thiết kế công trình dk đơn kết cấu hỗn hợp dạng trọng lực ở độ sâu 30 m nước

Tận dụng được thành quả của ngành côngnghiệp dầu khí, ngành công trình biển cũng ra sức phát triển và đã đạt đượcthành quả về các mặt như: - Phát triển kỹ thuật thăm dò ngoài biển + Giàn

Phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan ngành công trình biển trong công nghiệp dầu khí

1 Giới thiệu chung về ngành dầu khí

Ngày nay công nghiệp dầu khí đang thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của cáccông trình biển trên toàn thế giới, đặc biệt từ vài thập kỷ qua cùng với sự pháttriển của công nghiệp yêu cầu về năng lượng ngày càng lớn ngoài các việc tìmkiếm nguồn năng lượng mới cho nhân loại thì mặt khác cũng ra sức phát triểnkhai thác nguồn năng lượng dầu mỏ Do các mỏ dầu trữ lượng lớn thường tậptrung ở dưới nÒn đáy biển có độ sâu nước lớn nên phải có công nghệ mới khaithác hiệu quả hơn và chi phí rẻ hơn Tận dụng được thành quả của ngành côngnghiệp dầu khí, ngành công trình biển cũng ra sức phát triển và đã đạt đượcthành quả về các mặt như:

- Phát triển kỹ thuật thăm dò ngoài biển

+ Giàn tự nâng+ Tầu khoan và xà lan khoan + Giàn bán chìm

- Phát triển kỹ thuật trong khai thác dầu khí biển

+ Kỹ thuật khoan xiên+ Công nghệ đầu giếng chìm+ Công nghệ giàn đầu giếng không có người ở+ Công nghệ thượng tầng toàn khối

- Các thành tựu về kết cấu công trình biển trên thế giới

+ Giàn thép cố định+ Giàn bê tông trọng lực+ Các công trình nổi+ Các công trình mềm+ Các loại đường ống biển

2 Giới thiệu chung về ngành công trình biển Việt nam

- Từ sau hoà bình thống nhất tổ quốc năm 1975, Đảng và nhà nước đã chútrọng đầu tư trong lĩnh vực xây dựng công trình biển như:

- Xây dựng hệ thống đê biển ngày càng vững chắc

- Xây dựng nhiều cảng biển, cảng cửa sông lớn: cảng Hải Phòng, cảng Sàigòn, Cái lân, Cửa lò, Cửa hội, Hội an, Đà nẵng, Cam ranh, Nha trang, Vũng tầungày càng hiện đại

- Cùng với việc xây dựng cảng cửa sông ta đã xây dựng các cảng quantrọng khác trên các đảo: Trường sa, Bạch long vĩ, Cồn cỏ, Côn đảo, Phú quốc…

- Ngoài ra còn có một số công trình đặc biệt trên đảo nổi san hô ở Trường sa: + Nhà cao cẳng trên đảo bán chìm

+ Đê chắn sóng cho các đảo Trường sa, Nam yết, Sơn ca+ Công sự nhà lầu bên trên đảo

+ Mở luồng, tạo âu tầu trên các đảo Trường sa+ Hệ thống đèn hải đăng cho trên các đảo ven bê

- Từ năm 1981, liên doanh dầu khí Việt Xô đã xây dựng các dàn khoankhai thác dầu khí đầu tiên ở nước ta cách bờ 120 km, ở độ sâu khoảng 50 mnước Đến nay đã có hàng chục dàn khoan dầu khí bằng thép được xây dựng, kể

cả dàn Ðp nước vỉa cho má Bạch Hổ

Đặc biệt năm 1989 Đảng và nhà nước đã quyết định nghiên cứu thiết kếxây dựng các công trình DK1 trên đảo chìm san hô Tư chính, Phúc nguyên,Huyền trân, Quế hương… có độ sâu nước từ 10- 50 m nước, cách bờ 500- 600

km Đây là các công trình đặc biệt cấp nhà nước tạo ra vành đai an toàn trênbiển giúp tăng cường bảo vệ sức mạnh chủ quyền lãnh hải của tổ quốc, đồngthời tạo điều kiện phục vụ dịch vụ cho các hoạt động thăm dò khai thác dầu khí,các hoạt động hàng hải Đến nay đã có nhiều DK được xây dựng tạo thành "làngtrên biển"

Từ những thành quả đã đạt được ngành công trình biển Việt Nam khẳngđịnh đã có những bước trưởng thành vượt bậc Bên cạnh kinh nghiệm của mình,

đã tiếp thu được những thành tựu hiện đại nhất về công trình biển trên thế giới

3 Vai trò của biển đối với kinh tế và an ninh quốc phòng

- Ngày nay các quốc gia có biển đều có xu hướng vươn ra biển, khai thácbiển như: vận tải, hải sản, tài nguyên dưới đáy biển (đặc biệt là dầu khí)

- Việt Nam có trên 1 triệu km2 biển với chiều dài bờ biển khoảng 3260

km, trong đó có 1600 km bãi cát, 600 km bãi ngang, có 110 cửa sông thông từđất liền ra biển Có những vùng biển có độ sâu nước lớn ăn sâu vào tận bờ, rấtlợi hại về mặt quân sự

- Do điều kiện về vị trí địa lý biển Việt Nam nằm trên trục giao thôngquốc tế nên có thuận lợi phát triển về ngành vận tải và du lịch, đây cũng là mộttiềm năng lớn

- Trữ lượng dầu của thế giới hiện nay còn Ýt nhưng lại chủ yếu tập trungtrong lòng đáy biển, Việt Nam ước tính có khoảng 6 tỷ tấn dầu khí nằm tronglòng biển Đông.

- Hiện nay ở vùng biển phía nam của nước ta có nhiều công ty dầu khí lớncủa thế giới đang tiến hành các hoạt động thăm dò khai thác dầu khí rất sôi động

và hiệu quả Ta đang khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng, mỏ Đại Hùng,Bunga… Sản lượng khai thác đến năm nay đã vượt ngưỡng 100 triệu tấn dầu

- Vậy ta thấy tiềm năng của biển là vô cùng to lớn do vậy bảo vệ và khai thác biển là những chiến lược trọng yếu trong sự phát triển kinh tế lâu dài của đất nước ta

4 Nhu cầu tất yếu phải có căn cứ DK đơn

- Căn cứ DK đơn là nơi tạo ra sức mạnh tổng hợp cho vùng DK, có cơ sởđảm bảo mọi mặt từ DK trung tâm

- Hiện nay, sù tranh chấp về biển Đông trong khu vực đang ngày càng gaygắt Việt Nam hiện có số lượng tranh chấp liên quan nhiều nhất trong số cáctranh chấp biển của khu vực Như với Thái Lan, Trung Quốc, Philippin,Malaysia, Inđônêxia, Campuchia

- Để khẳng định chủ quyền lãnh hải, tăng sức mạnh mọi mặt cho vùng

DK, giữ ổn định cho các hoạt động khai thác dầu khí và các hoạt động hàng hải

Chương 2 Số liệu đầu vào phục vụ thiết kế công trình

1 Số liệu môi trường

1.1 Số liệu khí tượng hải văn

1.2.Số liệu địa chất công trình

- Líp 1: Bùn sét loãng, dầy 4 m, không lấy mẫu khoan thí nghiệm Lớp này không có ý nghĩa cho việc xây dựng móng công trình

- Líp 2: Sét xám đen, trạng thái chảy, có bề dầy trung bình là 11 m có các chỉtiêu cơ bản:

+ φ = 3014+ c = 0.05 Kg/cm2

2.Yêu cầu thượng tầng

Khối thượng tầng của DK đơn

- Thiết kế thượng tầng gồm khối nhà ở cho 12 – 15 người, các thiết bị đo khí tượng hải văn, trên mái có sân đậu trực thăng, vườn khí tượng, bể nước ngọt,

bể chứa dầu, kho thực phẩm phục vô sinh hoạt và các phòng chức năng

3 Giải pháp thi công

Thiết kế DK đơn trọng lực kết kấu hỗn hợp theo nguyên tắc tự nổi

3.1.Sè liệu phục vụ thi công

3.2.Quy phạm sử dụng

3.3 Vật liệu sử dụng

- Chọn bê tông Mác 600

+ Cường độ tiêu chuẩn chịu nén : Rn = 310 kG/cm2

+ Cường độ tính toán chịu nén : Rn = 250 kG/cm2

+ Cường độ tính toán chịu kéo : Rk = 14.5 kG/cm2

- Chọn cốt thép tính toán là thép nhóm AII với đặc trưng:

+ Cường độ tính toán chịu nén : Ra = 2800 kG/cm2

+ Cường độ tính toán chịu kéo : Ra = 2800 kG/cm2

+ Cường độ tính toán thép đai : Rađ = 2200 kG/cm2

+ Mô đun đàn hồi : Ea = 2,1.106 kG/cm2

Phần A: thiết kế dk đơn kết cấu trọng lực hỗn hợp

(trôthép –móng BTCT)Phần 1: giới thiệu tổng quan dk đơnChương1: Tổng quan DK đơn

1 Mục đích của DK đơn

- DK đơn là một căn cứ khẳng định đặc quyền lãnh hải của đất nước

- Phục vụ nghiên cứu Hải dương học, trạm khí tượng hải văn

- Các căn cứ DK đơn nằm độc lập bao quanh các DK trung tâm tạo sứcmạnh cho cả một vùng biển rộng lớn

- Các DK này làm tăng thêm sức mạnh về quân sự, giữ vững ổn định, bảo

vệ cho các hoạt động khai thác dầu khí và hoạt động hàng hải, đáp ứng các yêucầu phát triển kinh tế của đất nước

2 Vai trò của DK đơn

- DK đơn cùng với DK trung tâm tạo ra vành đai cảnh giới từ bên ngoài,ngăn chặn sự xâm lấn lãnh thổ

- Làm trung tâm nghiên cứu, dịch vụ khoa học kỹ thuật biển, đáp ứng yêucầu phát triển kinh tế, khai thác tài nguyên biển

- Do điều kiện của ta không thi công được công trình có kích thước lớntrong đốc nổi, nên cần phải nghiên cứu cách ghép nối nhiều DK đơn tạo thànhmột DK trung tâm lớn hơn

3 Ý tưởng lựa chọn phương án

3.1 Nhiệm vụ và yêu cầu thiết kế

Thiết kế DK đơn đảm bảo các yêu cầu sau:

- Công trình làm trạm canh gác ngoài biển cho 12 – 15 người sinh hoạt

- Công trình xây dựng trên thềm lục địa Việt Nam có độ sâu d0=30 m

Theo điều kiện về địa chất môi trường thì vùng đất xây dựng công trình là nềnđất yếu như:

- Líp 1: Bùn sét loãng, dầy 4 m, líp này không có ý nghĩa cho việc xâydựng móng công trình

- Líp 2: Sét xám đen, trạng thái chảy, có bề dầy trung bình là 11 m có cácchỉ tiêu cơ bản:

+ φ = 3014+ c = 0.05 Kg/cm2

+ Sử dụng vật liệu trong nước

+ Tuổi thọ công trình cao

+ Công trình có thể xây dựng tại mọi vị trí

+ Khả năng ổn định công trình cao

+ Phần rỗng bên trong có thể tận dụng để chứa dầu, nước, và các mụcđích khác

- Nhược điểm:

+ Tải trọng sóng – dòng chảy lớn

+ Thi công chế tạo khó khăn và phức tạp

+ Nơi chế tạo phải có đủ độ lớn

Chương 2: Kiến trúc DK đơn

1 Kiến trúc thượng tầng

1.1 Sàn mái nhà ở: D - D

- Là sàn trên cùng của kết cấu thượng tầng Do tận dụng được khoảng khônggian, người ta sử dụng tuỳ thuộc vào mục đích công trình Tại đó có thể bố trínhư sau:

+ Vườn khí tượng hải văn

+ Nơi máy bay vừa và nhỏ có thể hạ cánh với mục đích tiếp tế hàng hóa

và chở người ra công trình làm việc Ở chính sàn mái nhà ở bố trí vòng định tâm

- Tổng diện tích phần lưới bảo hiểm 80 m2

- Do sàn mái là nơi diễn ra hoạt động công nghệ, nên đòi hỏi dầm tổ hợp cóchiều cao lớn Ta chọn chiều cao của sàn mái là 1,2 m

1.2 Sàn nhà ở: C- C

- Bè trÝ mặt bằng hình bát giác, trên sàn bố trí các mô đun nhà ở, xung quanh cóhành lang lưu thông Hành lang có chiều rộng 2 m đảm bảo thoát hiểm khi xảy

ra hỏa hoạn Phía ngoài có lan can bảo vệ cao 0,9 m

- Bên ngoài có 4 cầu thang lưu thông:

+ Hai cầu thang để giao thông lên sàn mái

+ Hai cầu thang để xuống sàn công tác

- Trên hành lang bố trí 2 cẩu nhỏ cỡ 300 kg đối diện nhau để nâng hàng từ giácập tầu lên

- Bố trí hai đèn pha chiếu sáng đối diện nhau

- Bố trí kiến trúc nhà; các nhà khép kín có hành lang dẫn đến từng phòng nằmbảo đảm đi lại thuận tiện Chiều cao thông thuỷ 3,3 m, chiều dầy sàn 0,7 m

- Diện tích bố trí các phòng trong nhà:

+ Phòng chỉ huy 19,5 m2

+ Phòng cơ yếu thông tin 14,8 m2

+ Trạm khí tượng hay cơ điện 14,8 m2

- Giải pháp kết cấu và cầu tạo chính cho sàn và khối nhà ở

- Do công trình xây dựng trên biển nên kết cấu nhà phải bền nhẹ, chống ăn mòn,chống thấm, cách âm và chịu nhiệt tốt

- Hệ thống dầm chính là dầm thép tổ hợp có chiều cao 0,7 m

- Hệ thống dầm phụ là loại thép hình có nhiệm cụ đỡ sàn nhà ở Nó tựa lên cácdầm chính Cao trình mặt trên của dầm phụ và dầm chính là như nhau Liên kếtgiữa dầm chính và dầm phụ là liên kết hàn và liên kết bulong

- Bản sàn được chế tạo bằng tấm thép có hàn cứng vào các dầm, mặt sàn có thểlát bằng gỗ hoặc trải thảm PVC để tăng vẻ kiến trúc và giữ vệ sinh cho nhà

- Các kết cấu trên có hệ thống cột đỡ là 0,4 m

- Các kết cấu cầu thang, lan can đều được thiết kế hàn trực tiếp vào các kết cấukhác

- Hệ thống tường và vách ngăn trong, ngoài thượng tầng dầy 12 cm

- Tường được cấu tạo như sau: Các xương bằng thép chữ L hay chữ U cỡ nhỏ hàvào cột thép cách nhau 1 m Các xương bằng gỗ liên kết với các xương thépbằng các bulong với khoảng cách 0,5 m Vách tường là các tấm ván Ðp đặc biệtdày 12 cm, mặt ngoài tường được bịt bằng thép bản dày 2 – 3 mm được sơnchống gỉ và lớp ngoài cùng có sơn màu trang trí tăng vẻ kiến tróc cho công trình

- Để cách âm, cách nhiệt được tốt nên bố trí trong tường có thêm lớp bông thuỷtinh

- Do khối nhà trên biển chịu tác động của gió thường xuyên, nên tất cả các hệthống cửa của khối nhà được cấu tạo dạng cửa đẩy ngang Cửa dùng bằng gỗhoặc nhôm Tất cả các cửa đều có tay nắm và chốt hãm gió

- Kích thước cửa chọn sơ bộ như sau:

+ Cửa đi 2,2 x 0,9 (m x m) 1 cánh: 8 bé

- Hai cầu thang bằng thép đối diện nhau rộng 1m dùng để lên xuống sàn nhà ở.

- Xung quanh sàn công tácbố trí lan can bảo vệ bằng thép cao 0.9m Chiều caosàn là 2m, bề dày sàn là 0.4m

Giải pháp kết cấu và cấu tạo cho sàn công tác:

- Hệ thống cột đỡ sàn công tác làm bằng thép ống 4 cái đường kính Ф 0.4 m vànằm cách nhau 10 m

Hệ thống kết cấu dầm chính chịu lực là khung conson thép ống tổ hợp Hệ thốngnày tựa vào trụ thép

- Hệ thống kết cấu dầm phụ và dầm giằng làm dàn thép ống để đổ bản sàn côngtác và gối dầm chính ở trên Hệ thống dầm phụ và dầm chính có cùng cao trìnhvới liên kết hàn và bulong định vị

- Bản sàn công tác được làm bằng thép ống có khung thép hình chữ L cỡ nhỏ,hàn cố định vào dầm phụ và dầm chính

- Các liên kết phụ trợ khác như cầu thang, lan can đều làm bằng thép và liên kếthàn vào các kết cấu khác có liên quan.

1.4 Khối giá cập tầu

- Cấu tạo chính của giá cập tầu:

- Hệ thống kết cấu dầm chính chịu lực bằng dàn khung conson ống tổ hợp, hệthống kết cấu này tựa vào trụ thép

- Hệ thống kết cấu dầm phụ và dầm giằng là dàn thÐp ống đỡ bản sàn cập tầu vàgối lên hệ dầm chính ở trên Hệ dầm phụ và dầm chính có cùng cao trình vớiliên kết chốt và liên kết hàn, bulong định vị tạm thời

- Bản giá cập tầu làm bằng lưới thép rỗng, có khung hình chữ L cỡ nhỏ, hàn cốđịnh vào hệ dầm chÝnh và dầm phụ

- Các liên kết phụ trợ khác như cầu thang, lan can đều được làm bằng thép dùngliên kết hàn để đỡ cố định vào các kết cấu liên quan

- Giá cập tầu là loại có thể tháo lắp được để có thể thay thế khi cần thiết Giá cậptầu được nối với ống thép, ống thép được hàn cố định vào trụ thép

2 Giải pháp khối chân đế:

Theo phương án 1 thì đây là công trình dạng trọng lực ta có các giải pháp sau:

- Giải pháp về móng: Ta chọn đế móng là bê tông cốt thép hình bát giác có đường kính R = 28 m

+ Ưu điểm:

- Mọi phương làm việc gần giống nhau

- Có thể định vị theo phương có lợi về tải trọng động là nhỏ nhất

- Thi công ghép nối tạo thành DK trung tâm tốt hơn+ Nhược điểm:

- Thi công khó khăn

- Giải pháp về trụ: có thể dùng trụ dạng dàn thép hoặc trụ bê tông cốt thépnhưng vì yêu cầu thiết kế tự nổi trong quá trình lai dắt do vậy ta dùng giải pháp

về trụ là dàn thép để giảm bớt khối lượng tăng độ ổn định của công trình khi thicông lai dắt công trình ra biển

2.1 Xác định chiều cao khối chân đế

Hcđ = d0 + d1 + d2 + η.H + Δ + h + hck+ s

Trong đó: + Độ sâu hải đồ d0 = 30 m

+ Biên độ triều lớn nhất d1 = 2,3 m

+ Chiều cao nước dâng d2 = 1,35 m

+ Chiều cao sóng thiết kế H = 15 m

+ η = 0,5 ứng với lý thuyết sóng Ariy

- Xác định độ vươn của giá cập tầu

Để tầu có thể neo đậu mà không bị va chạm vào thượng tầng trong mọi trườnghợp thì độ vươn tối thiểu là:

2.3 Cấu tạo KCĐ thép của DK đơn

Kết cấu chân đế là hệ thanh thép có 4 mặt giống nhu cạnh 10 x 10 (m) Đỉnh trêncủa khối chân đế ở cao trình +42,5 (m)

2.3.1 Lựa chọn khoảng cách giữa các vách cứng

- Mục đích các vách cứng là

+ Tăng độ cứng tổng thể cho công trình

+ Đảm bảo độ cứng theo cấu tạo cho công trình

- Có thể lựa chọn vị trí các vách cứng như sau:

+ Vách cứng V1 tại cao độ +40.5 m

+ Vách cứng V2 tại cao độ +34.5 m

+ Vách cứng V3 tại cao độ +25 m

+ Vách cứng V4 tại cao độ +14 m

2.3.2 Lựa chọn kích thước các phần tử thanh

Theo quy phạm API các phấn tử thép ống phải thoả mãn các điều kiện sau:

+ Điều kiện ổn định tổng thể

+ Điều kiện ổn định cục bộ

+ Điều kiện độ mảnh cho phép: λ ≤ [λ0]

Ta có thể chọn sơ bộ như sau:

+ Các ống chính Ф813 x 20 lấy λ0 = 120

+ Các ống còn lại lấy λ0 = 150

+ Khoang 1:

+ Các thanh ngang Ф 530 x 12+ Các thanh giằng Ф 406 x 11.9+ Các thanh xiên Ф 530 x 12+ Khoang 2:

+ Các thanh ngang Ф 530 x 12+ Các thanh giằng Ф 406 x 11.9+ Các thanh xiên Ф 609 x 12+ Khoang 3:

+ Các thanh ngang Ф 609 x 12+ Các thanh giằng Ф 406 x 11.9+ Các thanh xiên Ф 609 x 12+ Khoang 4:

+ Các thanh ngang Ф 609 x 12+ Các thanh giằng Ф 406 x 11.9+ Các thanh xiên Ф 609 x 12

Bảng chọn kích thước và khối lượng của các ống thép

P T thanhLoại ngoàiĐK tiết diện chiều dài KL ống 1mdài KL(Tấn)Tổng Độ mảnh

- Các yêu cầu khi lựa chọn giải pháp kết cấu khối đế:

+ Phải bảo đảm thi công được trong điều kiện hiện có của Việt Nam+ Đảm bảo khả năng chịu lực của công trình

+ Chịu lực đều theo các phương

- Chọn sơ bộ:

+ Bề dầy bản nắp δ1 = 0.3 m

+ Bề dầy bản thành δ2 = 0.3 m

+ Bề dầy bản đáy δ3 = 0.3 m

- Có 8 congson có vai trò chịu lực chính có kích thước bxh = 0.6x6

- Để gia cố cho các bản của khối đế ta sử dụng hệ thống các dầm phụ như sau:

Chiều cao chưa kể chân khay là 6 m.

Chiều cao chân khay là 0.5 m

Phần II: Thiết kế kỹ thuậtChương 1 Các loại tải trọng tác dụng lên công trình

1 Tải trọng bản thân công trình

1 1 Xác định tải trọng công nghệ thượng tầng

Tải trọng thượng tầng là tải trọng đứng (bao gồm cả tải trọng thường xuyên vàtải trọng cố định dài hạn, chúng có cùng hệ số tổ hợp tải trọng f = 1,0)

Vậy tổng tải trọng thượng tầng là: 185.4 + 14.6 = 200 tấn

1.2 Tải trọng bản thân khối chân đế

1.2.1 Tải trọng bản thân của giàn thép trong nước

Tải trọng trụ ngập nước = KL bản thân + KL Hà bám - Đẩy nổi

Bảng tính tải trọng của giàn thép trong nước biển quy đổi tại nút (đơn

vị:Tấn)

Nót Phần tử ngoàiĐK Dỗy bámHà Lj Hệ sè KL hàbám Đẩy nổi GiànKL

Tải trọng nút

13 15 0.813 0.02 0.0725 11 0.5 7.5882 28.996 11.651 -9.757

14 0.813 0.02 0.092 9.5 0.5

27 0.609 0.012 0.1 10 0.5

28 0.609 0.012 0.1 10 0.5

46 0.609 0.012 0.092 13.8 0.5

47 0.609 0.012 0.092 13.8 0.5

53 0.609 0.012 0.0725 14.86 0.5

56 0.609 0.012 0.0725 14.86 0.5 vách V3 0.406 0.0119 0.1 7.07 1

47 0.609 0.012 0.08 13.8 0.5

42 0.609 0.012 0.08 13.8 0.5 vách V2 0.406 0.0119 0 7.07 1

Tổng dài (m) Thể tích

Khối lượng

Trọng lượng

2 Tải trọng gió tác dụng lên công trình (hình vẽ)

Áp lực tĩnh của tải trọng gió tác dụng lên công trình tại độ cao 10 so với mực nước tĩnh là:

C1 = +0.8 đối với mặt đón gió

C2 = -0.6 đối với mặt khuất gió

Q0 = 36.464/4 = 9.116 Tấn

- Quy tải trọng gió thành mô men tập trung tại đỉnh khối chân đế

Mg = Q1*h1 + Q2*h2

Mg: Mô men tại đỉnh KCĐ do gió gây ra

Q1: Tải trọng ngang do gió tác dụng lên thượng tầng

Q2: Tải trọng ngang do gió tác dụng lên phần trụ thép trên mặt nước

h1: Khoảng cách từ trọng tâm thượng tầng tới bích nối

h2: Khoảng cách từ trọng tâm trụ thép đến bích nối

- Miền áp dụng lý thuyết sóng tính toán

Căn cứ vào miền áp dụng lý thuyết sóng thì lý thuyết sóng tính toán là lý thuyết sóng Airy

+ Xác định các thành phần của chuyển động sóng

107

- Độ lệch của mặt sóng so với mực nước tính toán (x)

Vậy (x) = 7.5*cos(0.04485*x – 0.6317*t)

- Thành phần vận tốc và gia tốc của các phần tử nước theo phương x:

- Thành phần vận tốc và gia tốc của các phần tử nước theo phương z:

)

* (

Khi tính toán vận tốc và gia tốc sóng để chính xác ta phải chia nhỏ các thời điểmtrong mét chu kỳ sau đó chọn thời điểm nguy hiểm nhất để tính toán, ở đây tachọn ba thời điểm: đỉnh sóng ở giữa, mặt trước, mặt sau của công trình.

Ta xét các thời điểm như sau:

- Trường hợp 1 đỉnh sóng ở vị trí giữa công trình: x = 0, (x) = 7.5 m

Thay vào công thức ta có t1 = 0

- Trường hợp 2 đỉnh sóng ở mặt sau của công trình: x = -5, (x) = 7.5 m

Thay vào công thức ta có t1 = -0.355 s

- Trường hợp 3 đỉnh sóng ở mặt trước công trình: x = 5, (x) = 7.5 m

Thay vào công thức ta có t1 = 0.355 s

Thay vào công thức ta tính các thành phần vận tốc và gia tốc theo bảng

- Xác định chuyển động của các phần tử nước trong chuyển động dòng chảyTrong tính toán ta coi vận tốc dòng chảy là phân bố dạng bậc nhất theo độ sâu, dòng chảy là dòng chảy đều

Tại 3 thời điểm ta có  = 7.5 m

Giá trị Vdc tại các độ sâu được tính theo công thức:

Vận tốc của phần tử nước trong chuyển động dòng chảy được tính trong bảng

3.2.Tải trọng sóng – dòng chảy tác động đồng thời lên công trình

Để tính toán tải trọng sóng - dòng chảy tác động lên công trình, đối với trụ bằng thép ta quy các phần tử cản nước về các diện tích tương đương, và thể tích quy đổi đặt tại nút

F(xi,t) = 0.5 * *Cd*D*Ai*(Vsx + Vdc cos )* Vsx + Vdc  + *(Cm+ 1)*Vi*ai

F(y,t) = 0.5**Cd* Vsx + Vdc * sin * Vdc*Ai

Trong đó:

Cm = 1: hệ số nước kèm với tiết diện trụ tròn

: mật độ nước biển (t/m3)

D: kích thước đặc trưng của phần tử (m)

Ai: diện tích quy đổi của các thanh quy tụ tại nút (m2)

Cd = 1 : hệ số cản vận tốc với tiết diện tròn

: góc giữa hướng sóng và hướng dòng chảy ( = 00) Trên thực tế khi tính toán

tải trọng sóng – dòng chảy người ta phải tính 8 hướng và sau đó chọn tổ hợp tải

trọng, lấy trường hợp nguy hiểm nhất để thiết kế Trong đồ án này giả định

hướng sóng và hướng dòng chảy trùng nhau

Chỉ có tải trọng theo phương x

Fx = 0.5*(1.025/9.8)*1*D*Ai*  Vx  Vx  + (1.025/9.8)*2*ai*Vi (tấn)

Bảng tải trọng sóng – dòng chảy( trường hợp t =0)

B ng t i tr ng sóng dòng ch y( tr ảng tải trọng sóng – dòng chảy( trường hợp t = - 0.355) ảng tải trọng sóng – dòng chảy( trường hợp t = - 0.355) ọng sóng – dòng chảy( trường hợp t = - 0.355) – dòng chảy( trường hợp t = - 0.355) ảng tải trọng sóng – dòng chảy( trường hợp t = - 0.355) ường hợp t = - 0.355) ng h p t = - 0.355) ợp t = - 0.355)

Bảng tải trọng sóng – dòng chảy ( trường hợp t = 0.355)

3.3.Xác định hợp lực của tải trọng sóng – dòng chảy theo phương ngang

Trên cơ sở các tải trọng sóng – dòng chảy ở các nút đã xác định, tính hợp hực

của chúng theo phương ngang như sau:

Giá trị tổng cộng của tải trọng ngang

FTx =  Fxi

Mô men do tải trọng ngang gây ra tại vị trí mặt đáy móng

MTx =  (Fxi * hi)

Trạng thái vị trí đỉnh sóng nguy hiểm là trạng thái mà FTx cho giá trị lớn nhất

Tổng hợp so sánh tải trọng sóng – dòng chảy trong 3 trường hợp

Fxi (TT1) 8.0054 32.342 45.670 3.75049 0 8.0336 32.421 45.779 3.8060 0 179.8102 MTx(TT1) 84.057 776.22 1598.4 166.897 0 84.353 778.12 1602.2 169.37 0 5259.776 Fxi (TT2) 8.020 32.4 45.701 37.80 0 8.03 32.470 45.806 37.8 0 179.723 MTx(TT2) 84.116 776.37 1598.8 167.985 0 84.207 777.18 1600.4 168.13 0 5257.265 Fxi (TT3) 8.020 32.4 45.701 37.80 0 8.03 32.470 45.806 37.8 0 179.723 MTx(TT3) 84.116 776.37 1598.8 167.985 0 84.207 777.18 1600.4 168.13 0 5257.265

Theo kết quả tính toán được thể hiện trong các bảng ta thấy TT1 là nguy hiểm

nhất (t=o)

Tổng lực ngang FT = 179.81 (tấn)

Tổng Mô men tại đáy móng là: 5259.776 Tm

Chương 2 Kiểm tra nền móng

- Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình

- Ngoài ra còn phải tính đến tải trọng đứng do bùn ở trên bản nắp

Nbùn = 4 * 622*(1.3-1.025) = 684.2 Tấn

N = Nkcđ + Ntt + Nbùn= 1658.5 –63.69 + 200 + 684.2 = 2479 tấn

- Tổng mô mendo gió và sóng – dòng chảy tại đế móng công trình

M =M1 + M2

M1: Mô men do giã = 164.2 + 36.464*52.5 = 2078.56 Tm

M2: Mô men do sóng – dòng chảy = 5259.776 Tm

Vậy M = 7338.336 Tm

- Diện tích đế móng A=622 (m2)

- Mô men quán tính J = 19442.33 (m4)

Mô men kháng uốn W = J/R = 19442.33/14 =1388.7 m3

Để khử phần ứng suất âm ta phải dằn vật liệu vào đế móng

 Tính toán khối lượng dằn

- ứng suất kéo đáy móng Min = -1.3 (T/m2)

- Ta phải dằn lượng dằn sao cho Min = 0

d: trọng lượng riêng vật liệu dằn

n: trọng lượng riêng nước biển

Vd = 271.79 m3 vậy Vd < Vr

Trọng lượng khô vật liệu dằn là Pk = 271.79 *4 =1087.19 T

Chiều cao vật liệu dằn là 0.46 m

ứng suất móng sau khi dằn là:

Min = 0

Max = (N +d)/A + M/W = (2479+ 808.6)/622 + 7338.336/1388.7 = 5.29 +5.28

= 10.57 T/m2

3.Kiểm tra khả năng chịu tải của nền đất

tb  Ru

Max 1.2 Ru

y  L/6

tb: ứng suất trung bình tại đáy móng

Max: ứng suất nén lớn nhất tại đáy móng

Ru : cường độ tới hạn của đất nền tính toán

- Khả năng chịu lực của nền đất dưới đáy móng xác định theo công thức của Xokolkovski:

4.1 Kiểm tra ổn định trượt

Vì công trình là móng trọng lực được vùi sâu trong lòng đất từ cốt –4.00m đến cốt –10.00m nên không có khả nằng trượt do vậy ta không cần kiểm tra khả năng chống trượt của nền đất

4.2 Kiểm tra ổn định lật quanh mép móng

Điều kiện kiểm tra

Kết quả tính lún theo bảng sau:

Bảng tính lún tại tâm đáy móng của công trình

Chương 3: Tính toán động lực học công trình

1.Sơ đồ tính toán động lực học công trình

Đối với các công trình biển, tải trọng mang tính chất động như sóng, dòng chảy tác dụng lên công trình là rất quan trọng Do đố việc tính toán động lực học công trình để xác định ảnh hưởng động của tải trọng đối với công trình là bắt buộc

Vì vậy ta phải tính toán dao động riêng của công trình và từ đó để tìm ra hệ

số động của công trình Kđ

Để xác định được ảnh hưởng tải trọng tác động lên công trình thì ta phải xác định được các dao động tự do của công trình

2.Phương trình cơ bản của bài toán động lực học công trình

Để xác định được các dao động riêng của công trình thì cần phải giải được phương trình cơ bản của bài toán động lực học, từ đó xác định được các dạng dao động riêng với các tần số dao động riêng

Phương trình cơ bản của bài toán động lực học công trình:

Trong đó:

M- ma trận khối lượng của công trình

C- ma trận lực cản của môi trường

K- ma trận độ cứng

F(t)- vectơ lực nút

- Các vectơ chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các khối lượng

Đối với bài toán dao động riêng thì F(t)= 0 bá qua lực cản môi trường ta có C=0

Do đó ta có phương trình động lực học xác định dạng dao động riêng của công trình như sau:

) (

Giải phương trình trên ta sẽ xác định được tần số và chu kỳ của các dạng dao động riêng của công trình.

 Ta xác định được chu kỳ dao đông riêng lớn nhất của công trình Tmax

Nếu Tmax> 3s thì phải giải bài toán động lực học của công trình

Nếu Tmax< 3s thì ta chỉ giải tựa tĩnh với tải trọng nhân với hệ số Kđ

3 Sơ đồ tính toán dao động riêng

- Sử dụng phân tích động trong Sap2000 tính chu kỳ dao động riêng với các thông số như sau:

- Tải trọng bản thân quy nút (chương chình tự tính)

- Tải trọng công nghệ thượng tầng là 200 tấn (ở cao trình +42.5 m)

Tải trọng tập trung một mặt bích là 200/4 = 50 (tấn)

Khối lượng tập trung một mặt bích là 50/9.8 = 5.1 (tấn)

- Tính khối lượng nước kèm theo công thức

m* = *Cm*V

Trong đó:

: trọng lượng riêng nước biển,  =1.025/9.81 (T/m3)

V: thể tích chiếm nước của phần tử cản

Cm: hệ số nước kèm

Ta quy khối lượng nước kèm và khối lượng hà bám về các nút của KCĐ thép

Bảng xác định khối lượng nước kèm và khối lượng hà bám tại các nút

Nót KL nước kèm (T) Khối lượng hà bám (T)

Kết quả tính dao động riêng bằng Sap2000 ta có kết quả của 5 dạng dao động:

M O D A L P E R I O D S A N D F R E Q U E N C I E S

MODE PERIOD FREQUENCY FREQUENCY EIGENVALUE

(TIME) (CYC/TIME) (RAD/TIME) (RAD/TIME)**2

-: tần số dao động riêng của sóng, = 0.6317 (rad/s)

: hệ số giảm chấn của công trình biển (trong khoảng 0.05-1) Ta lấy=0.08

: tần số dao động riêng của công trình đã được quy đổiThay vào công thức trên ta có: Kđ = 1.0141  1

Kết luận: hệ số Kđ  1 do đó ta lấy luôn kết quả nội lực trong tính toán tĩnh kết cấu để tính toán cốt thép và kiểm tra bền, ổn định

*

*

* 1

*

2

max

s rad

T 



Chương 4: Xác định nội lực tính toán trong các kết cấu của công trình

1.Mô hình tính toán.

Nội lực tính toán các kết cấu của công trình được xác định cho trường hợpbất lợi nhất đó là trong trường hợp công trình đang trong giai đoạn khai thác,chịu tác động lớn nhất của môi trường như: tải trọng sóng dòng chảy, tảitrọng gió, áp lực đẩy nổi,

Việc xác định nội lực tính toán được thực hiện bằng cách mô hình hóacông trình dưới dạng các phần tử hữu hạn trong chương trình SAP2000 rồigiải

2 Sơ đồ hóa các kết cấu của công trình

Kết cấu công trình được mô tả như sau:

- Phần khối chân đế bằng thép: Các ống thép được mô tả bằng các phần tửFRAME

- Phần khối chân đế bê tông:

+ Các phần tử dầm, cột được mô tả bằng các phần tử FRAME

+ Các phần tử bản nắp, bản đáy, bản thành được mô tả bằng các phần tửSHELL hình chữ nhật có 4 nút hoặc phần tam giác có 3 nút tuỳ thuộc vào hìnhdạng kết cÊu

+ Congson đế được mô tả bằng các phần tử SHELL chữ nhật có 4 nót

3 Số liệu đầu vào để tính toán nội lực công trình.

- Tải trọng bản thân công trình: do chương trình tự tính với các giá trị vật liệuđược khai báo như sau:

+ Bê tông mác 600 có: trọng lượng riêng trong không khí  = 2.5 T/m3

trọng lượng riêng trong nước là:  = 1.475 T/m3

+ Thép: trọng lượng riêng trong không khí  = 7.85 T/m3

trọng lượng riêng trong nước là:  = 6.825 T/m3

- Tải trọng gió: được quy về các mặt bích của khối chân đế thép ở cao trình +42.5 m với giá trị lực tại một nút là: Q0 = 9.116 Tấn

Nq = 8.21 Tấn

- Tải trọng sóng – dòng chảy: tại khối chân đế bằng thép lực sóng – dòng chảy được quy về các nút của khối chân đế (xem bảng tính tải trọng sóng – dòng chảy)

5 Xác định nội lực trong các kết cấu công trình

Sử dụng chương trình SAP2000 để mô hình kết cấu đã mô hình hóa trên máytính ta tính được nội lực trong các kết cấu (xem trong các trang in nội lực)