Hd tinh tai trong song bang tay

Xác định tải trọng sóng - dòng chảy
* Sinh viên bắt buộc phải thực hiện tính tải trọng sóng + Dòng chảy bằng tay cho 01 ống chính của chân đế.
Tải trọng sóng lên toàn bộ công trình sẽ được tính bằng Chương trình tính sóng. So sánh kết quả tính tay và
tính máy. Tải trọng tính bằng Chương trình sẽ được thực hiện với 8 hướng sóng khác nhau, mỗi hướng tìm
được thời điểm nguy hiểm nhất để tính thành 8 trường hợp tải trọng sóng, so sánh và nhận xét kết quả.
Phần tính tải trọng sóng bằng tay có thể thực hiện theo các bước sau
I - Xác định mô hính chuyển động sóng :
Phân tích lựa chọn phương tác dụng chủ đạo cúa sóng và dòng chảy tương ứng. Lựa chọn một con sóng để
tính toán tải trọng dùng cho thiết kế.
Việc áp dụng Lý thuyết sóng cho chuyển động sóng sẽ được căn cứ vào tương quan các tỷ lệ của H/L và d /L (
H - chiều cao sóng thiết kế, L - chiều dài sóng bề mặt, d - độ sâu nước tính toán ). Xem biểu đồ "Phạm vi ứng
dụng các Lý thuyết sóng " trong giáo trình CTBCĐ.
Sinh viên cần nêu rõ với các số liệu của mình thì việc áp dụng Lý thuyết sóng nào là phù hợp.
Ví dụ 11 :
Số liệu môi trường cho H = 9m, L = 100m, d = 25m
Ta có tỷ lệ : H/L = 9/100 = 0,09 ; d/L = 25/100 = 0,25. tra biểu đồ "Phạm vi ứng dụng các Lý thuyết sóng "
cho thấy áp dụng mô hình chuyển động sóng theo Lý thuyết sóng Stockes là phù hợp.
Nếu số liệu môi trường cho H = 12m, L = 100m, d = 35m
Ta có tỷ lệ : H/L = 12/100 = 0,12 ; d/L = 35/100 = 0,35. tra biểu đồ "Phạm vi ứng dụng các Lý thuyết sóng "
cho thấy áp dụng mô hình chuyển động sóng theo Lý thuyết sóng Airy là phù hợp.
Trong khuôn khổ đồ án, cho phép sinh viên áp dụng Lý thuyết sóng Airy để mô tả chuyển động sóng , dùng để
xác định tải trọng sóng tác dụng lên công trình.
III - Xác định các đặc trưng của chuyển động sóng bề mặt :
Trong khuôn khổ đồ án, cho phép áp dụng Lý thuyết sóng Airy để mô tả chuyển động sóng , dùng để xác định
tải trọng sóng tác dụng lên công trình; do vậy các thông số đặc trưng cho chuyển động sóng là :
* Số sóng trên 1 đơn vị chiều dài 2 :
k = 2 / L ( 1/m )
* Tần số vòng của sóng  :
 = 2 / T ( 1/sec )
* Tốc độ truyền sóng :
c =  / k = L/T ( m/sec )
Trong trường hợp không có số liệu của L và T, có thể xác định các đặc trưng đó thông qua các thông số H, d,
g như sau :
- Chiều dài sóng L xác định từ chiều cao sóng H theo điều kiện sóng vỡ :
H / L = 1/8 ---> L = 8.H

- Số sóng k xác định theo k = 2 / L
- Tần số vòng  xác định từ quan hệ :
 = [g.k.th(kd)]^1/2
trong đó g - gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2
d - độ sâu nước tính toán ( m )
- Chu kỳ sóng T tính theo : T = 2 / 
Ví dụ 13 :
Số liệu môi trường cho H = 14,5m, d = 17,25m mà không xác định rõ L, T. Xác định các thông số của sóng
như sau :
Chiều dài sóng : L = 8H = 8.14,5 = 116 m
Số sóng : k = 2 / L = 2.3,14 / 116 = 0,054 ( 1/m )
Tần số vòng của sóng :
 = [g.k.th(kd)]^1/2 = [ 9,8 .0,054. th ( 0,054.17,25)]^1/2 = 0,628 ( 1/s )
Chu kỳ sóng : T = 2 /  = 2.3,14/0,628 = 10 ( sec )
Tốc độ truyền sóng : c =  / k = 0,628 / 0,054 = 11,63 ( m/sec )
IV - Xác định vận tốc, gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy tại các nút của KCĐ :
Chọn hệ toạ độ như sau :
Trục Oz thẳng đứng và trùng với trục của khối KCĐ
Trục Ox nằm ngang, trùng với phương gió và chuyển động sóng
Trục Oy nằm ngang, vuông góc với trục ox
Gốc toạ độ O tại mặt đáy biển
1 - Xác định toạ độ các nút :
Trên cơ sở hình dạng và tiết diện các thanh của KCĐ đã chọn, xác định được các toạ độ ( xi, yi, zi ) của nút
thứ i trong sơ đồ kết cấu KCĐ.
2 - Xác định vận tốc, gia tốc của sóng - dòng chảy tại các nút ứng với các trạng thái vị trí đỉnh sóng :
* Trạng thái vị trí đỉnh sóng với công trình được xem xét ít nhất ở 3 thời điểm :
Thời điểm thứ nhất : Đỉnh sóng nằm ở mặt trước của KCĐ ( mặt trước là mặt vuông góc với phương truyền
sóng và là mặt đón sóng đầu tiên, nằm bên trái trục Ox ), như vậy sẽ xác định toạ độ của đỉnh sóng ở trạng
thái này :
x01 = tính toán ( có giá trị âm )
z01 = d + 0,5.H
Thời điểm thứ hai : Đỉnh sóng nằm ở trục của khối KCĐ ( nằm trên trục Oz ), như vậy sẽ xác định toạ độ của
đỉnh sóng ở trạng thái này :
x02 = 0
z02 = d + 0,5.H

Thời điểm thứ ba : Đỉnh sóng nằm ở mặt sau của KCĐ ( mặt sau là mặt vuông góc với phương truyền sóng và
là mặt đón sóng phía sau, nằm bên phải trục Ox ), như vậy sẽ xác định toạ độ của đỉnh sóng ở trạng thái này :
x03 ( có giá trị dương ) = - x01
z03 = d + 0,5.H
Tương ứng với mỗi trạng thái đỉnh sóng trên, cần xác định vận tốc, gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy
tại các nút theo trình tự sau :
a ) Xác định thời điểm tương ứng của trạng thái đỉnh sóng và biên độ sóng bề mặt trong phạm vi KCĐ :
Biên độ sóng bề mặt theo Lý thuyết sóng Airy tính theo công thức :
 ( x, t ) = H/2 . cos ( k.x - .t )
Với trạng thái đỉnh sóng thứ i ( i = 1, 2, 3 ) ta có :
 ( x0i, t0i ) = H/2 . cos ( k.x0i - .t0i ) = H/2
----> cos ( k.x0i - .t0i ) = 1
----> k.x0i - .t0i = n ( rad )
cho n = 0 -----> thời điểm tương ứng với trạng thái đỉnh sóng thứ i là :
t0i = ( k . x0i ) /  ( sec )
Xét với trạng thái đỉnh sóng đó, biên độ của sóng bề mặt tại vị trí mặt sóng giao cắt với mặt trước, trục và mặt
sau của KCĐ sẽ là :
t ( xt, t0i ) = H/2 . cos ( k . xt - .t0i ) ( điểm giao cắt At )
0 ( 0, t0i ) = H/2 . cos ( - .t0i ) ( điểm giao cắt A0 )
s ( xs, t0i ) = H/2 . cos ( k . xs - .t0i ) ( điểm giao cắt As )
trong đó :
t ( xt, t0i ) , 0 ( 0, t0i ) , s ( xs, t0i ) - biên độ của sóng bề mặt tại vị trí mặt sóng giao cắt với mặt
trước, trục và mặt sau của KCĐ
xt, xs - toạ độ theo phương x của mặt trước và mặt sau KCĐ giao cắt với sóng bề mặt. Xem độ dốc i
của mặt KCĐ là nhỏ, có thể coi :
xt = x01
xs = x03 = - xt
Như vậy độ sâu nước tương ứng với các điểm At, A0 và As ở trạng thái đỉnh sóng này sẽ là :
dt = d + t ( xt, t0i )
d0 = d + 0 ( 0, t0i )
ds = d + s ( xs, t0i )
Nếu như đồng thời các giá trị dt, d0 và ds có giá trị sai khác nhỏ so với ( d + H/2 ) thì xem như tác động của
sóng vào KCĐ trong 3 trường hợp trạng thái đỉnh sóng nêu trên không sai khác nhiều, sẽ cho phép chỉ cần tính
toán với 1 trạng thái đỉnh sóng trong 3 trạng thái đó; và thường chọn trạng thái đỉnh sóng thứ 2. Điều này cho
phép thực hiện nếu sự sai khác đó trong phạm vi 5%

Ví dụ 14 :
Với số liệu của ví dụ 13, giả sử tính toán được các toạ độ của đỉnh sóng tương ứng với 3 trạng thái là :
Trạng thái thứ nhất ( i = 1 ):
x01 = - 4.2 m
z01 = d + 0,5.H = 17,25 + 0,5 . 14,5 = 24,5 m
Trạng thái thứ hai ( i = 2 ):
x02 = 0 m
z02 = z01 = 24,5 m
Trạng thái thứ ba ( i = 3 ):
x03 = - x01 = 4.2 m
z01 = z01 = 24,5 m
Thời điểm t0 tương ứng với các trạng thái đỉnh sóng sẽ là :
Trạng thái thứ nhất ( i = 1 ):
t01 = ( k . x01 ) /  = [ 0,054 . ( - 4,2 ) ] / 0,628 = - 0,361 ( s )
Trạng thái thứ hai ( i = 2 ):
t02 = ( k . x02 ) /  = [ 0,054 . 0 ] / 0,628 = 0 ( s )
Trạng thái thứ ba ( i = 3 ):
t03 = ( k . x03 ) /  = [ 0,054 . 4,2 ] / 0,628 = 0,361 ( s )
Kiểm tra số liệu đã tính :
Đỉnh sóng đi từ trạng thái thứ nhất tới trạng thái thứ 2 mất 1 khoảng thời gian là t = t02 - t01 = 0 - ( -
0,361) = 0,361 (sec ), tốc độ truyền sóng c = 11,63 ( m/sec ) như ví dụ 13 đã tính ; suy ra khoảng cách giữa
2 đỉnh sóng đó là :
x = t . c = 0,361 . 11,63 = 4,198 m ~ 4,2 m
Giá trị x này có giá trị đúng bằng trị tuyệt đối của toạ độ x01 = 4,2m. Như vậy kết quả tính là đúng.
Bây giờ xét biên độ của sóng bề mặt tại vị trí mặt sóng giao cắt với mặt trước, trục và mặt sau của KCĐ theo
trạng thái đỉnh sóng thứ nhất
t ( xt, t01 ) = H/2 . cos ( k . x01 - .t01 )
= 0,5 . 14,5 . cos [ 0,054 . ( - 4,2 ) - 0,628 . ( - 0,361 )]
= 7,25 . cos ( 0 )
= 7,25 m
0 ( 0, t01 ) = H/2 . cos ( k . x02 - .t01 )
= 0,5 . 14,5 . cos [ 0,054 . 0 - 0,628 . ( - 0,361 )]
= 7,25 . cos ( 0,2267 rad ) = 7,25 . cos ( 13 độ )
= 7,25 . 0,9744
= 7,06 m

s ( xs, t01 ) = H/2 . cos ( k . x03 - .t01 )
= 0,5 . 14,5 . cos [ 0,054 . 4,2 - 0,628 . ( - 0,361 )]
= 7,25 . cos ( 0,4535 rad ) = 7,25 . cos ( 26 độ )
= 7,25 . 0,8988
= 6,52 m
Như vậy độ sâu nước tương ứng với các điểm At, A0 và As ở trạng thái đỉnh sóng này sẽ là :
dt = d + t ( xt, t0 ) = 17,25 + 7,25 = 24,5 m
d0 = d + 0 ( 0, t01 ) = 17,25 + 7,06 = 24,31 m
ds = d + s ( xs, t01 ) = 17,25 + 6,52 = 23,77 m
Sai khác giữa dt, d0, ds so với ( d + H/2 ) là :
[ dt - ( d + H/2 )] / ( d + H/2 ) . 100% = (24,5 - 24,5)/24,5.100% = 0 %
[ d0 - ( d + H/2 )] / ( d + H/2 ) . 100% = (24,31 - 24,5)/24,5.100% = - 0,78%
[ ds - ( d + H/2 )] / ( d + H/2 ) . 100% = (23,77 - 24,5)/24,5.100% = - 2,98%
Sự sai khác này trong phạm vi 5%, do vậy cho phép chỉ cần tính toán với 1 trạng thái đỉnh sóng trong 3 trạng
thái đã nêu.
b ) Xác định vận tốc dòng chảy tại các nút :
Xem vận tốc dòng chảy phân bố theo luật bậc 1 theo độ sâu, và độ sâu nước ( tính từ mặt sóng tới đáy biển )
trong phạm vi KCĐ biến đổi không nhiều ( nếu dt, d0, ds sai khác < 5% so với ( d + H/2 ) ), việc xác định
vận tốc dòng chảy tại các nút tính theo công thức :
vdc1 - vdc2
vdc(i ) = vdc2 + ----------------- . zi
d
trong đó : vdc( i ) và zi là vận tốc dòng chảy tại nút i và khoảng cách từ nút đó tới đáy biển.
Cần chú ý :
* Chỉ xác định vdc(i) cho các nút nằm trong nước, hay zi < ( d + H/2 )
* Dòng chảy theo phương ngang, do vậy vdc(i) sẽ có phương trùng với trục Ox, và trùng với
thành phần vận tốc vx của chuyển động sóng
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định vdc( i ) thường lập theo bảng mẫu :
Cột 1 : Số thứ tự
Cột 2 : Ký hiệu nút ( chỉ số nút )
Cột 3 : Toạ độ zi của nút
Cột 4 : Vận tốc dòng chảy tại nút vdc(i )
c ) Xác định vận tốc, gia tốc của chuyển động sóng tại các nút :
Tương ứng với mỗi trạng thái đỉnh sóng, cần xác định vận tốc, gia tốc của chuyển động sóng tại các nút.
Trong trường hợp dt, d0, ds sai khác < 5% so với ( d + H/2 ) thì chỉ cần tính vận tốc, gia tốc của chuyển

động sóng tại các nút theo 1 trạng thái đỉnh sóng.
Với trạng thái đỉnh sóng đã xác định, vận tốc của chuyển động sóng tại nút thứ i là :
 . H ch ( k . zi )
vsx(i) = ---------- . -----------------. cos ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
 . H sh ( k . zi )
vsz(i) = ---------- . -----------------. sin ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
Gia tốc của chuyển động sóng tại nút thứ i là :
^2 . H ch ( k . zi )
asx(i) = ---------- . -----------------. sin ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
^2 . H sh ( k . zi )
asz(i) = - ------------ . -----------------. cos ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
trong đó :
vsx(i), asx(i) - vận tốc và gia tốc của sóng tại nút i, theo phương ngang x
vsz(i), asz(i) - vận tốc và gia tốc của sóng tại nút i, theo phương đứng z
xi, zi - toạ độ của nút thứ i trong hệ toạ độ Oxyz đã chọn
t0 - thời điểm tương ứng xảy ra trạng thái đỉnh sóng đang xét ( đã tính ở phần trên )
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định vsx(i), asx(i) , vsz(i), asz(i) thường lập theo bảng mẫu :
Cột 3 : Toạ độ xi , zi của nút
Cột 4 : Tính [ ch ( k . zi ) ]
Cột 5 : Tính [cos ( k . xi - .t0) ]
Cột 6 : Tính [ sh ( k . zi ) ]
Cột 7 : tính [sin ( k . xi - .t0)]
Cột 8 : Vận tốc sóng vsx(i)
Cột 9 : Vận tốc sóng vsz(i)
Cột 10 : Gia tốc sóng asx(i)
Cột 11 : Gia tốc sóng asz(i)
Ví dụ 15 :

Với số liệu của ví dụ 13 và 14, giả sử tính toán với Trạng thái đỉnh sóng thứ hai ( i = 2 ): x02 = 0 m ; z02 =
z01 = 24,5 m
Các thông số của sóng :
H = 14,5m
d = 17,25m
k = 0,054 ( 1/m )
 = 0,628 ( 1/s )
Thời điểm t = t0 ở t rạng thái đỉnh sóng này :
t02 = ( k . x02 ) /  = [ 0,054 . 0 ] / 0,628 = 0 ( s )
---->.t = .t02 = 0
Giả sử cần xác định vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng tại 1 nút có các toạ độ : xi = 1,9m ; zi =18m ?
Giải :
Tại nút đó có :
ch ( k . zi ) = ch( 0,054 . 18 ) = ch( 0,972 ) = 1,51
cos ( k . xi - .t0) = cos( 0,054.1,9 - 0 ) = cos ( 0,1026) = 0,9947
sh ( k . zi ) = sh( 0,054 . 18) = sh( 0,972) =1,13
sin ( k . xi - .t0) = sin( 0,054.1,9 - 0 ) = sin ( 0,1026) = 0,105
sh ( k . d ) = sh( 0,054 . 17,25) = sh(0,9315) = 1,07
.H/2 = 0,628. 14,5/2 = 4,553
^2.H/2 = 0,628^2. 14,5/2 = 2,859
Các thành phần vận tốc của sóng tại điểm nút đó :
 . H ch ( k . zi )
vsx(i) = ---------- . -----------------. cos ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
= 4,553 . ( 1,51/ 1,072) . 0,9947 = 6,38 m/s
 . H sh ( k . zi )
vsz(i) = ---------- . -----------------. sin ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
= 4,553 . (1,13/ 1,072) . 0,105 = 0,504 m/s
Gia tốc của chuyển động sóng tại nút đó là :
^2 . H ch ( k . zi )
asx(i) = ---------- . -----------------. sin ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
= 2,859. ( 1,51/ 1,072) . 0,105 = 0,423 m/s2

^2 . H sh ( k . zi )
asz(i) = - ------------ . -----------------. cos ( k . xi - .t0)
2 sh ( k.d )
= - 2,859. (1,13/ 1,072) . 0,9947 = - 2,998 m/s2
d ) Xác định vận tốc, gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy tại các nút :
Chú ý do tính phi tuyến của Lực cản vận tốc với vận tốc trong công thức Morison, do vậy tuyệt đối không được
tính tải trọng sóng và dòng chảy riêng, sau đó đem cộng lại. Mà cần tổng hợp vận tốc của sóng và dòng chảy
lại, sau đó mới sử dụng công thức Morison để xác định tải trọng sóng - dòng chảy lên KCĐ.
Trên cơ sở xác định được vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng, dòng chảy ở trên, tổng hợp tại nút i ta có :
Thành phần vận tốc chuyển động phần tử chất lỏng theo phương Ox :
vx(i) = vsx(i) + vdc(i)
Thành phần vận tốc chuyển động phần tử chất lỏng theo phương Oz :
vz(i) = vsz(i)
Thành phần gia tốc chuyển động phần tử chất lỏng theo phương Ox :
ax(i) = asx(i)
Thành phần gia tốc chuyển động phần tử chất lỏng theo phương Oz :
az(i) = asz(i)
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định vx(i), ax(i) , vz(i), az(i) thường lập theo bảng mẫu :
Cột 3 : Toạ độ xi , zi của nút
Cột 4 : Vận tốc dòng chảy vdc(i)
Cột 5 : Vận tốc sóng vsx(i)
Cột 6 : Vận tốc tổng cộng vx(i)
Cột 7 : Vận tốc tổng cộng vz(i)
Cột 8 : Gia tốc tổng cộng ax(i)
Cột 9 : Gia tốc tổng cộng az(i)
V - Xác định tải trọng sóng - dòng chảy :
* Xác định kích thước kết cấu :
Chọn thanh có đường kính ngoài lớn nhất Dmax, kiểm tra :
Dmax/L  0,2 ----> kết cấu có kích thước nhỏ, cho phép dùng công thức Morison xác định tải trọng
sóng - dòng chảy lên kết cấu
Dmax/L > 0,2 ----> kết cấu có kích thước lớn hoặc rất lớn, cần chọn lại tiết diện thanh ( vì với quy mô
công trình trong đồ án này, điều đó không hợp lý )
CTBCĐ bằng thép ở đồ án này có chuyển vị của kết cấu không lớn, do vậy chỉ dùng công thức Morison dạng

chuẩn tắc mà không dùng công thức Morison mở rộng.
Việc xác định tải trọng sóng - dòng chảy trong đồ án được thực hiện theo cách sau :
Tải trọng sóng - dòng chảy được xác định là tải trọng phân bố tuyến tính dọc theo phần tử các thanh KCĐ. Do
đó chỉ cần xác định cường độ tải trọng tại 2 đầu thanh, ta sẽ xác định được tải trọng phân bố trên thanh đó.
1 - Đối với các thanh ống đứng :
Vì độ dốc của các thanh ống đứng so với phương trục Oz nhỏ, cho nên có thể coi tải trọng sóng - dòng chảy
tác động lên thanh ống đứng chỉ có thành phần tải trọng ngang ( theo phương trục Ox ) và được coi như
vuông góc với trục thanh ống đứng đó.
Xét phần tử thanh ống đứng có 2 đầu tương ứng ở 2 nút i và j, giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy tại
đầu i của thanh đó là :
qx(i) = 0,5 . n. Cd .D. vx(i)^2 + n.( 1 + Cm ).A. ax(i)
A =  . D^2/4
trong đó :
vx(i), ax(i) - vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục x, tại nút i
D - đường kính ngoài của thanh ống đứng đang xét
Các đại lượng khác n, Cd, Cm được xác định như đã giải thích ở cách thứ nhất.
Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy tại đầu j của thanh qx(j) được xác định hoàn toàn tương tự như đầu
i, lưu ý ở đó phải thay vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục x, tại nút j vào
công thức tính.
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định qx(i), qx(j) cho các phần tử thanh ống đứng thường lập theo bảng mẫu
:
Cột 1 : Ký hiệu phần tử thanh
Cột 2 : Vận tốc tại đầu i : vx(i)
Cột 3 : Gia tốc tại đầu i : ax(i)
Cột 4 : Vận tốc tại đầu j : vx(j)
Cột 5 : Gia tốc tại đầu j : ax(j)
Cột 6 : Đường kính ngoài của thanh D
Cột 7 : Cường độ tải trọng tại đầu i : qx(i)
Cột 8 : Cường độ tải trọng tại đầu j : qx(j)
Như vậy đối với thanh ống đứng, thành phần tải sóng - dòng chảy qz và qy bằng không, chỉ tồn tại qx.
Ví dụ 16 :
Xét 1 thanh ống đứng (  812,8 x 20,6 ), có các thành phần vận tốc và gia tốc chuyển động của sóng và dòng
chảy tại hai đầu thanh như sau :
Tại đầu 1 :
Cách đáy biển : z1 = 0 m

vx(1) = 5,7 m/s ; ax(1) = 0 m/s2
Tại đầu 2 :
Cách đáy biển : z2 = 10 m
vx(2) = 6,9 m/s ; ax(1) = 0,2 m/s2
Xác định tải trọng sóng - dòng chảy trên thanh ống đứng này ?
Ta có :
Thanh ống tiết diện tròn nên : Cd = 1 ; Cm = 1
Kích thước đặc trưng của tiết diện thanh :
D = 0,8128 m
A =  . D^2/4 = 3,14 . 0,8128^2 / 4 = 0,519 m2
n ~ 1025/10 = 102,5 kG/m3
Cường độ tải trọng sóng - dòng chảy tại đầu 1 của thanh ống đứng:
qx(1) = 0,5 . n. Cd .D. vx(1)^2 + n.( 1 + Cm ).A. ax(1)
= 0,5.102,5.1.0,8128.5,7^2 + 102,5.( 1 + 1 ).0,519.0
= 1353,4 + 0 = 1353,4 ( kG/m)
Cường độ tải trọng sóng - dòng chảy tại đầu 2 của thanh ống đứng:
qx(2) = 0,5 . n. Cd .D. vx(2)^2 + n.( 1 + Cm ).A. ax(2)
= 0,5.102,5.1.0,8128.6,9^2 + 102,5.( 1 + 1 ).0,519.0,2
= 1983,2 + 21,3 = 2004,5 ( kG/m)
Cường độ tải trọng sóng - dòng chảy trung bình của thanh ống đứng:
qx*= 0,5 [( qx(1) + qx(2) ]
= 0,5(1353,4 + 2004,5) = 1679 ( kG/m)
Chiều dài thanh ống đứng L = z2 - z1 = 10 - 0 = 10 m ; hợp lực của qx trên thanh này là :
Fx = L . qx* = 10 . 1679 = 16790 kG = 16,79 ( T )
2 - Đối với các thanh ngang trong mặt trước và mặt sau của KCĐ :
Mặt trước và mặt sau của KCĐ là các mặt vuông góc với mặt phẳng toạ độ Oxz. Vì độ dốc của các mặt này so
với phương trục Oz nhỏ, cho nên có thể xác tải trọng sóng - dòng chảy tác động lên các thanh ngang trong
các mặt đó như sau :
Xét phần tử thanh ngang có 2 đầu tương ứng ở 2 nút i và j, trên phần tử thanh đó có tải trọng phân bố đều
theo phương trục x và trục z tác dụng .
Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy theo phương x của thanh đó là :
qx = 0,5 . n. Cd .D. vx(i)^2 + n.( 1 + Cm ).A. ax(i)
Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy theo phương z của thanh đó là :
qz = 0,5 . n. Cd .D. vz(i)^2 + n.( 1 + Cm ).A. az(i)
A =  . D^2/4

trong đó :
vx(i), ax(i) - vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục x, tại nút i (
cũng chính bằng tại nút j )
vz(i), az(i) - vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục z, tại nút i (
cũng chính bằng tại nút j )
D - đường kính ngoài của thanh đang xét
Tải trọng qx và qz này là tải trọng phân bố đều trên thanh ngang của mặt trước và mặt sau của khối KCĐ
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định qx, qz cho các phần tử thanh ngang của mặt trước và mặt sau thường
lập theo bảng mẫu :
Cột 2 : Vận tốc theo phương x tại đầu i : vx(i)
Cột 3 : Gia tốc theo phương x tại đầu i : ax(i)
Cột 4 : Vận tốc theo phương z tại đầu i : vz(i)
Cột 5 : Gia tốc theo phương z tại đầu i : az(i)
Cột 7 : Cường độ tải trọng qx
Cột 8 : Cường độ tải trọng qz
Thành phần tải sóng - dòng chảy qy với thanh ngang trong mặt trước và mặt sau của khối KCĐ = 0
Ví dụ 21 :
Xét 1 thanh ống ngang thuộc mặt trước (  609 x 12,7 ), nằm cách đáy biển zi = 10m, chiều dài thanh L =
11m ,có các thành phần vận tốc và gia tốc chuyển động của sóng và dòng chảy tại ngưỡng đó như sau :
Vận tốc :
vx(i) = 6,38 m/s
vz(i) = 0,504 m/s
Gia tốc :
ax(i) = 0,423 m/s2
az(i) =- 2,998 m/s2
Xác định tải trọng sóng - dòng chảy trên thanh ngang này ?
Giải :
Thanh ống tiết diện tròn nên : Cd = 1 ; Cm = 1
Kích thước đặc trưng của tiết diện thanh :
D = 0,609 m
A =  . D^2/4 = 3,14 . 0,609^2 / 4 = 0,291 m2
n ~ 1025/10 = 102,5 kG/m3

Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy theo phương x của thanh đó là :
qx = 0,5 . n. Cd .D. vx(i)^2 + n.( 1 + Cm ).A. ax(i)
= 0,5.102,5.1.0,609.6,38^2 + 102,5.(1 + 1).0,291.0,423
= 1270 + 25,23 = 1295 kG/m
Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy theo phương z của thanh đó là :
qz = 0,5 . n. Cd .D. vz(i)^2 + n.( 1 + Cm ).A. az(i)
= 0,5.102,5.1.0,609. 0,504 ^2 + 102,5.(1 + 1).0,291. (- 2,998)
= 7,93 - 178,8 = - 171 kG/m
Thành phần qz có giá trị âm tức là hướng tác động của nó ngược với trục Oz, tức qz phân bố đều và hướng
xuống dưới
Chiều dài thanh ống ngang L = 11 m ; hợp lực của qx ( phân bố đều ) trên thanh này là :
Fx = L . qx = 11 . 1295 = 14245 kG = 14,245 ( T )
3 - Đối với các thanh ngang trong mặt bên của KCĐ :
Mặt bên của KCĐ là các mặt vuông góc với mặt phẳng toạ độ Oyz. Vì độ dốc của các mặt này so với phương
trục Oz nhỏ, cho nên có thể xác tải trọng sóng - dòng chảy tác động lên các thanh ngang trong các mặt đó
như sau :
Xét phần tử thanh ngang có 2 đầu tương ứng ở 2 nút i và j, trên phần tử thanh đó chỉ có tải trọng phân bố
theo phương trục z tác dụng .
Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy theo phương z tại đầu i của thanh đó là :
qz(i) = 0,5 . n. Cd .D. vz(i)^2 + n.( 1 + Cm ).A. az(i)
Giá trị cường độ tải trọng sóng - dòng chảy theo phương z tại đầu j của thanh đó là :
qz(j) = 0,5 . n. Cd .D. vz(j)^2 + n.( 1 + Cm ).A. az(j)
A =  . D^2/4
trong đó :
vz(i), az(i) - vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục z, tại nút i
vz(j), az(j) - vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục z, tại nút j
D - đường kính ngoài của thanh đang xét
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định qz cho các phần tử thanh ngang của mặt bên thường lập theo bảng
mẫu :
Cột 2 : Vận tốc tại đầu i : vz(i)
Cột 3 : Gia tốc tại đầu i : az(i)
Cột 4 : Vận tốc tại đầu j : vz(j)
Cột 5 : Gia tốc tại đầu j : az(j)

Cột 5 : Cường độ tải trọng qz(i)
Cột 6 : Cường độ tải trọng qz(j)
Thành phần tải sóng - dòng chảy qx, qy với thanh ngang trong mặt bên của khối KCĐ=0
4 - Đối với các thanh xiên trong mặt trước và mặt sau của KCĐ :
Mặt trước và mặt sau của KCĐ xem như vuông góc với trục x ( vì độ dốc của các mặt này so với phương trục
Oz nhỏ ) , do vậy góc tạo bởi thanh xiên trong các mặt đó với trục x là  = 90 độ . Gọi  là góc tạo bởi thanh
xiên đó với trục z.
Cosin chỉ phương của thanh xiên đang xét sẽ là :
cx = sin . cos = 0
cy = sin . sin = sin
cz = cos
Giả sử phần tử thanh xiên xét có 2 đầu tương ứng ở 2 nút i và j , vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng -
dòng chảy theo phương vuông góc với trục thanh đó là :
* Tại đầu i :
Thành phần vận tốc :
vn(i) = [ vx(i)^2 + vz(i)^2 - ( cx . vx(i) +cz.vz(i) )^2 ]^1/2
= [ vx(i)^2 + vz(i)^2 - (cos.vz(i) )^2 ]^1/2
Hình chiếu của vn(i) lên các trục toạ độ là :
vnx(i) = vx(i) - cx.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] = vx(i)
vny(i) = - cy.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] = - sin.cos.vz(i)
vnz(i) = vz(i) - cz.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] = vz(i)[ 1 - cos^2 ]
Thành phần gia tốc :
an(i) = [ ax(i)^2 + az(i)^2 - (cos.az(i) )^2 ]^1/2
Hình chiếu của an(i) lên các trục toạ độ là :
anx(i) = ax(i)
any(i) = - sin.cos.az(i)
anz(i) = az(i)[ 1 - cos^2 ]
* Tại đầu j :
Tương tự tại đầu i, có :
vn(j) = [ vx(j)^2 + vz(j)^2 - (cos.vz(j) )^2 ]^1/2
Hình chiếu của vn(j) lên các trục toạ độ là :
vnx(j) = vx(j)
vny(j) = - sin.cos.vz(j)

vnz(j) = vz(j)[ 1 - cos^2 ]
an(j) = [ ax(j)^2 + az(j)^2 - (cos.az(j) )^2 ]^1/2
Hình chiếu của an(j) lên các trục toạ độ là :
anx(j) = ax(j)
any(j) = - sin.cos.az(j)
anz(j) = az(j)[ 1 - cos^2 ]
Trong các công thức trên, có :
vx(j), ax(j) - vận tốc và gia tốc của chuyển động sóng - dòng chảy theo phương trục x, tại nút j
Giá trị cường độ tải trọng tại đầu i của thanh theo 3 phương là :
qx(i) = 0,5. n. Cd .D. vn(i). vnx(i) + n.( 1 + Cm ).A. anx(i)
qy(i) = 0,5. n. Cd .D. vn(i). vny(i) + n.( 1 + Cm ).A. any(i)
qz(i) = 0,5. n. Cd .D. vn(i). vnz(i) + n.( 1 + Cm ).A. anz(i)
Giá trị cường độ tải trọng tại đầu j của thanh theo 3 phương là :
qx(j) = 0,5. n. Cd .D. vn(j). vnx(j) + n.( 1 + Cm ).A. anx(j)
qy(j) = 0,5. n. Cd .D. vn(j). vny(j) + n.( 1 + Cm ).A. any(j)
qz(j) = 0,5. n. Cd .D. vn(j). vnz(j) + n.( 1 + Cm ).A. anz(j)
A =  . D^2/4
5 - Đối với các thanh xiên trong mặt bên của KCĐ :
Mặt bên của KCĐ xem như vuông góc với trục y ( vì độ dốc của các mặt này so với phương trục Oz nhỏ ) , do
vậy góc tạo bởi thanh xiên trong các mặt đó với trục x là  = 0 độ . Gọi  là góc tạo bởi thanh xiên đó với trục
z.
cx = sin . cos = sin
cy = sin . sin = 0
cz = cos
* Tại đầu i :
vn(i) = [ vx(i)^2 + vz(i)^2 - ( cx . vx(i) + cz.vz(i) )^2 ]^1/2
= [ vx(i)^2 + vz(i)^2 - (sin.vx(i) + cos . vz(i) )^2 ]^1/2

vnx(i) = vx(i) - cx.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] =
= vx(i) - sin.[ sin.vx(i) + cos.vz(i) ]
vny(i) = - cy.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] = 0
vnz(i) = vz(i) - cz.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] =
= vz(i) - cos.[ sin.vx(i) + cos.vz(i) ]
an(i) = [ ax(i)^2 + az(i)^2 - (sin.ax(i) + cos . az(i) )^2 ]^1/2
anx(i) = ax(i) - sin.[ sin.ax(i) + cos.az(i) ]
any(i) = 0
anz(i) = az(i) - cos.[ sin.ax(i) + cos.az(i) ]
* Tại đầu j :
vn(j) = [ vx(j)^2 + vz(j)^2 - (sin.vx(j) + cos . vz(j) )^2 ]^1/2
Hình chiếu của vn(j) lên các trục toạ độ là :
vnx(j) = vx(j) - sin.[ sin.vx(j) + cos.vz(j) ]
vny(j) = 0
vnz(j) = vz(j) - cos.[ sin.vx(j) + cos.vz(j) ]
an(j) = [ ax(j)^2 + az(j)^2 - (sin.ax(j) + cos . az(j) )^2 ]^1/2
anx(j) = ax(j) - sin.[ sin.ax(j) + cos.az(j) ]
any(j) = 0
anz(j) = az(j) - cos.[ sin.ax(j) + cos.az(j) ]
qy(i) = 0

qy(j) = 0
A =  . D^2/4
6 - Đối với các thanh xiên trong vách cứng :
Vách cứng của KCĐ nằm ngang vuông góc với trục z ,do vậy góc tạo bởi thanh xiên trong các mặt đó với trục z
là  = 90 độ . Gọi  là góc tạo bởi thanh xiên đang xét trong vách cứng với trục x( trong đò án này, góc  là
45 độ, 135 độ, ... )
cx = sin . cos = cos
cy = sin . sin = sin
cz = cos = 0
* Tại đầu i :
vn(i) = [ vx(i)^2 + vz(i)^2 - ( cx . vx(i) + cz.vz(i) )^2 ]^1/2
= [ vx(i)^2 + vz(i)^2 - (cos.vx(i))^2 ]^1/2
= [vx(i)^2 ( 1 - cos^2) + vz(i)^2 ]^1/2
vnx(i) = vx(i) - cx.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] =
= vx(i) [ 1 - cos^2 ]
vny(i) = - cy.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] = - sin.cos .vx(i)
vnz(i) = vz(i) - cz.[cx.vx(i) +cz.vz(i) ] =
= vz(i)
an(i) = [ ax(i)^2 ( 1 - cos^2 ) + az(i)^2 ]^1/2
anx(i) = ax(i) [ 1 - cos^2 ]
any(i) = - sin.cos .ax(i)
anz(i) = az(i)
* Tại đầu j :

vn(j) = [vx(j)^2 ( 1 - cos^2) + vz(j)^2 ]^1/2
vnx(j) = vx(j) [ 1 - cos^2 ]
vny(j) = - sin.cos .vx(j)
vnz(j) = vz(j)
an(j) = [ ax(j)^2 ( 1 - cos^2 ) + az(j)^2 ]^1/2
anx(j) = ax(j) [ 1 - cos^2 ]
any(j) = - sin.cos .ax(j)
anz(j) = az(j)
qy(i) = 0,5. n. Cd .D. vn(i). vny(i) + n.( 1 + Cm ).A. any(i)
qy(j) = 0,5. n. Cd .D. vn(j). vny(j) + n.( 1 + Cm ).A. any(j)
A =  . D^2/4
7 - Xác định hợp lực của tải trọng sóng - dòng chảy theo phương trục x ( phương truyền sóng ) :
Trên cơ sở các tải trọng sóng - dòng chảy ở các phần tử thanh đã xác định, tính hợp lực của chúng theo
phương ngang ( phương trục Ox ) gần đúng như sau :
Giá trị tổng cộng của tải trọng ngang ( hợp lực ngang ) :
FTx =  [ qx*(k).Lk ]
trong đó :
qx*(k) là giá trị trung bình tải trọng theo phương x của phần tử thanh k trong KCĐ:
qx*(k) = 0,5 . [ qx(k,i) + qx(k,j) ]
qx(k,i), qx(k,j) - giá trị cường độ tải trọng theo phương x của 2 đầu i,j của phần tử thanh k
Lk - chiều dài của phần tử thanh k

Mômen do các tải ngang gây ra tại vị trí mặt đáy biển ( tương ứng tại ngưỡng z = 0 ) :
MTx =  [qx*(k).Lk . h(k) ]
h(k) - khoảng cách từ điểm giữa của thanh k tới đáy biển
Điểm đặt của lực FTx cách đáy biển (z=0) khoảng cách là :
hT = MTx / FTx
Trạng thái vị trí đỉnh sóng nguy hiểm là trạng thái mà giá trị FTx cho giá trị lớn nhất.
Tính toán tải trọng Sóng + Dòng chảy sử dụng chương trình tính:
- Sử dụng chương trình SAP hoặc SACS tính toán với 8 hướng sóng;
- Mỗi con sóng tính với 20 thời điểm, tìm thời điểm tải trọng sóng nguy hiểm nhất (theo tổng lực cắt đáy
và tổng moment đáy);
- So sánh với kết quả tính tay ở phần trên
Tổ hợp tải trọng: Tổ hợp tải trọng ứng với Sóng bão cực đại 100 năm.
Với mỗi hướng sóng tổ hợp : Tải trọng tĩnh + Tải trọng gió + Tải trọng sóng dòng chảy (ở thời điểm nguy hiểm
nhất tìm được theo IV-2-5)
Tính toán dao động riêng của KCĐ, xác định hệ số động Kđ
Lập sơ đồ kết cấu của bài toán động
I - Xác định khối lượng tập trung tại các nút của KCĐ :
1 - Xác định thể tích quy đổi và diện tích quy đổi tại nút :
Thể tích quy đổi tại nút thứ i = Vi :
Vi = ij . Vij
Vij = Lxij .  . Dij^2 / 4
Diện tích quy đổi tại nút thứ i = Ai :
Ai = ij . Aij
Aij = Lij . Dij
trong đó :
Lij - chiều dài thanh thứ j quy tụ vào nút i
Dij - đường kính ngoài của thanh thứ j quy tụ vào nút i
ij - hệ số quy về nút i của phần tử thanh j , với phần tử nằm hoàn toàn trong nước ij = 0,5
 - tổng được lấy đối với tất cả các thanh quy tụ tại nút i, chỉ số chạy j
Trong thuyết minh đồ án, việc xác định Vi, Ai thường lập theo bảng mẫu :
Cột 1 : Ký hiệu nút i ( chỉ số nút )
Cột 2 : Đường kính ngoài của thanh Dij ( m )
Cột 3 : Chiều dài thực của thanh Lij ( m )

Cột 4 : Tính Vij
Cột 5 : Tính Aij
Cột 6 : hệ số ij
Cột 7 : Thể tích quy đổi Vi
Cột 8 : Diện tích quy đổi Ai
2 - Xác định khối lượng nước kèm quy đổi tại nút :
Khối lượng nước kèm quy đổi tại nút thứ i là :
mn(i) = n.Cm.Vi
trong đó :
n - mật độ của nước biển = n/g ~ 102,5 kG/m3
Cm - hệ số nước kèm, với KCĐ làm từ các ống tròn Cm = 1
Vi - thể tích quy đổi tại nút i
Với những thanh không nằm trong nước, sẽ không có thành phần khối lượng này
3 - Xác định khối lượng bản thân kết cấu quy đổi tại nút :
Khối lượng bản thân kết cấu quy đổi tại nút i :
mk(i) = 0,5.s. As(i,j). Lij
trong đó :
Lij - chiều dài thanh thứ j quy tụ vào nút i
As(i,j) - diện tích tiết diện của kết cấu thứ j quy tụ tại nút i , với ống ta có :
As(i,j) = [.( Dij - 2.ij)^2]/4
Dij , ij - đường kính ngoài và bề dầy của thanh ống thứ j quy tụ vào nút i
s - trọng lượng riêng của vật liệu làm thanh kết cấu, với vật liệu thép s = s /g = 785 kG/m3
 - tổng được lấy với tất cả các thanh quy tụ tại nút i, chỉ số chạy j
Riêng với các nút trên cùng của KCĐ ( 4 nút liên kết với thượng tầng), ngoài giá trị mk(i) như trên, cần bổ
xung thêm khối lượng của thượng tầng vào các nút này :
mk(i) = G /n
trong đó :
G - tổng trọng lượng của toàn bộ phần thượng tầng ( gồm cả bản thân kết cấu, thiết bị, hoạt tải ) =
khối lượng /gia tốc g
n - số nút trên cùng của KCĐ liên kết với thượng tầng, với đồ án này n = 4
4 - Khối lượng nước trong kết cấu quy đổi tại nút :
Nếu như phần tử thanh của KCĐ là ống kín, có thể chứa được nước bên trong lòng thì phần khối lượng nước
bên trong ống cũng cần kể thêm vào khối lượng quy đổi tại nút. Nếu thanh không chứa nước thì không có khối

lượng này.
Khối lượng nước trong ống quy đổi tại nút i là :
mnô(i) = n. ij. An(i,j). Lij
trong đó :
An(i,j) - diện tích tiết diện phần rỗng ( phần chứa nước ) của kết cấu thứ j quy tụ tại nút i , với ống ta
có :
An(ij) = [. ( Dij^2 - ( Dij - 2.ij)^2 )]/4
các đại lượng còn lại xem giải thích ở các công thức trên.
Với những thanh không nằm trong nước, sẽ không có thành phần khối lượng này
5 - Xác định khối lượng tổng cộng quy đổi tại nút :
Khối lượng tổng cộng quy đổi về nút i là :
m*(i) = mk(i) + mn(i) + mnô(i)
Như vậy, khung KCĐ có bao nhiêu nút sẽ có bấy nhiêu khối lượng quy đổi m* .
II - Sơ đồ kết cấu của bài toán động :
Với việc xác định các khối lượng quy đổi tại nút m* như trên, có thể lập sơ đồ kết cấu là khung không gian như
sơ đồ kết cấu của bài toán tĩnh
- Tại các nút của khung, có các khối lượng tập trung m* đã tính ở mục I trên
Giải phương trình DĐR , xác định các đặc trưng về DĐR của KCĐ
1 - Giải phương trình ĐLH DĐR :
Việc giải phương trình :
M.u" + K.u = 0
Đã được trình bày khá kỹ trong giáo trình " Động lực học công trình biển ".
2 - Xác định các đặc trưng DĐR của kết cấu :
T1 = 2 / 1 ( s )
Nếu T1 < 3sec thì ảnh hưởng động của sóng lên công trình là yếu, do đó tính tải sóng như là tải trọng tĩnh có
điều chỉnh hệ số động kđ.
Hệ số động kđ :
1
kđ = --------------------------------------------------------
[ 1 - ( /1)^2 ]^2 + [ (2/1).( /1)]^2
trong đó :
 - tần số vòng của chuyển động sóng
1 - tần số DĐR thứ nhất
 - hệ số cản = 0,5. c/m ; Có thể coi  ~ 0.08. 1 ; thì :

1
kđ = ----------------------------------------------------
[ 1 - ( /1)^2 ]^2 + [ 0,16.( /1)]^2
1
kđ = -----------------------------------------------------
[ 1 - ( /1)^2 ]^2 + 0,0256.( /1)^2
Nếu xem sự tắt dần của dao động là yếu ( hệ số cản c = 0 )
---->  ~ 0
-----> 1
kđ = ---------------------------
[ 1 - ( /1)^2 ]^2
Hiệu chỉnh tải trọng sóng với hệ số động Kđ
Tính toán tĩnh KCĐ : Xác định nội lực tính toán các phần tử thanh, chuyển vị tựa tĩnh của KCĐ
Sơ đồ kết cấu của bài toán tựa tĩnh ( sơ đồ nút, phần tử, tải trọng, vật liệu ... khi sử dụng chương trình tính
toán trên máy vi tính )
Kết quả xác định nội lực, chuyển vị tĩnh của KCĐ
Kết luận về chuyển vị của KCĐ

Hd tinh tai trong song bang tay

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to Hd tinh tai trong song bang tay

Similar to Hd tinh tai trong song bang tay (20)

Hd tinh tai trong song bang tay