Tính toán thiết kế vận chuyển khối chân đế giàn HSD trên biển

Tính toán thiết kế vận chuyển khối chân đế giàn HSD trên biển

L I C

Trong th i gian h c t p và rèn luy n t i h c Xây D c bi t là t i

Vi n Xây d ng Công trình bi ã ti c r t nhi u ki n th c b ích và r t c n thi t cho m t k c các th y gi i thi án t t nghi p t i PV Engineering l i là m t d p th t ý ngh i em có th h c h c nhi

kinh nghi m th c ti n thông qua vi án t t nghi p

Qua th i gian h c t p và ph c các th y gi i thi u th c t

án t t nghi p t i: Phòng Thi t k phát tri n m & Công trình bi n – n Thi t

nghi p t i Phòng Thi t k phát tri n m & Công trình bi i v i chúng em là vô cùng vinh

d b i T n Thi t k D u khí (PV Engineering ) là T ng Công ty chuyên v

v n thi t k duy nh t trong T u Khí Vi án t t nghi p trong m t

ng chuyên nghi p giúp em h c h c r t nhi u t ki n th n kinh nghi m th c t trong thi t k Công trình bi n Tuy nhiên do kinh nghi m chuyên môn th c

t không có nên em nh n th y còn m t s thi u sót án t t nghi p t i Phòng

Em hi v ng s c ti p t c nh n s ng d n, ch b o thêm;

Em xin c các th y cô trong Vi n Xây D ng Công Trình Bi n, th y cô là nh ng i luôn theo sát, d n d t chúng em trong su t quá trình h c t p t ng !

Em xin g i l i c n M nh Hùng – ng phòng Phòng Thi t k phát tri n

m & Công trình bi i tr c ti p ng d n c th c t án t t nghi p

t i Phòng ,và chúng em xin g i l i c n toàn th các anh trong Phòng ã

nh c nh ng viên và t u ki n cho chúng em trong su t th i gian th c t án

t t nghi p t

Sinh viên th c hi n

Nguy

Table of Contents

CH NG 1: T NG QUAN V NGHÀNH CÔNG NGHI P D U KHÍ 6

1.1 Ngành công nghi p d u khí Vi t Nam: 6

1.1.1 Gi i thi u chung: 6

n phát tri n: 6

1.1.3 Quá trình tìm ki ò và khai thác d u khí Vi t Nam: 7

1.1.4 M c tiêu phát tri n trong t ng lai: 8

1.2 T ng quan v nghành xây d ng công trình bi n: 9

1.2.1 Quá trình hình thành và phát tri n c a nghành xây d ng CTB th gi i : 9

1.2.2 S phát tri n nghành xây d ng công trình bi n Vi t Nam: 10

CH NG 2: GI I THI U V S HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRI N 11

2.1 T ng quan v m H i S 11

2.2 Gi i thi u v d án H i S 12

CH NG 3: C S THI T K VÀ TIÊU CHU N ÁP D NG 15

3.1 Khái quát v tính toán v n chuy n trong ngành công trình bi n: 15

3.1.1Các n i dung nghiên c u v bài toán v n chuy n: 15

3.1.2.Chuy ng và tính nh c a sà lan: 16

3.2 C s thi t k : 19

3.2.1 Ph án: 19

3.2.2 Ph n m m s d ng: 19

3.2.3 Quy trình phân tích: 19

3.3 Tiêu chu n áp d ng và tài li u tham kh o: 24

3.3.1 Tiêu chu n áp d ng: 24

3.3.2 Tài li u công ngh khác: 24

CH NG 4: S LI U THI T K VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 25

4.1 S li u thi t k : 25

4.1.1 S li u v k t c u kh HSD: 25

4.1.2 S li u v sà lan VSP05: 25

4.1.3 S li u môi tr ng: 25

c tr ng v t li u: 26

4.2 Mô hình tính toán: 28

4.2.1 C s lý thuy t: 28

4.2.2 V trí kh trên sà lan: 29

4.2.3 H th ng seafastening: 30

CH NG 5: MÔ HÌNH T I TR NG VÀ T H P T I TR NG 32

5.1 Mô hình các tr ng h p t i tr ng: 32

5.1.1 T i tr ng b n thân k t c u KCD: 32

5.1.2 T i tr ng do kh i l ng c a các c u ki n ph : 32

5.1.3 T i tr ng gió: 41

5.1.4 T i tr ng quán tính: 43

5.2 T h p t i tr ng: 49

5.2.1 T h p t i tr ng b n thân: 49

5.2.2 T h p t i tr ng thi t k : 49

CH NG 6: KI M TRA B N CHO NÚT VÀ PH N T K T C U 54

6.1 Tính toán ki b n-kh u l c c a các ph n t : 54

6.1.1 Nh ng ph n t ch u kéo d c tr c: 54

6.1.2 Nh ng ph n t ch u nén d c tr c: 54

6.1.3 Nh ng ph n t ch u u n: 55

6.1.4 Nh ng ph n t ch u c t: 56

6.1.5 Ph n t ch u nén u ng th i: 57

6.1.6 Ph n t ch u kéo u ng th i: 58

6.2 Tính toán ki m tra nút: 59

6.2.1 S truy n l c c n gi n: 59

6.2.2 Ki m tra nút theo ng su t ch c th ng: 60

6.2.3 Phân lo n gi n: 62

6.2.4 Yêu c u c u t o gia c ng nút: 62

6.3 K t qu ki m tra: 63

6.3.1 K t qu ki m tra m t s ph n t (Unity Check > 0.15): 63

6.3.2 K t qu ki m tra nút: 72

PH L C A: CÁC B N V TH HI ÁN 73

PH L C B: MÔ HÌNH K T C U TRONG SACS 88

PH L C 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

PH L C 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

PH L C F: 163

TÍNH TOÁN KI M TRA CÁC THANH CH NG XIÊN VÀ CÁC M I HÀN 163

PH L C G: KI M TRA CÁC NG CH NG 167

PH L C H: KI M TRA KH U L C C A D M H TH Y 171

PH L C I: KI M TRA D M BOX-BEAM 178

PH L C K: KI M TRA KH U L C C A SÀ LAN 185

NG QUAN V NGHÀNH CÔNG NGHI P D U KHÍ 1.1 Ngành công nghi p d u khí Vi t Nam:

1.1.1 Gi i thi u chung:

Ngành công nghi p d u khí Vi ò r t quan tr ng trong n n kinh t

th gi i luôn m c cao có th m lên t i trên 140USD/thùng trong kho ng th i gian

dân

T ng ti u khí t i các b tr m tích: Sông H

m này là t n 1.2 t m3 d u và t n 2800 t m3 khí Tr ã

c xác minh là g n 550 tri u t n d u và trên 610 t m3 khi Tr ã c

th c khai thác và s phát tri n trong th i gian t i vào

kho ng t n 60% tr ng ngu n khí thiên nhiên c c ta s c phát hi n

n phát tri n:

Các m c th i gian ghi d u s phát tri n c a ngành công nghi p D u khí Vi t Nam:

- Ngày 26/6/1986: Khai thác t n d u tiên c a Vi t Nam t i m B ch H

- Ngày 29/12/1988: Khai thác t n d i th 1 tri u t i m B ch H

- Ngày 02/3/1992: Khai thác t n d u th 10 tri u

- Ngày 26/4/1995: Khánh thành xây d ng ng d ng hành t m B ch Hvào b dài 160km

- Ngày 28/8/1997: Khai thác t n d u th 50 tri u

- Ngày 12/6/2005: Khai thác t n d i th 200 tri u

1.1.3 Quá trình tìm ki ò và khai thác d u khí Vi t Nam:

- C à B

Ngoài ra, còn có thêm phát hi à m

ã khai thác Tây

hi i hoá nhanh ngành D u khí; xây d ng l ng qu n lý cán b , công nhân d u

c ngoài

Trong quá trình phát tri n ph c bi t chú tr ng t i v ng, ti t ki m và

ng

1.2 T ng quan v nghành xây d ng công trình bi n:

1.2.1 Quá trình hình thành và phát tri n c a nghành xây d ng CTB th gi i :

kho ng 26 m ph c v cho vi ò và khai thác d u khí

ình bi c thi t k , xây d ng và l t t i nh ng khu v c sâu kho ng 50m

n nay các công trình bi c xây trên th gi i ch y u là các công trình bi n

Hi n nay dàn khoan bi n c nh b ng thép xây d ng v c l n nh t là dàn Bullwincle V nh Mexixo v c là 492m, n ng 56000 (T n)

Do trình khoa h c k thu t, công ngh trên th gi i ngày càng phát tri n nhi u

ình bi n m m, công trình bi n t nâng (Jackup), công trình bi n m m

k t c u ch y u là d ng Condeep m t s công trình tiêu bi u d ng này là:

Draugen là công trình bê tông c t tr u tiên trên th gi c xây d ng sâu

n ph m c a s h p tác gi a Na Uy và M khd

Troll là công trình bi n tr ng l c b sâu l n nh t th gi i, v

c là 303m, t ng chi u cao công trình là 370m, kh i công xây d

1.2.2 S phát tri n nghành xây d ng công trình bi n Vi t Nam:

trong l c d u khí, m t trong nh i l i nhu n kinh t cao Song song v i vi ò, khai thác tài nguyên bi n là s phát tri n c a ngành xây d ng công trình bi c t ngành xây d ng công trình bi n Vi t Nam còn là m t ngành non tr n nay, các công trình bi n xây d ng th m l a Vi t Nam ch

bi c ngoài theo công ngh thi công hi i

I THI U V S HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRI N

2.1 T ng quan v m H

M H m t i lô 15-2/01 b n tr u Long, cách b bi n Bà R a - VTàu kho ng 130km v n tích 2,832 km2 và thu c vùng bi n nông (< 50m) Theo k t qu th v ng 21.660 thùng d

t c t i nay T ng m a toàn b d án x p x 300 tri u USD

Hình 1: S v trí m H

Hình 4: Giàn HSD (WHP)

True North Platform North

2 1

B

A

THI T K VÀ TIÊU CHU N ÁP D NG 3.1 Khái quát v tính toán v n chuy n trong ngành công trình bi n:

3.1.1Các n i dung nghiên c u v bài toán v n chuy n:

d ng cho thi t k v n chuy n Do tính ch t ng n h n c a quán trình v n chuy n, d li u

c bi t trong tháng kh c s d l i d ng các l i th th i ti t

phép gi m do tính ch t ng n h n c a quá trinh v n chuy n

Tuy ng v n chuy c l a ch m b o an toàn, tính kinh t và v

lan di chuy n t n khi g u ki n th i ti t nguy hi m

- c sà lan và hàng v n chuy n ph tính toán

-3.1.2.Chuy ng và tính nh c a sà lan:

Phân tích chuy nh chuy ng và gia t c c a sà lan trong quá

cho vi c phân tích chuy ng:

- D i chu k sóng

- Nhóm tàu phù h p v i con sóng trong thi t k v n chuy n

u ch nh.D i chu k c s d i di n cho các con sóng wave steepnesses và có th tính b ng bi u th c sau

13H S T P 30H S

N u chu k chuy ng roll c a sà lan n m ngoài Tp thì d c s d ng là d i sóng thi t k

Yêu c u nh tùy theo các t ch c, hi p h i.Tùy thu c hình d ng

Noble Denton, các yêu c u

« Gi i h n c a s nh khi k t c u còn nguyên v i v i các tr c nh

cho sà lan l cho sà lan v n chuy n c nh ( B < 23m, L< 74m) Ngoài ra n u phân tích mô hình chuy ng thì ph m vi nh t i thi u không nh

0

t a chuy ng gây ra b i tr ng thái bi n

có th xem xét t i trong vi c tính toán nh

bi n, 0cho sà lan l n và 250 cho sà lan nh và 300cho tàu hàng nh Hàng hóa

t n t i »

+ Xét s nh c ng h p:

-Khi sà lan còn nguyên v n:

l t do gió ho c góc ng c (l y giá tr nào nh không nh 140% ph n

h n

V n t c gió s d ng trong tính toán ng h p này có th s d ng v n t c gió thi t k ng h p không có d li u v n t c gió thì có th s d ng giá

-Khi sà lan có m t khoang ng ng):

ng cong mô men gi ng cong mô men l t do gió ho c góc ng c (l y giá tr

cùng mi n giá tr c a góc nghiêng

V n t c gió s d ng trong tính toán ng h p này có th s d ng v n t c gió thi t k 25m/s Có th s d ng giá tr v n t c gió th c t n u giá tr này nh

Do bài toán tính toán nh c a sà lan r t ph c t p c n m t b s li ng c a

án này không xét t i bài toán nh c a sà lan

3.2 s thi t k :

án này tóm t t các k t qu và báo cáo ki m tra c a bài toán phân tích v n chuy n

kh giàn HSD trên bi n d a trên b quy t c khuy n ngh thi t k Noble

Ph m vi c n thi t k này là:

+ Ki m tra b n cho k t c u kh khi v n chuy n trên sà lan

+ Tính toán thi t k liên k t gi a kh và sà lan (seafastening)

c 1: Static Run

Phân tích mô hình k t c u ch ch u t i tr ng b n thân, t c là mô hình k t c u kh i

hóa gán Elastic Modulus (E) và Shear Modulus (G) b ng 0 N i l c c a các ph n t

trong file “Static CSF”

c 2: Inertia Run

c gán các giá tr E=2.0x105 MPa và G=8000 MPa SACS TOW c s d tính toán ra các thành ph n l c quán tính c a chuy ng “head seas” và “beam seas” Ph n l c do tr ng b n thân k t c t lên các

ph n t ch u nén (compression gap element) Các k t qu trong file

“Inertia CSF”

c 3: Combine and code check

SACS COMBINE t h p hai file Static và Inertia CSF Ti n hành t h p t i tr ng

d ng lên kh HSD Phân tích k t c u và ki m tra các ph n t t

qu tr trong file “Combine”

n chuy n kh c mô t trong hình :

3.3 Tiêu chu n áp d ng và tài li u tham kh o:

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

LI U THI T K VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 4.1 S li u thi t k :

Gió bão có chu k c s d tính toán v n chuy n kh

( Theo “Noble Denton”) V n t c gió s d tính toán v n chuy n là 20.8 m/s cao 10 m so v i m c bi n(Theo “Structural Basic of Design”)

t li u:

c nh t i m c 10.2 c a “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:

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)

4.2.2 V trí kh trên sà lan:

Hình 8: M t b ng - m ng – tâm xoay c a kh trên sà lan

Trong quá trình tính toán v n chuy n kh trên bi n, l a ch n v t kh i

m b t liên k t, không gian th c hi n các công vi c trong quá trình v n chuy n và n i l c sinh ra trong k t c u là l n nh t ng h p vtrí nguy hi m nh t)

n c ng c a sà lan nh m b o kh u l c c a sàn sà lan

án này gi thi t m c c a sàn lan sau khi nh n t i là 4.7(m),

Hình 9: Mô hình liên k t seafastening v i jacket trong SACS

mô hình hóa làm vi c c a liên k u ki n biên “111000” t i

v trí liên k t gi a seafastening và sà lan T c là coi các nút liên k t này làm vi

xoay

Hình 10: H th ng lien k t trên sà lan trong th c t

ÌNH T I TR NG VÀ T H P T I TR NG 5.1 Mô hình các tr ng h p t i tr ng:

Appurtenaces above LAT

Hình11: T i tr ng ANODE

Hình 12: T i tr ng BTMCLS

Hình 13: T i tr ng C.GUIDE

Hình 14: T i tr ng DOCKFRAM

Hình 15: T i tr ng FLDSYS

Hình 16: T i tr ng MDMAT1

Hình 17: T i tr ng MDMAT3

Hình 18: T i tr ng MDMAT5

Hình 19: T i tr ng MDMAT7

Hình 20 T i tr ng PADEYE

Hình 21: T i tr ng PSPACER

Hình 22: T i tr ng RCLAMP

Hình 23: T i tr ng TOPCLS

Hình 24: T i tr ng TRUN

Hình 25: T i tr ng WALKWAY

5.1.3 T i tr ng gió:

Theo khuy n ngh thi t k c a Noble Denton, trong bài toán v n chuy n KCD s

h n Theo “Structural Basic of Design” thì v=20.8m/s cao 10m so

(.41,01)

()

,

(

t

t z I z

V t

zln.C1.V)

u

8,32

z.V.0131,01.06,0)

B ng 5.3.1: T i tr ng gió

Load

case Load discription

Fx (kN)

Fy (kN)

Fz (kN)

Mx (kNm)

My (kNm)

Mz (kNm)

5.1.4 T i tr ng quán tính:

dòng ch y) thì kh b rung l c sinh ra l c quán tính

M m có kh ng m, chuy ng v i gia t c a, l c quán tính Fa tính theo công

(5.4) Các thành ph n l c quán tính ly tâm và quán tính ti p tuy n quanh tr c x:

T g

2 2

TR: chu k c a các chuy ng Roll ho c Pitch (s)

óc nghiêng do chuy ng Roll ho c Pitch ( rad)

z: Cao tâm xoay(gi thi t là kho ng cách t i m c)

y: Kho ng cách ngang t i tr c tâm c a sà lan

g: gia t c tr ng (m/s2)

Iyy momen quán tính c a hàng hóa v i tr c d c

FHR l c quán tính song song v i sàn sà lan

FVR l c quán tính vuông góc v i m t sà lan