Thiết kế kết cấu khối chân đế dàn DK bằng bê tông cốt thép ở độ sâu 40m nước

Thiết kế kết cấu khối chân đế dàn DK bằng bê tông cốt thép ở độ sâu 40m nước

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KẾT CẤU KHỐI CHÂN ĐẾ DÀN DK BẰNG

BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở ĐỘ SÂU 40 M NƯỚC

GV.HD: ThS NGUYỄN THỊ LỆ QUYÊN

LỜI CẢM ƠN

- 

 -Sau 5 năm là sinh viên kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng Công trình biển, thì kiếnthức thực tế của mỗi chúng em mỗi khi tốt nghiệp ra trường là một những vấn đề rấtquan trọng mà hầu hết mỗi sinh viên nào cũng đều rất thiếu và yếu Không có nhiều

cơ hội tiếp xúc trực tiếp với những điều kiện thực tế, nên do vậy làm đồ án tốtnghiệp chính là một trong những cơ hội tốt nhất để cho chúng em có thể củng cố lại,trau dồi và kiểm tra kiến thức đã học trước khi bước những bước chân đầu tiên ratrường Với nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật, lần này em đã chọn cho mình một đề tài mới

đó là: “Thiết kế kết cấu khối chân đế dàn DK bằng bê tông cốt thép ở độ sâu 40m

nước” làm đề tài tốt nghiệp của mình.

Thông qua đồ án lần này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:

- Cô giáo: ThS Nguyễn Thị Lệ Quyên

- Thầy giáo: ThS Dương Thanh Quỳnh

là những người đã hướng dẫn chính em trong suốt quá trình em nghiên cứu làm đồ

án tốt nghiệp Và cũng thông qua đó, em xin gửi cảm ơn tới gia đình của mình –những người đã luôn theo sát dìu dắt em trong những ngày còn bé; cùng với thầy cô

và bè bạn đã luôn bên cạnh, động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tạitrường, để em có thể hoàn thành tốt nhất đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin cảm ơn một lần nữa với tất cả sự chân thành nhất

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ TỐT NGHIỆP 1

LỜI CẢM ƠN 2

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

CHƯƠNG I: NHÌN NHẬN TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CỦA ĐỒ ÁN PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BIỂN TRỌNG LỰC BÊ TÔNG 8

I.A.1 – Tổng quan về sự phát triển công trình biển trọng lực trên toàn thế giới 1.1 Đăt vấn đề 8

1.2 Quá trình hình thành và phát triển 8

1.3 Các loại hình và quy mô phát triển 10

1.4 Một số dàn công trình được xây dựng ở Biển Bắc 12

1.5 Các ưu điểm của công biển bê tông so với dàn thép truyền thống 13

I.A.2 – Sự phát triển của công trình biển trọng lực bê tông ở Việt Nam I.A.3 – Điều kiện về mặt thi công của các công triền biển trọng lực ở Việt Nam PHẦN B: ĐIỀU KIỆN ĐẦU VÀO CỦA ĐỒ ÁN I.B.1 - Mục tiêu của đồ án I.B.2 - Đặc điểm của công trình 2.1 Mô tả kiến trúc công trình 2.2 Khối lượng thượng tầng và các trang thiết bị I.B.3 - Đặc điểm môi trường, vật liệu 3.1 Số liệu khí tượng hải văn 3.2 Đặc trưng cơ học của vật liệu CHƯƠNG II: XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 20

II.1 - Xây dựng phương án kết cấu chung 1.1 Xác định chiều cao khối chân đế 1.2 Lựa chọn sơ bộ các kích thước khối chân đế 1.2.1 Trụ đỡ và kết cấu đỡ thượng tầng 20

1.2.2 Kết cấu đế móng 21

1.3 Các phương án đưa ra 1.4 Kiểm tra tính hợp lý của các kích thước đã chọn 1.4.1 Kiểm tra điều kiện độ mảnh của trụ đỡ 27

1.4.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nổi của khối chân đế 27

1.5 Tính toán sơ bộ các khối lượng tập trung của khối chân đế II.2 - Lựa chọn phương án 2.1 Phân tích lựa chọn phương án 32

2.2 Kết luận 33

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT 34

PHẦN A: TÍNH TOÁN TỔ HỢP TẢI TRỌNG – KIỂM TRA

III.A.1 – Tính toán các loại tải trọng

1.1 Tải trọng bản thân khối chân đế

1.2 Tải trọng gió tác dụng lên công trình 34

1.2.1 Cơ sở lý thuyết 34

1.3 Tải trọng sóng và dòng chảy tác dụng lên công trình 1.3.1 Cơ sở lý thuyết 1.3.2 Xác định vận tốc dòng chảy theo hướng sóng tính toán 1.3.3 Xác định lý thuyết sóng tính toán 1.3.4 Xác định các thông số sóng theo lý thuyết sóng Stock bậc 5 1.3.5 Xác định tải trọng sóng và dòng chảy tác dụng lên công trình 1.4 Áp lực thủy tĩnh 42

1.5 Áp lực đẩy nổi III.A.2 - Tính toán dao động riêng của phương án 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Sơ đồ tính dao động riêng 43

2.3 Tính toán dao động riêng 2.4 Tính hệ số Kđ III.A.3 – Các tổ hợp tải trọng III.A.4 – Xác định nội lực – chuyển vị 46

4.1 Xây dựng sơ đồ tính cho khối chân đế 46

4.1.1 Mô hình hóa kết cấu 46

4.1.2 Sơ đồ tính liên kết giữa nền đất với công trình 53

4.2 Xác định nội lực cho các cấu kiện trụ và đế móng 56

4.3 Xác định chuyển vị ngang tại đỉnh trụ 56 III.A.5 – Kiểm tra nền móng công trình

5.1 Kiểm tra ổn định tổng thể

5.1.1 Kiểm tra ổn định lật 5.1.2 Kiểm tra ổn định trượt 5.2 Kiểm tra sức chịu tải của đất nền

5.2.1 Kiểm tra móng về cường độ kháng nén và kháng trượt 5.2.2 Kiểm tra móng theo điều kiện về biến dạng (độ lún)

PHẦN B: THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP

III.B.1 - Tính toán bố trí cốt thép ƯST cho trụ

1.1 Tính toán cốt thép ƯST cho trụ

1.2 Bố trí cốt thép ƯST cho trụ

1.3 Xác định các hao tổn ứng suất trước

1.3.1 Hao tổn do biến dạng của neo đặt thiết bị căng 1.3.2 Hao tổn do ma sát của cốt thép

1.3.3 Hao tổn do hiện tượng chùng ƯS khi căng cơ giới 1.3.4 Hao tổn do co ngót của bê tông

1.3.5 Hao tổn do từ biến của bê tông

1.3.6 Tổng hợp các hao tổn ứng suất trước 1.4 Kiểm tra lại trụ BTCT ƯST

1.4.1 Tính lại các đặc trưng tiết diện 1.4.2 Kiểm tra lại ứng suất nén trong bê tông có kể đến các hao tổn ứng suất trước trên tiết diện đã giảm yếu

1.4.3 Kiểm tra điều kiện không xảy ra vết nứt xiên III.B.2 - Tính toán bố trí cốt thép thường cho trụ

2.1 Tính toán cốt thép dọc

2.1.1.Phần thân trụ có bố trí ứng suất trước 2.1.2.Phần thân trụ không bố trí ứng suất trước 2.2 Tính toán cốt thép đai 2.2.1 Trong phần trụ đặt thép ƯST 2.2.2 Trong phần trụ không đặt thép ƯST III.B.3 – Tính toán bố trí cốt thép cho dầm trụ đỡ thượng tầng 3.1 Sơ đồ tính nội lực 71

3.2 Tính toán cốt thép dọc chịu lực 72

3.3 Tính toán cốt thép đai 72

3.4 Kiểm tra vết nứt 73

III.B.4 – Thiết kế các cấu kiện đế móng 4.1 Cơ sở lý thuyết tính các cấu kiện dạng bản chịu uốn 4.1.1 Cơ sở lý thuyết 4.1.2 Tính toán bố trí thép 4.1.3 Tính toán cốt đai 74

4.1.4 Kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt 75

4.2 Kết quả tính toán và bố trí cốt thép 4.2.1 Tính toán cốt thép ngang 4.2.2 Tính toán kiểm tra vết nứt

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG IV.1 - Quy trình thi công 1.1 Công tác tổ chức mặt bằng thi công 1.2 Quy trình thi công 79

1.3 Công tác chuẩn bị máy móc và phương tiện phục vụ thi công 80

IV.2 – Tính toán hệ thống ván khuôn 2.1 Nguyên tắc cấu tạo của hệ thống ván khuôn 2.2 Nguyên tắc tính toán IV.3 – Thiết kế và tổ chức thi công giai đoạn ven bờ 3.1 Thiết kế, tổ chức thi công giai đoạn 1 (trên đốc nổi) 81

3.2 Thiết kế, tổ chức thi công giai đoạn 2 (thi công ven bờ) 85

IV.4 – Giai đoạn thi công ngoài khơi 92

4.1 Thiết kế thi công vận chuyển khối chân đế 92

4.2 Tính toán sức cản nước và lực kéo của tàu kéo 93

4.2 Thiết kế thi công đánh chìm khối chân đế 94

IV.5 – An toàn lao động và bảo vệ môi trường 95

IV.6 – Tiến độ thi công công trình 95

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 98

DANH MỤC CÁC BẢN VẼ 156

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN

1 ALTT: Áp lực thủy tĩnh

2 API: American Petroleum Institute – Viện dầu mỏ Hoa Kỳ

3 API WSD: Tiêu chuẩn RP 2A WSD – API

4 ASTM: American Society for Testing and Materials – Hiệp hội kiểm

nghiệm vật liệu và kiểm định Hoa Kỳ

5 BTCT: Bê tông cốt thép thường

6 BTCT ƯST: Bê tông cốt thép Ứng suất trước

15 NE: North East – Hướng Đông Bắc

16 NW: North West – Hướng Tây Bắc

17 PN: Plane North – Hướng Bắc công trình

18 PTSC: Petroleum Technical Services Company – Công ty cổ phần kỹ

thuật dịch vụ dầu khí

19 PVD: PV Dirlling – Công ty khoan và khoan dịch vụ Dầu Khí

20 SAP 2000: Phần mềm tính toán kết cấu SAP 2000 (CSI)

22 TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

22 TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

23 ƯST: Ứng suất trước

24 VSP: VietsovPetro – Xí nghiệp liên doanh dầu khí Việt Nam – Liên

Bang Nga

CHƯƠNG I: NHÌN NHẬN TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CỦA ĐỒ ÁN PHẦN A: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH BIỂN TRỌNG LỰC BÊ TÔNG I.A.1 – Tổng quan về sự phát triển công trình trọng lực trên toàn thế giới

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay công nghiệp dầu khí đang thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của các côngtrình biển trên toàn thế giới Từ những công trình ở độ sâu nước nhỏ từ 3  6 m xâydựng ven bờ trước đây, đến nay công trình biển đang giữ kỷ lục về chiều cao và cóthể xây dựng cách xa bờ Công trình biển bằng thép lớn nhất thế giới là dànBullwinkle do hãng Shell xây dựng ở vịnh Mexico năm 1985 ở vùng nước sâu 492 m,kết cấu chân đế nặng 65000 T

Xu thế khai thác dầu khí ở các vùng biển sâu (từ 200 đến 1000 m) và biển xa ngàycàng phát triển mạnh, nhờ ứng dụng nhiều sự tiến bộ khoa học kỹ thuật Đặc biệttrong lĩnh vực xây dựng công trình biển So với năm 1992 có 42 nước, đến nay có trên

56 nước đang tiến hành tìm kiếm và khai thác dầu khí ở các vùng biển sâu Các thànhtựu về công trình biển luôn phát triển không ngừng nhằm đáp ứng yêu cầu chinhphục biển sâu, biển xa, từ việc chỉ xây dựng các công trình biển cố định bằng thép(jacket) thì đến nay đã có các loại dàn: Dàn tự nâng, dàn bê tông trọng lực, công trìnhbiển mềm

Sự phát triển của công nghệ thông tin đã giúp đỡ ngành công trình biển có thểthiết kế các công trình với các hình thức ngày càng phong phú, phục vụ hiệu quả choviệc khai thác các mỏ nhỏ, các mỏ có điều kiện xây dựng khó khăn Bên cạnh nhữngđóng góp vào thành tựu của nền kinh tế, ngành công trình biển đã thiết kế, xây dựngnhững công trình tạo cơ sở hạ tầng cho các ngành dầu khí, thủy sản, giao thông vậntải và các công trình quốc phòng Bằng sự phát triển các công trình biển này đã mở ramột nền kinh tế biển

1.2 Quá trình hình thành và phát triển

Cho đến năm 1972 tất cả các công trình dàn khoan biển trên thế giới mới chỉ đượcxây dựng bằng nguyên liệu thép Bắt đầu từ năm 1973 công trình biển bằng Bê tôngcốt thép mới xuất hiện Đó là công trình tại mỏ Ekofisk (Biển Bắc) do công ty DorisEngineering (Pháp) thiết kế và xây dựng vào năm 1973 với độ sâu 70 m nước

Kể từ năm 1973 tới nay công trình biển bê tông trọng lực ngày càng được áp dụngrộng rãi, đáp ứng yêu cầu mới về địa hình, độ sâu, nền đất, điều kiện môi trường,công nghệ khai thác mới Trên thế giới hiện nay có trên 30 công trình biển trọng lực

bê tông được xây dựng từ độ sâu 42 m tới 303 m, phần lớn được xây dựng ở BiểnBắc

Ngày nay, kết cấu bê tông đã tỏ ra có lợi ích về kinh tế kỹ thuật có thể cạnh tranhvới các loại kết cấu jacket truyền thống Việc phát triển bê tông nhẹ cường độ cao đãđáp ứng nhu cầu sử dụng bê tông trong công trình biển Nhiều dự án công trình biển

bê tông đã được thực hiện với quy mô quốc gia và quốc tế, trong đó các hãng DorisEngineering và Norwegian Contractors được thừa nhận là những người tiên phong

và có kinh nghiệm hàng đầu trên thế giới.

Không có công trình bê tông nào bị phá huỷ do mỏi, độ lâu bền của kết cấu bêtông ứng suất trước chống lại các tác động của môi trường và chống ăn mòn đã đượcthử thách qua nhiều năm khai thác ở biển Bắc

* Một số công trình biển trọng lực bê tông tiêu biểu:

– Sleipner A Condeep (Statoil) - Được xây dựng tại Nauy.

Giàn tổng hợp khai thác dầu khí, khoan và người ở

Độ sâu nước: 82,5 m; mớn nước khi kéo trên biển: 71 m

Khối lượng bê tông: 77000 m3; cốt thép: 31000 T

Bắt đầu xây dựng: 10/1991; kéo ra biển và hoàn thiện: 7/1993

– Draugen Condeep (Norske Shell A/S) – Liên doanh Mỹ và Nauy hợp tác

Giàn một trụ đầu tiên trên thê giới, “khai thác – khoan, chứa đựng, người ở”Thượng tầng: 27800 T, độ sâu nước 251,3 m

Chiều cao kết cấu bê tông: 285,1 m

Khối lượng bê tông: 85000 m3; cốt thép: 17000 T

Bể chứa: 1,4 triệu thùng (hơn 225000 m3);

Thời gian xây dựng: 7/1990 đến 5/1993

– Troll Condeep (Norske Shell A/S)

Giàn bê tông cao nhất thế giới

Độ sâu nước: 302,9 m; chiều cao của kết cấu bê tông: 369,4 m

Đế móng có diện tích: 16600 m2; chiều dài của thành váy: 36,0 m

Lượng choán nước khe kéo ra mỏ: 1.027.600 T; mớn nước: 227,0 m

Tuổi thọ khai thác giàn: 70 năm

Khối lượng bê tông (mác C70): 221.000 m3.Thời gian xây dựng: 7/1991 đến 7/1995

– Hibernia (Doris)

Giàn bê tông chống băng đầu tiên trên thế giới (thềm lục địa Canada)

Giàn nặng nhất thế giới có chức năng khoan - khai thác – bể chứa – người ởTrọng lượng trên 4 triệu T

Trọng lượng của kết cấu trên 1,4 triệu T gồm bê tông và vật liệu dằn

Độ sâu nước: 80 m ; chiều cao công trình (kể cả thượng tầng): 150m Phần kết cấu bê tông: 111,2 m; đường kính ngoài: 105 m; đế móng: 85 m.Khối lượng bê tông: 162000m3; bể chứa: 1,3 triệu thùng (209000 m3)

Cốt thép: 90000 T; thép ứng suất trước: 5000 TThời gian xây dựng: 1991 đến 1996

– Giàn bê tông hai trụ (Doris)

Một mẫu giàn mới cho giá thành hạ và nâng cao độ an toàn

Có chức năng khoan – xử lý – người ở, có thể được phân cách nhau bởi 1chiếc cầu

Độ sâu nước (North Sea): 140m

– Giàn một trụ (NC)

Giàn bê tông một trụ là giải pháp kết cấu tối giản Do tính mềm dẻo của kếtcấu khi bố trí phần thượng tầng và số lượng giếng khoan, nên giàn có thể sử dụngvới cả hai loại chức năng là giàn đầu giếng và giàn đa chức năng khoan – khai thác –người ở

Ngoài ra còn một số dàn được xây dựng ở độ sâu 80 - 150 m Hầu hết được xâydưng tại Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển…

Hình I.1 - Các dàn công trình biển bê tông

1.3 Các loại công trình và quy mô phát triển

1.3.1 Loại hình công trình biển trọng lực

Một trụ tròn có đường kính thay đổi, chiều dày thay đổi

Loại nhiều trụ đường kính thay đổi hoặc không đổi,

Loại trụ có một trụ hoặc nhiều trụ nhưng có chiều dày thay đổi theo chiều dài

* Loại hình theo hệ thống kết cấu :

Khối chân đế hoàn toàn bằng bê tông cốt thép

Khối chân đế kết hợp kết cấu thép và bê tông cốt thép

Hình I.2 – Các loại hình công trình biển trên toàn thế giới

Hình I.3 – Một số hình ảnh thực tế

Hình I.4 – Một số hình ảnh thực tế

1.3.2 Quy mô công trình biển trọng lực

Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép có độ sâu nhỏ nhất là công trìnhRAVENSPURL được xây dựng năm 1989 có độ sâu nước là 42 m

Công trình biển trọng lực có độ sâu nước lớn nhất là công trình TROLL được xâydựng năm 1995 có độ sâu nước là 303m

Vật liệu BTCT cường độ cao (C70), ứng suất trước, với mật độ thép trung bìnhcăng sau lên tới 100 kg/m3

1.4 Một số dàn công trình biển bê tông trọng lực được xây dựng ở Biển Bắc

từ 1973 đến 1995

Tên dàn Loại kết cấu Năm HT Địa điểm Deep water

1.5 Các ưu điểm của công trình biển bê tông trọng lực so với dàn thép truyền thống

Ngày nay kết cấu bê tông trọng lực tỏ ra có lợi về kinh tế kỹ thuật có thể cạnhtranh với các loại dàn thép truyền thống Việc phát triển công nghệ bê tông nhẹcường độ cao đã đáp ứng nhu cầu về sử dụng bê tông trong công trình biển Chưa cómột công trình bê tông nào bị phá hoại do mỏi Độ lâu bền của bê tông ứng suấttrước chống lại các tác động của môi trường và chống ăn mòn đã được thử thách quanhiều năm ở biển Bắc mà không cần bảo dưỡng

Kết cấu bê tông trọng lực có thể sử dụng nhân lực và vật liệu địa phương, giảmviệc sử dụng thép ống đặc chủng khi dùng giải pháp kết cấu thép

Công trình biển trọng lực có thời gian thi công trên biển ngắn hơn rất nhiều so vớicông trình biển bằng thép

Kết cấu bê tông chịu tải trọng động do sóng, gió, dòng chảy gây ra so với kết cấuthép (vì công trình bê tông có khối lớn, có chu kỳ dao động riêng nhỏ, khá xa so vớichu kỳ dao động riêng của sóng)

Nếu có nhu cầu về bể chứa thì giải pháp kết cấu bê tông trọng lực rẻ tiền hơn rấtnhiều so với kết cấu bằng thép (vì khối đế lớn có thể kết hợp làm bể chứa).

Dàn bê tông có tuổi thọ cao và giá thành bảo dưỡng thấp phần lớn lại thi công ởven biển hoặc ở trên bờ nên giảm đáng kể thời gian thi công trên biển

I.A.2 – Sự phát triển của công trình biển trọng lực bê tông ở Việt Nam

Công trình biển trọng lực có quy mô lớn đang xây dựng ở Việt Nam là cảng nướcsâu Cái Lân Từ thực tế nền địa chất Việt Nam là nền san hô với nền này thì khả năngchịu nén tốt với công trình bằng thép thì thi công bằng thép sẽ làm phá hoại nền, gâyảnh hưởng tới địa chất công trình Giải pháp ưu điểm nhất là công trình biển trọnglực

Với ưu điểm chính của công trình biển bê tông trọng lực là tính kinh tế, biện phápthi công, khả năng phục vụ và tuổi thọ cao Thiết nghĩ cần đưa giải pháp công trìnhbiển bằng bê tông cốt thép vào Việt Nam để khai thác và nghiên cứu

Từ trước tới nay chúng ta mới chỉ xây dựng được các công trình DK bằng bê tôngcốt thép đó là công trình bán trọng lực một phần móng cọc DKI – 1 có đế bằng BTCTcòn trụ và thượng tầng làm bằng thép, nó không tự nổi như DKI – 3 và DKI – 4

I.A.3 – Điều kiện về mặt thi công của các công trình biển trọng lực ở Việt Nam

Một trong những yếu tố quyết định đến việc thiết kế công trình biển trọng lựcchính là điều kiện thi công:

* Phao phụ: Xí nghiệp Liên Hiệp Ba Son, tp Hồ Chí Minh

Chiều dài: 30 mChiều rộng: 30 mChiều cao: 4 mNặng: 500 TSức nâng: 3600 T

* Đốc nổi BTCT: Nhà máy sửa chữa tàu biển dàn khoan (ShipLacon)

Chiều dài: 120 mChiều rộng: 30,5/22,5 mChiều cao: 14 m

Sức nâng: 6500 TMớn nước đánh chìm tối đa 7,5 m

* Sà làn công trình 2000 T – Biển Đông 04: Công ty Vận Tải Biển Đông (TổngCông Ty tàu thuỷ Việt Nam)

Chiều dài: 67 mChiều rộng: 20 mChiều cao: 3 mNặng: 500 TSức nâng: 2000 TMớn nước đánh chìm tối đa: 7,0 / 4,0 m

* Cẩu: DEMAGCC – 4000 của Xí nghiệp Liên doanh VietsoPetro (cần dài 42 m)

Sức cẩu lớn nhất: 419 T, tầm với xa 9 mSức cẩu lớn nhất: 110 T, tầm với xa 26 mSức cẩu lớn nhất: 160 T, tầm với xa 20 m

* Cẩu CC – 2000 sức cẩu lớn nhất: 300 T

* Cẩu CC – 600 sức cẩu lớn nhất: 150 T

* Cẩu nổi Hoàng Sa, sức cẩu lớn nhất: 1400 T

* Cẩu nổi Trường Sa, sức cẩu lớn nhất: 600 T

* Cẩu nổi Côn Sơn, sức cẩu lớn nhất: 547 T Chủ yếu dùng để thi công đườngống biển

* Sà lan cẩu: 600 T (Cẩu cố định không xoay được) của công ty vận tải BiểnĐông, Tổng công ty tàu thuỷ Việt Nam

* Các loại máy phục vụ cho thi công bê tông

Trạm trộn bê tông năng xuất 40 m3/h và 100 m3/h

Xe tự trộn bê tông năng xuất 6 m3/h

Xe bơm bê tông năng xuất 40 – 60 m3/h

* Các loại kích 100 – 200 T phục vụ cho thi công bê tông ứng suất trước tại Xínghiệp Liên hiệp cầu Thăng Long, Tổng công ty Xây dựng số 1, Bộ xây dựng

PHẦN B: ĐIỀU KIỆN ĐẦU VÀO CỦA ĐỒ ÁN I.B.1 – Mục tiêu của đồ án

Thiết kết kết cấu khối chân đế dàn DK bằng Bê tông cốt thép tại độ sâu 40mnước

I.B.2 – Đặc điểm công trình

2.1 Mô tả kiến trúc công trình

Dàn DK là tên gọi tắt của các trạm Dịch vụ – Kinh tế – Khoa học trên biển, đượcđặt ở thềm lục địa phía Nam, ở phía Nam quần đảo Trường Sa, ở khu vực khai thácthuộc mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng nằm trong khu vực hải phận nước ta Các trạm nàybắt đầu xây dựng từ những năm 1989, cấu tạo gồm 3 phần chính: khối thượng tầng,

hệ thống trụ đỡ và kết cấu đế móng công trình

* Thượng tầngBao gồm các khối Block và Modun riêng rẽ, có chức năng quản lý tổng hợp, lưutrữ, vận chuyển sản phẩm dẫn xuất dầu mỏ từ các đầu giếng sang các dàn công nghệchính, công nghệ trung tâm Ngoài ra, công trình được dùng làm như một trạm côngtác, trạm gác tiền tiêu phục vụ mục đích nghiên cứu khoa học và an ninh quốcphòng Khối thượng tầng bao gồm:

– Khối nhà ở: Dùng là nơi chứa các trang thiết bị phục vụ quá trình hoạt độngngoài khơi của công trình, bao gồm các hệ thống như sàn đỗ máy bay trực thăng, cácBlock nhà ở, kho trạm, hệ thống cần cẩu hàng Phía bên trên là đặt sân đỗ trực thang

và các thiết bị phục vụ quan trắc khí tượng hải văn

– Sàn chịu lực: Có dạng hình chữ nhật, dùng để đỡ hệ thống nhà ở phía trên trên.– Sàn công tác: Đỡ nhà vệ sinh, kho chứa, giá và xuồng, bể chứa dầu, cầu thang, – Hệ sàn lưu thông và bến cập tàu, có khả năng tiếp nhận tàu 400 – 600 (T)

* Trụ đỡ

Có nhiệm vụ đỡ khối thượng tầng thông qua kết cấu sàn chịu lực, và truyền toàn

bộ tải trọng (tính tải, hoạt tải) từ thượng tầng và kết cấu đỡ thượng tầng xuống chân

đế Từ quy mô của khối thượng tầng mà kết cấu trụ đỡ có thể được cấu tạo từ mộthoặc nhiều trụ Trụ đỡ bê tông cốt thép thường có tiết diện dạng hình vành khuyên

* Đế móng công trình

Có nhiệm vụ nhận tải trọng từ thượng tầng qua trụ đỡ truyền xuống nền đất.Phân bố tải trọng lên nền đất giúp công trình đứng ổn định Ngoài ra, nó còn là nơichứa các nguyên vật liệu như nước dằn, dầu, khí, các dẫn xuất dầu mỏ

Mặt khác đế móng còn đóng một vai trò quan trọng trong thi công, đó là tronggiai đoạn đầu phải tự nổi để tạo sự ổn định cho quá trình hạ thủy, lai dắt cũng nhưvận chuyển và đánh chìm công trình

+ Đế móng là các khối BTCT hoặc BTCT ƯST rỗng với mặt bằng tròn hoặcvuông

+ Hệ thống chân khay chạy vòng xung quanh đế móng hoặc quanh từng xilo.+ Phía trong là các khối xilo rỗng với các bản, sườn chịu lực

2.2 Trọng lượng phần thượng tầng và các trang thiết bị

Khối thượng tầng có kích thước 12 x 26 x 10 (m), tổng trọng lượng của khốithượng tầng là 510 (T), được lắp đặt vào khối chân đế sau khi chân đế được đánhchìm tại lắp đặt công trình Mặt bằng chi tiết KTT được thể hiện tại bản vẽ KC – 01

Mô hình phối cảnh KTT có dạng như sau:

Hình I.5 – Khối thượng tầng dàn DK

I.B.3 – Đặc điểm môi trường – vật liệu

3.1 Số liệu khí tượng hải văn

Bảng 2 – Các thông số sóng

Nước dâng do bão (T/suất 100 năm) (m) 0,4

Biên độ triều lớn nhất (T/suất 100 năm) (m) 2,1

Bảng 3 – Số liệu địa chất công trình

Sét pha,dẻo cứng

4 K.L thể tích tự nhiên w; (g/cm3) 1,93 1,91 1,91

5 Khối lượng thể tích khô c; (g/cm3) 1,51 1,48 1,44

3.2 Các đặc trưng cơ học của vật liệu:

– Thép cường độ cao có các đặc trưng cơ lý

+ Khối lượng riêng:  = 7,85 (T/m3)+ Cường độ tiêu chuẩn: Rc = 17 103 (kG/mm2)+ Cường độ tính toán: R = 11 103 (kG/mm2)+ Môđun đàn hồi E = 2 106 (kG/cm2)

– Sợi thép ƯST được lấy theo VSL hoặc tương đương.

– Thép thường dùng nhóm thép CI, CII.

– Bê tông Sử dụng bê tông chịu mặn Puzơlan

+ Đối với cấu kiện BTCT thường, Cấp độ bền  B30 (mác 400)

+ Đối với cấu kiện BTCT ƯST, Cấp độ bền  B40 (mác 500).

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN II.1 Xây dựng phương án kết cấu chung

1.1 Xác định chiều cao khối chân đế

Chiều cao KCĐ được xác định theo công thức:

H C Đ=d0+d1+d2+.❑0

Trong đó

d0: Độ sâu nước tại vị trí xây dựng (m)

: Hệ số ( = 0,5  0,7 ) phụ thuộc lí thuyết sóng tính toán

Δ0

:Chiều cao lưu không  1,5mVới các dữ liệu đã cho thay vào công thức ta có:

H C Đ=40+2,1+0,4+0,7 15,7+1,51=55 (m)Chọn chiều cao khối chân đế là HCĐ = 55 (m)

1.2 Lựa chọn sơ bộ các khối kích thước chân đế

1.2.1 Trụ đỡ và kết cấu đỡ khối thượng tầng

* Trụ đỡ:

– Phương án 1:

Do khối thượng tầng có dạng hình chữ nhật với kích thước là 12 x 26 x 10 (m), do

đó ta sẽ đặt khối thượng tầng trên hệ thống trụ đỡ gồm 2 trụ Mỗi trụ bao gồm 2phân đoạn riêng:

Phân đoạn 1: Từ mặt nước tính toán trở lên (cao trình + 42,5 đến + 55,0 (m)), cao12,5 (m), có bán kính không thay đổi theo suốt chiều cao là 5,0 (m) Chiều dày sơ bộtrụ là 0,6 (m) và cũng không thay đổi trong suốt của phân đoạn 1

Phân đoạn 2: Tính từ mặt nước tính toán xuống đến cao trình + 13,0 (m) và đượcliên kết với 2 xilo thuộc trụ dưới của khối chân đến Phân đoạn này có đường kínhthay đổi từ 5 (m) (cao trình + 42,5 (m)) đến 7,5 (m) (cao trình + 13,0 (m)) và chiều dày

sơ bộ của trụ cũng được chọn sơ bộ 0,6 (m)

Bên trong trụ có bố trí các vách cứng cách đều nhau 8,0 (m), có chiều dày 0,25 (m)

* Kết cấu đỡ thượng tầng:

– Phương án 1:

Với phương án 1, hệ kết cấu gồm 2 trụ đỡ, do đó ta sẽ bố trí 2 kết cấu đỡ thượngtầng đặt trên 2 trụ riêng rẽ Mỗi hệ kế cấu đỡ thượng tầng bao gồm 4 dầm chính giaonhau và 2 dầm phụ nối 2 trụ lại với nhau chịu tải trọng thượng tầng, truyền vào dầm

đỡ thượng tầng Sơ bộ chọn chiều dài của dầm là 12 (m) Vì đường kính của trụ là 5

m nên phần đầu tự do của dầm được coi là conson có chiều dài là 3,5 (m) Kích thướcdầm sơ bộ chọn là 0,5 x 1,5 x 12 (m)

Các kích thước của dầm đỡ thượng tầng thể hiện trên hình vẽ sau:

Hình II.1 – Kích thước dầm đỡ thượng tầng phương án 1

– Phương án 2:

Tương tự, dạng giống như với dạng kết cấu của phương án 1, nhưng kích thước ta

sẽ phải thay đổi cho phù hợp Do thượng tầng có kích thước lớn nên chiều dài đầu tự

do của dầm dài 6,5 (m), kích thước sơ bộ của dầm là 0,7 x 1,5 (m)

700

26000 10000

4000

800

1500 1000

Hình II.2 – Kích thước dầm đỡ thượng tầng phương án 2

1.2.2 Kết cấu đế móng

Kích thước của đế móng phải thỏa mãn điều kiện sau:

Điều kiện về thi công (đó là khả năng tự nổi của công trình trong giai đoạn đầukhi thi công xong đốt trụ đầu tiên)

500

12000 5000

2000

600

1500 600

3500

T < Hđế (m)Điều kiện về ổn định

Trong đó :

T: là mớn nước của công trình (m)

h0 : chiều cao ổn định ban đầu của công trình (m)Trong các loại hình dạng của đế móng, thì kết cấu đế móng dạng hình tròn là tối

ưu bởi vì kết cấu hình tròn chịu lực mọi phía giống nhau Mặt khác đế móng chịu áplực thuỷ tĩnh từ mọi phía, không theo một vị trí độ sâu nhất định Do đó, sơ bộ lựachọn cấu tạo đế móng như sau:

– Phương án 1:

Kết cấu đế móng bao gồm 11 xilo và 2 trụ Mỗi xilo và trụ có đường kính ngoài là7,5 m Chiều dày lớp bê tông 0,6 m đối với trụ và 0,4 đối với vòm nắp và bản thànhxilo, được xếp lần lượt như hình vẽ:

A - A

Hình II.3 – Cấu tạo kết cấu theo phương án 1

Chiều dài lớn nhất của đế móng là: 34,00 (m)Chiều rộng lớn nhất của đế móng là: 21,70 (m)Chiều cao khối chân đế (bản nắp xilo): 16 (m)Diện tích đáy khối chân đế: 594,44 (m2)

– Phương án 2:

Kết cấu đế móng dạng hình trụ, đường kính chọn sơ bộ là 27 m, gồm 8 dầm trụ đỡxuyên tâm, loại dầm trụ đỡ 2 nhánh

Kích thước của dầm trụ đỡ cho từng phương án được mô tả như sau:

Hệ dầm phụ theo phương vòng, sơ bộ chọn kích thước 0,4 x 0,6 (m)

Chiều dày bản đáy, bản nắp, thành chọn là 0,7 (m)

Chiều sâu chân khay sơ bộ là 0,5 (m)

30000

10000 20000 30000

400 1000

MNTT +42.5m

Bảng II.1 – Thống kê sơ bộ các cấu kiện của phương án 1

=> Khối lượng khối chân đế theo phương án 1 sẽ là: 8435,7 (T)

=> Khối lượng của công trình theo phương án 1 là: 8945,7 (T)

Hình II.5 – Hình dạng cấu tạo KCĐ theo phương án 1

1.3.2 Phương án 2: Gồm 1 đế móng và 1 trụ đỡ

Loại cấu kiện V (m3) bt (T/

m3) Gi (T)

Sốlượng Gi (T)

Bảng II.2 – Thống kê sơ bộ các cấu kiện của phương án 2

=> Khối lượng khối chân đế theo phương án 2 sẽ là: 7264,0 (T)

=> Khối lượng của cả công trình theo phương án 2 là: 7784,0 (T)

Hình II.6 – Hình dạng cấu tạo KCĐ theo phương án 2

1.4 Kiểm tra tính hợp lý của kết cấu

1.4.1 Kiểm tra độ mảnh của kết cấu trụ đỡ

Thỏa mãn điều kiện sau:

Và D0; D1 là các đường kính ngoài, trong của trụ

Kết quả tính toán kiểm tra:

D (m) l0 (m) t (m) A (m2) J (m4) R (m)  l0/DPhương án

Bảng II.3 – Kết quả tính toán độ mảnh của kết cấu trụ đỡ

=> Trong cả 2 phương án, kích thước trụ đều thỏa mãn điều kiện độ mảnh

1.4.2 Kiểm tra điều kiện ổn định nổi

Toàn bộ kết cấu đế móng BTCT và một phần trụ kết cấu BTCT được chết tạo trong

ụ khô hoặc đốc nổi Sau khi chế tạo xong, tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạonày tự nổi được và kéo ra khu vực ven bờ để thi công tiếp giai đoạn hai Trong giaiđoạn này khối chân đế phải đảm bảo điều kiện tự nổi và điều kiện ổn định ban đầu.Điều kiện tự nổi:

Điều kiện nổi ổn địn ban đầu:

H0 = r0 + ZC – ZG  0 (m)

Trong đó:

T: Mớn nước của khối chân đế, được tính theo công thức sau:

T = P−Q ck

Qck: Trọng lượng phần chân khay khối chân đế (T)

n: Trọng lượng riêng của nước biển Ở đây, n = 1.025 (T/m3)

r0: Bán kính nghiêng ngang ban đầu, (m)

ZC; ZG: Tọa độ phù tâm và trọng tâm khối chân đế:

ZG = ∑P i z i

∑P i và ZC =

M x 0 y

Pi: Trọng lượng các phần trong khối đế tính toán nổi (T)

zi: Tọa độ trọng tâm của thành phần Pi (m)

Mx0y: Mômen tĩnh thể tích mặt đường nước đối với mặt phẳng x0y, (m4)V: Thể nước bị chiếm chỗ bởi khối chân đế, (m3)

I: Mômen quán tính diện tích mặt đường nước

r0 = D4

64 V và I =∑I i d i2 (m4)

di: Khoảng cách từ trọng tâm phần diện tích thứ i tới trục của mômen

Chọn hệ trục toạ độ 0xyz, có gốc 0 nằm ở dưới đáy chân khay, trục 0z trùng vớitrục đối xứng của khối đế

Sau khi tính toán trong bảng tính Excel ta được các bảng tính cho từng phương án:

T (m) ZG (m) ZC (m) J (m4) r0 (m) h0 (m) Hđế (m)Phương án

Bảng II.4 – Kết quả tính toán ổn định nổi

Trong cả 2 phương án trên, h0 > 0, mớn nước T < Hđế nên cả 2 đều nổi ổn định.Tuy nhiên trong phương án 2, ta thấy ZG < ZC, khi công trình nghiêng 1 góc  nào đó,

sẽ dễ gây mômen lật công trình Do đó, trong quá trình vận chuyển và thi công phương án 2, ta phải sử dụng thêm phao phụ để đảm bảo an toàn cho công trình

1.5 Tính toán sơ bộ các khối lượng tập trung của khối chân đế

Để tính dao động riêng của từng phương án, ta tính toán các loại khối lượng củacông trình

* Khối lượng thượng tầng

Tổng trọng lượng của khối thượng tầng và các trang thiết bị là 510 (T);

* Khối lượng hà bám

Công thức xác định khối lượng hà bám là:

Trong đó:

h: Khối lượng riêng của hà bám Ta có h = 1,6 (T/m3)

Ahi: Diện tích tiết diện phần hà bám ngoài của công trình ở thanh thứ i, (m2)

Li: Chiều dài thanh thứ i, (m)

Ta chia lưới tọa độ theo độ cao là 1m, tính toán khối lượng hà bám rồi quy về các

độ cao Kết quả cho từng phương án cụ thể là như sau:

– Trong phương án 1: Tính cho cả 2 trụ cùng kết cấu đế móng của công trình

Bảng II.5 – Thống kê khối lượng hà bám phương án 1

Khối lượng hà bám trên trụ trong phương án 1 là: 291,20 (T)

Khối lượng hà bám ở tất cả các bản nắp của xilo là: 110,90 (T)

=> Vậy tổng khối lượng hà bán ở công trình là 402,10 (T)

– Trong phương án 2: Ta cũng có bảng tính sau

Bảng II.6 – Thống kê khối lượng hà bám phương án 2

Khối lượng hà bám trên 1 trụ trong phương án 2 là: 194,62 (T)

Khối lượng hà bám ở tất cả các bản nắp của xilo là: 55,33 (T)

=> Vậy tổng khối lượng hà bán ở công trình là 352,42 (T)

* Khối lượng nước kèm

Xác định khối lượng nước kèm tính từ mực nước trung bình xuống đáy biểnKhối lượng nước kèm quy đổi tại nút thứ i (theo lưới độ cao) là:

mnk(i) = n Cam Vi (T)Trong đó:

n: khối lượng riêng của nước biển, n = 1,025 (T/m3)

Cam : hệ số nước kèm Cam = 0,2

Vi: Thể tích phần ống bị ngập nước, có tính cả chiều dày hà bám (m3)Kết quả tính khối lượng nước kèm tính cho 2 trụ, trong từng phương án như sau:

Bảng II.7 – Thống kê khối lượng nước kèm phương án 1

=> Vậy tổng khối lượng nước kèm, tác dụng lên khối chân đế là: 1721,48 (T)

Bảng II.8 – Thống kê khối lượng nước kèm phương án 2

=> Vậy tổng khối lượng nước kèm, tác dụng lên khối chân đế là: 1519,40 (T)

II.2 – Lựa chọn phương án

2.1 Phân tích lựa chọn phương án

Do có một trụ nên khó thíchhợp với khối thượng tầng khôngđều, mômen uốn gây ra bởi cáctải trọng sẽ hoàn toàn phải để cho

Bắt buộc phải thi công 1 phần

đế móng ở trên đất liền và hoànthiện nốt cả KCĐ ở các ụ nổi ven

bờ, nên thời gian thi công bị kéo

Công trình được thi công 1phần trong ụ nổi, sau đó đượckéo ra ngoài vị trí xây dựng vàhoàn thiện nốt công trình tại

Hiện chưa có các con số thông

kê cụ thể cho chi phí thực tế củacông trình xây dựng này nênchưa thể ta chưa thể so sánh vớicác các công trình hiện đã được

Theo trích dẫn tài liệu từ PVDcông bố, chi phí xây dựng K.C.Đdạng 1 trụ có biên độ dao động

từ khoảng 115 – 225 triệu USD

2.2 Kết luận

Dựa vào những điều trên, và cũng muốn thử sức mình trong những dạng công

trình mới, do đó em đã chọn Phương Án 1 là phương án thiết kế và thi công cho đồ

án tốt nghiệp của mình

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHẦN A: TÍNH TOÁN, TỔ HỢP CÁC TẢI TRỌNG – KIỂM TRA III.A.1 – Tính toán các tải trọng

1.1 Tính tải trọng bản thân khối chân đế

Tổng trọng lượng khối chân đế và kết cấu đỡ thượng tầng là: 8735,7 (T)

Trọng lượng khối thượng tầng và các thiết bị phụ trợ là: 510 (T)

 : Là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C; 1 atm);

Uz: Vận tốc gió trung bình lấy tại độ cao z (ft) so với LAT:

Uz = U10 [1 + C Ln ( z

U10: Vận tốc gió trung bình ở độ cao 10m so với LAT, (ft/s)

C: Hệ số mạch động của gió, được xác định bởi công thức:

C = 0,0573 √1+0,0457.U10

Cs: Hệ số hình dạng, phụ thuộc vào hình dáng của vật đón gió;

+ Cs = 1,5 đối với kết cấu dạng dầm, kết cấu dạng nhà

+ Cs = 1,0 đối với kết cấu dạng sàn

+ Cs = 0,5 đối với kết cấu dạng trụ tròn

1.2.2 Xác định tải trọng gió tác dụng lên khối chân đế và thượng tầng

Vận tốc gió chu kỳ lặp 100 năm, trong 1h tại độ cao z = 10 m (32,8 ft) so với LAT là:

U10 = 32 m/s = 104,99 (ft/s)

Kết quả tính toán chi tiết tại bảng II.1 phụ lục II.1, trang 99 Theo kết quả tính toán,

ta có tổ hợp các tải trọng gió tác dụng lên khối chân đế là:

(0XYZ)

V(z)(ft/s) A (ft

2) Fy (lbf) Fy (T)Khối thượng

Bảng III.1 Tải trọng gió tác dụng lên khối thượng tầng và hệ thống dầm đỡ

=> Tổng tải trọng gió tác dụng lên khối chân đế là: 38,98 (T)

1.3 Tính tải trọng sóng và dòng chảy tác động lên công trình

1.3.1 Cơ sở lý thuyết

Tác động của dòng chảy lên công trình được biểu diễn bởi yếu tố vận tốc Vận tốcdòng chảy, trong thực tế tính toán được xem là một đại lượng không thay đổi theothời gian Vì vậy khi chỉ có tác động của dòng chảy (không kể sóng) thì tải trọng dodòng chảy gây ra được coi là tải trọng tĩnh Khi tính đồng thời tác động của sóng vàdòng chảy, thì ảnh hưởng của dòng chảy được bổ sung vào thành phần vận tốc củatải trọng sóng Vì thành phần tải trọng do vận tốc gây ra có chứa bình phương vậntốc, nên sự tham gia của dòng chảy làm tăng đáng kể cho tải trọng sóng

Tác động của sóng lên công trình biển mang bản chất động và là trội tuyệt đốitrong tổng tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu khối chân đế

Tùy theo tính chất của lực sóng tác dụng mà các phần tử của kết cấu ngoài biểnđược chia thành vật thể mảnh và vật thể có kích thước lớn Đối với vật thể mảnh thìlực quán tính và lực cản của sóng là đáng kể, còn đối với vật thể lớn thì ảnh hưởngcủa nhiễu xạ lại đóng vai trò quyết định Dựa vào tỉ số D/L mà ta lựa chọn được côngthức tính toán tải trọng sóng hợp lý

D/L < 0,2: Áp dụng công thức Morrison cho vật thể có kích thước nhỏ

D/L ≥ 0,2: Áp dụng lý thuyết sóng nhiễu xạ

Theo bảng 5 – Số liệu sóng – Số liệu khí tượng hải văn, hướng sóng lớn nhất chủđạo tại chân công trình là hướng sóng NE Coi trục x trùng với hướng truyền sóng,góc giữa phương dòng chảy đáy và dòng chảy mặt hợp với trục x góc1 và 2 (chiều

dương ngược chiều kim đồng hồ).

Mặt khác, do công trình có dạng là hình chữ nhật, diện tích chắn sóng và dòngchảy của khối chân đế theo 2 phương // và vuông góc sẽ khác nhau Để công trìnhlàm việc hiệu quả, khối chân đế sẽ phải được đặt cạnh dài theo phương // với hướngsóng NE Do đó, ta sẽ xét thêm trường hợp tải trọng sóng và dòng chảy lớn nhất theohướng vuông góc với công trình và lấy tải trọng lớn nhất của 1 trong 2 trường hợp

đó làm tải trọng để tính toán cốt thép

Theo phương vuông góc với khối chân đế, sóng lớn nhất là hướng sóng NW

1.3.2 Xác định vận tốc dòng chảy theo hướng sóng tính toán

* Theo hướng NE:

Hướng dòng chảy mặt và dòng chảy đáy hợp với hướng N góc 242° và 300° Vậy:

1 = 315° – 300° = 15°

2 = 315° – 242° = 73°

Ta coi dòng chảy là biến đổi tuyến tính theo độ sâu Vận tốc dòng chảy theophương truyền sóng sẽ có giá trị xác định theo công thức sau:

Vdc(z) = Vdc2 + V dc 1−V dc 2

Trong đó:

d: Là độ sâu nước tính toán, tại chân công trình (m)

Vdc(z): Vận tốc dòng chảy theo phương truyền sóng, ở độ sâu z (m) so với LAT

Vdc1: Vận tốc dòng chảy mặt theo phương truyền sóng (m/s);

Vdc2: Vận tốc dòng chảy đáy theo phương truyền sóng (m/s)

Chiếu vận tốc dòng chảy lên 2 phương vuông góc, ta được kết quả:

Vận tốc dòng chảy mặt theo phương x 0,35 (m/s)Vận tốc dòng chảy mặt theo phương y 1,14 (m/s)Vận tốc dòng chảy đáy theo phương x 0,40 (m/s)Vận tốc dòng chảy đáy theo phương y 1,31 (m/s)

* Tương tự, với hướng NW

Hướng dòng chảy mặt và dòng chảy đáy hợp với hướng N góc 134° và 191° Vậy:

1 = 315° – 134° = 181°

2 = 315° – 191° = 124°

Chiếu vận tốc dòng chảy lên 2 phương, ta có

Vận tốc dòng chảy mặt theo phương x – 0,568 (m/s)Vận tốc dòng chảy mặt theo phương y 1,068 (m/s)Vận tốc dòng chảy đáy theo phương x – 0,455 (m/s)Vận tốc dòng chảy đáy theo phương y 0,856 (m/s)

Tra theo bảng 2.3.1-3 (Tiêu chuẩn API WSD 2000)

=> Ta sẽ áp dụng lý thuyết sóng Stock bậc 5

1.3.4 Xác định các thông số sóng theo lý thuyết sóng Stock bậc 5

* Xác định chiều dài sóng tính toánChiều dài sóng được tính toán bằng phương pháp lặp theo công thức sau:

Do chỉ có thành phần vận tốc sóng vuông góc với công trình mới gây ra tải trọng

Do 2 trụ của công trình đứng nên ta chỉ xét thành phần vận tốc sóng và gia tốc sóng

theo phương nằm ngang (phương X) và có xét đến phương Z đối với phần đế móng

C: Là vận tốc lan truyền sóng, được xác định theo công thức :

C = √g k .(1+a2.C1+a4 C2) tan h ⁡[k d ] (m/s)k: Số sóng k = 2/L;

– 2.U1.U3 – V1.V3

R3 = 6.U3 – 3.U1.U2 – 3.U1.U4 + 3.V1.V2 – 3.V1.V4

R4 = 8.U4 – 2.U22 + 2.V22 – 4.U1.U3 + 4.V1.V3

R5 = 10.U5 – 5.U1.U4 – 5.U2.U3 + 5.V1.V4 – 5.V2.V3

S1 = 2.V1 – 3.U1.V2 – 3.U2.V1 – 5.U2.V3 – 5.V2.U3

Các hệ số Gij được tra theo bảng 3.4, Giáo trình Môi trường biển tác dụng lên công

trình (PGS TS Vũ Uyển Dĩnh) Hệ số Gij được xác định phụ thuộc vào tỷ số d/L

Chia chu kỳ T ra thành 20 thời điểm, tính vận tốc và gia tốc tại 20 thời điểm

Tổng hợp vận tốc sóng và dòng chảy, gia tốc sóng ta có:

1.3.5 Xác định tải trọng sóng và dòng chảy tác dụng lên công trình

* Tải trọng sóng tác dụng lên vật thể hình trụ được tính theo công thức Morrison.Theo đó, dạng chuẩn tắc của công thức có dạng như sau:

a (m) Ta tính tải trọng theo phương pháp giải gần đúng, với các giải thiết:

Lực tác dụng lên trụ 2 – tính theo Morrison là F M2

Lực do ảnh hưởng nhiễu xạ từ trụ 1 gây ra lên trụ 2 là F12

Khi đó: F n (z ,t ,)2

= F M

2

+ F1 2

(1.3.5.1)

F x (z , t ,)2 = F M

2

+ F1 2

= F x M

= F y M

(ka): Là hàm Beasel loại 2 hạng 1 đã đạo hàm Trong đó hàm H1(2 )(ka) có thể

được xác định gần đúng theo công thức:

H1(2 )(ka) ~ [ 2

k a]

1 2

exp [–i (k.a – ❑4 – 1.2 )] (1.3.5.4)a: Là bán kính trụ số 2 Ở đây, a = 2,5 (m)

D1: Là hàm thế vận tốc sóng nhiễu xạ từ trụ số 1 lan truyền sang trụ số 2L: Là khoảng cách tâm của 2 trụ Trong đồ án này L = 14,2 (m)

’D1: Là đạo hàm của hàm thế D1 theo thời gian t, được lấy tại tọa độ x = L

F x M ; F y M

: Là các lực tác dụng lên trụ số 2 được xác định theo công thứcMorrison theo phương x hoặc phương y

4 i .

k2 : Là thành phần lực nhiễu xạ do trụ 2 tác dụng lên trụ số 1

* Xác định hàm thế sóng D2 theo từng hướng sóng Trong phạm vi đồ án này, tachỉ xét đến ảnh hưởng tải trọng của sóng NE nhiễu xạ qua 2 trụ tác dụng đến lên

công trình Theo Giáo trình Môi trường biển tác động lên công trình (PGS TS Vũ Uyển

Dĩnh) thì hàm thế sóng nhiễu xạ D2 đối với trụ tròn thẳng đứng, theo hệ tọa độ trụ

r = √x2

+y2

 = arctg [y/x]

Do công trình gồm 2 trụ thẳng đứng, đặt thẳng hàng với phương truyền sóng

NE, và với giả thiết sóng điều hòa tự do 2 chiều nên ta có r = x (m) và  = 0 (rad)

2 trụ của công trình Bảng tính tải trọng sóng được thể hiện tại bảng II.2 phụ lục IItrang 100 – 103

* Mặt khác, xét tỷ số của đường kích chắn sóng lớn nhất của phần đế móng theotừng hướng sóng với chiều dài sóng tương ứng, ta có:

Theo hướng NW: Dmax.NW = 34 (m) và LNW = 136,6 (m)

Theo hướng NE: Dmax.NE = 21,7 (m) và LNE = 193,2 (m)

Do đó, trong trường hợp tính tải trọng sóng theo hướng NW, ta sẽ phải xét tảitrọng sóng nhiễu xạ cho công trình có kích thước lớn Áp dụng công thức Morrisondạng mở rộng có kể đến các hệ số nhiễu xạ: