuyến hoặc phân tích động theo thờigian kết cấu công trình biển, móng cọc phảiđược mô hình hóa đủ chi tiết để có thể môphỏng đúng phản ứng của công trình. Có thểđơn giản hóa mô hình nền móng để đánh giáphản ứng của kết cấu công trình. Tuy nhiên,mô hình này cần phải phản ánh được cặplực cắt và mô men thực tế của đầu cọc.Thêm vào đó cần xem xét tương tác phituyến giữa đất và cọc. Cuối cùng mô hìnhcũng phải phù hợp cho trạng thái sụp đổtrong trường hợp nền móng là bộ phận kếtcấu xung yếu của cả hệ thống công trình. Xây dựng chỉ tiêu cường độ dự trữ (RSR) Bất đẳng thức thể hiện kết cấu công trình đủ đảm bảo khả năng chịu lực tổng thể như sau RS RF R( , ) ≥ FD ⋅ D + FE ⋅ E FS FF Trong đó: R = Cường độ cực hạn của kết cấu công trình RS = Cường độ cực hạn phi tuyến của kết công trình RF = Cường độ cực hạn phi tuyến của nền móng công trình 54
  33. 33. D = Các tải trọng ngoài tải trọng môi trường E = Tải trọng môi trường FD = Hệ số tải trọng của Các tải trọng ngoài tải trọng môi trường = 1.0 FE = Hệ số tải trọng môi trường (depends on platform categories) FS = Hệ số vật liệu của kết cấu công trình = 1.15. FF = Hệ số vật liệu của nền móng công trình = 1.3 Nhân cả hai vế của phương trình với Fs và thay các giá trị trên vào ta được RF RULT ( RS , ) = 1 .15 .D + RSR * E 1.13 trong đó: RSR= Giá trị lực ngang lớn nhất khi kết cấu sụp đổ Tải trọng môi trường với tần xuất xuất hiện 100 năm Giá trị cường độ dự trữ cho phép [RSR] phụ thuộc vào phân loại giàn (theo API-RP-2A: với giàn không có người ở , [RSR] = 1.6) Tải trọng và tổ hợp tải trọng Trong tính toán phân tích cường độ cực hạn cho kết cấu Jacket, khi xem xét ảnhhưởng của các yếu tố bất thường chúng ta thấy ảnh hưởng của tải trọng môi trường dịthường (bão có tần xuất hiếm) là yếu tố trội, Theo DNV-RP-C204 các tải trọng cần đượcđưa vào trong tính toán cường độ cực hạn gồm: - P: Tĩnh tải ( Xác định theo thực tế) - L: Hoạt tải ( Được qui định trong các tiêu chuẩn qui phạm) - E: Tải trọng môi trường bão 100 năm - A: Tải trọng do các yếu tố bất thường ( không đưa vào tính toán) 55
  34. 34. Tổ hợp tải trọng theo phương pháp Push-over xác định cường độ cực hạn theo trạngthái giới hạn PLS như sau: Tổ hợp tải trọng PLS (sau hư hỏng): 1.0*P + 1.0*L + 1.0*E + 0.0*A Trên cơ sở xác định tải trọng môi trường biển dị thường (bão) là tải trọng trội khixem xét các yếu tố bất thường trong toàn bộ đời sống công trình, các giàn khoan biển theophân loại, hoặc là thỏa mãn hoặc không thỏa mãn các yêu cầu sơ bộ hay kiểm tra phân tíchở mức độ thiết kế cần phải được kiểm tra để xác định cường độ dự trữ để đảm bảo rằngdưới tác dụng của tải trọng bất thường ngẫu nhiên, ở đây là bão 100 năm có khả năng đứngvững. Theo API-RP 2A, khi phân tích cường độ cực hạn cần sử dụng các hướng dẫn sau: 1. Cường độ cực hạn của các các phần tử nguyên ( không bị tổn thương), nút, cọccó thể được thiết lập sử dụng các công thức xác định theo ULS với hệ số an toàn bằng 1.Các ảnh hưởng phi tuyến có thể được sử dụng để điều chỉnh. Cường độ cực hạn của cácnút xác định qua phương trình cân bằng nút 2. Cường độ cực hạn của các phần tử bị tổn thương hoặc đã được gia cố cần đượcđánh giá sử dụng các phương pháp thiết kế hợp lý, bao gồm cả các phương pháp hay quitrình riêng để đảm bảo việc xác định này là phù hợp 3. Ứng suất đàn hồi thực tế hay tính toán có thể được sử dụng thay cho ứng suấtđàn hồi danh nghĩa. Việc tăng cường độ do kết cấu có khả năng “ tái cứng” có thể đượcxem xét nếu thiết diện phần tử là nguyên 4. Các nghiên cứu và các thí nghiệm chỉ ra rằng, với các phần tử khung bị quá tải,hệ số chiều dài hữu dụng của phần tử (K) cơ bản là thấp hơn so với đã được qui định theoULS (3.3.1d - API-RP2A). Giá trị thấp này có thể được sử dụng nếu điều này có thể khẳngđịnh được cả trong lý thuyết và thực tế áp dụng. Cường độ cực hạn có thể được xác định bằng phương pháp đàn hồi hay (see 17.7.3aand 17.7.3b), hay phương pháp phi đàn hồi. 56
  35. 35. Đối chiếu phương pháp luận với qui trình PTĐGL theo qui phạm 1 . L ù a c h ä n g iµ n ®Ó PT§G L 2 . P h © n lo ¹ i g iµ n S ù c Ç n t h iÕ t c ñ a K h«ng K h«ng cÇn c ¸ c x u Ê t p h ¸ t? ® ¸ n h g i¸ Cã 3. X em xÐt c¸c d ÷ li Ö u p h ô c v ô P T Đ L C ã h u h á n g , t¶ i K h«ng K h«ng cÇn t r ä n g t¨ n g . . . ® ¸ n h g i¸ Cã 4 . T Ýn h to ¸ n p h © n tÝc h ® ¸ n h g i¸ 4 .1 . P h © n tÝ c h t h e o § ¹t G iµ n ® -u î c m ø c ® é th iÕ t k Õ ® ¸ n h g i¸ ® ¹ t K h«ng ®¹t Cã B iÖ n p h ¸ p kh¾c phôc? K h«ng 4 .2 . P h © n tÝ c h t h e o § ¹t G iµ n ® u î c ® é b Ò n g ií i h ¹ n ® ¸ n h g i¸ ® ¹ t K h«ng ®¹t Cã 5 . B iÖ n p h ¸ p k h¾c ph ôc? K h«ng G iµ n ® u î c ® ¸ n h g i¸ k h « n g ® ¹ t Hình 15: Qui trình PTĐGL theo API-RP 2A - Với tải trọng môi trường 57
  36. 36. Sự phù hợp về các tác động T¸c ®éng m«i tr−êng ®ua vµo tÝnh to¸n lµ b·o 100 n¨m t−¬ng ®−¬ng víib·o cã tÇn xuÊt v−ît hµng n¨m lµ [Pof]=10-2. Nh− vËy cã sù phï hîp gi÷a ph−¬ng ph¸p luËn ®· nªu (c¸c t¸c ®éng bÊtth−êng vµ tÇn xuÊt v−ît hµng n¨m cho phÐp) vµ c¸c quy ®Þnh trong quy ph¹m.Theo ®ã t¸c ®éng bÊt th−êng ë ®©y lµ t¶i träng m«i tr−êng dÞ th−êng – b·o100 n¨m , cã tÇn xuÊt cho phÐp lµ [Pof]=10-2. Sự phù hợp về sự làm việc của vật liệu Như vậy việc tính toán, phân tích kết cấu được thực hiện theo 2 bước sau:- Bước 1: Phân tích theo mức độ thiết kế: giải quyết các bài toán kết cấu tuyến tính (vật liệu làm việc trong miền đàn hồi, quan hệ giữa ứng xuất và biến dạng là tuyến tính).- Bước 2: Tính toán, phân tích theo cường độ cực hạn: giải quyết các bài toán kết cấu phi tuyến (vật liệu làm việc trong miền đàn dẻo). Từ bước tính toán phân tích thứ 2 cho phép ta đáng giá được khả năng làm việcngoài giới hạn đàn hồi do tải trọng vượt tải trọng thiết kế hoặc do sự hư hỏng của kết cấumà công trình chưa bị sụp đổ (trạng thái quá tải), xem sơ đồ làm việc của vật liệu thép 58
  37. 37. 1. Tính toán, phân tích theo mức độ thiết kếTính toán, phân tích theo mức độ thiết kế dựa trên cơ sở phân tích tuyến tính kết cấu baogồm: Tính toán, phân tích theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)Tính toán, phân tích kết cấu theo độ bền, độ ổn định, khả năng chịu lực cắt, áp lực thủytĩnh của các phần tử kết cấu và cọc trong điều kiện khai thác (operating), điều kiện bão cựchạn 100 năm (storm), sự tác động của động đất trong vùng có nhạy cảm... Việc tính toán,phân tích theo trạng thái giới hạn này là so sánh hệ số sử dụng của nút, phần tử với các giátrị cho phép. Tính toán, phân tích theo trạng thái giới hạn mỏi (FLS)Tính toán, phân tích kết cấu do tích lũy tổn thương dưới sự tác động của tải trọng môitrường theo các chu trình ngẫu nhiên trong suốt đời sống công trình. Kết qủa của tính toántheo trạng thái giới hạn này là đưa ra được tuổi thọ mỏi của các nút, từ đó so sánh với tuổithọ cho phép. Tính toán, phân tích theo trạng thái giới hạn phục vụ (SLS) Ở trạng thái này chỉ tiêu đánh giá chủ yếu là chuyển vị của kết cấu không được vượtqúa giới hạn cho phép. Khi kết qủa tính toán, phân tích theo mức độ thiết kế không đảm bảo thì cần tiếnhành tính toán, phân tích theo độ bền giới hạn.2. Tính toán, phân tích theo cường độ cực hạn Tính toán, phân tích theo cường độ cực hạn dựa trên cơ sở phân tích phi tuyến kếtcấu theo trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS). Trạng thái PLS đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu qua hệ số cường độ dự trữ tổngthể của kết cấu RSR. Đối với kết cấu các giàn khoan biển cố định thì ảnh hưởng của tảitrọng môi trường mà đặc biệt là sóng và dòng chảy là quan trọng nhất, do vậy giá trị RSRđược xác định theo 3.2.5 như sau: 59

×