Tinh toan tuoi tho moi

1,415 views

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,415
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
280
Actions
Shares
0
Downloads
79
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Tinh toan tuoi tho moi

  1. 1. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 LỜI CẢM ƠN Đối với sinh viên xây dựng thì đồ án tốt nghiệp có ý nghĩa hết sức quan trọng. Đó là mộtbước để đánh giá sự trưởng thành về nhiều mặt của sinh viên qua 5 năm học và những kiếnthức gặt hái được trong quá trình học tập tại nhà trường. Đối với sinh viên P.F.I.E.Vchuyên ngành Công trình thủy (IH), kiến thức chuyên ngành công trình thủy cuối năm thứ 4và đầu năm thứ 5 đã cung cấp những hiểu biết chung về lĩnh vực công trình thủy, đồ án tốtnghiệp của tôi là sự tìm hiều kĩ hơn và sâu hơn về một lĩnh vực, một công trình cụ thể trongcông trình thủy. Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp của chuyên ngành công trình thủy là đòi hỏi kĩ năng sửdụng phần mềm, khả năng làm việc độc lập, khả năng phát hiện và giải quyết vấn đề-lànhững đìều mà tôi rất cần trước khi trở thành một người kĩ sư. Để đạt được mong muốn đó, dưới sự hướng dẫn của các thầy viện Công trình biển, tôi đãlỗ lực làm việc và nghiên cứu trong thời gian mười lăm tuần từ tháng 2/2007 đến tháng5/2007. Để hoàn thành đồ án đúng mục tiêu và thời hạn, tôi xin được chân thành cảm ơnThS. Mai Hồng Quân- Viện công trình biển - là thầy giáo hướng dẫn chính trực tiếp, xinđược cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS. Đinh Quang Cường và TS. Nguyễn QuốcHòa. Nhân đây, tôi xin được gửi lời đồng cảm ơn tới các thầy cô trong ban Quản lý và Đào tạoKĩ Sư Chất lượng cao trường Đại học Xây Dựng, các thầy thuộc Viện Công trình biển,Khoa Thủy lợi-Thủy điện, Khoa Công trình bến cảng đã giúp đỡ tôi trong suốt 5 năm đạihọc. Cuối cùng tôi xin cảm ơn những ai quan tâm đến đồ án này nói riêng và lĩnh vực côngtrình biển nói chung. Hà nội, ngày 29/05/2007 Sinh viên Phạm Thị Hồng NhungSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 1
  2. 2. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................................... 1CHƯƠNG I ......................................................................................................................................... 3MỞ ĐẦU -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN-SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG TÍNH TOÁN - GIỚI THIỆUCÔNG TRÌNH LQ10 ......................................................................................................................... 3 I.1-Mở đầu - Nhiệm vụ đồ án ........................................................................................................... 3 I.2-Số liệu môi trường tính toán ....................................................................................................... 3 I.2.1-Số liệu khí tượng hải văn ..................................................................................................... 3 I.2.2-Số liệu địa chất .................................................................................................................... 8 I.3- Giới thiệu công trình LQ10 ....................................................................................................... 9 I.3.1-Chức năng ............................................................................................................................ 9 I.3.2-Mô tả công trình .................................................................................................................. 9CHƯƠNG II ..................................................................................................................................... 12LÝ THUYẾT TÍNH MỎI CÔNG TRÌNH BIỂN .......................................................................... 12 II.1- Hiện tượng phá huỷ mỏi trong kết cấu ................................................................................... 12 II.2- Tải trọng gây mỏi ................................................................................................................... 13 II.3-Các phương pháp tính toán mỏi .............................................................................................. 14 II.4 - Điểm nóng - Hệ số tập trung ứng suất - Đường cong mỏi .................................................... 17 II.4.1-Điểm nóng ( hot spot)....................................................................................................... 17 II.4.2-Hệ số tập trung ứng suất (SCF) ........................................................................................ 18 II.4.3-Đường cong mỏi S-N ....................................................................................................... 28 II.5- Tính toán mỏi theo quan điểm tiền định ................................................................................ 33 II.5.1- Tải trọng sóng.................................................................................................................. 33 II.5.2-Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp tiền định ............................................. 34 II.5.3-Đếm các chu trình ứng suất .............................................................................................. 35 II.5.4-Thống kê dài hạn các trạng thái biển................................................................................ 35 II.5.5-Tổn thất mỏi tích luỹ ........................................................................................................ 35 II.6-Tính toán mỏi theo quan điểm ngẫu nhiên .............................................................................. 35 II.6.1 - Tải trọng sóng................................................................................................................. 35 II.6.2-Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp phổ ..................................................... 37 II.6.4-Đếm các chu trình ứng suất .............................................................................................. 38 II.6.5-Thống kê dài hạn các trạng thái biển................................................................................ 39 II.6.6-Tỉ số mỏi tích luỹ ............................................................................................................. 39 II.7. Hệ số an toàn FCF .................................................................................................................. 39CHƯƠNG III .................................................................................................................................... 41SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH SACS TÍNH TOÁN-KIỂM TRA MỎI CÔNG TRÌNH LQ10 41 III.1-Lý thuyết bổ sung cho chương trình tính toán ....................................................................... 41 III.1.1-Lý thuyết các nút ............................................................................................................. 41 III.1.2-Lý thuyết về mô hình cọc đất nền ................................................................................... 43 III.2-Dao động riêng ....................................................................................................................... 44 III.3-Tính toán mỏi với mô hình cơ bản ......................................................................................... 44 III.4-Tính toán mỏi với mô hình chi tiết ........................................................................................ 46 III.5 -Cọc đất nền tác dụng đồng thời ............................................................................................ 52CHƯƠNG IV .................................................................................................................................... 54NHẬN XÉT KIẾN NGHỊ PHƯƠNG ÁN BẢO TRÌ CÔNG TRÌNH ......................................... 54 IV.1-Nhận xét về mức độ phá huỷ mỏi giữa các nút ..................................................................... 54 IV.2-Khuyến cáo trong quá trình sử dụng...................................................................................... 65Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 2
  3. 3. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 CHƯƠNG IMỞ ĐẦU -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN-SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG TÍNH TOÁN - GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH LQ10I.1-Mở đầu - Nhiệm vụ đồ án Khi lựa chon chuyên ngành, tôi đã chọn chuyên ngành xây dựng công trình biển và rấtham mê tìm hiểu. Trong đợt thực tập cán bộ kĩ thuật tại công ty liên doanh dầu khíVietsovpetro, tôi được giới thiệu một đề tài rất hấp dẫn: tính mỏi công trình biển. Chính vìvậy tôi đã chọn đề tài: Thiết kế, tính toán tuổi thọ mỏi kết cấu chân đế giàn nhà ở LQ 10thuộc mỏ Bạch Hổ đề thực hiện đồ án tốt nghiệp. Đề tài này giúp tôi có thể thực hành mộtkĩ năng quan trọng của người kĩ sư: tính toán khả năng chịu mỏi của công trình trong điềukiện chịu tải trọng lặp. Sau đây tôi xin tóm tắt cơ bản nhiệm vụ đố án: • Tìm hiểu lý thuyết tính mỏi công trình biển cố định bằng thép, bao gồm tính mỏi tiền định và tính mỏi ngẫu nhiên. • Áp dụng lý thuyết tính mỏi trên để tính toán kiểm tra chân đế dàn LQ 10 bằng phần mềm SACS trên cở sở thiết kế giàn LQ10. • Từ kết quả tính toán trên phát hiện ra những nút nhạy cảm với hiện tượng mỏi, qua đó có các khuyến cáo trong quá trình sử dụng và thiết kế lại nếu cần thiết.I.2-Số liệu môi trường tính toán Điều kiện môi trường được lấy từ báo cáo: “Bach Ho - Rong Field’s EnvironmentalExtreme Conditions - 2000” - là kết quả nghiên cứu đo đạc của XNLD Vietsovpetro tại khuvực mỏ Rồng và Bạch Hổ.I.2.1-Số liệu khí tượng hải vănI.2.1.1- Gió Khu vực xây dựng công trình là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa. Gió mùaĐông Bắc (vào mùa đông), gió mùa Tây Nam (mùa hè). Gió mùa Đông Bắc kéo dài từtháng 11 đến tháng 3 hàng năm, trong khoảng thời gian này gió thổi ổn định, có tốc độmạnh và thịnh hành trong suốt mùa. Gió mùa chuyển tiếp (kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10hàng năm), gió thổi không ổn định theo các hướng. Tốc độ gió được đo ở độ cao tiêu chuẩn10m so với mực nước trung bình (MSL) với các tần suất xẩy ra lần lượt là: 100, 50, 25, 10,5, 1 năm. Với các thông số đo như sau: Tốc độ gió được đo ở 8 hướng: Hướng Bắc (N) Hướng Đông Bắc (NE) Hướng Đông (E) Hướng Đông Nam (SE) Hướng Nam (S)Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 3
  4. 4. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Hướng Tây Nam (SW) Hướng Tây (W) Hướng Tây Bắc (NW) Tốc độ gió ở các hướng khác có thể tính bằng cách nội suy tuyến tính từ các hướng lâncận. Tốc độ gió trung bình được đo ở các mốc thời gian trong: 3 giây, 1 phút và 2 phút. Bảng I.1: Tốc độ gió trung bình trong khoảng thời gian 2 phút (m/s)Tần suất Hướng gió (năm) N NE E SE S SW W NW100 38.4 49.4 30 20.8 22 35.7 34.2 33.550 36.2 45 29.1 19.2 21.4 33.4 32.7 31.825 34.2 40.6 27.4 18.2 20.4 31.5 30.4 29.210 30.6 37.5 26.3 16.8 19.2 28.2 27.5 26.55 28.5 34.6 25.2 15.5 18.4 26.2 25.2 21.31 23 26 22 12.7 16 21 20 18 BảngI.2: Tốc độ gió trung bình trong khoảng thời gian 1 phút (m/s) Tần suất Hướng gió (năm) N NE E SE S SW W NW100 39.7 50.9 31 21.4 22.7 36.9 35.3 34.650 37.4 46.5 30.1 19.8 22.1 34.5 33.4 32.825 35.3 41.9 28.3 18.8 21.1 32.5 34.1 30.210 31.6 38.7 27.2 17.4 19.8 29.1 28.4 27.45 29.4 35.7 26 16 19 27.1 26 221 23.8 26.4 22.7 13.1 16.5 21.7 20.7 18.6 Bảng I.3: Tốc độ gió trung bình trong khoảng thời gian 3 giây (m/s)Tần suất Hướng (năm) N NE E SE S SW W NW100 44.7 57.4 34.9 24.2 25.6 41.6 39.8 3950 42.1 52.4 33.9 22.3 24.9 38.9 18.1 3725 39.8 47.3 31.9 21.2 23.7 36.7 35.4 3410 35.6 43.7 30.6 19.6 22.4 32.8 32 30.85 33.2 40.3 29.3 18 21.4 30.5 29.3 24.8Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 4
  5. 5. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10Tần suất Hướng (năm) N NE E SE S SW W NW1 26.8 30.3 25.5 14.8 16.6 24.4 23.3 21 Tải trọng gió tính toán cho cả công trình được tính với tốc độ gió trung bình trong khoảngthời gian 1 phút với chu kỳ lặp 100 năm.I.1.2.2-Sóng Gió mùa, áp thấp nhiệt đới và bão là nguyên nhân chủ yếu hình thành sóng ở biển Đông.Bão thường tập trung từ tháng 6 đến tháng 10, do vậy chế độ sóng rất rõ rệt. Trong thời kìcó gió mùa Đông Bắc (từ tháng 11 đến tháng 3) sóng theo hướng Đông Bắc, độ cao cực đạicủa sóng đáng kể hướng Đông Bắc có thể đạt 6.5 m và có thể lớn hơn. Trong thời kì giómùa Tây Nam, sóng theo hướng Tây Nam có độ cao cực đại sóng đáng kể chỉ trong tháng 8,có thể vượt qua 6.0 m. Chế độ sóng được mô tả bởi hai thông số chính là chiều cao sóng vàchu kỳ sóng với các thông số sau: Các thông số sóng được đo ở 8 hướng: N, NE, E, SE, S, SW, W, NW. Các thông số sóng ở các hướng khác được tính bằng cách nội suy tuyến tính từ các hướnglân cận. Bảng I.4: Số con sóng xuất hiện trong một năm theo hướng Bắc Khoảng chiều Chiều cao Chu kỳ Xác suất Số con sóng cao sóng (m) trung bình (m) sóng (s) 0.15 – 0.5 0.30 3.35 0.17690 16609 0.5 – 1.0 0.75 4.65 0.11994 8118 1.0 - 1.5 1.25 5.48 0.05935 3410 1.5 - 2.0 1.75 6.13 0.03208 1649 2.0 - 2.5 2.25 6.67 0.01822 861 2.5 - 3.0 2.75 7.14 0.01070 472 3.0 - 3.5 3.25 7.57 0.00645 268 3.5 - 4.0 3.75 7.96 0.00396 157 4.0 - 4.5 4.25 8.31 0.00247 94 4.5 - 5.0 4.75 8.65 0.00156 57 5.0 - 5.5 5.25 8.96 0.00100 35 5.5 - 6.0 5.75 9.25 0.00064 22 6.0 - 6.5 6.25 9.53 0.00042 14 6.5 - 7.0 6.75 9.80 0.00028 9 7.0 - 7.5 7.25 10.06 0.00018 6 7.5 - 8.0 7.75 10.30 0.00012 4 8.0 - 8.5 8.25 10.54 0.00008 2 8.5 - 9.0 8.75 10.76 0.00005 2 9.0 - 9.5 9.25 10.98 0.00004 1 9.5 - 10 9.75 11.19 0.00003 1Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 5
  6. 6. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Khoảng chiều Chiều cao Chu kỳ Xác suất Số con sóng cao sóng (m) trung bình (m) sóng (s) h0 = 0.73 T0 = 4.3 P = 0.435 N = 31791 Phụ lục I.1 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Bắc. Phụ lục I.2 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Đông Bắc. Phụ lục I.3 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Đông. Phụ lục I.4 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Đông Nam. Phụ lục I.5 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Nam. Phụ lục I.6 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Tây Nam. Phụ lục I.7 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Tây. Phụ lục I.8 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Tây Bắc.I.1.2.3-Dòng chảy Chế độ dòng chảy trong khu vực được hình thành do ảnh hưởng của chế độ gió mùa vàchế độ thuỷ triều của hoàn lưu nước biển Đông. Dòng chảy bao gồm: chế độ dòng chảy mặt và chế độ dòng chảy đáy. Vận tốc dòng chảyđược xác định như sau: Vận tốc dòng chảy mặt được đo cách mực nước trung bình là 5m. Vận tốc dòng chảy đáy được đo cách đáy là 5m. Các vận tốc dòng chảy trung gian được tính bằng cách nội suy tuyến tính dòng chảy mặtvà dòng chảy đáy. Vận tốc dòng chảy được thống kê với các tần suất xuất hiện là 100, 1 năm. Vận tốc dòng chảy mặt Bảng I.5 : Vận tốc dòng chảy mặt với tần suất 100 năm theo các hướng sóng Hướng sóng Thông số N NE E SE S SW W NWVận tốc (cm/s) 93 137 100 173 224 181 178 121Góc lệch so với 240 242 277 41 68 79 78 134hướng BắcSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 6
  7. 7. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Bảng I.6: Vận tốc dòng chảy mặt với tần suất 1 năm theo các hướng sóng Hướng sóng Thông số N NE E SE S SW W NWVận tốc 80 102 83 135 128 148 142 89(cm/s)Góc lệch sovới hướng 240 242 277 41 68 79 78 134Bắc Vận tốc dòng chảy đáy Bảng I.7: Vận tốc dòng chảy đáy với tần suất 100 năm theo các hướng sóng Hướng sóng Thông số N NE E SE S SW W NWVận tốc (cm/s) 68 119 126 109 82 137 119 97Góc lệch so 2 300 60 295 329 53 329 197với hướng Bắc Bảng I.8: Vận tốc dòng chảy đáy với tần suất 1 năm theo các hướng sóng Hướng sóng Thông số N NE E SE S SW W NWVận tốc (cm/s) 58 69 96 85 67 97 96 77Góc lệch so 2 300 60 295 329 53 329 197với hướng BắcI.1.2.4-Thuỷ triều Trong khu vực mỏ Bạch Hổ, đặc trưng dao động mực nước là bán nhật triều không đều.Mực nước trung bình tháng phân bố không đều trong năm, các tháng mùa đông mực nướcdâng lên 0.234 (m), còn trong mùa hè mực nước hạ xuống 0.145(m) so với mực nước trungbình hàng năm. Biên độ dao động triều được tính toán lên xuống so với mực nước trungbình (MSL). Biên độ triều cao nhất so với MSL : + 1.03 m. Biên độ triều thấp nhất so với MSL : - 1.62 m. Nước dâng do gió bão so với MSL : + 0.87 m.Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 7
  8. 8. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10I.1.2.5-Sinh vật biển Sự phát triển của sinh vật biển (hà) được lấy trung bình theo các báo cáo khảo sát chovùng mỏ Bạch Hổ năm 1997, tại các cao độ sau: Bảng I.9 : Chiều dày hà bám Chiều dàyCao độ (m) (mm)Từ cao độ (±) 0.000 đến cao độ (-) 4.000 80Từ cao độ (-) 4.000 đến cao độ (-) 8.000 87Từ cao độ (-) 8.000 đến cao độ (-) 10.000 100Từ cao độ (-) 10.000 đến đáy biển 70I.2.2-Số liệu địa chất Trên cơ sở kết quả khảo sát địa chất phục vụ quá trình thiết kế và xây dựng các công trìnhbiển trên hai khu mỏ Bạch Hổ và Rồng. Chúng ta có thể đưa ra một số nhận định chung vềđiều kiện địa chất công trình trên khu mỏ như sau: Trên bề mặt đáy biển thường có một lớp trầm tích lắng đọng có thành phần hỗn hợp, ởdạng bùn rất nhão. Chiều dày lớp này thường trên dưới nửa mét, đặc tính cơ lý không ổnđịnh, thường bỏ qua trong quá trình tính toán thi công. Nền đất trên toàn bộ khu mỏ là tương đối giống nhau, gồm khá nhiều lớp, chiều dày cáclớp đất không lớn (ít có lớp đất nào dày hơn 10m). Chiều dày trung bình của các lớp đấttrong khoảng 4.5 đến 5m. Số các lớp đất sét chiếm ưu thế, ứng suất cắt của các lớp đất này phổ biến trong khoảng100 đến 200 Kpa. Các lớp cát xuất hiện rải rác, xen kẽ giữa các lớp sét, thường có góc nội ma sát trongkhoảng từ 200 đến 350. Chưa thấy sự xuất hiện của các lớp sỏi và tầng đá trong khoảng 80 m trên cùng. Bảng I.10 : Số liệu địa chất dùng cho thiết kế giàn LQ10 Ứng suất cắt không Tỷ trọng Góc nội thoát nước Su Độ rỗng STT Độ sâu (m) Loại đất ngập nước ma sát Φ (KPa) ε50 (KN/m3) (độ) Mặt Đáy 1 0.0 - 0.5 Cát 7.3 18 2 0.5 - 3.2 Sét 7.9 6 22 0.012 3 3.2 - 6.0 Sét 9.8 100 117 0.022 4 6.0 - 8.0 Cát 9.2 25 5 8.0 - 14.0 Sét 9.1 80 100 0.023Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 8
  9. 9. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Ứng suất cắt không Tỷ trọng Góc nội thoát nước Su Độ rỗng STT Độ sâu (m) Loại đất ngập nước ma sát Φ (KPa) ε50 (KN/m3) (độ) Mặt Đáy 6 14.0 - 22.0 Sét 8.9 100 100 0.023 7 22.0 - 24.5 Sét 9.0 59 72 0.046 8 24.5 - 34.0 Cát 10.4 35 9 34.0 - 40.0 Sét 10.0 190 190 0.024 10 40.0 - 47.0 Sét 9.8 70 127 0.038 11 47.0 - 49.5 Cát 9.5 27 12 49.5 - 57.5 Sét 10.0 120 190 0.039 13 57.5 - 63.0 Sét 8.5 86 86 0.030 14 63.0 - 69.0 Bùn 7.1 154 154 0.026 15 69.0 - 73.5 Sét 8.6 104 104 0.043 16a 73.5 - 76.2 Cát 9.0 26 16 76.2 - 78.0 Sét 11.6 192 192 0.036 17 78.0 - 80.1 Cát 11.4 36I.3- Giới thiệu công trình LQ10I.3.1-Chức năng Giàn LQ10 được thiết kế cho mục đích làm nhà ở cho các cán bộ công nhân viên làm việctrên hai giàn BK1 và BK10.I.3.2-Mô tả công trình Những số liệu cơ bản nhất của giàn LQ10: • Độ sâu nước : 50.1 m. • Chiều cao công trình : 86.6m. • Khối chân đế gồm 4 ống chính. • Vì là giàn nhà ở, công trình không có giếng khoan và Riser.Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 9
  10. 10. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Sàn sân bay el (+) 36.562 Sàn trên el (+) 27.812 Sàn chính el (+) 27.812 Sàn du?i el (+) 27.812 el (+) 7.500 ( cao trình wp ) el (+) 5.400 ( d?nh kcd ) el (+) 4.500 MSL (+) 0.00 B?n c?p t?u EL (−) 12.500 ? ng bom c?u h?a EL (−) 32.500 EL (−) 50.100 EL (−) 50.600 ( Đáy bi?n ) paker sàn ch?ng lún paker c?c c?c EL (−) 122.60 ( Cao trình mui c?c ) Bản vẽ số : 1 Để đáp ứng nhu cầu module hóa thuận tiện cho công tác gia công chế tạo, lắp dựng, đồngthời đảm bảo cho công tác duy tu bảo dưỡng sửa chữa được dễ dàng, công trình được phânchia thành các block chế tạo độc lập và liên kết với nhau bằng các mối hàn, gồm có:I.3.2.1-Khối chân đế Kết cấu chân đế là bộ phận chịu lực quan trọng nhất của công trình, được cấu tạo từ tổ hợpcác thanh thép ống gồm bốn ống chính và ống nhánh làm nhiệm vụ truyền tải trọng từ kếtcấu phần trên xuống móng của công trình. Để tối ưu hóa về chịu lực thì khối chân đế có kết cấu đối xứng, các panel nghiêng đều vềcác phía tạo thành khối chân đế có dạng hình chóp cụt vuông.I.3.2.2- Móng cọc Cọc được chế tạo từ các thép ống chuyên dụng cho công trình biển. Cọc được chia thànhnhiều đoạn tùy thuộc vào chiều dài cọc thiết kế. Ở phần trên, trong lồng cọc có bố trí đườngống bơm trám xi măng. Phẩn mũi cọc có một nửa được vát nghiêng, phía trong xung quanhmũi cọc có hàn các sườn gia cường với mục đích vừa bảo vệ buồng bơm trám, vừa tăngcứng cho mũi cọc, đảm bảo quá trình thi công cọc có thể xuyên qua các nền cứng một cáchdễ dàng. Đường kính, chiều dài cọc phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên kết cấu, khả năng chịu tảicủa nền đất và giải pháp thi công công trình.Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 10
  11. 11. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Các cọc sẽ được đóng xuống độ sâu thiết kế qua ống chính của chân đế, giữa ống chính vàcọc được bơm trám bằng dung dịch xi măng.I.3.2.3- Khung sàn chịu lực Khung sàn chịu lực là bộ phận trung gian giữa các module trên thượng tầng và kết cấuchân đế. Làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng từ khối thượng tầng xuống chân đế.Sàn chịu lực thường được chế tạo từ các dầm thép hình hoặc các dầm thép tổ hợp.I.3.2.4- Giá cập tàu Giá cập tầu được thiết kế dựa trên các cơ sở sau: Vị trí bố trí giá cập tầu tại khu vực có sự dao động thuỷ triều. Đảm bảo mớn nước cho tàu cập khi thuỷ triều lên xuống. Đảm bảo không cho tầu va trực tiếp vào khối chân đế. Giảm được đáng kể lực cập tầu Phù hợp với các yêu cầu trên, giá cập tàu được đặt ngược với hướng gió chính và hướngdòng chảy để giảm thiểu lực tác dụng vào giàn khoan khi tàu cập vào giàn, đảm bảo độ antoàn cho khối chân đế. Giá cập tàu được chia làm hai phần chính: Phần cố định gồm khung xương, cầu thang, hai mặt sàn ở cao độ khác nhau cho các mựcthuỷ triều. Phần bán cố định gồm các trụ đứng bọc đệm cao su, phía dưới liên kết với với khungxương qua ống định tâm, đầu trên liên kết với khung xương qua mặt bích bắt bulông. Giải pháp này cho phép sử dụng lâu dài giá cập tàu, quá trình sửa chữa và thay thế chỉ cầnphương tiện thô sơ để thay thế các trụ đứng.I.3.2.5-Thượng tầng Là tổ hợp kiến trúc xây dựng dân dụng và công nghiệp đảm bảo các hoạt động của côngtrình ở xa bờ. Được bố trí theo kiến trúc modul khép kín, quy hoạch hợp lý và liên hợp giữacác hạng mục của công trình và thiết bị. Quy hoạch thượng tầng đảm bảo tính an toàn caovề cháy nổ và cứu sinh. Các block của giàn LQ10: Sàn sân bay; Block người ở; Sàn chính: có các kết cấu phụ, trạm cứư hoả, khu vệ sinh, sàn cho xuồng cứư sinh…; Sàn dưới (cellar deck): gồm các bình chứa chất lỏng, container DG, hệ thống ống,..Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 11
  12. 12. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT TÍNH MỎI CÔNG TRÌNH BIỂNII.1- Hiện tượng phá huỷ mỏi trong kết cấu Hiện tượng mỏi là hiện tượng phá huỷ của kết cấu dưới tác động lặp lại nhiều lần của ứngsuất, đến khi kết cấu xuất hiện vết nứt, các vết nứt phát triển dần đến khi có phá huỷ hoàntoàn kết cấu: Hiện tượng mỏi được phát sinh khi có đủ hai điều kiện cần sau: • Tải trọng tác động có gía trị thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi có chu kì. Chu kì có thể đều hoặc không đều. • Vật liệu làm kết cấu không đồng nhất. Hiện tượng mỏi cần có điều kiện đủ sau: • Số chu trình lặp lại của mức ứng suất phải đủ lớn để gây mỏi. Nếu ứng suất lớn thì cần ít chu trình để gây ra mỏi, nếu ứng suất nhỏ thì cần nhiều chu trình hơn. Trạng thái làm việc của công trình biển: • Tải trọng sóng tác dụng lên công trình là tải trọng thay đổi có chu kì và tác động lặp lại trong suốt thời gian tồn tại của công trình. • Vật liệu thép ống chế tạo tại nhà máy nhưng được thi công hàn tại công trường vì vậy không tránh khỏi khuyết tật. Đây chính là điều kiện cần và đủ có thể xảy ra hiện tượng mỏi trong công trình biển. Các giai đoạn phá huỷ mỏi: • Giai đoạn 1: Với chu trình N1 đủ lớn thì vết nứt thì kết cấu bắt đầu xuất hiện các vết rạn nhỏ tại các vị trí xung yếu nhất. • Giai đoạn 2: Quá trình vết nứt được lan truyền chậm sang các vị trí lân cận N2 > N1, thời gian lan truyền các vết nứt là (N2 – N1)Tm. Trong đó Tm là chu kì trung bình của ứng suất. • Giai đoạn 3: Vết nứt lan truyền rất nhanh và dẫn đến các cấu kiện bị phá huỷ tại mặt cắt. Vị trí tính toán mỏi được giới thiệu trong sơ đồ dưới đâySinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 12
  13. 13. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Điều chỉnh tổng thể Thiết kế chân đế Điều kiện môi - Cấu tạo hình học trường cực hạn Kiểm tra bền - Tiết diện, đường kính, chiều dày phần tử - Vật liệu Điều kiện môi trường dài hạn Kiểm tra mỏi Điều chỉnh cục bộ Tính toán mỏi là phần tính toán thứ hai trong tính toán kiểm tra kết cấu chân đế và là yêucầu không thể thiếu đối với kĩ sư thiết kế. Quy trình tính mỏi trong thiết kế thực hành : chọntrước tuổi thọ mỏi của kết cấu và sử dụng thiết kế mỏi để đảm bảo tuổi thọ tính toán tại‘điểm nóng’ của kết cấu lớn hơn tuổi thọ dự kiến. Tính mỏi không tính được khả năng chịumỏi của công trình, nhưng nó cho biết những điểm nhạy cảm có tuổi thọ bé hơn tuổi thọthiết kế để có kế hoạch theo dõi và sửa chữa. Tuổi thọ mỏi Tính toán Đảm bảo Tính toán mỏi dự kiến kiểm tra tuối thọ nút so Không đảm bảo, đề ra với tuổi thọ phương án thay đổi, kế dự kiến hoạch theo dõi sửa chữaII.2- Tải trọng gây mỏi Mọi sự thay đổi ứng suất có thể gây ra phá huỷ mỏi đều phải được kể đến khi thiết lập sựphân bố dài hạn biên độ ứng suất. Các tác động có giá trị thay đổi có thể xảy ra trong tất cảcác giai đoạn của đời sống công trình bao gồm: Bảng II.1: Tải trọng gây mỏi Nguồn gây mỏi Kết cấu bị ảnh hưởng Sóng (Dòng chảy) Kết cấu chân đế, cọc Dòng chảy xoáy Phần tử mảnh, conductor Sóng đập (Wave slam) Mạng lưới thanh rằng trên MSL Vật nổi gây va đập Vùng nước bắn Kết cấu chân đế (Chỉ áp dụng cho kéo Vận chuyển thời gian dài)Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 13
  14. 14. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Nguồn gây mỏi Kết cấu bị ảnh hưởng Gió (Rối) Tháp, cầu, cần đốt khí Nhiệt Cần đốt khí Thiết bị xoay Kết cấu đỡ Cần cẩu Bệ đỡ Kết cấu phụ trợ gắn vào Đóng cọc ( Ví dụ anode) Lực thủy tĩnh Vật có đưòng kính lớn gần vùng sóng • Dòng chảy nói chung mang tính tĩnh và không kể tới trong tính mỏi. • Triều và hà bám đều gây ra các hiệu ứng đối với mỏi. Đối với các sóng thường nhật, diễn biến triều hàng ngày có ảnh hưởng nhỏ tới mỏi. Tuy nhiên, triều và nước dâng kết hợp với sóng bão lại gây ra ảnh hưởng lớn đáng kể. Ví dụ : chúng có thể chùm lên một số phần tử hay cả phần tử mà bình thường các phần tử này ở trên không. Nói chung triều ảnh hưởng không đáng kể . • Dòng chảy xoáy, sóng đập, vật nổi va đập ảnh hưởng tới mỏi nhưng tổn thất không đáng kể. • Mỏi kể tới trong vận chuyển chỉ tính với những khoảng vận chuyển dài : dàn LQ10 có khoảng vận chuyển ngắn nên không kể tới. • Gío chỉ ảnh hưởng tới các thiết bị trên thượng tầng như cần khí đốt, tháp, cần cẩu mục đích của đồ án là quan tâm tới mỏi ở chân đế nên ta không xét tới ảnh hưởng gío. • Nhiệt chỉ ảnh hưởng tới cần khí đốt. • Thiết bị xoay, cần cẩu chỉ ảnh hưởng mỏi cục bộ trên thượng tầng cũng không phải là đối tượng chúng ta quan tâm. • Đóng cọc chỉ ảnh hưởng tới những phần tử phụ trợ gắn vào chân đế như anode. • Lực thuỷ tĩnh chỉ ảnh hưởng vật có kích thước lớn gần mặt nước tĩnh giả thiết bỏ qua cho việc tính toán đơn giản và ảnh hưởng của nó cũng không lớn. Do vậy tải trọng sóng là nguyên nhân chủ yếu gây phá huỷ mỏi cho chân đế là phần chúngta quan tâm. Tóm lại, trong đồ án này ta chỉ đề cập tới tính mỏi dưới tác động của sóng.II.3-Các phương pháp tính toán mỏi Tính toán mỏi được chia thành hai nhóm: • Phương pháp xác định tổn thương tích luỹ: Dựa vào lý thuyết tổn thương tích luỹ của Palgreen-Miner và các đường cong mỏi S-N được xây dựng từ các thí nghiệm, áp dụng để dự báo tuổi thọ mỏi. Dựa trên phương pháp xác định tổn thương tích luỹ có các phương pháp cụ thể sau: 1. Phương pháp tiền định. 2. Phương pháp phổ. 3. Phương pháp lịch sử thời gian ( Phương pháp mô phỏng ). • Lý thuyết cơ học phá huỷ: Sử dụng các lý thuyết về sự hình thành và lan truyền vết nứt để tính toán áp dụng cho giai đoạn 2 và 3 của hiện tượng mỏi.Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 14
  15. 15. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, trong đồ án này hai phương pháp được tìmhiểu kĩ là : phương pháp tiền định và phương pháp phổ, và áp dụng phương pháp tiền địnhđể tính toán kiểm tra khối chân đế dàn LQ10. Sơ đồ tính hai phương pháp trên :Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 15
  16. 16. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Phương pháp tiền định Phương pháp phổ II.5 II.6 Sơ đồ phân phối các sóng Tính lực do sóng Phổ sóng ngắn hạn(Hs, Tz) điều hoà (Morison) Phổ lực sóng II.5.1 II.6.1 Tính kết cấu trong miền thời gian Tính kết cấu trong miền tần số II.5.2 II.6.2 Ứng suất do sóng đều Phổ ứng suất ngắn hạn S.C.F II.4.2 Mô phỏng Đếm các chu trình ứng suất II.6.4 Lược đồ ứng suất ngắn hạn Thống kê dài hạn (các trạng thái biển) Đường cong mỏi S-N II.4.3 Lược đồ ứng suất dài hạn Hệ số an toàn FCF Tỉ số tổn thất mỏi tích luỹ II.7 ( Theo luật P-M) Đời sống mỏi thiết kếSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 16
  17. 17. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10II.4 - Điểm nóng - Hệ số tập trung ứng suất - Đường cong mỏiII.4.1-Điểm nóng ( hot spot) Ứng suất điểm nóng là ứng suất cục bộ cực đại, có vị trí tại liên kết giữa các phần tử, tứclà ở các vịt rí bất liên tục của kết cấu điển hình là nút ống, vị trí và giá trị chính xác của nóphụ thuộc vào dạng hình học của liên kết và các điều kiện chịu tải. K.cach=2 lan chieu day ong chinh Vung cac diem nong Điểm nóng thường được khảo sát và cũng là một ví dụ về điểm nóng phụ thuộc vào dạnghình học và tải trọng : Ong nhanh Ong chinh (Brance) Diem Hong (Chord) ( Crown point ) Diem Dinh (Saddle Point ) Vi tri diem nong Phan tu Tai trong Uon trong mat Uon ngoai mat doc truc (AX) phang (IPB) phang (OPB) Ong chinh Ong nhanhSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 17
  18. 18. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Tại vành hàn nối giữa ống nhánh với ống chính, thường có hai dạng phá huỷ điển hình, cảhai dạng phá huỷ này thường xảy ra trong vùng lân cận với mối hàn đỉnh: • Phá huỷ phía ống nhánh (tách giữa ống nhánh và mối hàn) • Phá huỷ phía ống chính (tách giữa ống chính và mối hàn) Ong nhanh Ong nhanh (Brace) (Brace) Duong han Duong han Ong chinh Ong chinh (Chord) (Chord) Pha huy giua ong nhanh va moi han Pha huy giua ong chinh va moi han Hình vẽ mô tả sự thay đổi ứng suất tại điểm nóng: Snotch Shot Shot3/2 Stress Snom Weld toe Snom : Ứng suất danh nghĩa. Shot : Ứng suất tập trung tại điểm nóng chỉ kể tới ảnh hưởng của biến đổi đột ngột dạng hình học. Snotch : Ứng suất tập trung có kể tới biến đổi dạng hình học và ảnh hưởng của mối hàn.II.4.2-Hệ số tập trung ứng suất (SCF) Biểu thức xác định ứng suất cục bộ: σ e = (SCF )σ nSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 18
  19. 19. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 σ n : Ứng suất danh nghĩa tại vị trí tương ứng của đầu phần tử thuộc nút đang xét. σ e : Ứng suất cục bộ tại vị trí điểm nóng của nút khảo sát. SCF : hệ số tập trung ứng suất tại điểm nóng đang xét - là vấn đề chúng ta đang quan tâm Ong nhanh Ong nhanh (Brace) (Brace) Ong chinh Ong chính (Chord) (Chord) Hệ số tập trung ứng suất phụ thuộc vào điều kiện chịu tải, dạng hình học của nút, vị trí ốnnhánh quy tụ vào nút, cấu tạo hình học mối hàn xét trong mối liên hệ với đường cong mỏiS-N tương ứng. SCF trong mọi trường hợp tính toán được đề nghị không nhỏ hơn 1.8. Cơ sở xác định SCF: • Phương pháp phần tử hữu hạn (phương pháp lý thuyết). • Thí nghiệm mô hình (phương pháp thực nghiệm). • Xây dựng các công thức số (nhận được từ mô hình số, mô hình vật lý và phương pháp phần tử hữu hạn) Phương pháp thứ 3 thường được sử dụng trong thiết kế với các nút ống đơn giản. Chính vìvậy trong đồ án này phương pháp thứ 3 được tập trung nhiều hơn.II.4.2.1- Phương pháp phần tử hữu hạn Trong trường hợp các công thức kinh nghiệm không có sẵn để tính hoặc độ chính xáckhông đủ thì phải dùng phương pháp tinh vi là phương pháp PTHH để xác định SCF.Phương pháp PTHH cho phép tính SCF tại nút có hình dạng bất kì. Bằng cách sử dụng cácphần tử vỏ mỏng có thể phân tích được biến dạng tại điểm nóng của nút, trong đó việc chialưới các phần tử phải đủ dầy sao cho có thể xác định được biến thiên theo bước chia của ứngsuất cục bộ và tìm được giá trị ứng suất tại vị trí chân mối hàn thực tế. Cũng có thể sử dụngcác phần tử vỏ dày và các phần tử khối đẳng hướng để mô tả vùng mối hàn. Nhược điểm chính của phương pháp này giá thành cao và phải tốn nhiều thời gian. Từ các kết quả tính toán theo phương pháp PTHH rút ra nhận xét: Gía trị tại một điểm gốc0 không có ý nghĩa thực tế và giá trị tại nút σ e phải lấy tương ứng tại chân mối hàn thuộcống chính hoặc ống nhánh (Hình vẽ trên).Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 19
  20. 20. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Việc xác định các ứng suất tập trung và các hệ số tập trung ứng suất SCF tại các nút phứctạp của kết cấu bằng phương pháp PTHH có thể thực hiện bởi các chương trình máy tínhthích hợp có sẵn chư các phần mềm nổi tiếng ADINA, NASTRAN, SAMCEF, ..II.4.2.2 – Thí nghiệm mô hình Giá trị của các hệ số tập trung ứng suất cũng có thể được xác định bằng phương pháp thínghiệm trên mô hình, trong đó sử dụng các thiết bị đo biến dạng. Từ các giá trị đo biến dạngcó thể ngoại suy ra các giá trị của giá trị ứng suất tương ứng: giá trị ứng suất cục bộ tại chânmối hàn σ e . Thông thường có các phương pháp đo biến dạng : • Phân tích quang đàn hồi trên mô hình chất dẻo ở tỉ lệ nhỏ. • Dùng thiết bị đo biến dạng trên mô hình. • Dùng thiết bị đo biến dạng trên mô hình kết cấu thép.II.4.3.3- Phương pháp số Các công thức số được sử dụng rộng rãi trước tiên vì nó cho phép sử dụng dễ dàng vànhanh chóng. Tuy nhiên nó có thể đưa đến sai số lớn nếu áp dụng không đúng phạm vi hoặcdạng hình học của nó.Đề nghị của ABS tính công thức số. Phân loại nút và đề nghị của ABS cho từng loại nút: • Nút đơn giản: (Simple Joints) Bảng dưới đây nêu ra những công thức cho việc dự tính SCF cho nút đơn giản. Những mẫu này đã được kiểm địng từ mô hình thép và mô hình chất dẻo và được xác nhận là phương pháp dự tính có thể chấp nhận được. • Nút nhiều mặt phẳng : (Multi Planar Joints) Hệ số SCF cho nút nhiều mặt phẳng được xác định khi thừa nhận rằng không có sự tương tác giữa các nút ở các mặt phẳng khác nhau. • Nút xếp chồng : (Overlappded Joints) Tham số để tính SCF được lấy trong công thức Efthymiou 1988 ). Chúng vẫn chưa được ấn định vì sự hạn chế của cơ sở dữ liệu. • Nút gia cường (Stiffened Joints) Thông số tính SCF được phát triển từ mô hình chất dẻo ( acrylic model ) bởi Smedley and Fisher 1990. BảngII.2: SCF cho nút đơn giản X, K và T/Y X joints Tải trọng Vị trí Efthy S&F Ống chính –điểm đỉnh Y X Lực dọc Ống chính -điểm hông X* X* Ống nhánh-điểm hông Y Y Ống nhánh-điểm đỉnh Y YSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 20
  21. 21. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Tải trọng Vị trí Efthy S&F Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y Y Ống chính -điểm hông Y Y Ống nhánh-điểm đỉnh Y Y Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y Y K joints Tải trọng Vị trí Efthy S&F Lực dọc Phía thanh chủ X Y Phía thanh nhánh X Y Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y Y Ống chính -điểm hông Y Y Ống nhánh-điểm đỉnh Y Y Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Yc Y T/Y joints Tải trọng Vị trí Efthy S&F Ống chính –điểm đỉnh Y X Lực dọc Ống chính -điểm hông Y Y Ống nhánh-điểm hông Y Y Ống nhánh-điểm đỉnh Yc Y Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y Y Ống chính -điểm hông Y Y Ống nhánh-điểm đỉnh Y Y Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y X Trong đó: Y : Được đề nghị YC : Được đề nghị nhưng còn nhiều trang cãi X : Không được đề nghị, từ khi nó thất bại gặp phải phê bình. X* : Không được đề nghị khi có nhiều hơn 15 loại thép và mối nối chất dẻo trong dữ liệu SCF. Efthy : Etthymiou Equations (Efthymiou 1988) S&F : Smedley and Fisher Equations (Smedley and Fisher 1991)Theo tiêu chuẩn APISinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 21
  22. 22. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10• Công thức của Kuang dựa trên phân tích phần tử mặt (shell element). Khi dùng quang đàn hồi để tính mỏi dựa trên đường cong X, kết quả bị phê phán khi so sánh với sự liên hệ với số đo bằng quang đàn hồi. Chord : R >4" 3 t > 16" Hot Spot Stress Rang API-X (SCF)chord = (SCF)Kuang 5 (SCF)brace = 1.0 + 8*[(SCF)Kuang - 1.0] Cycles to Failure (SCF)chord = (SCF)kuang 5 (SCF)Brace = 1.0 + 8 [(SCF ) Kuang − 1.0 ]• Mẫu SCF dựa trên Kellogg. Sự thiết lập này của SCF có sự cung cấp cho mối nối vữa. Tuy nhiên mẫu này được dùng với sự thận trọng từ sự đề nghị gần đây rằng vữa có thể ảnh hưởng tải trọng và cấu tạo hình học cái gây ra sự xoay ống chính.• Mẫu SCF được phát triển Lloyds Register, London, nhận được từ mô hình vật lý.• Các công thức của đăng kiểm DnV Mỏi tích luỹ được tính tại ít nhất 8 điểm quanh chỗ nối. Tại Điểm đỉnh (Saddle Points)chịu lực dọc trục và uốn ngoài mặt phẳng; khi tại Điểm hông (Crown Points) chịu tải trọngdọc trục và uốn trong mặt phẳng. Ứng suât danh nghĩa fax ; fipb; fopb thích hợp với 3 trườnghợp tải trọng: + Ứng suất tại điểm đỉnh (saddle points) : Fhot = SCFax.fax + SCFipb.fipb + Ứng suất tại điểm hông (Crown points) : Fhot = SCFax.fax + SCFopb.fobpSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 22
  23. 23. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 1 4 3 1; 2 : Crown point 3; 4 : Saddle point 2 8 diem : Top, Top-left, Left, Bot-left, Bot, Bot-right, Right, Top-Right Mopd Mipd P fopd fipd fax θ Uon ngoai mat phang Uon trong mat phang Tai doc truc Out of plane bending In plane bending Axial loadPhạm vi áp dụng các công thức tính SCF Các công thức số được sử dụng rộng rãi trước tiên vì nó cho phép sử dụng dễ dàng vànhanh chóng. Tuy nhiên nó có thể đưa đến sai số lớn nếu áp dụng không đúng phạm vi hoặcdạng hình học của nó, do đó xác định phạm vi áp dụng các công thức này là rất quan trọng. BảngII.3: Phạm vi giá trị của các công thức tính SCF Lực dọc trục Uốn trong mặt phẳng Uống ngoài mặt phẳng Axial load In-plane bending Out of plane bending Kuang Kuang Kuang T DnV DnV DnV Lloyds Lloyds Lloyds Kuang Kuang Kuang Y Loyds Loyds Loyds X Lloyds Lloyds Lloyds Kuang Kuang Kuang K, TY Lloyds Lloyds Lloyds Kuang KT Lloyds Lloyds Lloyds Bảng II.4: Phạm vi giá trị các thông số hình học Các DnV Kuang Lloyds thông số Thanh chủ Thanh rằng α 6.67 - 40 7 - 16 8 - 40 β 0.3 – 0.8 0.225 – 0.9 0.3 – 0.9 0.13 – 1.0 γ 8.33 – 33.3 10 – 30 10 -30 12 -32Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 23
  24. 24. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Các Kuang DnV Lloyds thông số τ 0.2 – 0.8 0.4 – 1.0 0.47 – 1.0 0.25 – 1.0 θ 0.0 - π /2 π /2 π /2 π /6 - π /2 ς 0.01 – 1.0 fb fa α=2L/D τ=t/T d t β=d/D γ=D/2T ξ =g/D T g θ D L Trong đó công thức của Kuang và Efthymiou được sử dụng nhiều nhất, và công thức của Kuangđược sử dụng trong đồ án này. Bảng II.5: Các công thức SCF của Kuang Dạng hình học S.C.F Phạm vi áp dụng và chịu tải Ống chính 3 TY S.C.F = 1.981.α 0.057 .e −1.2.β .γ 0.808 .τ 1.333 . sin 1.694 θ AX Ống nhánh 3 S.C.F = 3.751.α 0.12 .e −1.35.β .γ 0.55 .τ . sin 1.94 θ 6.6 ≤ α ≤ 40 Ống chính 0.3 ≤ β ≤ 0.8 TY S.C.F = 0.702.β −0.04 .γ 0.6 .τ 0.86 . sin 0.57 θ 8.3 ≤ γ ≤ 33.3 I.P.B Ống nhánh 0.2 ≤ τ ≤ 0.8 S .C.F = 1.301.β −0.38 .γ 0.23 .τ 0.38 . sin 0.21 θ 0.01 ≤ ς ≤ 1.0 Ống chính 0.3 ≤ β ≤ 0.55 0 o ≤ θ ≤ 90 o S.C.F = 1.024.β 0.7874 .γ 1.014 .τ 0.889 . sin 1.557 θ θ 2 : góc nghiêng TY Ống nhánh ống nhánh giữa O.P.B 0.3 ≤ β ≤ 0.55 S .C.F = 1.522.β 0.801 .γ 0.852 .τ 0.543 . sin 2.033 θ Ống chính 0.55 ≤ β ≤ 0.75Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 24
  25. 25. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Dạng hình h ọc S.C.F Phạm vi áp dụng và chịu tải S.C.F = 0.462.β −0.619 .γ 1.014 .τ 0.889 . sin 1.557 θ Ống nhánh 0.55 ≤ β ≤ 0.75 S .C.F = 0.796.β −0.281 .γ 0.852 .τ 0.543 . sin 2.033 θ Ống chính KTY S.C.F = 1.506.β −0.059 .γ 0.666 .τ 1.104 .ς 0.067 sin 1.521 θ AX Ống nhánh S.C.F = 0.920.β −0.441 .γ 0.157 .τ 0.56 .ς 0.058 .e1.448. sin θ Ống chính KTY S.C.F = 1.822.β 0.06 .γ 0.38 .τ 0.94 . sin 0.9 θ I.P.B Ống nhánh S.C.F = 2.8727.β −0.35 .τ 0.35 . sin 0.5 θ Ống chính 0.126 S.C.F = 1.832.β 0.12 .γ 0.10 .τ 0.68 .(ς 1 + ς 2 ) sin 0.5 θ Ống nhánh 0 o ≤ θ ≤ 45 o 0.126 KT S.C.F = 6.056.β −0.36 .γ 0.10 .τ 0.68 .(ς 1 + ς 2 ) sin 0.5 θ AX Ống nhánh 45 o ≤ θ ≤ 90 o 0.126 S.C.F = 13.804.β −0.36 .γ 0.10 .τ 0.68 .(ς 1 + ς 2 ) sin 2.88 θ Ống nhánh trung gian 0 o ≤ θ 2 ≤ 90 o 0.159 S.C.F = 4.981.β −0.396 .γ 0.123 .τ 0.672 .(ς 1 + ς 2 ) sin 2.267 θ 2Bảng II.6: Các công thức SCF của Lloyds Dạng hình Phạm vi áp h ọc S.C.F dụng và chịu tải Ống chính S.C.FSadde = β . 6.78 − 6.42.β 0.5 .γ .τ . sin (1.7+0.7 β ) θ ( ) 3 S.C.FCrown = k c + k o .kc Ống nhánh TY S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu AX S.C.FCrown = 1.0 + 0.63.S .C.FCro.thanhchu ( )( k c = 0.7 + 1.37.(1 − β ).γ 0.5 .τ . 2. sin 0.5 θ − sin 3 θ ) ( −1 )( ) k o = τ . β − τ .(2.γ ) . 0.5.α . sin θ . sin θ . 1 − 1.5.γ −1 −β −1 ( )−1 ( ( k c = 1.05 + 30.0.γ −1.τ 1.5 .(1.2 − β ). cos 4 θ + 0.15 )) Ống chính T,Y,K,KT,X I.P.B ( ) S.C.FCrown = 0.75.γ 0.6 .τ 0.8 . 1.6.β 0.25 − 0.7.β 2 . sin (1.5−1.6.β ) θ Ống nhánhSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 25
  26. 26. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Dạng hình Phạm vi áp h ọc S.C.F dụng và chịu tải S.C.FCrown = 1.0 + 0.63.S .C.FCro.thanhchu Ống chính S.C.FSadde = β . 1.6 − 1.15.β 5 .γ .τ . sin (1.35+ β ) θ ( ) 2 TY O.P.B Ống nhánh 8 ≤ α ≤ 40 S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu 0.13 ≤ β ≤ 1.0 Ống chính 12 ≤ γ ≤ 32 X ( S.C.FSadde = 1.7.γ .τ .β . 2.42 − 2.28.β 2.2 . sin β (15−14.4 β ) θ) 2 0.25 ≤ τ ≤ 1.0 AX Ống nhánh 0<ς S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu 30 o ≤ θ ≤ 90 o Ống chính θ 2 : góc nghiêng X ( ) S.C.FSadde = β . 1.56 − 1.46.β 5 .γ .τ . sin β (15−14.4 β ) θ 2 ống nhánh giữa O.P.B Ống nhánh S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu Ống chính trung gian: M1 = M2 = M3, θ 2 > θ1 , θ 2 > θ 3 , θ1 = θ 3 KT ( )( S.C.FSadde = CCCQ. y. Jo int θ =θ2 . 1.0 + 2.0(θ 2 / θ1 ) 0.3 ) O.P.B (1.35+ β ) .(sin θ1 / sin θ 2 ) 2 .(0.016.γ .β ) (ς +0.45 ) . 1.0 − 0.1(1.0+ 4ς ) ( ) 2 Ống nhánh trung gian S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu Chord θ1 > θ 2 , P2 = P . sin θ1 / sin θ 2 1 ( S.C.FSadde = (CCCQ. y. Jo int θ =θ1 ). 1.0 − (0.012.γ ) (0.67.ς +0.4 ) ). (0.1−0.7 β ) 3 .(sin θ1 / sin θ 2 ) K −0.5 0.05 β K.T S.C.FCrown = 1.1.γ 0.65. .τ . sin θ1. sin θ 2 .(2.0.ς ) AX ( . 1.5.β 0.25 − β 2 ) Ống nhánh S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu S.C.FCrown = 1.0 + 0.63.S .C.FCro.thanhchu Ống chính θ1 > θ 2 , M 1 = M 2 ( S.C.FSadde = (CCCQ. y. Jo int θ =θ1 ). 1.0 + (0.016.γ .β ) (ς +0.45 ) ). K (θ1 / θ 2 )0.33.(sin θ1 / sin θ 2 )(0.35+β ).(1.0 − 0.1.(1.0+4ς ) ) 2 O.P.B Ống nhánh S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu Bảng II.7: Các công thức SCF của DnVSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 26
  27. 27. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 Dạng hình h ọc S.C.F Phạm vi áp dụng và chịu tải Ống chính Ống chính T ( 2 ) S.C.F = 1.44 - 3.72.(β - 0.47 ) .γ 0.87 .τ 1.37 .α 0.06 . sin 1.694 θ 7.0 ≤ α ≤ 40 AX Ống nhánh 0.255 ≤ β ≤ 0.9 ( 2 ) S.C.F = 1.00 - 1.78.(β - 0.5) γ 0.76 .τ 0.57 .α 0.12 . sin 1.94 θ 8.3 ≤ γ ≤ 33.3 Ống chính 10 ≤ τ ≤ 30 T ( 2 ) S.C.F = 1.65 - 1.1.(β - 0.42 ) .γ 0.38 .τ 1.05 . sin 0.57 θ 0. 4 ≤ ς ≤ 1. 0 I.P.B Ống nhánh 0 o ≤ θ ≤ 90 o ( 2 ) S .C.F = 0.95 − 0.65.(β − 0.41) .γ 0.39 .τ 0.29 . sin 0.21 θ Ống nhánh Ống chính 7.0 ≤ α ≤ 16 ( 2 ) S.C.F = 1.01 - 3.36.(β - 0.64 ) .γ 0.95 .τ 1.18 . sin 1.557 θ 0.3 ≤ β ≤ 0.9 T Ống nhánh 10 ≤ γ ≤ 30 O.P.B ( 2 ) S .C.F = 0.76 − 1.92.(β − 0.72 ) .γ 0.89 .τ 0.47 . sin 0.2033 θ 0.47 ≤ τ ≤ 1.0 0 o ≤ θ ≤ 90 o Những thu nhận khái quát nhất về công thức Efthimiou M.Efthimiou đã phát triển công thức xác định hệ số SCF và xây dựng các hàm ảnh hưởng suy rộngđể tính mỏi. Những kết quả chính của tác giả: • Đã thiết lập được các biểu thức đánh giá SCF tại các nút kiểu T/Y, X, K và K. Đối với các nút X, K, KT và đã xét đủ các trường hợp chất tải để làm cơ sở cho việc thiết lập hàm ảnh hưởng. • Xây dựng các hàm ảnh hưởng cho phép xác định các ứng suất điểm nóng trong các nút ống phẳng chịu tải trọng và moment bất kì tại đầu thanh giằng. Công thức hàm ảnh hưởng đã được mở rộng cho các nút nhiều mặt phẳng. Nguyên tắc chính để thiết lập hàm ảnh hưởng là cộng tác dụng, có thể xây dựng được biểu thứctính ứng suất điểm nóng tại một vị trí nào đó (đỉnh 1 thuộc thanh chủ) về phía thanh giằng i suy ratừ ứng suất danh nghĩa ở đầu các thanh giằng khác (thanh j) có tải trọng tác dụng. σ 1 = σ j × IFij σ 1 : Ứng suất điểm nóng tại đỉnh 1 thuộc thanh chủ xét về phía thanh giằng i do tải trọng dọc trục tác dụng phía thanh giằng j gây ra. σ j : Ứng suất danh nghĩa tại thanh giằng j. IFij : Hàm ảnh hưởng tại đỉnh thanh chủ xét về phía thanh giằng i, do lực dọc trục phía thanh giằng j gây ra ( ứng với σ j =1) Trường hợp nút chịu tải trọng, ứng suất điểm nóng toàn phần tại điểm 1 được phân phối từ thanhgiằng lân cận và thanh giằng bản thân phía điểm 1 :Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 27
  28. 28. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 σ 1 = σ j × IFij + σ k × IFik + σ 1 × IFi1 Efthimmiou có những kết luận sau: • Hiệu ứng đa mặt phẳng không có ảnh hưởng quá lớn : làm tăng hoặc giảm ứng suất điểm nóng trong vòng 15% so với trường hợp ta loại bỏ một số thanh giằng chịu tải trọng nhỏ có tuổi thọ cao. • Tải trọng dọc trục trong các thanh giằng của các nút K, KT và X nói chung đã tự nó cân bằng trong phạm vi 20% khi sóng đi qua kết cấu. • Tính chất uốn ngoài mặt phẳng đối với các nút kiểu K và KT có thể gây ra trạng thái biển biến đổi từ cân bằng sang không cân bằng. Kết luận : trường hợp nút đa mặt phẳng; K,KT : không cân bằng phải tính bằng công thức Efthimiou để có kết quả chính xác hơn.II.4.3-Đường cong mỏi S-N Đường cong mỏi S-N được xác định bằng thực nghiệm, nó biểu diễn mối quan hệ giữabiên độ ứng suất ( ∆σ hay S) trong một mẫu thí nghiệm hay một nút khảo sát và mốt số chutrình ứng suất khi đạt tới phá huỷ. Đường cong mỏi S-N nói chung phụ thuộc hai tham sốthực nghiệm ( m, a), là loại đường cong Wohler : N = a.S-m Hay có dạng phi tuyến khi xét trong hệ toạ độ loga: Log10N = log10a – m.log10S Đường cong mỏi mô tả các quan sát thực nghiệm, qua đó cho thấy thực tế tồn tại một mứcứng suất (đúng hơn là biên độ ứng suất) mà với tất cả các biên độ ứng suất thấp hơn nókhông bao giờ xảy ra hiện tượng phá huỷ mỏi. Thực tế cho thấy rằng hiện tượng phá huỷcác nút hàn của kết cấu chủ yếu do quá trình hàn gây ra. Do dó, có thể quan niệm giới hạnmỏi thực nghiệm tương ứng với mức ứng suất ngưỡng để bắt đầu gây ra hiện tượng lantruyền từ khuyết tật ban đầu. Các công trình biển chịu tải trọng ngẫu nhiên với các giá trịlớn hơn mức ứng suất ngưỡng. Trong quá trình đời sống công trình, các vết nứt ban đầu sẽphát triển, trong khi mức ứng suất ngưỡng và giới hạn mỏi lại giảm xuống. Do hiện tượngnày, nên đối với các đường cong S-N, thường độ dốc có giá trị thay đổi khi số chu trình ứngsuất N > 107. Sau đây ta sẽ giới thiệu các đường cong mỏi đã được trình bày trong các tiêuchuẩn quy phạm công trình biển, trong đó tiêu chuẩn API được đề nghị áp dụng nhiều nhất.II.2.8.1- Bureau Veritas +N ≤ Nc = 107 : log N = 12.29 -3.00 log S +N > Nc = 107 : log N = 15.82-5.00 log SSinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 28
  29. 29. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 1000 Pham vi ung suat SB (N/mm2) 100 10 10^4 10^5 10^6 10^7 10^8 So chu trinh ung suat Duong cong moi S-N voi chieu day thanh chu T = 18 mm Đường cong có dạng như hình vẽ và thích hợp trong những trường hợp sau: • Có vết nứt xuất hiện khi phá huỷ. • Xét trường hợp nút hàn. • Ống chủ có chiều dày T = 18mm ( có chiều dày khác phải hiệu chỉnh ) • Thông số hình học của nút β =d/D < 1. • Xác suất không phá huỷ 97.5%, độ lệch chuẩn log N = 0.275. • Công trình trong không khí hoặc trong nước mặn nhưng được bảo vệ chống ăn mòn hiệu quả. Trường hợp ống chủ có chiều dày > 18 mm được hiệu chỉnh theo công thức dưới đây : 0.29  t  ∆σ = ∆σ *   N/mm2 đối với T > 15 mm.  18  ∆σ * : Giá trị số gia ứng suất trên đường cong tiêu chuẩn Hiệu chỉnh lại ta có công thức mới như sau : +N ≤ Nc = 107 : log N = A(T) -3.00 log ∆σ * A(T) = 13.38 – 0.87 log T với T > 15 mm A(T) = 12.37 với T < 15 mm +N > Nc = 107 : log N = A(T) -5.00 log ∆σ * A(T) = 17.64 – 1.45 log T với T > 15 mm A(T) = 15.93 với T < 15 mmII.2.8.2-Tiêu chuẩn DnV Đường cong mỏi có dạng đường X dành cho nút ống và các đường B, C, D, E, F , F2 , G,W dành cho chi tiết kết cấu có dạng bản dầm. Phương trình các đường cong này cho nhưbảng dưới dây :Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 29
  30. 30. §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10 500 X Stress range (N/mm2) 100 50 4 5 6 7 8 Log N Duong cong moi S-N tai nut ong (DnV) Log N = log a = Klog S Loại đường Loga K S ( N = 2.108) cong B 15.01 4.0 48 C 13.63 3.5 33 D 12.18 3.0 20 E 12.02 3.0 18 F 11.80 3.0 15 F2 11.63 3.0 13 G 11.39 3.0 11 W 11.20 3.0 9.3 X 14.57 4.1 34 Áp dụng trong trường hợp các giải pháp chống ăn mòn thực hiện hiệu quả.II.2.8.3 – Tiêu chuẩn dăng kiểm Lloyd Hai tham số kinh nghiệm : log a = 14.95. m = 4.27 Trên đường cong mỏi có giới hạn mỏi 36 N/mm2 tương ứng với số chu trình 2.108.II.2.8.4-Tiêu chuẩn API-RP2A Phương trình :Sinh viªn thùc hiÖnPh¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 30

×