Tính toán thiết kế vận chuyển khối chân đế trên biển bằng sà lan

Tính toán thiết kế vận chuyển khối chân đế trên biển bằng sà lan

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Xây Dựng, đặc biệt là tại Viện Xây dựng Công trình biển em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích và rất cần thiết cho một kỹ sư Tuy nhiên việc được các thầy giới thiệu làm đồ án tốt nghiệp tại PV Engineering lại là một dịp thật ý nghĩa bởi em có thể học hỏi thêm được nhiều điều Đó là cơ hội để em có thể tìm hiểu sâu hơn, đầy đủ hơn về chuyên môn của ngành công trình biển và kinh nghiệm thực tiễn thông qua việc làm đồ án tốt nghiệp

Qua thời gian học tập và phấn đấu, chúng em được các thầy giới thiệu thực tập và làm đồ

án tốt nghiệp tại: Phòng Thiết kế phát triển mỏ & Công trình biển – Trung tâm Tư vấn Thiết

Kế - Tổng Công Ty Tư vấn Thiết kế Dầu Khí (PV Engineering) Được thực tập và làm đồ án tốt nghiệp tại Phòng Thiết kế phát triển mỏ & Công trình biển đối với chúng em là vô cùng vinh

dự bởi Tổng Công ty Tư vấn Thiết kế Dầu khí (PV Engineering ) là Tổng Công ty chuyên về tư vấn thiết kế duy nhất trong Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam Được làm đồ án tốt nghiệp trong một môi trường chuyên nghiệp giúp em học hỏi được rất nhiều điều từ kiến thức chuyên môn đến kinh nghiệm thực tế trong thiết kế Công trình biển Tuy nhiên do kinh nghiệm chuyên môn thực

tế không có nên em nhận thấy còn mốt số thiếu sót trong quá làm đồ án tốt nghiệp tại Phòng

Em hi vọng sẽ được tiếp tục nhận sự quan tâm, hướng dẫn, chỉ bảo thêm;

Em xin cảm ơn các thầy cô trong Viện Xây Dựng Công Trình Biển, thầy cô là những người luôn theo sát, dẫn dắt chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường !

Em xin gửi lời cảm ơn Th.S Nguyễn Mạnh Hùng – Trưởng phòng Phòng Thiết kế phát triển

mỏ & Công trình biển là người trực tiếp hướng dẫn em được thực tập và làm đồ án tốt nghiệp tại Phòng ,và chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các anh trong Phòng đã nhắc nhở, động viên và tạo điều kiện cho chúng em trong suốt thời gian thực tập và làm đồ án tốt nghiệp tại đây !

TP.HCM, Ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Quân

Table of Contents

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ 6

1.1 Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam: 6

1.1.1 Giới thiệu chung: 6

1.1.2 Các giai đoạn phát triển: 6

1.1.3 Quá trình tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam: 7

1.1.4 Mục tiêu phát triển trong tương lai: 8

1.2 Tổng quan về nghành xây dựng công trình biển: 9

1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển của nghành xây dựng CTB thế giới : 9

1.2.2 Sự phát triển nghành xây dựng công trình biển ở Việt Nam: 10

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN 11

2.1 Tổng quan về mỏ Hải Sư Đen: 11

2.2 Giới thiệu về dự án Hải Sư Đen: 12

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG 15

3.1 Khái quát về tính toán vận chuyển trong ngành công trình biển: 15

3.1.1Các nội dung nghiên cứu về bài toán vận chuyển: 15

3.1.2.Chuyển động và tính ổn định của sà lan: 16

3.2 Cơ sở thiết kế: 19

3.2.1 Phạm vi đồ án: 19

3.2.2 Phần mềm sử dụng: 19

3.2.3 Quy trình phân tích: 19

3.3 Tiêu chuẩn áp dụng và tài liệu tham khảo: 24

3.3.1 Tiêu chuẩn áp dụng: 24

3.3.2 Tài liệu công nghệ khác: 24

CHƯƠNG 4: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 25

4.1 Số liệu thiết kế: 25

4.1.1 Số liệu về kết cấu khối chân đế HSD: 25

4.1.2 Số liệu về sà lan VSP05: 25

4.1.3 Số liệu môi trường: 25

4.1.4 Đặc trưng vật liệu: 26

4.2 Mô hình tính toán: 28

4.2.1 Cơ sở lý thuyết: 28

4.2.2 Vị trí khối chân đế trên sà lan: 29

4.2.3 Hệ thống seafastening: 30

CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG 32

5.1 Mô hình các trường hợp tải trọng: 32

5.1.1 Tải trọng bản thân kết cấu KCD: 32

5.1.2 Tải trọng do khối lượng của các cấu kiện phụ: 32

5.1.3 Tải trọng gió: 41

5.1.4 Tải trọng quán tính: 43

5.2 Tổ hợp tải trọng: 49

5.2.1 Tổ hợp tải trọng bản thân: 49

5.2.2 Tổ hợp tải trọng thiết kế: 49

CHƯƠNG 6: KIỂM TRA BỀN CHO NÚT VÀ PHẦN TỬ KẾT CẤU 54

6.1 Tính toán kiểm tra độ bền-khả năng chịu lực của các phần tử: 54

6.1.1 Những phần tử chịu kéo dọc trục: 54

6.1.2 Những phần tử chịu nén dọc trục: 54

6.1.3 Những phần tử chịu uốn: 55

6.1.4 Những phần tử chịu cắt: 56

6.1.5 Phần tử chịu nén uốn đồng thời: 57

6.1.6 Phần tử chịu kéo uốn đồng thời: 58

6.2 Tính toán kiểm tra nút: 59

6.2.1 Sơ đồ truyền lực của nút đơn giản: 59

6.2.2 Kiểm tra nút theo ứng suất chọc thủng: 60

6.2.3 Phân loại nút đơn giản: 62

6.2.4 Yêu cầu cấu tạo gia cường nút: 62

6.3 Kết quả kiểm tra: 63

6.3.1 Kết quả kiểm tra một số phần tử (Unity Check > 0.15): 63

6.3.2 Kết quả kiểm tra nút: 72

PHỤ LỤC A: CÁC BẢN VẼ THỂ HIỆN TRONG ĐỒ ÁN 73

PHỤ LỤC B: MÔ HÌNH KẾT CẤU TRONG SACS 88

PHỤ LỤC C: INPUT FILES 97

C.1 SACS Input File (Generate Gravity Load after Loadout) 98

C.2 SACS Input File (Additional Inputs for TOW Condition) 109

C.3 TOW Input File 111

PHỤ LỤC D: OUTPUT FILES 112

D.2 Applied Load and Joint Reaction Summary 125

D.3 Member Stress Check 134

D.4 Joint Stress Check 158

PHỤ LỤC F: 163

TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÁC THANH CHỐNG XIÊN VÀ CÁC MỐI HÀN 163

PHỤ LỤC G: KIỂM TRA CÁC ỐNG CHỐNG 167

PHỤ LỤC H: KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM HẠ THỦY 171

PHỤ LỤC I: KIỂM TRA DẦM BOX-BEAM 178

PHỤ LỤC K: KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA SÀ LAN 185

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ

1.1 Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam:

1.1.1 Giới thiệu chung:

Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân hiện nay Với sản lượng dầu khí khai thác hàng năm tăng dần, và việc giá dầu thế giới luôn ở mức cao có thời điểm lên tới trên 140USD/thùng trong khoảng thời gian đầu năm 2008, công nghiệp Dầu khí đang đem lại ngoại tệ lớn cho nền Kinh tế Quốc dân

Tổng tiềm năng dầu khí tại các bể trầm tích: Sông Hồng, Phú Khánh, Nam Côn Sơn, Cửu Long, Ma Lay – Thổ Chu… đã được xác minh tiềm năng và trữ lượng đến thời điểm này là từ 0.9 đến 1.2 tỷ m3 dầu và từ 2100 đến 2800 tỷ m3 khí Trữ lượng đã được xác minh là gần 550 triệu tấn dầu và trên 610 tỷ m3 khi Trữ lượng khí đã được thẩm lượng , đang được khai thác và sẵn sàng để phát triển trong thời gian tới vào khoảng 400 tỷ m3 Với các biện pháp đồng bộ, đẩy mạnh công tác tìm kiếm – thăm dò, khoảng từ 40 đến 60% trữ lượng nguồn khí thiên nhiên của nước ta sẽ được phát hiện đến năm 2010

1.1.2 Các giai đoạn phát triển:

Các mốc thời gian ghi dấu sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí Việt Nam:

- Ngày 26/6/1986: Khai thác tấn dầu đầu tiên của Việt Nam tại mỏ Bạch Hổ

- Ngày 29/12/1988: Khai thác tấn dầu quy đổi thứ 1 triệu tại mỏ Bạch Hổ

- Ngày 02/3/1992: Khai thác tấn dầu thứ 10 triệu

- Ngày 26/4/1995: Khánh thành xây dựng đường ống dẫn khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ vào bờ dài 160km

- Ngày 28/8/1997: Khai thác tấn dầu thứ 50 triệu

- Tháng 10/1998: Nhà máy xử lý khí Dinh Cố bắt đầu hoạt động

- Ngày 13/02/2001: Khai thác tấn dầu thứ 100 triệu

- Ngày 24/7/2002: Khánh thành đường ống dẫn khí nối mỏ Rạng Đông và mỏ Bạch Hổ dài 46,5km

- Ngày 26/11/2002: Hoàn thành xây dựng đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn dài 399km

từ mỏ Lan Tây đưa khí vào bờ

- Ngày 06/01/2003: Nhà máy nhựa và hóa chất Phú Mỹ đi vào hoạt động, sản xuất nhự PVC với công suất 100 nghìn tấn/năm

- Ngày 20/12/2003: Khai thác tấn dầu thứ 150 triệu

- Ngày 15/11/2004: Nhà máy đạm Phú Mỹ đi vào hoạt động với công suất 600 nghìn tấn phân urê/năm

- Tháng 4/2005: Sản lượng khai thác khí đạt 15 tỷ m 3

- Ngày 12/6/2005: Khai thác tấn dầu quy đổi thứ 200 triệu

1.1.3 Quá trình tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam:

Năm 1973-1974 phát hiện khí tại Tiền Hải (Thái Bình) dựa trên các hoạt động của đoàn Địa chất 36; đồng thời, trong thời gian này, chính quyền Sài Gòn cũ ký kết hợp đồng với các nước ngoài và phát hiện dầu ở mỏ Bạch Hổ

Năm 1981 chính thực thành lập Liên doanh Dầu khí Vietsopetro khai thác mỏ Bạch

Hổ, vừa tiến mở rộng đánh giá chất lượng

Năm 1988, với chính sách mở cửa ra đời, Luật Đầu tư nước ngoài và Luật Dầu khí tạo điều kiện cho các hoạt động dầu khí phát triển

Hiện Việt Nam đã thăm dò 25% thềm lục địa với độ sâu nước nhỏ hơn 150m và hình thành 4 cụm khai thác dầu khí quan trọng:

- Cụm 1: Ở phía Bắc thuộc trũng Hà Nội có mỏ khí Tiền Hải (Thái Bình)

- Cụm 2: Thuộc bể Cửu Long gồm 4 mỏ dầu đang khai thác là Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông và Ruby, và là cụm quan trọng nhất hiện nay, chiếm 96% sản lượng của cả nước Ngoài ra, còn có thêm phát hiện mới là mỏ Sư Tử Đen

- Cụm 3: Thuộc mỏ Nam Côn Sơn, cách bờ 110km có mỏ dầu Đại Hùng, và các mỏ khí Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh, Rồng Đôi, Hiện nay đã khai thác ở mỏ Lan Tây

- Cụm 4: Thuộc khu vực thềm lục địa ở phía Tây Nam vịnh Thái Lan, có các mỏ dầu đang khai thác là Bunga Kekwa, Bunga Orkid, Cái Nước và Phú Khánh

1.1.4 Mục tiêu phát triển trong tương lai:

Đẩy mạnh đầu tư công tác tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ lượng có thể khai thác một cách hợp lý, ưu tiên các vùng khó khăn Phấn đấu gia tăng trữ lượng dầu khí hàng năm đạt 35-40 triệu tấn dầu quy đổi

Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm nguồn tài nguyên dầu khí trong nước để sử dụng lâu dài; đồng thời tích cực mở rộng hoạt động khai thác dầu khí ở nước ngoài Phấn đấu khai thác 25-38 triệu tấn quy dầu/năm trong đó khai thác dầu thô giữ ổn định ở mức 18-20 triệu tấn/năm và khai thác khí 6-17 tỷ m3/năm

Nhanh chóng đưa nhà máy lọc dầu Dung Quất và các khu liên hợp chế xuất dầu khí vào hoạt động nhằm phục vụ nhu cầu sử dụng trong nước

Tăng cường phát triển tiềm lực khoa học công nghệ, đầu tư trang thiết bị hiện đại để hiện đại hoá nhanh ngành Dầu khí; xây dựng lực lượng quản lý cán bộ, công nhân dầu khí mạnh cả về chất và lượng để điều hành các hoạt động dầu khí cả ở trong nước và ở nước ngoài

Trong quá trình phát triển phải đặc biệt chú trọng tới vấn đề môi trường, tiết kiệm và

an ninh năng lượng

1.2 Tổng quan về nghành xây dựng công trình biển:

1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển của nghành xây dựng CTB thế giới :

Dầu khí trên đất liền trữ lượng có hạn không đủ đáp ứng nhu cầu về năng lượng cho các nghành công nghiệp, vì vậy con người cần phải tiến hành thăm dò và khai thác dầu khí ở ngoài khơi, các thềm lục địa Do vậy xây dựng công trình biển phục vụ thăm dò, khai thác, chế biến dầu khí đã hình thành và phát triển

Năm 1940 công trình biển đầu tiên được xây dựng tại vịnh Mexico, với độ sâu nước khoảng 26 m phục vụ cho việc khoan thăm dò và khai thác dầu khí

Năm 1960 công trình biển được thiết kế, xây dựng và lắp đặt tại những khu vực nước

có độ sâu khoảng 50m

Đến nay các công trình biển được xây trên thế giới chủ yếu là các công trình biển bằng thép trong đó 80% trong số 6000 công trình xây dựng tập trung tại vùng Biển Bắc

và Vịnh Mexixo đây là nơi có môi trường khắc nghiệt nhất

Hiện nay dàn khoan biển cố định bằng thép xây dựng với độ sâu nước lớn nhất là dàn Bullwincle ở Vịnh Mexixo với độ sâu nước là 492m, nặng 56000 (Tấn)

Do trình độ khoa học kỹ thuật, công nghệ trên thế giới ngày càng phát triển nhiều dạng công trình biển được xây dựng và đưa vào khai thác ngoài công trình biển cố định như: công trình biển mềm, công trình biển tự nâng (Jackup), công trình biển một điểm neo Tính năng của từng loại công trình này phù hợp với từng điều kiện cụ thể để đạt được yêu cầu sử dụng cao nhất

Bên cạnh công trình biển thép truyền thống, còn có công trình biển trọng lực bằng bê tông cốt thép, kiểu công trình biển kết hợp bê tông cốt thép và thép đang được ứng dụng phổ biến với các ưu điểm nổi bật so với công trình biển thép Kiểu công trình này phát triển từ năm 1973 và cho đến nay trên thế giới có khoảng 30 giàn bê tông trọng lực với kết cấu chủ yếu là dạng Condeep một số công trình tiêu biểu ở dạng này là:

Draugen là công trình bê tông cột trụ đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở độ sâu

252 m, đây là sản phẩm của sự hợp tác giữa Na Uy và Mỹ khởi công đầu năm 1991 và đưa vào sử dụng tháng 7 năm 1993

Troll là công trình biển trọng lực bằng bê tông đạt độ sâu lớn nhất thế giới, với độ sâu nước là 303m, tổng chiều cao công trình là 370m, khởi công xây dựng tháng 7 năm

1990 và đưa vào sử dụng tháng 5 năm 1995 Hibernia do công ty Doris thiết kế là giàn chống băng đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở thềm lục địa Canada với trọng lượng trên 4 triệu tấn công trình được khởi công năm 1991 và đưa vào sử dụng năm 1996

1.2.2 Sự phát triển nghành xây dựng công trình biển ở Việt Nam:

Việt Nam với hơn 3000 km bờ biển với diện tích biển gấp khoảng 3 lần đất liền mở

ra tiềm năng to lớn trong công cuộc thăm dò và khai thác tài nguyên biển Đặc biệt là trong lĩnh vực dầu khí, một trong những ngành đem lại lợi nhuận kinh tế cao Song song với việc thăm dò, khai thác tài nguyên biển là sự phát triển của ngành xây dựng công trình biển Nhưng thực tế ngành xây dựng công trình biển ở Việt Nam còn là một ngành non trẻ Cho đến nay, các công trình biển xây dựng ở thềm lục địa Việt Nam chủ yếu là ngành công trình biển bằng thép với số lượng còn hạn chế với mục đích để khoan thăm dò và khai thác dầu mỏ và khí đốt và dịch vụ quốc phòng Công trình biển ở Việt Nam được xây dựng chính thức vào năm 1982 ở mỏ Bạch Hổ

Cho đến nay XN LD Vietsovpetro đã xây dựng và đưa vào sử dụng khoảng 30 công trình dầu khí các loại tại các mỏ Bạch Hổ, mỏ Ruby, mỏ Rạng Đông Phần lớn được xây dựng theo công nghệ của Liên Xô cũ (Nga) Tuy nhiên trong mấy năm gần đây ngành công trình biển của Việt Nam cũng đã có những bước tiến đáng kể, đội ngũ cán

bộ kỹ thuật và kỹ sư, công nhân đều có trình độ cao, công nghệ thi công hiện đại, sự hỗ trợ đặc biệt của các phần mềm tính toán vì vậy mà chúng ta đã bắt đầu tiến hành thi công những công trình với quy mô lớn như công trình đường ống dẫn khí PM3 Cà Mau, các dàn công nghệ MSP Đồng thời chúng ta cũng tham gia xây dựng các công trình biển cho nước ngoài theo công nghệ thi công hiện đại

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN

DỰ ÁN MỎ HẢI SƯ ĐEN 2.1 Tổng quan về mỏ Hải Sư Đen:

Mỏ Hải Sư Đen nằm tại lô 15-2/01 bồn trũng Cửu Long, cách bờ biển Bà Rịa - Vũng Tàu khoảng 130km về phía Đông Nam, có diện tích 2,832 km2 và thuộc vùng biển nông (< 50m) Theo kết quả thử vỉa cho lưu lượng 21.660 thùng dầu cho ngày đêm Đây là kết quả thử vỉa cho lưu lượng dầu trong đá móng đạt được lớn nhất ở Việt Nam

từ trước tới nay Tổng mức đầu tư của toàn bộ dự án xấp xỉ 300 triệu USD

Hình 1: Sơ đồ vị trí mỏ Hải Sư Đen

2.2 Giới thiệu về dự án Hải Sư Đen:

Dự kiến mỏ phát triển gồm có:

+ Một giàn đầu giếng(WHP) có vị trị ở mỏ Hải Sư Đen(HSD)

+ Một giàn đầu giếng (WHSP) có vị trí tại mỏ Hải Sư Trắng

+ Kết nối với mỏ Tê Giác Trắng thuộc quản lý của Hoàng Long JOC

+ Tham gia kết nối với hệ thống đường ống dưới biển giữa các mỏ

Hình 2: Hệ thống dàn khoan và đường ống

Hình 3: Sơ đồ công nghệ đường ống Dầu khai thác từ các giếng khoan của giàn HSD được chuyển tới giàn HST thông qua hệ thống đường ống dưới biển

Giàn HST vừa là giàn đầu giếng vừa có nhiệm vụ sơ chế dầu, là trung tâm cho sự phát triển của TL JOC tại Block 15-2 Tại đây dầu khí được tách ra thành các sản phẩm riêng và được chuyển tới FPSO phục vụ chế biến thành các sản phẩm thương mại Khí gas và nước ép vỉa được cung cấp bởi FPSO tới các giàn HST và HSD thông qua

hệ thống đường ống dưới biển

Hình 4: Giàn HSD (WHP)

True North Platform North

2

1

B

A

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG

3.1 Khái quát về tính toán vận chuyển trong ngành công trình biển:

3.1.1Các nội dung nghiên cứu về bài toán vận chuyển:

- Nghiên cứu chuyển động và gia tốc chuyển động.Thông thường các phân tích chuyển động được thực hiện với hành trình cụ thể, các thông số môi trường cụ thể bằng cách sử dụng các lý thuyết nhiễu xạ hoặc dải Trong trường hợp không có các dữ liệu về thông số môi trường thì chuyển động được xác đinh theo các motion định trước

- Đánh giá mô hình kết cấu có tính đến tải trọng kết hợp với các chuyển động và gia tốc

- Thiết kế kết cấu chằng đỡ (seafastening)

- Kiểm tra các kết cấu cục bộ và tổng thể của phương tiện vận chuyển trong trường hợp vận chuyển hàng khô

 Các mô hình chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất được giới thiệu bởi Noble Denton áp dụng cho sà lan và các loại tàu vận chuyển Các tiêu chí là:

- Chuyển động roll góc 20 độ với chu kỳ 10s  chuyển động heave với gia tốc 0.2g

- Chuyển động pitch góc 12.5 độ với chu kỳ 10s  chuyển động heave với gia tốc 0.2g

 Khi có các hành trình cụ thể thì dữ liệu môi trường 10 năm trở lại thường được sử dụng cho thiết kế vận chuyển Do tính chất ngắn hạn của quán trình vận chuyển, dữ liệu môi trường đặc biệt trong tháng khởi hành được sử dụng để lợi dụng các lợi thế thời tiết theo mùa Khi thời gian vận chuyển nhỏ hơn 1 tháng thì các thông số môi trường được phép giảm do tính chất ngắn hạn của quá trinh vận chuyển

 Tuyến đường vận chuyển được lựa chọn đảm bảo an toàn, tính kinh tế và vấn đề môi trường được cân nhắc

- Điều kiện môi trường dọc theo tuyến vận chuyển ảnh hưởng tới chuyển động của sà lan và tốc độ vận chuyển.Các điều kiện thời tiết thay đổi có thể làm chệch đường đi theo tính toán

- Sự tồn tại của những nơi trú ẩn an toàn là một phần của kế hoạch dự phòng, đặc biệt cho thời gian vận chuyển dài ngày.Nơi trú ẩn an toàn phải được xác định để yêu cầu sà lan di chuyển tới nơi trú ẩn khi gặp điều kiện thời tiết nguy hiểm

- Kích thước sà lan và hàng vận chuyển phải được xác đinh chính xác để tính toán tuyến đường khi phải đi qua vật cản như cầu hoặc trong vùng nước nông

- Phí giao thông khi đi qua tuyến đường có thu phí như kênh đào Suez

3.1.2.Chuyển động và tính ổn định của sà lan:

 Phân tích chuyển động để xác định chuyển động và gia tốc của sà lan trong quá trình vận chuyển,sử dụng phương pháp phân tích theo miền tần số Các thông số cần thiết cho việc phân tích chuyển động:

- Chiều cao sóng đáng kể đại diện cho tuyến đường vận chuyển

- Dải chu kỳ sóng

- Tốc độ gió

- Nhóm tàu phù hợp với con sóng trong thiết kế vận chuyển

Chiều cao sóng thiết kế,Hs có thể được lấy từ thông số môi trường 10 năm trở lại đã được điều chỉnh.Dải chu kỳ sóng Tp, được sử dụng đại diện cho các con sóng wave steepnesses và có thể tính bằng biểu thức sau

« Giới hạn của sự ổn định khi kết cấu còn nguyên vẹn đối với các trục không được nhỏ hơn 34 độ cho sà lan lớn và 40 độ cho sà lan vận chuyển cỡ nhỏ( B < 23m, L< 74m) Ngoài ra nếu phân tích mô hình chuyển động thì phạm vi ổn định tĩnh tối thiểu không nhỏ hơn(20+0.8θ) 0 Trong đó, θ là biên độ tối đa của chuyển động gây ra bởi trạng thái biển thiết kế cộng với góc nghiêng tĩnh do gió thiết kế gây ra Tính nổi của hàng hóa kín nước

có thể xem xét tới trong việc tính toán ổn định

Bất kỳ góc mở nào gây ngập ở góc nhỏ hơn (θ+5) 0 sẽ được đóng kín và kín nước trên biển, ở đây θ=20 0 cho sà lan lớn và 25 0 cho sà lan nhỏ và 30 0 cho tàu hàng nhỏ Hàng hóa nhô ra không được ngập nước khi mà góc nghiêng do gió 15m/s trong điều kiện nước vẫn tồn tại »

+ Xét sự ổn định của sà lan trong hai trường hợp:

-Khi sà lan còn nguyên vẹn:

Diện tích phần dưới đường cong mô men giữ tính đến điểm giao với đường cong mô men

lật do gió hoặc góc ngập nước (lấy giá trị nào nhỏ hơn) sẽ không nhỏ hơn 140% phần

diện tích bên dưới đường cong đường cong mô men lật do gió ở cùng độ nghiêng giới hạn

Vận tốc gió sử dụng trong tính toán ổn định trường hợp này có thể sử dụng vận tốc gió thiết kế đo trong 1 phút Trường hợp không có dữ liệu vận tốc gió thì có thể sử dụng giá trị 50 m/s để tính toán

-Khi sà lan có một khoang ngập nước (do hư hỏng):

Diện tích phía dưới đường cong momen giữ tính từ góc Loll đến điểm giao thứ 2 giữa đường cong mô men giữ và đường cong mô men lật do gió hoặc góc ngập nước (lấy giá trị

nhỏ hơn) không nhỏ hơn 140% diện tích phía dưới đường cong momen gió lật tính trong

cùng miền giá trị của góc nghiêng

Vận tốc gió sử dụng trong tính toán ổn định trường hợp này có thể sử dụng vận tốc gió thiết kế 25m/s Có thể sử dụng giá trị vận tốc gió thực tế nếu giá trị này nhỏ hơn

Do bài toán tính toán ổn định của sà lan rất phức tạp cần một bộ số liệu môi trường của tuyến vận chuyển đầy đủ và cần sử phần mềm chuyên dụng như bộ phần mềm MOSES nên trong đồ án này không xét tới bài toán ổn định của sà lan

3.2 Cơ sở thiết kế:

3.2.1 Phạm vi đồ án:

Đồ án này tóm tắt các kết quả và báo cáo kiểm tra của bài toán phân tích vận chuyển khối chân đế giàn HSD trên biển dựa trên bộ quy tắc khuyến nghị thiết kế Noble Denton trong điều kiện môi trường cực hạn có chu kỳ dưới 10 năm

Phạm vi của giai đoạn thiết kế này là:

+ Kiểm tra bền cho kết cấu khối chân đế khi vận chuyển trên sà lan

+ Tính toán thiết kế liên kết giữa khối chân đế và sà lan (seafastening)

Bước 1: Static Run

Phân tích mô hình kết cấu chỉ chịu tải trọng bản thân, tức là mô hình kết cấu khối chân đế HSD sau khi hạ thủy được đặt trên hai dầm đỡ.Các seafasterning được mô hình hóa gán Elastic Modulus (E) và Shear Modulus (G) bằng 0 Nội lực của các phần tử được lưu trữ trong file “Static CSF”

Hình 5: Mô hình khối chân đế trong bước 1

Bước 2: Inertia Run

Seafastening được gán các giá trị E=2.0x10 5 MPa và G=8000 MPa Mô đun SACS TOW được sử dụng để tính toán ra các thành phần lực quán tính của chuyển động “head seas” và “beam seas” Phản lực do trọng lượng bản thân kết cấu gây ra được đặt lên các phần tử chịu nén (compression gap element) Các kết quả được lưu trữ trong file

“Inertia CSF”

Hình 6: Mô hình khối chân đế trong bước 2

Bước 3: Combine and code check

SACS COMBINE tổ hợp hai file Static và Inertia CSF Tiến hành tổ hợp tải trọng gồm: trọng lượng bản thân, lực quán tính được tạo ra trong bước 2, tải trọng gió tác dụng lên khối chân đế HSD Phân tích kết cấu và kiểm tra các phần tử đặc trưng Kết quả lưu trữ trong file “Combine”

Hình 7: Mô hình khối chân đế trong bước 3

Phương pháp phân tích bài toán vận chuyển khối chân đế HSD được mô tả trong hình dưới đây:

Tổ hợp tải trọng gió và tải trọng quán tính

Xuất ra kết quả nội lực

Phân tích khối chân đế chịu tải trọng bản thân+tải trọng quán tính+tải trọng gió

Kết quả kiểm tra

Thực hiện kiểm tra

Mô phỏng gối đỡ liên kết giữa jacket và sà lan bằng phần tử GAP

Mô phỏng các phần tử seafasterning

Bước 3

3.3 Tiêu chuẩn áp dụng và tài liệu tham khảo:

Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design, 21st Edition with Erratas and Supplements 1 to 3

CHƯƠNG 4: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

4.1 Số liệu thiết kế:

4.1.1 Số liệu về kết cấu khối chân đế HSD:

+ Chức năng: giàn đầu giếng (WHP)

+ Độ sâu nước thiết kế: 42.13(m)

+ Chiều cao khối chân đế: 52.12(m)

-Trọng lượng bản thân: 3000 mtons

-Sức chịu tải của sàn : 12 mtons/m 2

+ Các kích thước chính:

 Chiều dài 109.8 m

 Chiều rộng 32 m

 Chiều cao mạn 7.0 m

(Chi tiết xem bản vẽ VSP05 trong phụ lục)

4.1.3 Số liệu môi trường:

Gió bão có chu kỳ 10 năm được sử dụng để tính toán vận chuyển khối chân đế ( Theo “Noble Denton”) Vận tốc gió sử dụng để tính toán vận chuyển là 20.8 m/s ở độ cao 10 m so với mực nước biển(Theo “Structural Basic of Design”)

4.1.4 Đặc trưng vật liệu:

Các loại vật liệu thép cùng với cường độ chảy dẻo nhỏ nhất và cường độ chịu kéo yêu cầu được quy định tại mục 10.2 của “Structure Basic of Design”

Table 4.1.4.1 : Material Types and Uses

TYPE I Description: API SPEC 2W or API SPEC 2Y Grade 50T plates with tested

through thickness quality or equivalent Typical uses: Primary steel cans/nodes, lift points, primary beam flange/web

inserts  20 mm where through-thickness properties are required TYPE IA Description: API SPEC 2W or API SPEC 2Y Grade 60T plates with tested

through thickness quality or equivalent

Typical uses: Primary steel cans/nodes, lift points, primary beam flange/web

inserts  20 mm where through-thickness properties are required TYPE II Description: API SPEC 2W or API SPEC 2Y Grade 50T plate or equivalent

Typical uses: Primary & secondary fabricated tubulars & plate girders

TYPE IIA Description: API SPEC 2W or API SPEC 2Y Grade 60T plate or equivalent

Typical uses: Primary & secondary fabricated tubulars & plate girders

TYPE III Description: API SPEC 5L Grade X-52 (PSL 2) or equivalent

Typical uses: Seamless pipe for primary & secondary members (≥ 168 mm

diameter) TYPE IV Description: ASTM A709 Grade 50T2 / 50T3, ASTM A131 Grade AH36, or

equivalent (minimum Class B)

Typical uses: Rolled sections for primary & secondary members and plates (t >

20 mm)

TYPE V Description: ASTM A36 or equivalent

Typical uses: Secondary and tertiary rolled sections & plate

(plate t < 20 mm) TYPE VI Description: API SPEC 5L Grade B (PSL 1) or equivalent

Typical uses: Seamless pipe for tertiary members

Table 4.1.4.2 : Minimum Strength

Steel Type

Thickness Range

(mm)

Min Yield Strength

(MPa)

Min Tensile Strength

(MPa)

4.2 Mô hình tính toán:

4.2.1 Cơ sở lý thuyết:

Phương trình động lực học của hệ sau khi đã thực hiện rời rạc hóa sơ đồ kết cấu

(quy khối lượng về nút theo phương pháp phần tử hữu hạn, bỏ qua cản nhớt) có dạng:

M U K U F t



  Trong đó:

+ M: Ma trận khối lượng kết cấu (đã quy về nút)

+ K: Ma trận độ cứng kết cấu

+ U: Véc tơ chuyển vị của kết cấu (tại các nút)

+ F(t): Véc tơ tải trọng tác động(tải trọng bản thân, tải trọng gió)

Khi xác định được gia tốc chuyển động của các phần tử kết cấu, xem thành phần M U

4.2.2 Vị trí khối chân đế trên sà lan:

Hình 8: Mặt bằng - mặt đứng – tâm xoay của khối chân đế trên sà lan

Trong quá trình tính toán vận chuyển khối chân đế trên biển, lựa chọn vị trí đặt khối chân đế sao cho đảm bảo không gian đặt liên kết, không gian thực hiện các công việc trong quá trình vận chuyển và nội lực sinh ra trong kết cấu là lớn nhất(xét trường hợp vị trí nguy hiểm nhất)

Khối chân đế được đặt trên hệ thống dầm đỡ, các dầm đỡ được đặt trên hệ thống sườn cứng của sà lan nhằm đảm bảo khả năng chịu lực của sàn sà lan

Do dự án thiết kế giàn HSD đang trong quá trình thực hiện, bài toán hạ thủy(loadout) chưa có nên trong đồ án này giả thiết mớn nước của sàn lan sau khi nhận tải là 4.7(m),

từ đó xác định được tâm xoay của khối chân đế trên sà lan là

(-36.00m;0.00;0.00)

4.2.3 Hệ thống seafastening:

Hệ thống các seafasterning liên kết khối chân đế và sà lan, trong mô hình tính toán seafasterning liên kết với khối chân đế tại các vị trí xác định trước, liên kết với sà lan tại

vị trí các điểm giao của các sườn cứng

Hình 9: Mô hình liên kết seafastening với jacket trong SACS

Để mô hình hóa đúng sự làm việc của liên kết, gán các điều kiện biên “111000” tại

vị trí liên kết giữa seafastening và sà lan Tức là coi các nút liên kết này làm việc như các gối tựa, chỉ ngăn cản các chuyển vị ngang và dọc, không ngăn cản các chuyển vị xoay

Hình 10: Hệ thống lien kết trên sà lan trong thực tế

CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

5.1 Mô hình các trường hợp tải trọng:

5.1.1 Tải trọng bản thân kết cấu KCD:

Tải trọng bản thân kết cấu

Tổng trọng lượng bản than kết cấu: F z =-5516.64(KN)

5.1.2 Tải trọng do khối lượng của các cấu kiện phụ:

Appurtenaces below LAT

Appurtenaces above LAT

Hình11: Tải trọng ANODE

Hình 12: Tải trọng BTMCLS

Hình 13: Tải trọng C.GUIDE

Hình 14: Tải trọng DOCKFRAM

Hình 15: Tải trọng FLDSYS

Hình 16: Tải trọng MDMAT1

Hình 17: Tải trọng MDMAT3

Hình 18: Tải trọng MDMAT5

Hình 19: Tải trọng MDMAT7

Hình 20 Tải trọng PADEYE

Hình 21: Tải trọng PSPACER

Hình 22: Tải trọng RCLAMP

Hình 23: Tải trọng TOPCLS

Hình 24: Tải trọng TRUN

Hình 25: Tải trọng WALKWAY