đồ án thiết kế kết cấu chân đế giàn nhẹ

 Công trình biển cố định Fixed Structures bao gồm các dạng sau: - Công trình biển thép Jacket - Công trình biển bê tông trọng lực Gravity - Công trình biển lai giữa bê tông vμ thép Hybr

Mục lục:

Chương 1: tổng quan 7

1.1 Sự phát triển của ngμnh xây dựng công trình biển trên thế giới 7

1.1.1 Công trình biển cố định bằng thép 8

1.1.2 Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép 9

1.1.3 Công trình biển mềm 9

1.1.4 Đường ống biển 10

1.2 Sự phát triển của ngμnh xây dựng công trình biển ở Việt Nam 10

1.3 Giới thiệu công trình biển thép dạng công trình tối thiểu 10

1.3.1 Khái quát 10

1.3.2 Các đặc tính cấu tạo của dμn tối thiểu 11

1.4 Các số liệu đầu vμo phục vụ thiết kế vμ thi công 12

1.4.1 Nhiệm vụ thiết kế 12

1.4.2 Số liệu thượng tầng 12

1.4.3 Số liệu khí tượng hải văn vμ địa chất công trình 12

a Vị trí xây dựng công trình 12

b Các số liệu khí tượng hải văn 12

c Các số liệu địa chất công trình 16

1.4.4 Điều kiện vật tư bến bãi vμ trang thiết bị phục vụ thi công 17

1.4.5 Các tiêu chuẩn vμ quy phạm áp dụng 20

Chương 2: Xây dựng vμ lựa chọn phương án kết cấu chân đế 21

2.1 Cơ sở xây dựng phương án 21

2.2 Nguyên tắc xây dựng phương án 21

2.2.1 Phương án kết cấu đỡ sμn chịu lực 22

2.2.2 Nguyên tắc lựa chọn kích thước các cấu kiện chính của kết cấu chân đế 22

2.2.3 Nguyên tắc cấu tạo panel 23

2.2.4 Nguyên tắc cấu tạo Diafragm 25

2.2.5 Nguyên tắc cấu tạo nút 25

2.2.6 Nguyên tắc lựa chọn phần tử theo độ mảnh 25

2.3 Nguyên tắc lựa chọn phương án 26

2.4 Xây dựng các phương án kết cấu 29

2.4.1 Các kích thước cơ bản của kết cấu chân đế 29

2.4.2 Phương án kết cấu dμn tối thiểu 31

a Đặc điểm kết cấu 31

b Các thông số của phương án 32

2.4.3 Phương án kết cấu dμn truyền thống 34

a Đặc điểm kết cấu 34

b Các thông số của phương án 34

2.5 Xác định hướng đặt công trình 36

2.6 Tính toán sơ bộ cho các phương án 37

2.6.1 Tính toán trọng lượng bản thân kết cấu chân đế 37

2.6.2 Tính toán sơ bộ sức chịu tải của cọc 38

2.6.3 Tính toán sơ bộ tổng tải trọng ngang vμ chuyển vị đỉnh kết cấu 39

2.7 Phân tích lựa chọn phương án 39

2.7.1 Tổng hợp các kết quả tính toán chính 39

2.7.2 Phân tích lựa chọn phương án 41

Chương 3: tính toán nội lực vμ biến dạng 42

3.1 Phương pháp tính toán kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép 42 3.2 Tính toán dao động riêng 43

3.2.1 Phương trình động lực học tổng quát 43

3.2.2 Sơ đồ kết cấu 43

a Mô hình hoá kết cấu chân đế 43

b Mô hình hoá sự lμm việc của cọc với ống chính 44

c Mô hình hoá sự lμm việc của cọc với đất nền 47

3.2.3 Sơ đồ khối lượng 47

a Khối lượng bản thân 47

b Khối lượng vữa bơm trám 47

c Khối lượng nước trong cọc 48

d Khối lượng hμ bám 48

e Khối lượng nước kèm 49

3.2.4 Kết quả tính toán 51

3.3 Tính toán tải trọng 52

3.3.1 Các loại tải trọng tác dụng lên CTB cố định bằng thép 52

a Tải trọng thường xuyên 52

b Tải trọng tạm thời 52

c Tải trọng do biến dạng 52

d Tải trọng do sự cố 52

e Tải trọng đặc biệt 52

f Tải trọng môi trường 52

3.3.2 Tính toán các loại tải trọng 53

a Tải trọng gió 53

b Tải trọng sóng, dòng chảy 55

3.3.3 Tổ hợp tải trọng 67

3.4 Tính toán nội lực vμ biến dạng 68

3.4.1 Sơ đồ tính toán 68

3.4.2 Phần mềm tính toán 68

3.4.3 Kết quả tính toán 69

3.4.4 Nhận xét kết quả tính toán 69

Chương 4: thiết kế vμ kiểm tra cấu kiện 70

4.1 Tính toán kiểm tra cấu kiện 70

4.1.1 Kiểm tra ổn định cục bộ 70

4.1.2 Kiểm tra ổn định tổng thể 70

4.2 Kiểm tra bền phần tử 71

4.2.1 Kiểm tra bền phần tử chịu nén dọc trục 71

4.2.2 Kiểm tra bền phần tử chịu uốn 71

4.2.3 Kiểm tra bền các phần tử chịu cắt 72

4.2.4 Kiểm tra bền các phần tử chịu xoắn 72

4.2.5 Kiểm tra bền các phần tử chịu áp lực thủy tĩnh 72

4.2.6 Các phần tử chịu tổ hợp ứng suất 74

4.3 Kiểm tra sự lμm việc của nút 75

4.3.1 Kiểm tra chọc thủng nút theo qui phạm API 76

4.3.2 Kiểm tra đường hμn 78

4.4 Nhận xét 79

Chương 5: tính toán thiết kế nền móng 80

5.1 Đặc điểm nền móng công trình biển cố định bằng thép 80

5.2 Bμi toán cọc chịu tải dọc trục 83

5.2.1 Sức chịu tải của cọc chịu nén 83

5.2.2 Sức chịu tải của cọc chịu nhổ 85

5.3 Tính toán cọc chịu tải dọc trục 86

5.4 Thiết kế cọc 87

5.5 Nhận xét 88

Chương 6: thi công 89

6.1 Tổng quan 89

6.1.1 Thi công trên bờ (BLR) 89

a Phương pháp thi công chế tạo nút 89

b Phương pháp thi công úp mái 90

c Phương pháp thi công xoay lật panel 91

6.1.2 Thi công hạ thủy 92

a Hạ thủy bằng phương pháp kéo trượt 92

b Hạ thủy bằng phương pháp cẩu nâng 93

c Hạ thủy bằng xe Trailer 94

6.1.3 Thi công vận chuyển vμ đánh chìm KCĐ 95

a Vận chuyển vμ đánh chìm KCĐ từ hệ ponton không dùng cẩu nổi 96

b Vận chuyển vμ đánh chìm KCĐ dùng SLMB vμ cẩu nổi 96

c Vận chuyển vμ đánh chìm KCĐ dùng sμ lan mặt boong bμn xoay 100

6.2 Xây dựng phương án thi công KCĐ 101

6.3 Tính toán một số bμi toán trong quá trình thi công trên BLR 112

6.3.1 Tính toán số lượng gối đỡ vμ kiểm tra khả năng chịu lực của gối đỡ 112

a Tính toán số lượng gối đỡ khi thi công KCĐ 112

b Kiểm tra khả năng chịu lực của gối đỡ 113

6.3.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của nền BLR 114

a Sơ đồ hoá bμi toán 114

b Kiểm tra khả năng chịu áp lực nền BLR 115

6.3.3 Tính toán chọn cáp, cẩu quay lật panel 115

a Tính toán khối lượng vμ toạ độ trọng tâm panel A 115

b Chọn cẩu vμ bố trí cẩu để quay lật panel 116

c Tính toán lực nâng lên các móc cẩu khi quay lật panel 117

d Chọn cáp cho quá trình quay lật vμ di chuyển panel 119

e Tính toán bước di chuyển của cẩu vμ chiều dμi rút cáp 120

6.3.4 Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của dầm hộp 124

a Cấu tạo dầm hộp (boxbeam) 124

b Sơ đồ hoá bμi toán vμ kiểm tra bền cho dầm hộp 125

6.4 Một số bμi toán trong quá trình thi công hạ thuỷ 128

6.4.1 Các thông số kỹ thuật của xe Trailer 128

6.4.2 Kiểm tra khả năng chịu tải của xe Trailer 128

6.4.3 Kiểm tra áp lực nền 129

6.5 Một số bμi toán trong quá trình thi công vận chuyển đánh chìm 130

6.5.1 Tính toán ổn định tĩnh cho quá trình vận chuyển 130

a Các thông số đầu vμo phục vụ tính toán 130

b Tính toán ổn định tĩnh hệ sμ lμn – KCĐ trong quá trình vận chuyển 131

6.5.2 Bμi toán chọn cáp, móc cẩu trong quá trình đánh chìm KCĐ 133

a Chọn cẩu cho quá trình đánh chìm KCĐ 133

b Chọn cáp cho quá trình đánh chìm 134

Chương 7: an toμn lao động vμ vệ sinh môi trường 136

7.1 Biện pháp thực hiện 136

7.2 Chính sách bảo vệ môi trường 137

Chương 1: tổng quan

1.1 Sự phát triển của ngμnh xây dựng công trình biển trên thế giới

Hiện nay ngμnh công trình biển trên toμn thế giới đã có những bước tiến vượt bậc về cả

phạm vi cũng như quy mô của các công trình Từ chỗ chỉ đơn thuần lμ những con đê, con

đập nhỏ để ngăn nước mặn vμ sóng cho những vùng đất ven biển thì ngμy nay đã có nhiều

công trình lớn cả ở ven biển lẫn các vùng ngoμi khơi xa nhằm phục vụ cho nhiều ngμnh

nghề cũng như cho công tác bảo vệ an ninh quốc phòng

Do nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ dầu mỏ vμ khí ngμy cμng tăng mμ lượng dầu, khí

trên đất liền thì hạn chế Mặt khác diện tích đại dương chiếm 3/4 diện tích bề mặt trái đất

vμ lμ nơi tập trung của các mỏ dầu lớn, chính việc nμy đã thúc đầy việc xây dựng các công

trình biển để phục vụ khai thác, chế biến dầu khí trên biển Đầu thế kỷ XIX việc khai thác

dầu khí hầu như chỉ diễn ra trên đất liền, đến năm 1947 công trình biển đầu tiên trên thế

giới được xây dựng tại vịnh Mexico ở độ sâu 3  6 m nước Đầu năm 1960 các công trình

thiết kế cho độ sâu nước có kết cấu chủ yếu lμ kết cấu thép Từ đó đến nay với sự phát

triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cho nên đã có nhiều dạng công trình biển cho các

khu vực nước sâu hơn ra đời

 Công trình biển cố định (Fixed Structures) bao gồm các dạng sau:

- Công trình biển thép (Jacket)

- Công trình biển bê tông trọng lực (Gravity)

- Công trình biển lai giữa bê tông vμ thép (Hybrid Steel and Concrete): lμ loại

có thân bằng thép vμ đế bằng bê tông cốt thép

Sử dụng các kết cấu cố định lμ phương án xây dựng với mục đích lμm cho công trình có

chu kỳ dao động nhỏ hơn hẳn vùng tập trung năng lượng sóng

 Công trình biển mềm (Compaliant Structures) bao gồm các dạng sau:

- Công trình biển nổi (Floating Structures)

- Công trình biển neo đứng

- Công trình biển trụ mềm

- Công trình biển neo xiên

Các công trình biển mềm được thiết kế với mục đích sao cho chu kỳ dao động riêng

vượt hẳn ra ngoμi vùng tập trung năng lượng sóng, thông thường chu kỳ dao động của

công trình > 25s

 Đường ống biển

Dùng để vận chuyển các sản phẩm khai thác được từ các giếng về nơi xử lý, hoặc vận

chuyển nước ép vỉa nhằm duy trì áp suất khai thác Đây lμ loại hình đang phát triển mạnh

mẽ Hiện nay công nghệ chế tạo đường ống đã được chuyên môn hoá rất cao vμ chiếm

một tỷ lệ lớn trong công tác xây dựng các công trình biển Các loại đường ống rất đa dạng

về chủng loại, chiều dμi, kích thước tiết diện cũng như độ sâu đặt ống ngμy cμng tăng

1.1.1 Công trình biển cố định bằng thép

Lμ loại công trình được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay.Công nghệ xây

dựng công trình loại nμy đã trải qua một thời gian dμi, từ loại kết cấu nhỏ ở vùng nước

nông, đến những công trình lớn ở vùng nước sâu xây dựng ở biển Bắc vμ ở vùng vịnh

Mexico Các dμn loại nμy thường đòi hỏi phải hoạt động trong vòng 25 năm trở lên Cho

tới nay trên thế giới đã xây dựng được trên 6000 công trình, trong đó có khoảng 4000

chiếc xây dựng ở vùng vịnh Mexico Trên thực tế hầu như mọi công nghệ mới sử dụng

trong chế tạo vμ lắp dựng các dμn đều xuất phát từ vịnh Mexico vμ vùng biển Bắc Kết cấu

công trình lớn nhất thế giới hiện nay lμ dμn Bullwinkle do hãng Shell xây dựng ở vịnh

Mexico vμo năm 1985 ở vùng nước sâu 1615ft (492m), kết cấu chân đế bằng thép nặng

56000T

Nói chung các dμn thép cố định tỏ ra có nhiều ưu điểm về tính an toμn khi khai thác

Điều nμy giải thích một phần lý do dμn cố định bằng thép được sử dụng rộng rãi

Xu hướng phát triển của kết cấu công trình biển thép:

- Về dạng kết cấu: Ngμy cμng lớn với độ sâu nước ngμy cμng tăng

- Về trọng lượng kết cấu: Ngμy cμng giảm thiểu trọng lượng nhờ sự phát triển các

dạng vật liệu nhẹ, phương pháp thiết kế kết cấu nhẹ như thay đổi trong từng đoạn

với tiết diện thanh biên đứng của kết cấu chân đế vμ thay đổi tiết diện tại các nút

lμ nơi tập trung ứng suất, điều nμy cho phép giảm trọng lượng tổng thể kết cấu

- Phát triển dμn nhẹ, dμn vệ tinh vμ kết cấu đỡ đầu giếng: đây lμ xu hướng mới của

loại kết cấu Jacket cho phép điển hình hoá kết cấu vμ trang thiết bị, đảm bảo

công nghệ đơn giản, tin cậy, giảm trọng lượng, giá thμnh xây dựng

- Về cọc: xu hướng tăng kích thước các cọc chính, giảm bớt hoặc bỏ các cọc phụ

Điều nμy lμm đơn giản kết cấu tổng thể vμ giảm bớt thời gian thi công trên biển

- Tăng khả năng thi công của thiết bị đóng cọc

Đối với kết cấu thượng tầng: việc xây dựng bộ phận thượng tầng của các dμn thường

được tổ chức phụ thuộc vμo các cấu hình sau:

 Thượng tầng gồm nhiều khối Block Module

 Thượng tầng kiểu bán toμn khối

 Thượng tầng kiểu toμn khối

 Thượng tầng kiểu tấm phẳng, kiểu mặt boong

Công nghệ thượng tầng không cần thiết bị cẩu lắp, đây lμ một kỹ thuật mới, lắp trọn kết

cấu thượng tầng lên đỉnh kết cấu Jacket mμ không cần dùng bất kỳ một loại cẩu nổi

chuyên dụng nμo như công nghệ truyền thống Theo phương pháp nμy, việc lắp đặt

thượng tầng được thực hiện nhờ một hoặc hai sμ lan vận chuyển thông thường Nhờ đó

giảm được đáng kể thời gian thi công trên biển Công nghệ nμy cũng đã tính đến các điều

kiện khác nhau của biển, trọng lượng thượng tầng

1.1.2 Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép

Dμn bê tông trọng lực lμ kết cấu công trình có tiềm năng phát triển mạnh, thích hợp với

vùng nước sâu Dμn bê tông trọng lực được xây dựng dựa nhờ một số ưu điểm nổi bật sau:

- ổn định bằng trọng lượng bản thân của nó theo nguyên lý móng nông

- Tuổi thọ công trình cao

- Tận dụng được nguyên vật liệu địa phương, tiết kiệm thép đặc chủng

- Khả năng chống ăn mòn của môi trường biển cao

- Chi phí duy tu bảo dưỡng ít hơn so với công trình biển thép

- Tận dụng được các khoang (xilô) của công trình lμm bể chứa

- Khả năng chịu lực tốt, chu kỳ dao động nhỏ, khả năng xuất hiện mỏi ít

Dμn khoan biển trọng lực đầu tiên lμ công trình EKOFISKI ở biển Bắc do công ty

DORIS ENGINEERING của Pháp thiết kế vμ hoμn tất năm 1973 ở độ sâu 70m nước Các

công trình dμn bê tông trọng lực trên thế giới có độ sâu từ 42  303m nước, phần lớn được

xây dựng ở biển Bắc

1.1.3 Công trình biển mềm

Công trình biển mềm: lμ loại công trình được sử dụng vμo việc khai thác những mỏ nhỏ

hoặc khai thác ở những độ sâu rất lớn, không kinh tế khi xây dựng những công trình biển

cố định Công trình loại nμy có thể sử dụng lμm bể chứa dầu đồng thời lμm kết cấu bến

cập tμu Ngμy nay các công trình dạng nμy đã đạt tới độ sâu hơn 1000m

1.1.4 Đường ống biển

1.2 Sự phát triển của ngμnh xây dựng công trình biển ở Việt Nam

Ngμnh công trình biển – dầu khí Việt Nam tuy lμ ngμnh mới còn non trẻ song cũng đã

thu được những thμnh tựu đáng kể Việc khai thác dầu khí ở nước ta hiện nay dựa trên hợp

đồng phân chia sản phẩm với các công ty nước ngoμi Chúng ta có thềm lục địa vμ vùng

đặc quyền kinh tế dμi hμng nghìn km như các bể Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam

Côn Sơn, ngoμi khơi Tây Nam, Hoμng Sa vμ Trường Sa

Sau khi đã tìm thấy dầu khí ở thềm lục địa Việt Nam, tổng công ty dầu khí Việt Nam ra

đời (gọi tắt lμ Petro Việt Nam) vμo năm 1979 nhằm nhanh chóng phát triển những hoạt

động khai thác thăm dò, vận chuyển tμi nguyên biển

VietsoPetro lμ hình thức liên doanh giữa Việt Nam vμ Liên Xô trong lĩnh vực thăm dò vμ

khai thác dầu khí Được thμnh lập năm 1981, đến nay VietSoPetro đã có những đóng góp

rất quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế đất nước bằng việc đóng góp vμo ngân

sách nhμ nước, trở thμnh một cơ sở công nghiệp dầu khí có khả năng độc lập để thực hiện

công tác thăm dò vμ khai thác dầu khí Xí nghiệp có đủ khả năng đảm nhận trọn gói các

gói thầu dịch vụ kỹ thuật với tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực khoan giếng dầu khí, thiết

kế vμ xây dựng các công trình biển, các công trình phục vụ an ninh quốc phòng trên biển,

lắp đặt đường ống dẫn dầu vμ khí, vận tải biển, dịch vụ cảng

1.3 Giới thiệu công trình biển thép dạng công trình tối thiểu

1.3.1 Khái quát

Do yêu cầu về giá thμnh của sản phẩm dầu khí biển, vì vậy các nhμ đầu tư luôn đòi hỏi

xây dựng các dμn nhỏ hơn nữa, thời gian xây dựng ngắn hơn nữa vμ chi phí thấp hơn

nhưng vẫn đáp ứng các nhu cầu đặt ra của công trình Đó chính lμ động lực chính dẫn đến

đòi hỏi tối ưu hoá kết cấu các dμn nhẹ vμ được gọi lμ “dμn nhẹ tối thiểu“

Cho tới nay việc định nghĩa như thế nμo lμ dμn tối thiểu vẫn chưa có lời giải đáp trọn

vẹn Vì có rất nhiều thể loại công trình vμ những người thiết kế, những người chủ của

những công trình nμy có cách gọi khác nhau Nhưng theo API [2] “ kết cấu dμn tối thiểu

“ lμ kết cấu có một trong các thuộc tính như sau:

1.3.2 Các đặc tính cấu tạo của dμn tối thiểu

- Kết cấu khung mμ có số ống chính nhỏ hơn bốn như so với kết cấu chân đế truyền

thống

- Dμn dạng ống khoan, có một ống lớn đỡ một hoặc một số đầu giếng

- Các dμn dùng ống khoan độc lập hoặc ống khoan có giằng liên kết hμn hoặc các liên

kết không hμn

- Có sử dụng các liên kết khớp, kẹp với các phần tử móng (cọc hoặc cọc váy)

Một số quan điểm khác lại có các định nghĩa khác về “dμn tối thiểu” như sau:

- Lμ những dμn được xây dựng cho các mỏ nhỏ, chỉ sử dụng các thiết bị tối thiểu vμ đầu

tư tối thiểu để khai thác được sản phẩm

Bản thân tên gọi Dμn tối thiểu đã cho thấy đây lμ các dμn có kích thước vμ trọng lượng

nhỏ hơn các dμn thông thường Các đặc tính cấu tạo chung của dμn nhẹ tối thiểu như sau:

- Kết cấu thượng tầng nhỏ, nhẹ, đơn giản, có ít hoặc không có các giếng khai thác Phần

lớn không có người ở thường xuyên

- Kết cấu chân đế đơn giản vμ được tối ưu về tải trọng do sóng + dòng chảy vμ khả năng

chịu lực của kết cấu Kết cấu chân đế có thể có nhiều dạng: một trụ đơn, hoặc nhiều trụ,

hoặc kết cấu dạng tháp

- Kết cấu móng cọc hoặc móng trọng lực

Khi thiết kế dμn tối thiểu người ta thường hướng tới các mục tiêu sau:

 Giảm thiểu giá thμnh xây dựng bằng cách giảm khối lượng vật liệu

 Giảm thời gian thi công

 Có thể thi công với những thiết bị sẵn có

 Giảm thiểu chi phí vận hμnh

 Dễ dμng tháo dỡ

 Có khả năng tái sử dụng

1.4 Các số liệu đầu vμo phục vụ thiết kế vμ thi công

1.4.1 Nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án lμ: Thiết kế kết cấu chân đế dμn nhẹ dạng kết cấu công

trình biển tối thiểu ở độ sâu 100m nước

1.4.2 Số liệu thượng tầng

Thượng tầng kiểu dμn nhẹ, trọng lượng thượng tầng lμ 3000(T)

Chức năng thượng tầng: đỡ đầu giếng

Số lượng giếng: 09

Khoảng cách giữa các giếng: 03(m)

1.4.3 Số liệu khí tượng hải văn vμ địa chất công trình

Gió thay đổi theo mùa lμ đặc điểm của thềm lục địa Việt Nam Gió Đông Bắc chiếm ưu

thế từ tháng 11 đến tháng 3 Tốc độ gió lớn nhất quan trắc được lμ 30m/s

Sự phân phối của gió được thống kê trong Bảng 1.1, các giá trị của vận tốc gió dùng cho

thiết kế được cho trong Bảng 1.2

 Sóng

Tần suất xuất hiện của chiều cao sóng đáng kể được cho trong Bảng 1.3 Số lần xuất

hiện của chiều cao sóng đáng kể vμ chu kỳ trung bình được thể hiện trong Bảng 1.4 Phân

bố về tần suất, chu kỳ, chiều cao của các hướng sóng riêng lẻ được cho trong các bảng từ

1.5 đến Bảng 1.12 Các thông số của sóng được dùng cho thiết kế được cho trong Bảng

1.2 vμ Bảng 1.3 Chiều cao sóng lớn nhất ứng với chu kỳ lặp 100 năm: HS,max = 16.4m ứng

với hướng Đông Bắc

 Dòng chảy

Vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất với chu kỳ xuất hiện lặp lại 100 năm lμ 22.4m/s, vận tốc

dòng chảy đáy lớn nhất tương ứng lμ 13.7m/s

Giá trị vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất với tần suất xuất hiện 100 năm vμ 1 năm ứng với

các hướng sóng được cho trong các Bảng 1.15 vμ Bảng 1.16 Giá trị dòng chảy đáy lớn

nhất với chu kỳ lặp 100 năm vμ 1 năm ứng với các hướng sóng được cho trong Bảng 1.17

vμ Bảng 1.18 (Lưu ý: hướng dòng chảy lμ hướng tác động, được lấy so với hướng Bắc theo

chiều kim đồng hồ)

 Số liệu hμ bám

Chiều dμy hμ bám lấy đều lμ 10cm kể từ mực nước tính toán trở xuống, trọng lượng

riêng của hμ bám lấy theo số liệu mới khảo sát lμ hb = 1200(Kg/m3)

Các thông số Hướng sóng

c Các số liệu địa chất công trình

Điều kiện địa chất khu vực xây dựng công trình được cho trong bảng sau:

Bảng 1.8: Điều kiện địa chất khu vực xây dựng công trình:

Số

lớp

đất

Độ sâu (m)

Loại Tỷ trọng

ngập nước (KN/m3)

Góc nội ma sát

(độ)

ứng suất cắt không thoát nước

1.4.4 Điều kiện vật tư bến bãi vμ trang thiết bị phục vụ thi công

 Điều kiện bến bãi

Hiện nay XNLD Vietsovpetro có hai bãi lắp ráp: Bãi MCY0 vμ MCY1 với hai đường trượt

dμi 183(m) vμ 216(m) bằng bêtông cốt thép

Tổng diện tích mặt bằng bãi lắp ráp của XNLDDK Vietsovpetro ở khu vực cảng dầu khí

khoảng 210.000 m2 bao gồm diện tích bãi trống vμ diện tích khu nhμ xưởng Diện tích

đường đi vμ khu vực thao tác hoạt động lμ 180.000(m2)

Bãi lắp ráp có độ dốc bằng 0o, thoát nước bằng cơ chế thấm, có hệ thống thoát nước

ngầm trong lòng đất

Nền bãi lắp ráp được gia cố bằng các lớp từ thô đến mịn dần để dễ thoát nước, lớp trên

cùng lμ cát

Cường độ nền bãi lắp ráp: R = 6(kG/cm2) đảm bảo tính năng kỹ thuật của các phương

tiện phục vụ thi công lắp ráp Trên bãi lắp ráp còn có hệ thống ống dẫn nước cứu hoả vμ

sinh hoạt, hệ thống đường dây tải điện, các loại cẩu có khả năng cẩu- lắp dựng khối chân

đế nặng 5000- 6000 tấn ở độ sâu hơn 100(m) nước

Cấu tạo đường trượt: Phía dưới lμ nền đất được gia cố bằng các cọc bêtông cốt thép

(40x40 cm) dμi 20(m) được đóng trên dọc suốt chiều dμi đường trượt cách nhau 1.2m,

tiếp theo lμ lớp bêtông cốt thép cường độ cao

+ Trên mặt đường trượt lát tấm thép dμy 12(mm) để tăng khả năng chịu ép mặt, giảm

lực ma sát giữa đường trượt vμ máng trượt trong thi công trượt KCĐ

+ Loại đường trượt thứ nhất: khoảng cách giữa tâm hai đường trượt lμ 16m, chiều dμi

đường trượt lμ 216(m)

+ Loại đường trượt thứ hai: lμ đường trượt kép, gồm đường trượt rộng 16(m) vμ đường

trượt rộng 20(m) Chiều dμi đường trượt lμ 183(m)

+ áp lực trên đường trượt đạt được: P =100(T/m)

+ Trên đường trượt có bố trí các máng trượt để đỡ vμ trượt khối chân đế ra mép cảng

Bờ cảng có chiều dμi 750(m) được đóng cọc kè bằng bêtông cốt thép

+ Độ sâu mực nước trước cảng khi triều kiệt khoảng 5.2(m), khi triều cường khoảng

8.6(m)

 Các loại máy móc phục vụ thi công

Các loại cẩu xích tự hμnh DEMAG do Đức sản xuất

+ Loại CC-4000 có 01 chiếc, chiều dμi cần 42m (ghép từng đoạn dμi 9 – 12m) Sức

nâng lớn nhất 650T ứng với tầm với 18m

+ Loại CC-2000:

- Chiều dμi cần 72m có: 01 chiếc

- Chiều dμi cần 60m có: 01 chiếc

- Chiều dμi cần 36m có: 02 chiếc

- Sức nâng lớn nhất: 300T ứng với tầm với 18m

+ Loại CC-600: Chiều dμi cần 54m vμ 36m có 6 chiếc

- Sức năng cẩu lớn nhất lμ 140T ứng với tầm với 12m

Các loại cẩu ô tô bánh lốp sức nâng 45T, 70T, 90T, có hai loại COLES vμ TANADO do

Nhật sản xuất

Các loại máy nâng hạ có sức nâng khác nhau, các loại xe kéo móc với tải trọng khác

nhau

Các loại xe ô tô tải trọng 5T, 10T, 12T, , các loại thiết bị phục vụ bơm trám xi măng

Các loại phương tiện phục vụ hạ thủy, vận chuyển, đánh chìm khối chân đế

+ Các loại cẩu nổi: Tại xí nghiệp LDDK Vietsovpetro có 3 tμu cẩu vμ nhiều loại tμu

chuyên dụng khác phục vụ công tác thi công trên biển

- Cẩu nổi Hoμng Sa (ISPOLIN): có sức nâng tối đa 1200T, cẩu nổi nμy không tự hμnh

được

- Tμu cẩu Trường Sa (TITAN 01) : Sức nâng tối đa 600T, đây lμ loại tầu cẩu 2 thân, tự

hμnh được không cần tμu kéo

- Tμu Côn Sơn: Sức nâng tối đa lμ 547T Đây lμ loại tμu chuyên dụng để thả ống, loại

tμu cẩu nμy không tự hμnh

+ Các loại tμu kéo chuyên dụng phục vụ công tác vận chuyển trên biển: tμu “Phú Quý”,

tμu “Sông Dinh”, tμu “Sao Mai”

+ Tμu phục vụ công tác phòng hộ trong quá trình thi công trên biển (tμu dịch vụ): Tμu

“BENDINH 01”, tμu phục vụ công tác lặn: tμu “Hải Sơn” kèm theo các trạm lặn bố trí

trên tμu

+ Các thiết bị phục vụ công tác thi công trên biển: Các loại xe bơm trám xi măng, trộn

vữa xi măng, các loại máy nén khí phục vụ công tác đóng cọc

+ Thiết bị đóng cọc: Xí nghiệp có các thiết bị (búa) đóng cọc cho các cọc có đường

kính:  1219;  1016;  914;  813

+ Thiết bị định tâm cọc: các loại cọc khác nhau cần có các thiết bị định tâm khác nhau

Các loại thiết bị định tâm cho các loại cọc:  1219 (2 chiếc); 1016 (5 chiếc);  914 (2

chiếc);  813 (2 chiếc);  720 (3 chiếc ),  630 (2 chiếc)

+ Các loại thiết bị kẹp cọc: dùng cho các cọc có đường kính: 1220 (4 chiếc);  1020 (5

chiếc);  920 (2 chiếc);  812.8 (2 chiếc);  720 (6 chiếc);  630 (4 chiếc)

 Các điều kiện đảm bảo quá trình thi công

Việc đánh chìm hạ thuỷ khối chân đế được thực hiện trong các điều kiện giới hạn sau:

- Chiều cao sóng không quá 1.25(m)

- Tốc độ gió không quá 12(m/s)

 Vật liệu

Vật liệu thép sử dụng trong đồ án nμy được lấy theo tiêu chuẩn API Specification 5L

Forty First Edition, April 1, 1995 Với một số chú ý sau:

 Giá trị khối lượng đơn vị lấy lμ: 7.85 T/m3

 Giá trị trọng lượng theo chiều dμi của từng kích thước tính theo công thức tiêu

chuẩn của API 5L:

m0.02466.(Dt).t , Kg/m

- Với m lμ khối lượng đơn vị được lμm tròn tới 0.01 Kg/m

- D: giá trị đã được quy định của đường kính ống ngoμi, (mm )

- t: giá trị đã được quy định của bề dμy, mm

Trong công thức trên hệ số tính toán được chuyển đổi từ đơn vị khối lượng của thép

Thứ tự Loại thép Cường độ đμn hồi

(Mpa)

Cường độ tới hạn (Mpa)

ở đây trong phạm vi đồ án loại thép được sử dụng lμ thép X52 có các chỉ tiêu cường độ

như sau: Rđh = 358 Mpa, Rth = 455 Mpa

1.4.5 Các tiêu chuẩn vμ quy phạm áp dụng

1 Quy phạm API RECOMMENDED PRACTICE 2A – WSD (RP 2A – WSD)

2 Quy định về an toμn lao động với cán bộ công nhân viên khi lμm việc trên công

trường vμ trên biển

Chương 2

Xây dựng vμ lựa chọn phương án kết cấu chân đế

2.1 Cơ sở xây dựng phương án

Đối với mỗi công trình, việc phân tích lựa chọn phương án kết cấu phải phù hợp với tính

chất lμm việc, yêu cầu sử dụng của công trình, khả năng tính toán thiết kế vμ tính khả thi

của công trình

Để đạt được hiệu quả trong thiết kế, khi lựa chọn phương án kết cấu, trên cơ sở tham

khảo các công trình hiện có, kết hợp các yêu cầu kinh tế kỹ thuật cụ thể, người thiết kế có

thể đưa ra lựa chọn sơ bộ lμm cơ sở ban đầu cho các bước thiết kế tiếp theo Phương án

được lựa chọn để thi công phải thoả mãn đồng thời hai điều kiện:

- Yêu cầu kỹ thuật:

+ Phù hợp với điều kiện môi trường

+ Đảm bảo độ bền, độ ổn định, tuổi thọ dưới tác dụng của tải trọng công nghệ vμ

tải trọng môi trường trong suốt đời sống công trình

+ Đảm bảo chiều cao sóng thiết kế không chạm sμn công tác

- Yêu cầu về kinh tế: đảm bảo có giá thμnh hợp lý nhất Cần phải thực hiện các biện

pháp :

+ Giảm chi phí về vật liệu, tận dụng vật liệu có sẵn

+ Giảm thời gian thi công, đặc biệt lμ thi công trên biển

+ Tận dụng các trang thiết bị, phương tiện thi công sẵn có, hạn chế tối đa việc

mua, thuê

Một yếu tố khác cũng có ảnh hưởng quyết định tới việc xây dựng phương án kết cấu lμ

quy mô vμ chức năng của thượng tầng Bởi vì quy mô vμ chức năng của thượng tầng lμ hai

yếu tố liên quan trực tiếp đến kích thước đỉnh khối chân đế, liên quan đến cấu tạo các

panel vμ các mặt ngang

2.2 Nguyên tắc xây dựng phương án

Để xây dựng được phương án kết cấu phù hợp nhất với các số liệu đầu vμo, người thiết

kế cần phải tuân theo một số nguyên tắc nhất định Dưới đây trình bμy các nguyên tắc cơ

bản khi xây dựng một phương án kết cấu chân đế, vμ cũng được áp dụng trong đồ án Tốt

nghiệp nμy

2.2.1 Phương án kết cấu đỡ sμn chịu lực

Việc lựa chọn phương án kết cấu đỡ sμn chịu lực căn cứ vμo các yếu tố chính sau:

 Quy mô của thượng tầng

Quy mô thượng tầng ở đây được hiểu lμ bao gồm kích thước thượng tầng vμ tải trọng

thượng tầng Từ quy mô thượng tầng ta mới xác định được sơ bộ kích thước của hệ thống

dầm đỡ sμn chịu lực cũng như sơ đồ lμm việc của các kết cấu đó

 Công năng thượng tầng

Công năng thượng tầng chính lμ chức năng của nó, công năng của thượng tầng sẽ quyết

định tới phương án bố trí kết cấu đỡ sμn chịu lực Ta có thể dễ dμng nhận thấy tính quyết

định của yếu tố nμy nếu đem phân tích công năng của hai loại thượng tầng: dùng cho

người ở vμ loại thượng tầng dùng để đỡ kết cấu đầu giếng mμ tμu khoan có thể cập vμo

được Với loại thượng tầng thứ nhất ta có thể bố trí kết cấu đỡ thượng tầng đều về các phía

song với loại thượng tầng thứ hai việc bố trí kết cấu thượng tầng lại phải lμm sao cho tμu

khoan có thể cập vμo công trình được (tức lμ kết cấu đỡ thượng tầng phải có một mặt

phẳng)

 Số lượng giếng vμ khả năng liên kết với thượng tầng

Số lượng giếng sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới kích thước đỉnh của KCĐ, từ đó sẽ ảnh hưởng

tới phương án kết cấu đỡ sμn chịu lực, khoảng cách giữa các hệ thống dầm trực giao đỡ

thượng tầng

2.2.2 Nguyên tắc lựa chọn kích thước các cấu kiện chính của kết cấu chân đế

Công trình biển lμ loại công trình đặc biệt, tồn tại độc lập tại những vùng có điều kiện

tự nhiên hết sức khắc nghiệt Khi có sự cố xảy ra việc tiến hμnh khắc phục lμ rất khó khăn

vμ tốn kém Chính vì vậy việc thiết kế chế tạo loại công trình nμy đòi hỏi phải tuân theo

những qui trình rất chặt chẽ Các nguyên tắc trình bμy dưới đây lμ những nguyên tắc cơ

bản trong việc xây dựng kết cấu chân đế công trình biển bằng thép

 ống chính vμ cọc:

Việc lựa chọn kích thước ống chính căn cứ vμo số liệu đầu vμo: độ sâu nước, điều kiện

khí tượng hải văn, phương án nền móng áp dụng Thông thường kích thước ống chính

phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- ống chính phải đủ lớn để chứa được cọc chính đóng xuyên qua chúng với dung

sai kể đến độ méo vμ cong của ống

- Liên kết giữa ống chính vμ ống nhánh phải được thiết kế để không bị kéo đứt

hoặc chọc thủng thanh chủ, điều nμy cũng ảnh hưởng đến kích thước thanh

nhánh

- ống chính cμng to thì diện tích chắn cμng lớn Ngược lại, phải dùng nhiều thanh

xiên hơn khi ống chính nhỏ đi

Thông thường điều kiện địa chất vμ yêu cầu nền móng lμ vấn đề quyết định đến kích

thước của các ống chính Trong các vùng ảnh hưởng của động đất thì kích thước các ống

chính lên giữ ở mức tối thiểu để giảm thiểu ảnh hưởng của nước kèm

 Các thanh xiên

Trong kết cấu chân đế thì thanh xiên giữ vai trò rất quan trọng, nó có nhiệm vụ liên kết

các ống chính lại với nhau Do đó thanh xiên có ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng tổng thể

của công trình

Có hai loại thanh xiên lμ thanh xiên trong panel vμ thanh xiên trong mặt ngang Có hai

yếu tố quyết định đến việc xác định kích thước của thanh xiên lμ:

- Tỷ số độ mảnh (Kl/r)

Do các thanh xiên chủ yếu chịu lực dọc trục, vì vậy tỷ số độ mảnh được định nghĩa lμ

độ dμi hữu hiệu của phần tử chia cho bán kính quán tính mặt cắt của thanh Độ mảnh giới

hạn của thanh được lựa chọn lên trong giới hạn 60 đến 80

- Tỷ số giữa đường kính vμ chiều dμy thanh (D/t)

Ngoμi tác dụng của lực dọc trục, các thanh xiên còn phải chịu tác dụng của áp lực thuỷ

tĩnh của nước biển Tỷ số D/t lμ giá trị dẫn hướng để lựa chọn kích thước phần tử để

không bị hư hỏng do tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh vμ vấn đề mất ổn định gây ra bởi tác

động nμy

2.2.3 Nguyên tắc cấu tạo panel

Nguyên tắc lựa chọn kết cấu panel phụ thuộc trực tiếp vμo các điều kiện khí tượng hải

văn, vμo yêu cầu truyền lực của các thanh xiên Một số dạng panel điển hình được cho

như hình vẽ sau:

Trong các dạng panel nμy các thanh chéo thường được cấu tạo theo dạng chữ: K, X

- Giằng chéo kiểu chữ X:

Đường kính thanh chống có thể nhỏ hơn 1,6 lần so với kiểu trên, các ống can (phần ống

tại nút có đường kính, bề dầy được tăng cường) tại ống chính có thể nhỏ hơn, bậc siêu

tĩnh tăng lên lμm chậm quá trình phá hủy lũy tiến Tuy nhiên, khối lượng của kết cấu có

thể lớn hơn, lực sóng tác động lớn hơn Nút ở giao điểm 2 thanh phải được thiết kế chi

tiết, bề dμy ống can phải đủ Kiểu nμy cũng lμm lượng mối hμn tăng dẫn đến tăng thời

gian vμ giá thμnh thi công

- Giằng chéo kiểu chữ K:

Kiểu nμy thường thích hợp với các khoảng cách ngắn giữa các vách ngang chịu tải trọng

đứng lớn Trong trường hợp nμy, đường kính các ống chống ngang phải bằng đường kính

các thanh chống xiên Tại vị trí nút, phải có cấu tạo gia cường cho thanh ngang Mô men

uốn do độ lệch tâm tại nút K phải được xem xét áp dụng kiểu trên chỉ khi chứng minh

được sự phân bố đường đi hợp lý của lực Nói chung không nên dùng dạng nμy

- Giằng chéo đơn:

Loại nμy có cấu tạo đơn giản, ít mối hμn, thường được áp dụng cho các dμn nhỏ xây

dựng ở những vùng có điều kiện khí tượng hải văn không quá phức tạp

Cấu tạo một số dạng panel phổ biến

Đối với các dμn lớn, chiều sâu nước lớn sẽ không thỏa mãn điều kiện ổn định cho công

trình Bậc siêu tĩnh của loại nμy nhỏ dẫn đến phá hủy lũy tiến dễ xảy ra

2.2.4 Nguyên tắc cấu tạo Diafragm

Các Diafragm (vách ngang) có cấu tạo thích hợp lμm nhiệm vụ chống xoắn cho công

trình, đỡ hệ thống ống Conductor vμ lμm tăng độ cứng tổng thể cho công trình Hình dưới

trình bμy một số dạng Diafragm thường được sử dụng

Cấu tạo một số dạng Diafragm phổ biến

Trong một số trường hợp ở các vùng có điều kiện địa chất không phức tạp Để tăng ổn

định cho vμ giảm độ lún cho công trình ở vách ngang cuối cùng người ta có thể chế tạo

thêm hệ thống sμn chống lún bằng các thép tấm

2.2.5 Nguyên tắc cấu tạo nút

Các nút nên được thiết kế ở dạng nút đơn giản Các nút phức tạp, nối chồng nên tránh, để

dễ dμng cho thi công vμ tránh những mối hμn đặc biệt Những mối hμn mμ đòi hỏi phải

được gia nhiệt vμ giải phóng ứng suất ngay trong khi hμn hoặc ngay sau khi hμn Ngoμi ra

góc hợp bởi các phần tử cũng không nên nhỏ hơn 250, vì các đường hμn lμ một vấn đề hết

sức khó khăn nếu góc quá nhỏ Thông thường các góc giữa các phần tử tốt nhất nên nằm

trong giới hạn từ 300 ữ 600

2.2.6 Nguyên tắc lựa chọn phần tử theo độ mảnh

Việc chọn các thanh trong kết cấu công trình biển thép phải đảm bảo được ổn định cục

bộ vμ ổn định tổng thể dưới điều kiện môi trường khai thác vμ điều kiện môi trường cực

hạn Đối với các phần tử kết cấu dạng ống, chọn theo độ mảnh cho phép (theo quy phạm

API RP 2A-WSP, 20th, Edition, 1993) :

r

L

: Độ mảnh của kết cấu thanh thiết kế

  0 : Độ mảnh cho phép của thanh

k: Hệ số quy đổi chiều dμi, k  1

L: Chiều dμi của phần tử, được xác định bằng khoảng cách giữa hai tâm nút

r: Bán kính quán tính tiết diện phần tử ,

F

I

r (m)

I: Mô men quán tính mặt cắt ngang của ống (m4)

F : Diện tích mặt cắt ngang của ống (m2)

Theo quy phạm về thiết kế công trình biển (quy phạm API của Mỹ) thì độ mảnh cho

phép của các thanh ống được quy định như sau:

Bảng 1.10: Độ mảnh cho phép của các cấu kiện:

Hệ số quy đổi chiều dμi k được xác định như trong bảng sau:

Bảng 1.11: Hệ số qui đổi chiều dμi:

Chân đế vμ cọc: Các phần tử cột ống 1,0

2.3 Nguyên tắc lựa chọn phương án

Để lựa chọn được phương án hợp lý, ta đưa ra một số phương án vμ phải tính toán nội

lực sau đó kiểm tra các bμi toán bền, thống kê vật liệu, nhân công, thiết bị thi công cho

từng phương án cụ thể

Trong phạm vi đồ án nμy việc lựa chọn phương án được thực hiện theo nguyên tắc sau:

Sau khi đã xây dựng được các phương án phù hợp với số liệu đầu vμo, người thiết kế phải

tiến hμnh phân tích lựa chọn được phương án phù hợp nhất với điều kiện hiện có Phương án được lựa chọn phải đảm bảo thoả mãn các yêu cầu về cấu tạo, độ bền, thi công

thuận lợi Các chỉ tiêu chủ yếu được đưa ra đánh giá lựa chọn phương án kết cấu lμ:

 Tổng khối lượng toμn bộ kết cấu chân đế

 Khối lượng cọc

 Chu kỳ dao động riêng

 Tổng tải trọng sóng, dòng chảy tác động lên kết cấu

 Phương tiện thi công sẵn có được sử dụng

 Chuyển vị đỉnh kết cấu

Để có được cái nhìn tổng quát về các bước chính để lựa chọn một phương án kết cấu

phù hợp với các yêu cầu đặt ra, sơ đồ dưới đây trình bμy về quy trình lựa chọn phương án

được thực hiện trong đồ án nμy

Theo quy trình nμy thì người thiết kế căn cứ vμo các Số liệu đầu vμo được cung cấp, sẽ

đưa ra một số phương án kết cấu phù hợp Sau đó từ các phương án nμy sẽ tiến hμnh thiết

kế sơ bộ (bao gồm bốn bước) Từ thiết kế sơ bộ ở trên sẽ phân tích lựa chọn lấy phương

án phù hợp nhất với điều kiện thực tế

Tất cả các tính toán chỉ tiêu so sánh: tổng khối lượng toμn bộ kết cấu chân đế, khối

lượng cọc, chu kỳ dao động riêng được trình bμy trong mục Tính toán sơ bộ (mục 2.5)

Riêng phần tính toán tổng tải trọng ngang vμ kết quả chuyển vị đỉnh kết cấu sẽ chỉ thống

kê kết quả, phần lý thuyết tính toán sẽ được trình bμy kỹ trong Chương 4

Qui trình xây dựng vμ lựa chọn phương án thực hiện

Trong đồ án

Số liệu đầu vμo

Số LIệU CÔNG TRìNH

Thượng tầng[Chức năng, quy mô( kích thước,

tải trọng, số lượng giếng khoan ); khả năng

cung cấp trang thiết bị, vật tư, điều kiện thi

công]

Số liệu môi trường

Độ sâu nước, , địa chất công trình

Xây dựng các giải pháp kết cấu phù hợp với các số

liệu đầu vμo

 Xem xét vμ phân tích sự phù hợp của giải pháp với:

- Sự phù hợp với quy mô, chức năng thượng tầng, khả năng liên kết với thượng tầng

- Phù hợp với độ sâu nước, địa chất công trình

Kiểm tra các kết cấu chính

b.Phương án thi công hạ thuỷ

c.Phương án thi công vận chuyển

b.Tính toán tổng tải trọng lớn nhất, chuyển

vị ngang lớn nhất, kiểm tra chuyển vị cho phép

c.Kiểm tra ổn định tổng thể (nếu có), tính lún (nếu có)

a.Kiểm tra ống chính, cọc vμ các kết cấu chính khác(các thanh xiên tham gia chịu lực chính)

b Đánh giá lại sức chịu tải của cọc so sánh với lực đầu cọc

Phân tích lựa chọn phương án (Một số thông số đề nghị xem bảng kèm theo)

Đánh giá

Quyết định

2.4 Xây dựng các phương án kết cấu

2.4.1 Các kích thước cơ bản của kết cấu chân đế

Chiều cao công trình được tính đến mặt dưới của sμn công tác cách đỉnh sóng một

khoảng cách an toμn 0, 0 gọi lμ độ tĩnh không của công trình được tính từ đỉnh con

sóng cao nhất đến mặt dưới sμn chịu lực, 0 được xác định dựa trên các yếu tố:

- Sai số có thể có của đáy biển

- Tính chất địa chất của nền đất gây nghiêng công trình

Theo quy phạm DNV: 0  1.5(m), ở đây ta chọn 0 = 1.5(m)

 Chiều cao công trình được tính theo công thức:

Vậy ta chọn chiều cao công trình lμ HCT = 115(m)

 Chiều cao mặt ngang trên cùng D1:

Với 2 lμ khoảng cách đảm bảo thi công liên kết nút khung sμn chịu lực vμo khối

chân đế Chọn 2 = 1(m)

HKCĐ = 104 + 1 = 105(m)

 Chiều cao khung sμn chịu lực:

Toμn bộ phần thượng tầng đặt trên một hệ sμn chịu lực Giữa hệ sμn chịu lực vμ khối

chân đế lμ phần khung sμn chịu lực

Chiều cao phần khung sμn chịu lực: HKSCL = HCT - HKCĐ

Trong đó:

HKSCL : chiều cao phần khung sμn chịu lực

HCT : chiều cao tính từ đáy biển đến mặt sμn chính HCT = 115 (m)

HKCĐ : chiều cao của khối chân đế: HKCĐ = 105 (m)

 HKSCL = HCT - HKCĐ = 115 – 105 = 10 (m)

Phần thượng tầng được liên kết với đầu trên của 4 cọc lồng trong ống chính của chân đế

nhờ hệ khung nối thông qua liên kết hμn

Kích thước mặt trên của khung sμn chịu lực phải tương ứng với kích thước của khối

thượng tầng Vì vậy kích thước mặt trên của khung sμn chịu lực lμ 12x12(m)

Khung sμn chịu lực có 4 ống trụ chính chế tạo từ thép ống có cùng đường kính với cọc,

đầu dưới như đầu vát bút chì liên kết với khối chân đế kiểu nút đầu nối Bốn đầu cọc nối

với khung sμn chịu lực qua phân tố chuyển tiếp được chế tạo sẵn để chuyển hướng

Với độ sâu nước d = 100m trên cơ sở tham khảo một số dạng kết cấu mới đã được xây

dựng hoặc được xây dựng ở dạng mô hình của các tập đoμn dầu lửa Hoa Kỳ đồng thời phù hợp với quy mô thượng tầng đã có ta đưa ra hai dạng kết cấu:

+ Mô hình dμn tối thiểu đã được xây dựng cho độ sâu nước nμy

+ Dạng kết cấu dμn truyền thống bốn ống chính

Trong mỗi dạng kết cấu đưa ra lại bao gồm các phương án nhỏ (có kích thước các cấu

kiện khác nhau) để lựa chọn một phương án tối ưu đem so sánh với phương án đã được

lựa chọn của dạng kết cấu còn lại Trong các phương án đưa ra để giảm chiều cao công

trình, thuận lợi cho quá trình thi công đóng cọc ta sẽ sử dụng kết cấu khung sμn chịu lực

Căn cứ vμo nguyên tắc lựa chọn phương án ta căn cứ vμo mục 2.3 để so sánh đưa ra

phương án kết cấu hợp lý nhất Sau đó ta sẽ lựa chọn phương án thoả mãn các yêu cầu đưa

ra lμm phương án lựa chọn cuối cùng Các phương án đưa ra để so sánh phải đảm bảo các

yêu cầu sau:

 Có cùng số liệu đầu vμo (độ sâu nước, số liệu địa chất, số liệu khí tượng hải văn )

 Các phương án đưa ra so sánh phải có kích thước đỉnh tương đương (tức lμ phù hợp

với phương án đỡ kết cấu thượng tầng vμ công nghệ trên đó)

 Chiều cao công trình bằng nhau

 Phù hợp với nhiệm vụ chức năng của công trình

 Đảm bảo ổn định tổng thể

Việc xây dựng phương án kết cấu có thể căn cứ vμo kinh nghiệm của người thiết kế, sau

đó từ kích thước đã chọn người thiết kế tiến hμnh kiểm tra bền, ổn định của kết cấu đồng

thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế vμ thuận lợi cho quá trình thi công

2.4.2 Phương án kết cấu dμn tối thiểu

a Đặc điểm kết cấu

Kết cấu có dạng hình tháp, gồm hai phần: phần thân trên được thu nhỏ dạng tháp bốn

cạnh có cấu tạo mặt ngang hình vuông kích thước 12x12(m); phần thân dưới có kết cấu

mở rộng đáy theo ba phương Đây lμ dạng kết cấu phù hợp với các công trình được xây

dựng ở những nơi có độ sâu nước lớn vμ điều kiện khí tượng hải văn phức tạp

Chiều cao sơ bộ của phần mở rộng được xác định theo kinh nghiệm (khoảng 1/3 chiều

cao của khối chân đế) Trong quá trình tính toán kiểm tra nếu thấy chiều cao nμy lμ chưa

đủ để đảm bảo ổn định tổng thể cũng như khả năng chịu lực ta có thể điều chỉnh lại cho

phù hợp

Với dạng kết cấu như đã mô tả ở trên, trong phương án nμy sẽ có 6 cọc nằm ở phần thân

dưới, riêng phần thân trên số cọc sử dụng lμ 2 vμ được đóng cho hai ống chính thuộc phần

mặt phẳng của KCĐ nhằm tăng cường ổn định cho công trình

Sơ đồ hình học dạng kết cấu nμy như sau:

Hình 1: Sơ đồ hình học phương án 1

b Các thông số của phương án

Do số lượng ống chính nhiều hơn hẳn – 8 ống (dẫn đến số lượng cọc cũng nhiều hơn)

so với phương án dμn truyền thống nên lực dọc trục mμ mỗi cọc sẽ chịu ít hơn Do vậy

kích thước ống chính vμ kích thước cọc của phương án nμy sẽ nhỏ hơn so với phương án

kết cấu dμn truyền thống

Bên cạnh đó do cấu tạo diafragm không có sự thay đổi cấu tạo từ trên xuống dưới do

vậy ổn định cục bộ của mỗi thanh xiên cũng như lực dọc trục của các thanh xiên không

có sự thay đổi đột ngột Căn cứ vμo các lập luận nμy ta đưa ra ba phương án kích thước sơ

bộ cho phương án nμy như sau:

Bảng 1.12: Kích thước cấu kiện phương án KC tối thiểu:

Các kích thước cấu kiện như đã lựa chọn ở trên đảm bảo yêu cầu về độ mảnh Bảng dưới

đây thống kê kết quả độ mảnh lớn nhất của từng cấu kiện Kết quả tính toán cụ thể được

trình bμy trong phần Phụ lục 18

Bảng 1.13: Độ mảnh lớn nhất trong các cấu kiện:

 Cấu tạo panel:

Với cấu tạo kết cấu có một mặt phẳng nên phương án nμy đảm bảo cho tμu khoan có thể

cập vμo thực hiện công tác khai thác Cấu tạo cụ thể của các panel như sau:

20500 12000 8500

8500 12000 29000 8500

 Cấu tạo các diafragm:

Nhằm đảm bảo bố trí đủ số lượng giếng khoan, cấu tạo diafragm cho phần trụ vμ phần

mở rộng đáy cấu tạo như sau:

Hình 3: Cấu tạo Diafragm kết cấu dμn tối thiểu

Các mặt ngang cách đều nhau với khoảng cách lμ 15(m), riêng hai mặt ngang trên cùng

cách nhau 14(m) Với dạng kết cấu nμy cọc sẽ được luồn trong hai ống chính ở phần mặt

phẳng cùng với các ống chính của phần mở rộng đáy Số lượng cọc sử dụng lμ 8

2.4.3 Phương án kết cấu dμn truyền thống

a Đặc điểm kết cấu

Với phương án nμy kết cấu gồm bốn ống chính có một mặt thẳng đứng để tμu khoan có

thể cập vμo, các thanh xiên trong panel như đã phân tích ở trên ta chọn cấu tạo dạng chữ

X để đảm bảo khả năng truyền lực vμ tăng cường độ cứng tổng thể cho kết cấu, do công

trình xây dựng ở độ sâu nước lớn Phương án móng cọc được sử dụng trong phương án

nμy lμ cọc chính đóng trong ống chính, vμ không sử dụng cọc phụ Như vậy phương án

nμy sử dụng 4 cọc Đồng thời để giảm chiều cao KCĐ phương án nμy cũng sử dụng kết

cấu khung sμn chịu lực Các mặt ngang được bố trí cách đều nhau

Để phù hợp với quy mô thượng tầng ta chọn kích thước đỉnh khối chân đế lμ 13x13(m)

ống chính có độ dốc 1/8

b Các thông số của phương án

Theo kinh nghiệm thiết kế các chân đế trong vùng Đông Nam á kết hợp với các số liệu

địa chất cùng với sự tham khảo kinh nghiệm thiết kế cho các dμn tương tự, ta nhận thấy

với tải trọng từ thượng tầng truyền xuống cùng với trọng lượng bản thân kết cấu Do vậy

để đảm bảo độ sâu đóng cọc cũng như lực đầu phù hợp với những thiết bị thi công hiện có

thì đường kính ống chính – cọc cùng các cấu kiện khác có thể sơ bộ đưa ra như sau:

Bảng 1.14: Kích thước tiết diện các cấu kiện phương án kết cấu truyền thống:

Các kích thước cấu kiện như đã chọn ở đây phù hợp với yêu cầu đảm bảo về độ mảnh

Bảng sau đây thống kê độ mảnh lớn nhất cho từng cấu kiện:

Bảng 1.14: Độ mảnh lớn nhất trong các cấu kiện PA kết cấu truyền thống:

Cấu kiện

Độ mảnh lớn nhất PA2.1 PA2.2

 Cấu tạo panel:

Như đã phân tích ở trên để phù hợp với các số liệu đầu vμo nên phương án kết cấu

truyền thống có cấu tạo panel theo sơ đồ dưới đây Theo sơ đồ nμy các thanh xiên có cấu

tạo dạng chữ X, riêng khoang cuối cùng của panel có cấu tạo thanh xiên dạng chữ V vμ

được gia cường thêm một thanh chống đứng Khoảng cách giữa các mặt ngang như đã cấu

tạo đảm bảo cho góc giữa thanh xiên vμ ống chính nằm trong giới hạn đảm bảo cho liên

kết hμn tại các nút (góc 300 ữ 600)

Hướng đặt công trình phụ thuộc vμo một số yếu tố sau:

+ Hướng tải trọng môi trường cực hạn

+ Chức năng chính của dμn ( dμn công nghệ, dμn khai thác )

+ Thuận lợi cho việc bố trí giá cập tμu để giảm tối đa tải trọng do môi trường tác

động khi cập tμu hoặc tác động trực tiếp lên giá cập tμu

+ Sơ đồ quy hoạch của cụm mỏ (các dμn đã xây dựng vμ dự kiến các dμn sẽ xây

dựng)

Trong khuôn khổ đồ án nμy ta chỉ xét đến yếu tố tải trọng môi trường để xác định

hướng đặt công trình Từ các số liệu môi trường, nhận thấy sóng (nhân tố ngoại lực chính)

theo hướng Đông-Bắc có chiều cao lớn nhất, mμ chiều cao sóng lớn thường sinh nội lực

lớn trong kết cấu

Do đó ta sẽ chọn hướng đặt công trình như sau cho PA 2.2 của dạng kết cấu truyền

thống: mặt Panel 1,2 sẽ có hướng Đông-Bắc (hứng sóng) Như thế với tải trọng môi

trường cực đại thì sự chịu lực của 4 ống chính sẽ đồng đều hơn (thường 2 ống phía sau

chịu nén, 2 ống phía trước chịu nhổ (sơ đồ vμ quy ước hệ trục toạ độ như hình vẽ Đối với

phương án 1.3 dạng kết cấu dμn tối thiểu mặt phẳng của công trình song song với hướng

Đông Bắc

y

x y

x

s w

Để phục vụ cho việc lựa chọn phương án kết cấu hợp lý ta tiến hμnh tính toán sơ bộ cho

các phương án Việc tính toán sơ bộ bao gồm các bước tính toán sau:

Kết Luận: Từ những tính toán ở trên ta sơ bộ lựa chọn hai phương án đem so sánh tiếp

đó lμ: phương án 1.3 trong dạng kết cấu dμn tối thiểu vμ phương án 2.2 trong dạng kết

cấu dμn truyền thống Việc lựa chọn nμy dựa trên nguyên tắc đảm bảo độ mảnh các cấu

kiện, chu kỳ dao động riêng nhỏ hơn 3s đồng thời có khối lượng nhỏ hơn (PA1.3 có khối

lượng KCĐ lμ 1019.004(T) còn PA2.2 có khối lượng KCĐ lμ 1439.09(T) trong khi PA2.1

lμ 1537.258(T), PA1.1 lμ 1213.642(T), PA 1.2 lμ 1155.702(T)

2.6.2 Tính toán sơ bộ sức chịu tải của cọc

Để đánh giá lựa chọn phương án kết cấu ta sơ bộ tính toán sức chịu tải của cọc, từ đó

tính toán được chiều dμi cọc cần thiết tức lμ tính được tổng trọng lượng cọc của từng

phương án Căn cứ vμo đó kết hợp với các chỉ tiêu so sánh khác ta sẽ quyết định được

phương án lựa chọn cuối cùng

Theo phương pháp nμy trước hết ta phải tính toán được trọng lượng của khối chân đế

(KCĐ), trọng lượng thượng tầng Từ đó suy ra tổng trọng lượng chân đế vμ thượng tầng

đem chia cho số lượng cọc để suy ra lực dọc trục sơ bộ mμ mỗi cọc phải chịu Từ lực dọc

trục mμ mỗi cọc phải chịu ta tính được chiều dμi cọc sơ bộ cần thiết Từ đó suy ra trọng

lượng cọc sơ bộ Trong tính toán sơ bộ coi như các cọc chịu lực như nhau vμ chỉ chịu nén

Lý thuyết dùng để tính toán sẽ được trình bμy kỹ trong chương 5: Tính toán vμ thiết kế

nền móng Tính toán cụ thể được trình bμy trong phần phụ lục, ở đây chỉ thống kê kết quả

tính toán:

Bảng 1.16: Bảng tổng hợp kết quả tính toán cho hai phương án

Dạng kết cấu dμn tối thiểu

Trọng lượng

TT (T)

Trọng lượng KCĐ (T)

Số cọc Lực dọc trục cho

một cọc (T)

Chiều sâu đóng cọc sơ bộ (m)

Số cọc Lực dọc trục cho

một cọc (T)

Chiều sâu đóng cọc sơ bộ (m)

Trọng lượng cọc sơ bộ: 400.67(T)

2.6.3 Tính toán sơ bộ tổng tải trọng ngang vμ chuyển vị đỉnh kết cấu

Như đã trình bμy ở trên trong mục nμy ta chỉ thống kê kết quả tính toán tổng tải trọng

ngang tác động lên KCĐ Tính toán cụ thể được trình bμy trong Chương 3 Quá trình tính

toán được thực hiện bằng chương trình Sap 2000 Ver 10, KCĐ được mô hình hoá như mô

hình khung không gian, lý thuyết tính toán dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn

Kết quả tính toán tổng tải trọng ngang vμ chuyển vị đỉnh kết cấu của hai phương án như

Sau khi tính toán đến thông số chuyển vị đỉnh kết cấu ta có bảng thống kê một số thông

số tính toán cho hai phương án kết cấu Từ bảng thống kê trên tiêu chí đảm bảo yêu cầu

công nghệ, tiết kiệm vật liệu đồng thời đảm bảo quá trình thi công không quá phức tạp ta

sẽ đưa ra phương án lựa chọn cuối cùng Với phương án lựa chọn ấy ta tiếp tục đi tính

toán chi tiết kết cấu, tính toán thiết kế nền móng công trình Bảng tổng hợp kết quả một

số thông số so sánh chính được trình bμy dưới đây Bảng nμy chỉ mang tính tổng hợp kết

quả, một số thông số tính toán cụ thể cần xem xét trong các mục kèm theo của Thuyết

minh đồ án nμy:

B¶ng1.18: B¶ng tæng hîp kÕt qu¶ so s¸nh cña hai ph−¬ng ¸n

C¸c th«ng sè chÝnh

Ph−¬ng ¸n kÕt cÊu

PA1.3 (KÕt cÊu dμn tèi thiÓu)

PA 2.2 (KÕt cÊu dμn truyÒn thèng)

Sè liÖu m«i tr−êng