20. Hµm mËt ®é phæ cña vËn tèc, gia tèc phÇn tö chÊt láng theo lý thuyÕt sãng Airy
Gi¶ sö hai ®¹i l-îng ngÉu nhiªn cã quan hÖ: Y=A.X th× ta cã, Syy = A2
.Sxx. Theo c¸c c«ng thøc
tÝnh vËn tèc vµ gia tèc c¶u lý thuyÕt sãng Airry ta nhËn ®-îc c¸c phæ vËn tèc vµ phæ gia tèc cña phÈn tö
chÊt láng nh- sau :
Svxvx = A2
x.S
Svzvz = A2
z.S
Saxax = B2
x.S
Sazaz = B2z
x.S
2.5.2 Tuyến tính hóa công thức Morison
Dạng tuyến tính của phương trình Morison, với mô hình sóng ngẫu nhiên, được xây dựng bằng
cách thực hiện tuyến tính hoá thành phần lực cản vận tốc, có dạng:
F(t) vACvAv.8DC
2
1
mvD
Trong đó: v là độ lệch chuẩn của vận tốc, được xác định dựa trên phổ vận tốc của phần tử
nước do sóng ngẫu nhiên gây ra.
(Tham kh¶o thªm [3])
2.5.3 Phổ sóng và Phổ tải trọng sóng
2.6 Tải trọng do động đất
2.6.1. Sơ lược về cơ chế tác động
Tải trọng do động đất bản chất là lực quán tính của kết cấu, phát sinh do dịch chuyển có gia tốc
của nền đất trong quá trình kiến tạo. Do đó khi nền ngừng dịch chuyển, các bộ phận bên trên tiếp tục
dịch chuyển theo quán tính. Cơ chế tác động có thể biểu diễn theo hình minh họa sau đây:
Theo đó, lực động đất tác động trên tất cả những thành phần có khối lượng của công trình biển,
do vậy khi tính toán kết cấu khối chân đế những thành phần phi kết cấu được mô tả như một khối
lượng đặt vào kết cấu.
Lực động đất tác động lên công trình đặc trưng bởi thông số gia tốc chuyển động của nền (gia tốc
nền) có thể mô tả là một quá trình ngẫu nhiên dừng, do đó để phân tích tác động của nó lên công trình
biển có thể áp dụng phương pháp đánh giá theo lý thuyết độ tin cậy hoặc theo phương pháp kiểm tra
theo giá trị cực đại của gia tốc nền.
Để tính toán lực động đất theo giá trị cực đại của gia tốc nền, đầu tiên cần xác định lực trượt mặt
đất lớn nhất tại chân công trình (gọi là lực cắt đáy). Với nguyên lý tác động tương đương, lực cắt đáy
được phân phối về các khối lượng nằm trên kết cấu với các bậc tự do tương ứng (Trong công trình
21. biển, đơn giản nhất là qui về các nút nằm trên các diafragm). Phương pháp này được gọi là phương
pháp tải trọng ngang thay thế (hay phương pháp tĩnh học tương đương).
2.6.2. Tính toán theo phương pháp tĩnh học tương đương
Phương trình động lực học tổng quát:
1 ( )oM x C x K x M x t
Trong đó:
x
: Ma trận cột chuyển vị
x
: Ma trận cột gia tốc
x
: Ma trận cột vận tốc
C
: Ma trận độ nhớt
xo(t): gia tốc của đất nền
Xác định giá trị phản ứng cực đại:
- Nghiệm của hệ phương trình có dạng:
( ) *
0
0
1
( ) ( ) sin ( )i i
t
t
ki ki i
i
x t x e t d
- Giá trị cực đại của nó sẽ bằng:
( )
0max
0 max
1
( ) ( ) sin ( )i i
t
t
ki ki ki i
i
x t x x e t d
Trong đó:
xki(t): chuyển vị tương đối của khối lượng mk trong dao động chính thứ i
i : tần số vòng của dạng dao động thứ i
ki : hệ số hình dáng, biến thiên tỷ lệ với toạ độ dạng dao động thứ i, xác định theo công thức:
1
2
1
n
k ki
k
ki kin
k ki
k
m X
X
m X
(Xem thêm các tài liệu tham khảo)
2.7 Các tải trọng khác
2.7.1 Tải trọng do quá trình thi công
2.7.2 Tải trọng do sự cố
2.7.3 Tải trọng cục bộ của sóng
2.7.4 Áp lực thủy tĩnh
- ¸p lùc thuû tÜnh p = .z ( F/m2
)
- Lùc ®Èy næi: P= .V
26. 3.2.3 Xử lý kết quả tính
3.3 Tính toán tựa tĩnh kết cấu chân đế
3.3.1 Điều kiện tính tựa tĩnh
Theo quy định trong các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu khối chân đế (KCĐ) Jacket của công
trình biển cố định bằng thép, thì chỉ có tải trọng sóng được xem là tải trọng động. Tuy nhiên, nếu
chu kỳ dao động riêng cơ bản (có giá trị lớn nhất trong dãy các chu kỳ dao động riêng) của kết cấu
KCĐ có giá trị nhỏ đáng kể so với dải chu kỳ dao động của sóng (Tmax << Tsóng), thì hiệu ứng
động là không đáng kể, được xem như tựa tĩnh (quasi-statics), và cho phép tính như đối với tải
trọng tĩnh.
a) Khi tính toán với điều kiện biển cực đại:
Theo quy định trong các Tiêu chuẩn thiết kế, nếu
Tmax 3 sec
có thể xem tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu KCĐ như là tựa tĩnh.
Điều này có thể giải thích rằng năng lượng sóng trong trạng thái biển cực đại (Extreme
Seastate) thường tập trung trong phạm vi chu kỳ sóng từ
Tsóng = 10 16 sec
Nên nếu chu kỳ cơ bản của KCĐ có giá trị như điều kiện 3 sec, thì có nghĩa là tính chất tựa
tĩnh của tải trọng sóng được hoàn toàn thoả mãn.
Điều kiện của bài toán tựa tĩnh thường được thoả mãn với trường hợp dàn nước nông,
khoảng dưới 100 m; Tuy nhiên, ngay cả với trường hợp nước nông, nếu khối lượng thượng tầng
quá lớn, điều kiện tính tựa tĩnh ở trên vẫn có thể không thoả mãn.
b) Khi tính toán với điều kiện biển bình thường:
Khi xét bài toán mỏi của kết cấu KCĐ, chu kỳ sóng gây ra mỏi lại có phạm vi rộng hơn, đó
là
Tsóng = 1 12 sec
Do đó, trong trường hợp này, hiệu ứng động lại phải kể đến.
27. Trên hình biểu diễn phổ sóng thông thường có năng lượng rải trong phạm vi chu kỳ từ 3 đến 20 sec,
và chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu kiểu Jacket ở phía bên trái phổ sóng, và các CTB mềm ở phía bên
phải phổ sóng.
(Chu kỳ cơ bản của các kết cấu Jacket ở bên trái phổ sóng
Chu kỳ cơ bản của các kết cấu CTB mềm ở bên phải phổ sóng)
3.3.2 Tải trọng tĩnh
Tải trọng được tính toán và tổ hợp theo như đã trình bày trong chương 2.
Tùy theo ảnh hưởng động đáng kể hay không đáng kể, tải trọng tác dụng lên kết cấu có thể
coi là tải trọng động hay tải trọng tĩnh.
Khi gây ra hiệu ứng động không đáng kể, tải trọng sóng được tính tại nhiều thời điểm theo
chu kỳ sóng, ứng với mỗi thời điểm nó được coi là tải trọng tĩnh (không thay đổi về chiều và trị
số).
Trong bài toán bền, tải trọng sóng thường được tính toán với chiều cao sóng cực hạn theo các
hướng và cho nhiều thời điểm ứng với khoảng chia nhất định của chu kỳ sóng.
3.3.3 Điều chỉnh kết quả tính
Về nguyên tắc trong bài toán tựa tĩnh, tải trọng sóng sau khi được tính toán sẽ được hiệu
chỉnh bởi hệ số động.
2
11
2
2
1
)()2()(1
1
dk
Trong ®ã:
: TÇn sè dao ®éng riªng cña sãng.
1 : TÇn sè dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt cña kÕt cÊu, 1 x¸c
®Þnh theo biÓu thøc:
1
2
T
Chu kú dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt.
Ö sè c¶n cña m«i tr-êng.
28. Nếu hệ phương trình tĩnh học là tuyến tính, việc hiệu chỉnh tải trọng sóng bằng hệ số kđ cũng
tương đương với hiệu chỉnh nội lực do tải trọng sóng gây ra bằng hệ số kđ.
3.4 Tính toán động tiền định kết cấu chân đế
3.4.1. Phương trình tổng quát của bài toán dao động nhiều bậc tự do
Phương trình tổng quát của bài toán dao động tuyến tính nhiều bậc tự do viết theo phương
pháp phần tử hữu hạn, có dạng:
M x + C x + K x = F(t)
Trong đó:
+ M - ma trận khối lượng của hệ, tập trung tại nút kết cấu, dạng ma trận chéo;
+ C - Ma trận hệ số cản tuyến tính của hệ, có cấu trúc tương tự M;
+ K - Ma trận độ cứng của kết cấu, ma trận vuông;
+ x - Vectơ chuyển vị nút của kết cấu;
+ F(t) - vectơ tải trọng sóng được quy về nút của kết cấu.
Tải trọng sóng được xác định theo phương trình Morison đã được tuyến tính hoá theo mô
hình sóng tiền định và có kế đến chuyển vị của kết cấu, như đã nêu tại công thức ở chương 2,
gồm 2 nhóm sô hạng (nhóm 1 chỉ chứa các số hạng vận tốc và gia tốc nước; nhóm 2 chứa các số
hạng vận tốc và gia tốc kết cấu) .
Trong phương trình trên, các đại lượng được hiểu như sau:
+ F(t) - vectơ tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu KCĐ (đã quy về nút kết cấu) với giả thiết
kết cấu là tuyệt đối cứng (không có chuyển vị);
+ M - Ma trận khối lượng kết cấu (đã quy về nút kết cấu), có kể đến khối lượng nước kèm
(added mass);
+ C - Ma trận hệ số cản của kết cấu, có kể tới hệ số cản thuỷ động của môi trường nước
(hydrodynamic damping).
3.4.2. Phương pháp chồng mode
(Đọc thêm bài giảng môn học Động lực học công trình biển)
Phương trình tổng quát:
M x + C x + K x = F(t)
Thực hiện phép đổi biến:
x = Z tức là Z = T
x
Trong đó:
+ là ma trận các dạng dao động riêng (vectơ riêng), sắp xếp theo cột;
+ T
là chuyển trí của ma trận ;
+ Z được xem là ánh xạ của vectơ x trong hệ toạ độ các vectơ riêng, cho phép biểu diễn
1 toạ độ bất kỳ xi có dạng như sau
xi = ai1 Z1 + ai2 Z1 + ..........+ aij Z1 + ........... ain Z1
29. với aij là thành phần thứ i của dạng dao động riêng j (jth
mode shape), tức là vectơ riêng J
Ta có phương trình dao động viết trong hệ toạ độ suy rộng:
)t(FˆZ.KˆZ.CˆZ.Mˆ
Trong đó phương trình tổng quát thứ j có dạng:
Mj jZ + Cj Zj + Kj Zj = )t(Fˆ
j (j = i, 2,....k,....n)
Ta nhận thấy các phương trình trên có dạng của phương trình dao động của hệ 1 bậc tự do
không cản và có cản.
Sử dụng nghiệm của bài toán dao động hệ 1 bậc tự do, ta tìm được nghiêm Zj của phương
trình suy rộng, từ đó ta xác định được nghiệm của bài toán n bậc tự do, có dạng sau:
xi =
n
1j
jijZa (j = i, 2,....k,....n)
Nhận xét: Phương pháp chồng mode cho phép đưa bài toán dao động của hệ n bậc tự do
tuyến tính về n bài toán 1 bậc tự do là bài toán đã có sẵn nghiệm. Phương pháp chồng mode cũng
được sử dụng rất tiện lợi để giải bài toán dao động ngẫu nhiên.
3.5 Tính toán động ngẫu nhiên kết cấu chân đế
3.5.1. Phương pháp giải trong miền tần số bằng ma trận hàm truyền
a) Xác định ma trận hàm truyền của hệ n bậc tự do
Từ phương trình động lực học tổng quát với véc tơ ngoại lực mô tả dạng hàm điều hòa phức,
thì ma trận hàm truyền được cho bởi công thức:
12
KCiMiH
Ma trận H(i) có ý nghĩa vật lý đặc biệt: Phần tử iHiH jk tính được theo
kdotubacvoiungluc
jdotubactheovichuyen
F
u
iH
k
j
jk
b) Xác định hàm mật độ phổ của chuyển vị ngẫu nhiên
Phản ứng chuyển vị tại j (tức là theo bậc tự do j) của hệ có hàm mật độ phổ dưới dạng :
srjj FFjs
n
r
n
s
jruu SiHiHS
1 1
*
Trong đó: H*
jr (iω) – là hàm liên hợp phức của Hjr (iω).
Thường bỏ qua các yếu tố tương quan giữa hai lực Fr và Fs (r s ), tức là coi SFr Fs(ω) = 0 ( r
s). Vậy có dạng đơn giản hơn (biểu thị tác động cộng tác dụng của các lực ngẫu nhiên):
n
r
n
s
FFjruu rrjj
SiHS
1 1
2
Nhận xét:
Việc tìm phổ phản ứng của hệ n BTD bằng phương pháp ma trận hàm truyền thường chỉ sử
dụng với hệ có ít bậc tự do, vì tính chất cồng kềnh khi số bậc tự do tăng lớn.
30. Thực tế tính toán thiết kế các KCĐ Jacket, thường gặp các bài toán có số bậc tự do rất lớn
(hàng trăm đến hàng nghìn BTD), phương pháp ma trận hàm truyền tỏ ra không thích hợp.
3.5.2. Phương pháp giải trong miền tần số bằng thuật toán chồng mode
Thuật toán tương tự như phương pháp chồng mode đã trình bày tại bài toán dao động tiền
định của hệ nhiều bậc tự do.
a) Hệ phương trình một bậc tự do độc lập:
'
tjj
'
jjj
'
jj
'
j FYKYCYM
Trong đó:
n,1j;tF....tFtFtF njn22j11j
'
j
Với Fk (k = 1,n) là phần tử thứ k của vectơ tải trọng ngẫu nhiên cho ban đầu.
b) Xác định các hàm mật độ phổ của tải trọng suy rộng tF'
j :
n,1k;n,1j;SS
n
1r
n
1s
FFksjrFF sr
'
k
'
j
c) Xác định hàm truyền trong hệ toạ độ suy rộng:
Hàm truyền phức của toạ độ suy rộng thứ j (j = 1, n) cho phương trình với hệ 1 bậc tự do:
j
2
jjj
j
CiMK
1
iH
Suy ra bình phương của hàm truyền có dạng:
2222
j
2
j
2
j
2
1
M
1
H
d) Xác định hàm mật độ phổ của chuyển vị suy rộng:
Tương tự bài toán hệ 1 bậc tự do, ta có thể xác định hàm mật độ phổ của chuyển vị suy rộng
dưới dạng:
''
*
kjkj FFkjYY SiHiHS i = (1,n); k = (1,n)
Trong đó:
+ iH*
j - Liên hiệp phức của hàm iHj (59);
+ '
k
'
j FF
S - mật độ phổ tương hỗ giữa hai tải trong suy rộng
e) Xác định hàm mật độ phản ứng của hệ n BTD
n,1j;SS
n
1r
n
1s
YYjsjruu srjj
Trong thực tế tính toán, thiết kế với độ chính xác chấp nhận được, thường bỏ qua các số hạng
phổ tương quan giữa các toạ độ suy rộng và có kết quả dạng rút gọn:
n
1r
YYjr
2
uu rrjj
SS
3.5.3. Phương pháp giải trong miền tần số bằng hàm truyền RAO
a) Khái niệm về hàm truyền (Transfer Function): còn gọi là “toán tử biên độ phản ứng” (gọi
tắt là “RAO”- Response-Amplitude Operator).
Đối với các hệ tuyến tính: RAO là hàm phản ứng chuẩn hoá (normalized response function)
được xây dựng trong một phạm vi nào đó của các tần số sóng tác dụng lên kết cấu. Do RAO có
31. tích chất không thay đổi đối với hệ tuyến tính, nên nó là hàm duy nhất đối với một kết cấu cho
trước.
Nếu tải trọng sóng phụ thuộc tuyến tính vào chiều cao sóng, ta có phản ứng của hệ được xác
định bởi hệ thức:
Resp (t) = (RAO) (t)
Trong đó:
+ RAO là phản ứng của hệ với một đơn vị biên độ sóng bề mặt;
+ (t) hàm sóng bề mặt thay đổi theo thời gian t.
b) Xác định phổ phản ứng
Trường hợp sóng bề mặt là hàm ngẫu nhiên đối với t: sóng được mô tả bởi phổ mật độ
năng lượng của sóng ( wave-energy density spectrum), đối với hệ tuyến tính, ta có thể xác
định được phổ phản ứng theo phổ của sóng bởi biểu thức:
SResp = [RAO ()] 2 S()
3.5.4. Phương pháp giải trong miền thời gian bằng thuật toán chồng mode
a) Phương pháp giải trong miền thời gian cho hệ một bậc tự do chịu tải trọng ngẫu nhiên
Nội dung chính của phương pháp này như sau:
Bước 1: Dựa trên hàm phổ sóng dã cho S() được xác định trong pham vi giá trị của tần số
m M
Ta chia đoạn [m , M] thành N đoạn đều nhau (xem hình vẽ).
=
N
mM
Bước 2: Thay thế 1 trạng thái biển với sóng ngẫu nhiên S() có tần số biển thiên liên tục.
thành tập hợp N sóng điều hoà Airy với N tần số khác nhau, i ( i = 1,N):
(t) =
N
1i
ia cos (i + i)
Trong đó: ai
2
= 2 S(i)
32. Bước 3: Lần lượt giải N bài toán động tiền định với sóng điều hoà ta sẽ xác định được N phản
ứng của kết cấu.
Bước 4: Xử lý thống kế N phản ứng, ta sẽ có được các đặc trưng xác suất của phản ứng do
sóng ngẫu nhiên ban đầu gây ra.
b) Kết hợp phương pháp chồng mode với phương pháp giải theo miền thời gian
Sử dụng thuật toán chồng mode với đầu vào là hàm mật độ phổ của bề mặt sóng S(), sau
khi đưa bài toán xuất phát về dạng n bài toán 1 bậc tự do, ta sẽ sử dụng phương pháp giải theo
miền thời gian như đã trình bày trong bài toán 1 bậc tự do ở trên để chuyển sang dạng các bài
toán 1 bậc tự do tiền định.
33. CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ KHỐI CHÂN ĐẾ CÔNG TRÌNH BIỂN
CĐ BẰNG THÉP
4.1 Lựa chọn các số liệu đầu vào phục vụ thiết kế
4.1.1 Yêu cầu về công nghệ
a) Công nghệ khoan xiên
b) Kỹ thuật giàn đầu giếng
- Loại kết cấu truyền thống của giàn BK;
- Loại kết cấu giàn tối thiểu (MOSS);
c) Công nghệ đầu giếng ngầm
Kết hợp với các Công trình biển nhằm:
34. - Giảm số lượng giàn;
- Tăng hiệu quả kinh tế;
d) Công nghệ thượng tầng toàn khối
4.1.2 Số liệu về môi trường, địa chất
4.1.3 Điều kiện thi công (Thi công tự nổi, đánh chìm bằng kéo trượt lên xà lan...). Đọc
thêm tài liệu thi công Công trình Biển cố định bằng thép.
4.2 Tính toán xác định các kích thước tổng thể của công trình
4.2.1. Các căn cứ và ràng buộc lựa chọn giải pháp kết cấu khối chân đế CTB cố định bằng
thép
a) Các căn cứ
- Nhiệm vụ của dàn: Liên quan đến quy mô thượng tầng;
- Vị trí của dàn: Xác định điều kiện môi trường để tính toán kết cấu;
- Độ sâu nước: Liên quan đến rất nhiều chỉ tiêu thiết kế;
- Các đặc tính nền đáy biển: Liên quan đến lựa chọn giải pháp móng ;
35. - Số lượng giếng khoan: Liên quan đến quy mô công nghệ thượng tầng và kết cấu
KCĐ đỡ thượng tầng;
- Các thiết bị phục vụ khai thác
b) Các ràng buộc
- Khả năng của tàu/sà lan vận chuyển, dựng lắp và đóng cọc
- Trọng lượng Jacket
- Chiều dài cọc và kích thước của búa đóng cọc có sẵn
- Điều kiện và cơ sở hạ tầng để chế tạo dựng lắp KCĐ Jacket trên bờ:
+ Khả năng của bãi lắp ráp;
+ Khả năng của thiết bị dựng lắp;
+ Giá thành và tiến độ chế tạo trên bãi lắp ráp
4.2.2. Xác định các kích thước tổng thể của khối chân đế
a) Mặt đỉnh Jacket: Có kích thước được xác định dựa trên các yếu tố sau:
Phải đủ lớn để đỡ sàn chịu lực và khối thượng tầng;
Phải đủ rộng để bố trí được các giếng (có kể tương lai);
Phụ thuộc vào phương án thi công vận chuyển Jacket trên biển;
Chiều rộng của mặt đỉnh Jacket phụ thuộc vào loại thiết bị khoan đặt trên thượng tầng.
b) Chiều cao của KCĐ Jacket: Có kích thước đủ lớn để đảm bảo với điều kiện sóng lớn nhất
theo thiết kế (ví dụ bão 100 năm) cùng với triều cường, nước dâng do bão.
Hkcđ = do + d1 + d2 + H +
Trong đó:
+ do là độ sâu nước ứng với cốt không hải đồ;
+ d1 là biến động triều;
+ d2 là mực nước dâng do bão;
H là độ dâng mặt sóng so với đường mặt nước, phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán;
+ : Độ tĩnh không, phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế;
c) Mặt đáy Jacket ( Jacket Bottom): Có kích thước phụ thuộc
Kích thước mặt đỉnh Jacket;
Độ nghiêng hợp lý của 4 mặt bên KCĐ Jacket (Batter of Jacket Legs): Chọn độ
nghiêng hợp lý:
(1) Hiệu quả của phân phối tải trọng lên các cọc;
(2) Lực ngang tác dụng lên đầu cọc;
(3) Tải trọng sóng lên kết cấu Jacket;
36. (4) Trọng lượng của KCĐ ( chịu ảnh hưởng của chiều dài các PT) ;
(5) Hiệu ứng đóng cọc xiên;
(6) Độ cứng của kết cấu.
Nhận xét chung:
- Ở vùng nước càng sâu, độ dốc của mặt bên Jacket càng tăng (để tăng độ cứng tổng
thể của KCĐ chịu tải trọng ngang);
- Độ dốc thường được sử dụng:
1 : 10 hay 1 : 12 đối với bề rộng Jacket
1 : 7 hay 1 : 8 đối với chiều dài của Jacket
4.3Lựa chọn giải pháp mặt đứng, mặt ngang
a) Giải pháp mặt đứng
Phụ thuộc:
- Độ cứng tổng thể kết cấu;
- Đường truyền lực;
- Phân khoang mặt ngang;
- Trạng thái chịu lực thuận lợi nhất của nút;
Thông thường có các dạng mặt đứng sau hay được sử dụng:
- Cấu tạo các thanh đơn: /,
37. - Cấu tạo các thanh chứ V: Chéo lên /, Chéo xuống /
- Cấu tạo các thanh chữ X
b) Xác định kích thước khu vực bố trí giếng
38. H.a) Các phương án bố trí khu vực các giếng
H.b) Kích thước khu vực 18 giếng của dàn đa chức năng
c) Cấu tạo các mặt ngang
- Tùy thuộc công nghệ bố trí giếng hoặc các công năng thượng tầng khác;
- Đảm bảo điều kiện bất biến hình của kết cấu;
- Điều kiện thi công hàn thanh và cấu tạo nút;
d) Số lượng các khung ngang
Số lượng các khung ngang liên quan đến khoảng cách giữa các khung ngang dọc
theo chiều cao của KCĐ, thông thường từ 12 m đến 18 m hoặc lớn hơn;
39. e) Số ống chính
Thông thường một KCĐ Jacket được chuẩn hoá gồm các loại 3, 4, 6, hoặc 8 thanh
đứng (Legs);
4.4 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện các kết cấu chính
C¸c thanh ®-îc thiÕt kÕ sao cho ®ñ ®é bÒn vµ æn ®Þnh khi chÞu t¶i träng cùc ®¹i. §èi
víi kÕt cÊu thÐp th× yªu cÇu vÒ ®é æn ®Þnh th-êng lµ yªu cÇu cao h¬n yªu cÇu ®é bÒn.
V× vËy khi lùa chän s¬ bé tiÕt diÖn thanh ngoµi dùa theo kinh nghiÖm cña c¸c c«ng
tr×nh t-¬ng tù ng-êi ta th-êng lùa chän theo ®é m¶nh cña thanh.
Lựa chọn tiết diện thanh theo độ mảnh
§é m¶nh cña thanh ®-îc tÝnh theo c«ng thøc:
r
kl
Trong ®ã:
Lµ ®é m¶nh cña thanh
k: Lµ hÖ sè chiÒu dµi tÝnh to¸n cña thanh phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn liªn kÕt t¹i hai ®Çu
thanh:
§èi víi èng chÝnh k=1.0
Víi èng chÐo k=0.8
Víi c¸c èng ngang phô, k = 0.7
A
J
r : Lµ b¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn.
J: Momen qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn èng.
A: DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña èng
* Theo kinh nghiÖm thÕ giíi
- VÞnh Mexico [] = 85
- BiÓn B¾c [] = 75
- Trung §«ng [] = 110
- Vïng §«ng Nam ¸ [] = 100
4.5 Phương pháp thiết kế
Theo các Tiêu chuẩn thiết kế công trình biển cố định hiện hành, việc thiết kế kết cấu khối
chân đế Jacket có thể được thực hiện theo các phương pháp sau đây:
4.5.1. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép
Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép (hay ứng suất làm việc - Working Stress
Design) được đưa ra trong bộ Tiêu chuẩn của Viện Dầu mỏ Mỹ API RP2A - WSD, xuất bản
lần thứ 21, năm 2000, trong bộ Tiêu chuẩn của DNV (Na-Uy) năm 1982, 1993,...
4.5.2. Phương pháp thiết kế theo các trạng thái giới hạn:
43. 636.0
736.0
M
Ch NÕu
t
D
M 825.05.3
559.0
755.0
M
Ch NÕu 5.35.1 M
8.0hC NÕu 5.1M
Th«ng sè h×nh häc M ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
2/1
2
t
D
D
L
M
b) KiÓm tra thanh èng chÞu lùc phøc t¹p
* Thanh chÞu nÐn uèn
- Ph¶i tho¶ m·n c¶ hai ®iÒu kiÖn sau:
0.1
1
'
22
b
e
a
bybxm
a
a
F
F
f
ffxC
F
f
0.1
6.0
22
b
bybx
a
a
F
ff
F
f
Trong ®ã:
2
2
/23
12
'
rKl
E
Fe
- NÕu 15.0
Fa
fa
th× cã thÓ ¸p dông c«ng thøc kiÓm tra sau:
0.1
22
b
bybx
a
a
F
ff
F
f
- HÖ sè Cm ®-îc lÊy nh- sau:
+ 0.85
+
2
1
4.06.0
M
M
, nh-ng kh«ng nhá h¬n 0.4, kh«ng lín h¬n 0.85
+
eF
fa
'
4.01 , hoÆc 0.85 lÊy gi¸ trÞ nhá.
§èi víi phÇn tö cäc th× kiÓm tra theo c«ng thøc sau:
0.1
6.0
22
b
bybx
xc
a
F
ff
F
f
xeyxe
FtDFF
4/1
/23.064.1'
* Thanh chÞu kÐo uèn ®ång thêi:
Víi c¸c thanh chÞu kÐo uèn ®ång thêi th× ph¶i tho¶ m·n ph-¬ng tr×nh sau:
0.1
6.0
22
b
bybx
a
a
F
ff
F
f
52. d) Xác định tổn thất mỏi
Trường hợp tổng quát, kết cấu KCĐ jacket chịu tác dụng của nhiều nhóm tải trọng
sóng, trong đó mỗi nhóm là 1 tải trọng điều hoà, gây ra ứng suất tại 1 điểm nóng khảo sát
cũng có nhiều nhóm ứng suất tương ứng.
Ta có thể tính được tỷ số tổn thất mỏi tích luỹ trong 1 TTB ngắn hạn thứ i,gồm Mi
nhóm ứng suất:
Di =
iM
1j j
j
N
n
Trong đó:
+ nj = số chu trình ứng suất trong nhóm thứ j, có số gia ứng suất SJ (j = 1, Mi);
+ NJ = số chu trình ứng suất gây phá huỷ mỏi ưng với SJ (tra đường cong mỏi S-N).
Tổn thất mỏi tích luỹ trong 1 đơn vị thờigian (ví dụ 1 năm),gồm M TTB ngắn hạn:
D (1 năm) =
M
1i
iD =
M
1i
M
1j ji
ji
ij
N
n
Điều kiện kiểm tra không bị phá huỷ mỏi: Tỷ số tổn thất mỏi tích luỹ tại thời điểm khai
thác bất kỳ cần kiểm tra mỏi:
D () = τ
iD [D]
53. Trong đó [D] là tỷ số tổn thất mỏi gây phá huỷ, thông thường theo quy tắc P-M, có giá
trị [D] = 1.
Tuy nhiên, các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu CTB cố định bằng thép (Jacket), đã đưa
ra các giá trị khác nhau:
* Như DNV đã quy định [D] = có giá trị 0,3 ở vùng dao động nước và dưới nước,
vùng trên đó cho bằng 1.
* API quy định chung với hệ số an toàn bằng 2, tức là [D] = 1/2 = 0,5.
e) Đánh giá tuổi thọ mỏi
Gọi tuổi thọ mỏi ( Fatigue Life - FL) tại điểm nóng khảo sát là FL , từ công thức trên
ta tính được tổn thất mỏi ở cuối đời tuổi thọ mỏi:
D (FL) = FL
M
1i
M
1j jiji
ji
ij
NT
p
Trong đó: pji %= tỷ lệ % phần thời gian của nhóm ứng suất Sj trong TTB thứ i;
+ Tji = chu kỳ của nhóm ứng suất Sj trong TTB thứ i;
+ Nji = số chu trình của nhóm ứng suất Sj gây phá huỷ mỏi (theo đường cong mỏi S-N)
Điều kiện xác định tuổi thọ mỏi:
D (FL) = FL
M
1i
M
1j jiji
ji
i
NT
p
= [D]
Ta xác định được tuổi thọ mỏi thiết kế tại điểm nóng khảo sát:
FL = [D] {
M
1i
M
1j jiji
ji
ij
NT
p
} -1
(sec)
Trong đó:
M
1i
M
1j jiji
ji
ij
NT
p
= tổn thất mỏi trong 1 đơn vị thời gian (1 sec), tính theo thống kê
trung bình 1 năm.
54. CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ MÓNG KHỐI CHÂN ĐẾ
CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP
5.1 Móng cọc trong công trình biển
5.1.1 Các loại móng cọc
Có 3 phương án bố trí cọc đối với một kết cấu Jacket :
a) Jacket chỉ có cọc chính (lồng trong thanh đứng của KCĐ);
b) Jacket vừa có cọc chính và cọc phụ (cọc váy);
c) Jacket chỉ có cọc phụ;
5.1.2 Chế tạo và thi công cọc
a) Chế tạo cọc:
64. 5.3.1 Sự làm việc của cọc trong đất khi chịu tải trọng ngang
5.3.2 Các phương pháp tính toán cọc chịu tải trọng ngang
§å thÞ quan hÖ ®-îc thiÕt lËp víi gi¶ thiÕt ®Êt lµm viÖc nh- m«i tr-êng ®µn håi vµ dÎo lý
t-ëng.
O
A B
p
k.D
D
u
u*/D
* §o¹n OA : Quan hÖ bËc nhÊt
D
u
Dk
p
.
Suy ra ukp . víi tgk
§iÓm A lµ ®iÓm giíi h¹n gi÷a vïng lµm viÖc ®µn håi vµ dÎo lý t-ëng.
Dk
p
D
u
.
**
Ký hiÖu : ./*
NDp ta cã biÓu thøc x¸c ®Þnh ¸p lùc tíi h¹n: DNp *
* §o¹n AB : Quan hÖ bËc nhÊt
Dk
p
Dk
p
..
*
Suy ra: DNpp *
BiÓu diÔn quan hÖ gi÷a ¸p lùc ®Êt p vµ chuyÓn vÞ ngang u theo ®å thÞ cã thø nguyªn nh-
sau :
mudline
Po
Mo
z
o y
p M Mp
ph¶n lùc cña ®Êt vµ moment
trong cäc ®Êt sÐt
ph¶n lùc cña ®Êt vµ moment
trong cäc ®Êt c¸t
