Tính toán thiết kế KCĐ công trình biển trọng lực bằng bê tông kiểu DKI

Tính toán thiết kế KCĐ công trình biển trọng lực bằng bê tông kiểu DKI

PHẦN I 6

GIỚI THIỆU CHUNG 6

I NHIỆM VỤ, MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN 6

II ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG HẢI VĂN, ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 6

1 Số liệu thủy triều và nước dâng tại vị trí xây dựng công trình 6

2 Độ sâu nước tai vị trí xây dựng công trình 6

3 Số liệu về sóng 6

4 Số liệu về dòng chảy 7

5 Số liệu về hà bám 7

6 Số liệu về gió 8

7 Số liệu về địa chất công trình 9

III ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH 9

1 Độ sâu nước và nước dâng 9

2 Hướng đặt công trình 10

3 Mô tả kiến trúc công trình 10

4 Trọng lượng phần thượng tầng và các trang thiết bị 10

5 Đặc trưng cơ học của vật liệu 11

6 Đặc điểm địa chất đáy biển 11

IV PHƯƠNG ÁN THI CÔNG DỰ KIẾN 12

1 Bước 1: Chế tạo trên bờ trong ụ khô 12

2 Bước 2: Ghép phao phụ vào công trình (gần bờ) 13

3 Bước 3: Chế tạo và lắp dựng hoàn chỉnh (ở gần bờ) 13

4 Bước 4: Lai dắt ra vị trí xây dựng ngoài khơi 14

5 Bước 5: San dọn nền và bơm nước dằn đánh chìm công trình 15

6 Bước 6: Hoàn chỉnh các hạng mục khác 15

PHẦN II 16

XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 16

I XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN 16

1 Xác định độ sâu nước tính toán 16

2 Xác định chiều cao của KCĐ 16

3 Xác định chiều cao công trình 16

4 Xác định giải pháp, kích thước kết cấu trụ 17

4.1 Nguyên tắc xác định 17

4.1.1 Nguyên tác xác định trụ 17

4.1.2 Nguyên tắc xác định đế móng 17

4.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước cho các phương án 18

4.2.1 Lựa chọn sơ bộ kích thước trụ 18

4.2.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước đế móng 18

4.2.3 Các phương án lựa chọn 18

4.2.3.1 Phương án 1 18

4.2.3.2 Phương án 2 20

4.4.2 Kết luận 26

4.4.1 Kiểm tra kích thước của kết cấu đế móng 26

4.4.1.1 Kiểm tra các kích thước đã lựa chọn 26

5 Kết luận 29

Như vậy phương án ta chọn để tính toán, thiết kế ở đây là phương án 1; phương án đã thỏa mãn các điều kiện ban đầu theo quy phạm, và ta tiếp tục đi tính toán thiết kế các phần còn lại của công trình 29

PHẦN III 29

XÁC ĐỊNH CÁC TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH 29

I CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH 29

1.Tải trọng thường xuyên bao gồm 29

2.Tải trọng tạm thời bao gồm 29

3 Tải trọng do sự cố bao gồm 29

II TẢI TRỌNG THƯỢNG TẦNG 30

III.TẢI TRỌNG BẢN THÂN 30

IV TẢI TRỌNG ĐẨY NỔI 31

V TẢI TRỌNG GIÓ 32

1.Qui phạm tính toán 32

2 Số liệu đầu vào 32

3 Tính toán tải trọng gió 33

3.1 Phân chia khối tính toán 33

3.2 Kết quả tính toán tải trọng gió 33

VI TẢI TRỌNG SÓNG VÀ DÒNG CHẢY TÁC DỤNG LÊN KCĐ 34

1 Xác định lý thuyết sóng tính toán 34

2 Lý thuyết sóng Stokes bậc 5 34

2.1 Chọn hệ trục tọa độ 34

2.2 Các thành phần vận tốc, gia tốc 34

2.3 Các đặc trưng của chuyển động sóng bề mặt theo huớng NE 36

3 Xác định chế độ sóng phân chia 37

4 Công thức Morison để xác định tải trọng sóng 37

v z , a z : vận tốc, gia tốc của phần tử nước theo phương z 37

5 Kết quả tính toán tải trọng sóng 38

VII TẢI TRỌNG HÀ BÁM 39

VIII BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CÔNG TRÌNH BIỂN TRỌNG LỰC 39

1 Phương trình động lực học của hệ kết cấu 39

2 Xác định chu kỳ dao động riêng 40

2.1 Xác định chu kỳ dao động riêng theo sơ đồ tinh đơn giản 40

2.1.1 Xác định ma trận khối lượng 41

2.1.2 Xác định độ cứng 42

2.1.2.1 Xác định ma trận độ mềm 42

2.1.2.2 Xác định ma trận độ cứng 42

3 Tổ hợp tải trọng 44

PHẦN IV 44

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ 44

I XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH CHO KẾT CẤU 44

1 Sơ đồ tính 1 44

2 Sơ đồ tính 2 45

II XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 45

1 Xác định nôi lực tính toán cho các tiết diện của cấu kiện 45

1.1 Bảng NL1: Đối với phần trụ 45

1.2 Bảng NL2: Đối với phần bản nắp 45

1.3 Bảng NL3: Đối với bản thành 46

1.4 Bảng NL4: Đối với cột 46

1.5 Bảng NL5: Đối với bản đáy 46

1.6 Bảng NL6: Đối với dầm vòng 46

1.7 Bảng NL7: Dầm chính xuyên tâm 46

1.8 Bảng NL8: Dầm vòng bản thành 46

1.9 Bảng NL9: Dầm phụ vòng đáy 47

1.10 Bảng NL10: Chân khay 47

1.11 Bảng NL11: Vách gia cường 47

III XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ NGANG TẠI ĐỈNH TRỤ 47

PHẦN V 47

THIẾT KẾ CẤU KIỆN TRỤ ĐỠ VÀ ĐẾ MÓNG 47

I THIẾT KẾ CẤU KIỆN TRỤ ĐỠ 47

1 Các đặc trưng của vật liệu 48

1.1 Bê tông mác #400 48

1.2 Thép thường, thép đai nhóm AII 48

2 Tính toán thân trụ có bố trí cốt thép ứng suất trước 48

2.1 Tính cốt thép ứng suất trước 48

2.2 Phạm vi vùng phải đặt cốt thép ứng suất trước 48

2.2.1 Điều kiện đảm bảo độ bền vùng nén của tiết diện 49

2.2.2 Điều kiện để bê tông không xảy ra vết nứt xiên 49

2.2.3 Số liệu đầu vào 50

2.3 Tính toán sơ bộ cốt thép ƯST 50 2.4 Xác định các hao tổn ƯST Error! Bookmark not defined 2.4.1 Hao do ma sát của cốt thép với thành ống Error! Bookmark not defined.

2.4.2 Hao do sự biến dạng của neo và sự ép sát các tấm đệm Error! Bookmark not defined.

2.4.3 Hao do chùng ứng suất Error! Bookmark not defined 2.4.4 Hao do từ biến của bê tông Error! Bookmark not defined 2.4.5 Hao do co ngót của bê tông Error! Bookmark not defined 2.5 Kiểm tra trụ BTCT ứng suất trước Error! Bookmark not defined 2.5.1 Tính lại các đặc trưng tiết diện Error! Bookmark not defined.

3 Tính toán cốt thép thường cho trụ Error! Bookmark not defined 3.2 Phần trụ không có thép ƯST Error! Bookmark not defined.

II.TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CONSOL THƯỢNG TẦNG 58

1 Sơ đồ tính dầm consol 58

2 Tính mômen và lực cắt tác dụng lên consol 58

3 Tính toán cốt dọc 59

4 Tính toán cốt đai 60

5 Tính toán theo độ mở rộng vết nứt 60

III THIẾT KẾ CẤU KIỆN ĐẾ MÓNG 61

1 Tính toán thép bản 61

1.1Tính bản đáy 61

1.2 Tính bản nắp 61

1.3 Tính bản thành 65

1.4 Tính cốt thép cho vách cứng Error! Bookmark not defined 2 Tính toán, bố trí thép cho hệ thống kết cấu dầm 70

2.1 Lý thuyết tính toán 70

2.1.1 Tính cốt thép dọc 70

2.1.2 Tính cốt thép ngang 71

2.1.3 Kiểm tra dầm về điều kiện mở rộng vết nứt 71

2.2 Dầm chính xuyên tâm 72

2.3 Làm tương tự đối với các dầm : gia cường, phụ bản đáy, vòng bản đáy, vòng bản thành, vòm còn lại ta có 75

3 Tính toán, bố trí thép cho hệ thống cấu kiện chân khay 79

4 Tính cốt thép cho cột 79

PHẦN VI 83

THIẾT KẾ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH 83

I KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CÔNG TRÌNH 83

1.Kiểm tra ổn định lật 84

1.1 Điều kiện đảm bảo ổn định lật 84

1.2 Xác định tình huống kiểm tra 84

1.3 Tính toán kiểm tra 85

1.3.1 Tính mômen lật do sóng và dòng chảy gây ra 85

1.3.2 Tính mômen lật do gió gây ra 86

1.3.3 Tính mômen lật do lực đẩy nổi gây ra 86

1.3.4 Xác định mômen lật 86

1.4 Kiểm tra điều kiện ổn định lật 87

1.4.1 Tính vật liệu rằn 87

1.5 Kết luận 87

2 Kiểm tra ổn định trượt của công trình 87

2.1 Kiểm tra ổn định trượt cho lớp 1 87

2.1.2 Điều kiện ổn định trượt 87

2.2 Kết luận 88

2 Tính toán khả năng chịu tải của nền 89

2.1 Diện tích hiệu dụng của móng 89

2.2 Tính toán áp lực nền theo API 90

3 Sức chịu tải của móng theo đất nền 90

3.1 Xác định sức chịu tải kháng nén của đất nền 90

3.2 Xác định sức chịu tải kháng trượt của đất nền 93

3 Tính toán độ lún của đế móng 94

PHẦN VII 96

KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 96

I KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT VỀ SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐÃ CHỌN 96

1 Sơ đồ kết cấu dã chọn 96

2 Kết luận và nhận xét 98

II KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG ÁN THI CÔNG KCĐ 98 1 Phương án thi công 98

2 Kết luận và nhận xét về phương án thi công đã chọn 98

III KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT VỀ VẬT LIỆU SỬ DỤNG 98

1 Vật liệu sử dụng 99

2 Kết luận và nhận xét về vật liệu sử dụng 99

IV KIẾN NGHỊ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

I NHIỆM VỤ, MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN

Nhiệm vụ Đồ Án môn học là tính toán thiết kế KCĐ công trình biển trọng

lực bằng bê tông kiểu DKI

Mục tiêu của Đồ Án nhằm tính toán thiết kế KCĐ công trình biển trọng

lực bằng bê tông kiểu DKI trong giai đoạn khai thác

Công trình được xây dựng tại vùng ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam

II ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG HẢI VĂN, ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

1 Số liệu thủy triều và nước dâng tại vị trí xây dựng công trình

8

Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2(m) 1.5

2 Độ sâu nước tai vị trí xây dựng công trình

do= 28 m

3 Số liệu về sóng

BẢNG 7 : SỐ LIỆU SÓNG THIẾT KẾ Chu kỳ

6 Số liệu về gió

Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây với chu kỳ lặp 100 năm đo ở độ

cao 10 m so với mực nước chuẩn

7 Số liệu về địa chất công trình

Tên lớp đất Stt Các thông số Lớp đất 1 Lớp đất 2 Lớp đất 3

1

Mô tả lớp đất

Sét pha, trạng thái cứng

Sét màu xám vàng, trạng thái cứng

Sét pha, trạng thái dẻo cứng

III ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH

1 Độ sâu nước và nước dâng

Độ sâu mực nước tại vị trí xây dựng công trình: d0 = 28 (m)

-Nước dâng do triều lớn nhất: d1 = 2.0 (m)

-Nước dâng tương ứng với bão thiết kế : d2 = 1.5 (m)

Hệ số điều chỉnh chiều cao sóng: μ = 0.7

2 Hướng đặt công trình

Công trình dạng trụ đứng với hình dáng trụ và đế móng là dạng tròn Do

vậy việc lựa chọn hướng đặt công trình chủ yếu phụ thuộc vào hình dáng của

kết cấu thượng tầng để giảm thiểu tác động của môi trường Tuy nhiên tải

trọng môi trường tác dụng lên thượng tầng chỉ là tải trọng gió mà chỉ chiếm

khoảng 10 – 15% tổng tải trọng tác dụng lên công trình Chính vì những lý do

này mà việc lựa chọn hướng đặt cho công trình biển bê tông trọng lực như

thế nào cũng không quá quan trọng miễn sao cho việc thi công thượng tầng

càng dễ dàng càng tốt

3 Mô tả kiến trúc công trình

Kiến trúc công trình gồm 3 phần chính : Thượng tầng ; Trụ đỡ ; Đế

móng; Chân khay

Thượng tầng bao gồm:

-Khối nhà ở cho 12 người, chứa các thiết bị đo khí tượng hải văn Dạng

nhà hình bát giác, trên mái là vườn khí tượng có đặt các thiết bị đo

-Sàn chịu lực : Đỡ kết cấu nhà và trong lòng làm bể nước ăn 50 m3

-Sàn công tác : Đỡ nhà vệ sinh, kho chứa, giá và xuồng, bể chứa dầu cầu

-Đế móng là BTCT hoặc BTCTƯST rỗng với mặt bằng tròn hay vuông

-Hệ thống chân khay chạy vòng quanh đế móng

-Phía trong đế móng có các hệ dầm sườn BTCT cùng với bản đáy, bản

lắp, bản thành chia thành các khoang rỗng

4 Trọng lượng phần thượng tầng và các trang thiết bị

-Khối nhà ở: Gồm nhà ở cho 12 người, chứa các thiết bị đo khí tượng

hải văn Dạng nhà hình bát giác, trên mái là vườn khí tượng có đặt các dụng

cụ đo Trọng lượng khối nhà ở gồm: khối nhà ở = 70 T, hoạt tải người sử

dụng = 2 T, dự trữ lương thực, thực phẩm = 8 T, nước ngọt = 50 T

-Hệ thống dầm thép chịu lực ở sàn chịu lực: Trọng lượng hệ thống

dầm sàn chịu lực = 38 T

-Hệ thống sàn công tác: : nhà vệ sinh = 0.75 T, kho chứa = 1.45 T, bể

chứa dầu = 2.5 T, hệ thống kết cấu của sàn công tác = 11 T

5 Đặc trưng cơ học của vật liệu

*Thép cường độ cao có các đặc trưng cơ lý :

-Khối lượng riêng γ t = 7850 kG/m3

-Cường độ tiêu chuẩn Rc = 17000 kG/cm2

-Cường độ tính toán R = 11000 kG/cm2

-Mô duyn đàn hồi E = 2000000 kG/cm2

-Sợi thép ƯST được dùng láy theo VSL hoặc tương đương

* Thép thường nhóm AI, AII, AIII

* Bê tông:

-Với cấu kiện bê tông cốt thép thường : BT mác ≥ 400

-Với cấu kiện BTCTƯST : BT mác ≥ 500

6 Đặc điểm địa chất đáy biển

Địa chất đáy biển được khảo sát và có các tính chất cơ lý như sau:

sét pha, trạng thái dẻo cứng

IV PHƯƠNG ÁN THI CÔNG DỰ KIẾN

1 Bước 1: Chế tạo trên bờ trong ụ khô

Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT được chế tạo

trong ụ khô Sau khi chế tạo xong, tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạo

này tự nổi được và kéo ra khu vực gần bờ để thi công tiếp bước hai

Hình xx : Thi công trong ụ khô

2 Bước 2: Ghép phao phụ vào công trình (gần bờ)

Tại vị trí gần bờ, tiến hành gắn các phao phụ bằng thép vào KCĐ đã chế

tạo từ bước một để tăng tính nổi và ổn định của hệ KCĐ - phao phụ

Hình xx : Lắp phao phụ

3 Bước 3: Chế tạo và lắp dựng hoàn chỉnh (ở gần bờ)

Tiếp tục chế tạo nốt phần trụ BTCT còn lại, đồng thời lắp khối thượng

tầng vào KCĐ Hệ KCĐ và phao phụ phải đảm bảo tính nổi và tính ổn định

cho toàn bộ hệ thống công trình sau khi đã được chế tạo và lắp dựng ở bước 3

này

Hình xx : Thi công các đốt trụ còn lại

Hình xx : Cẩu lắp thượng tầng

4 Bước 4: Lai dắt ra vị trí xây dựng ngoài khơi

Dùng các tàu kéo, lai dắt hệ KCĐ – phao phụ – thượng tầng ra ngoài

khơi (nơi vị trí sẽ cố định công trình)

Hình xx : Vận chuyển công trình ra vị trí đánh chìm

5 Bước 5: San dọn nền và bơm nước dằn đánh chìm công trình

Tại vị trí cố định công trình, tiến hành công tác san dọn nền đất, sau đó

bơm nước vào KCĐ để công trình từ từ hạ xuống Chú ý phao phụ lúc này

vẫn nổi trên mặt nước và có tác dụng định vị, dẫn hướng cho công trình từ từ

hạ xuống đáy biển

Hình xx : Đánh chìm KCĐ

6 Bước 6: Hoàn chỉnh các hạng mục khác

Sau khi công trình hạ xuống, tiến hành các công tác khác như: bơm phụt

vữa BT vào khe giữa đáy móng và nền đất, dằn vật liệu vào KCĐ (nếu cần),

tháo dỡ phao phụ ra khỏi công trình, hoàn tất các việc phụ khác

PHẦN II XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

I XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN

1 Xác định độ sâu nước tính toán

- Độ sâu nước tính toán d được xác định theo công thức:

2 Xác định chiều cao của KCĐ

- Chiều cao KCĐ là khoảng cách từ mép dưới của hệ thống dầm consol

đỡ thượng tầng tới đáy biển là:

HCĐ = dtt + μ.H + Δ0

- Trong đó: μ: hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán Với sóng

Airy μ = 0.5

Δ0: độ tĩnh không, để dự phòng các yếu tố :

+ Tương tác thủy động giữa kết cấu và môi trường biển có thẻ

làm cho sóng bọt biển bắn lên sàn công tác

+Độ lún lệch công trình trong quá trình sử dụng

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

Theo DNV, Δ0 ≥ 1.5 m Chọn Δ =o 3.8 m

Vậy ta có:

HCĐ= 31.5 + 0.5*16.4 + 3.8 = 43.5 (m)

3 Xác định chiều cao công trình

-Là khoảng cách từ đáy biển đến mép trên của khối nhà ở, tính theo

công thức :

Hct=H1+∑Hi = 43.5+ 1.5 + 1+ 6= 52 (m)

4 Xác định giải pháp, kích thước kết cấu trụ

4.1 Nguyên tắc xác định

4.1.1 Nguyên tác xác định trụ

- Việc chọn giải pháp, kích thước kết cấu trụ phụ thuộc vào những yếu

tố cơ bản sau:

+ Độ mảnh của trụ phải được đảm bảo

+ Giảm thiểu được tác động của môi trường

- Để giảm được tác động của môi trường lên kết cấu trụ BTCT chọn

trụ có tiết diện vành khuyên

- Trụ được thiết kế coi như cấu kiện chịu nén lệch tâm nên độ mảnh và

kích thước được giới hạn bởi:

70 r

l0 ≤

=

7 17 D

Việc chọn kích thước đế móng phụ thuộc phần lớn vào phương pháp thi

công và các điều kiện về ổn định, điều kiện và biến dạng của móng

Sơ bộ ban đầu ta có thể chọn đế móng đảm bảo các điều kiện sau:

- Đế móng phải tự nổi và ổn định trong ụ khô:

h0 > 0 (I.4.1) (h0 chiều cao ổn định ban đầu)

Ti < HĐ (I.4.2) (Ti mớn nước khi thi công xong phần đế và 1 đốt đầu tiên, HĐ

chiều cao đế)

-Đế móng phụ thuộc vào thiết bị thi công Dùng thêm phao phụ thì

đường kính ngoài của đế móng không quá 30 (m)

4.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước cho các phương án

4.2.1 Lựa chọn sơ bộ kích thước trụ

- Đường kính ngoài DT = 6 (m)

- Bề dày thành trụ từ mặt đế móng trở lên là δT = 0.4 (m)

- Trong lòng trụ có các bản vách cứng: bề dày vách cứng là 0.3 (m);

khoảng cách giữa các vách cứng này theo chiều cao của trụ là HV = 5 (m)

4.2.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước đế móng

-Chiều cao đế móng tính từ mặt đáy đế móng trở lên: HĐ = 8 (m)

-Đường kính của đế móng: DĐ = 24 (m)

-Chiều cao chân khay: HCK = 0.5 (m)

4.2.3 Các phương án lựa chọn

4.2.3.1 Phương án 1

C dv

dckx t

dcx t

dvb ® dp®

Phương án 2 Loại cấu kiện Hình dạng tiết

Phương án 3 Loại cấu kiện Hình dạng tiết

4.3 Phân tích lựa chọn phương án

* Giải pháp kết cấu phương án 1 với khối chân đế trụ tròn cho kết cấu

bê tông chịu lực, chịu lực tốt khi áp lực thủy tĩnh tác dụng lên công trình

trong quá trình thi công Với hình dạng này khối chân đế làm việc theo hai

phương, tải trọng tác dụng theo hai phương là như nhau Ở phần đế của

KCĐ có cấu tạo vòm – là kết cấu chịu lực rất tốt ; phần trụ có các vách ngăn

để chia trụ thành các phần, các vách ngăn không kín hoàn toàn lòng trụ vừa

đảm bảo điều kiện chịu lực lại dễ dàng cho quá trình thi công Trong quá

trình hạ thủy KCĐ do có cấu tạo vòm lên sự ổn định của KCĐ khi thi công

là rất tốt do sự thay đổi mớn nước của khối chân đế diễn ra từ từ

* Giải pháp kết cấu phương án 2 với khối chân đế trụ tròn cho kết cấu

bê tông chịu lực, chịu lực tốt khi áp lực thủy tĩnh tác dụng lên công trình

trong quá trình thi công Với hình dạng này khối chân đế làm việc theo hai

phương, tải trọng tác dụng theo hai phương là như nhau Ở phần đế của

KCĐ có cấu tạo mái dốc có khả năng chịu lực tương đối tốt nhưng không

phát huy được khả năng chịu nến của bê tông, trong quá trình hạ thủy KCĐ

do có cấu tạo mái dốc lên sự ổn định của KCĐ khi thi công là tương đối tốt

do sự thay đổi mớn nước của khối chân đế diễn ra không đột ngột ; phần

trụ có các vách ngăn để chia trụ thành các phần, các vách ngăn kín hoàn

toàn lòng trụ vừa đảm bảo điều kiện chịu lực nhưng hơi gây cản chở cho

quá trình thi công, mặt khác nó còn làm tăng khối lượng khối chân đế

* Giải pháp kết cấu phương án 3 với khối chân đế trụ tròn cho kết cấu

bê tông chịu lực, chịu lực tốt khi áp lực thủy tĩnh tác dụng lên công trình

trong quá trình thi công Với hình dạng này khối chân đế làm việc theo hai

phương, tải trọng tác dụng theo hai phương là như nhau Ở phần đế của

KCĐ có cấu tạo phẳng, có khả năng chịu lực kém ; phần trụ có các vách

ngăn để chia trụ thành các phần, các vách ngăn kín hoàn toàn lòng trụ để

đảm bảo khả năng chịu lực, nhưng không thuận tiện cho quá trình thi công

Trong quá trình hạ thủy KCĐ do có cấu tạo phẳng lên sự ổn định của KCĐ

khi thi công là rất kém do sự thay đổi mớn nước của khối chân đế diễn ra

một cách đột ngột

* Do vậy căn cứ vào các phân tích ở trên ta quyết định lựa chọn

phương án 1 để tính toán, thiết kế và thi công công trình

4.4 Kiểm tra các kích thước của phương án đã chọn

C dv

dckx t

dcx t

dvb đ dpđ

bt bđ

cột dầm vòm dầm vòng đáy

dc không xuyên tâm

dc xuyên tâm dầm gia cường1

dầm phụ đáy

bản trụ bản đế dầm gia cường2

300x1000x6000 300x800 300x400 300x800 300x800 800x800 800x300 300x400

400 400

stt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

4.4.1 Kiểm tra kớch thước của trụ

- Kiểm tra cỏc điều kiện (1.2) và (1.3)

I

A

- Giả sử chọn chiều cao của đế móng là 8 m, như vậy chiều cao của trụ

đỡ kể cả 1m dài thêm cho consol là: 43.5 - 8 + 1-0.5 = 36 (m) Suy ra chiều

Kích thước trụ chọn sơ bộ như vậy là hợp lý

4.4.1 Kiểm tra kích thước của kết cấu đế móng

4.4.1.1 Kiểm tra các kích thước đã lựa chọn

-Vì theo dự kiến chọn phương án thi công trong ụ khô Khi thi công

xong phần này ta tháo nước vào để vật thể tự nổi Cần kiểm tra tính nổi ổn

định trong giai đoạn này

* Kiểm tra điều kiện (1.4):

-Với các kích thước sơ bộ như đã chọn ở trên, trọng lượng của từng

cấu kiện được thống kê trong bảng sau:

Bảng 1: Trọng lượng và trọng tâm của các cấu kiện trong giai đoạn thi công

14 vachtru300 139.227 10.50 1461.88

Khi vật thể trong môi trường nước nó chịu một lực đẩy nổi, vật cân

bằng với lực đẩy nổi khi trọng lượng của nó bằng lực đẩy nổi

Do đế móng đã chọn có phần chân khay cao 0.5 (m), cho nên phần thể

tích đế móng và trụ đỡ không tính phần chân khay và cả các phần cấu kiện

tính từ mép đáy bản đáy trở xuống là:

Từ đây xác định được mớn nước của phần kết cấu khi tháo nước vào ụ

khô cách đáy chân khay một đoạn:

2

2284.86

24 3.14*

4

Vậy T = 5.55< 0.5 + 6 = 6.5 thỏa mãn (I.4.1)

* Kiểm tra điều kiện (1.5):

Chiều cao ổn định ban đầu được xác định:

h0 = r – ZG + ZC

trong đó:

ZG : tọa độ trọng tâm của vật nổi

ZC : tọa độ phù tâm của phần ngập nước

M Z

i i G

i

G Z Z

Kết luận: Các kích kết cấu công trình chọn như vậy là tương đối hợp lý

5 Kết luận

Như vậy phương án ta chọn để tính toán, thiết kế ở đây là phương án

1; phương án đã thỏa mãn các điều kiện ban đầu theo quy phạm, và ta tiếp

tục đi tính toán thiết kế các phần còn lại của công trình

PHẦN III XÁC ĐỊNH CÁC TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG

LÊN CÔNG TRÌNH

I CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

1.Tải trọng thường xuyên bao gồm

-Tải trọng bản thân của công trình

-Trọng lượng trang thiết bị cố định

-Trọng lượng dằn

-Áp lực thuỷ tĩnh của nước

2.Tải trọng tạm thời bao gồm

-Trang thiết bị có thể thay đổi hay di chuyển

-Vật tư khác (nước ngọt, dầu )

-Tải trọng gián tiếp bao gồm:

-Tải trọng do biến dạng của kết cấu

-Tải trọng do lún lệch

3 Tải trọng do sự cố bao gồm

-Tải trọng va chạm do tàu cập vào công trình

-Một số chi tiết bị hỏng do nguyên nhân khác nhau

-Tải trọng động đất

-Tải trọng môi trường bao gồm: Các tải trọng sóng, gió, dòng chảy tác

dụng lên công trình

4 Hệ số tổ hợp tải trọng

Trong đồ án này chủ yếu nghiên cứu quy trinh tính toán công trình

trong trạng thái sử dụng chịu tác động của trạng thái cực hạn Đồng thời

quy mô công trình nhỏ, tải trọng tạm thời ít có thể xem như tải trọng thường

xuyên Do vậy ta chia thành 2 loại:

-Tải trọng thường xuyên lấy hệ số là 1

-Tải trọng môi trường lấy hệ số là 0.9

II TẢI TRỌNG THƯỢNG TẦNG

Tải trọng thượng tầng là tải trọng đứng, bao gồm:

Section ObjectType NumPiecesTotalLengthTotalWeight

COT Frame 48 48 34.600

IV TẢI TRỌNG ĐẨY NỔI

Cần phải so sánh trọng lượng công trình và lực đẩy nổi tác dụng lên

công trình ở trạng thái thi công để đảm bảo công trình có tự ổn định đứng

dưới đáy biển không

Bảng 4 : Tải trọng đẩy nổi

Tải trọng gió được tính toán theo tiêu chuẩn API

Tính tải trọng do gió tác dụng lên những phần công trình nằm phía trên

mực nước SWL Bản chất của tải trọng gió là động, nhưng qua thực nghiệm

cho thấy rằng tải trọng gió chỉ chiếm khoảng 10% - 15% tổng tải trọnd môi

trường tác dụng lên công trình nên người ta coi trong tính toán tải trọng gió

là tĩnh

Công thức xác định tải trọng gió theo API:

A

* C

* U

* 0473 0

Trong đó:

F: là lực gió tác dụng lên kết cấu (N)

U: Vận tốc gió trung bình tại độ cao z so với mực nước chuẩn

(km/h)

U = U(Z) = 8

1 10 10

Z

U10 : Vận tốc gió tại độ cao 10m so với mực nước chuẩn (vận tốc

gió đo được) (km/h)

Z: độ cao cần xác định vận tốc (m)

A: diện tích của vật cản (m2)

Cs : hệ số khí động (xác định theo qui phạm)

Trong tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình ta bỏ qua tải trọng

gió tác dụng lên các phần tử thanh thép ống phía dưới sàn công tác do diện

tích cản gió và hệ số Cs nhỏ

2 Số liệu đầu vào

Tải trọng gió phần thượng tầng tính theo mực nước tĩnh SWL, tính với

gió hướng NE chu kỳ lặp 100 năm đo trong 3 giây

U10 = 57.4 (m/s) = 207 (km/h)

3 Tính toán tải trọng gió

3.1 Phân chia khối tính toán

Phần thượng tầng chia thành 3 Block để tính tải trọng gió, bao gồm:

SWL

M Q

Sơ đồ tính tải trọng gió

3.2 Kết quả tính toán tải trọng gió

Bảng 5: Tải trọng gió tác dụng lên các Block

Tính toán tải trọng gió Loại KC zi Vx(km/h) Cs Ax (m2) Fx(T)

Sàn công tác 12.5 212.86 1 12 F2 = 2.572

Nhà ở 16 219.53 1.5 72 F3 = 24.618

Sàn khí tượng 19.75 225.38 1.5 18 F4 = 6.487

Sau khi tính được F1, F2, F3, F4 ta quy đổi chúng thành một lực tập

trung F và một mômen M tại tâm của mặt tiếp xúc giữa thượng tầng với

Việc áp dụng Lý thuyết sóng cho chuyển động sóng sẽ được căn cứ vào

tương quan các tỷ lệ của H/gT2 và d/L

* Ta tính sơ bộ chiều dài sóng theo lý thuyết sóng Airy

L = 225.3 (m)

Ta có : d/L = 31.5/225.3 = 0.14 và H/L= 16.4/(225.3) = 0.07

Chọn lý thuyết sóng Stoke bậc 5 để tính toán

Tính toán với sóng theo hướng NE chu kỳ lặp 100 năm

-Trục 0y nằm ngang, vuông góc với trục 0x

-Gốc tọa độ 0 tại mặt đáy biển

2.2 Các thành phần vận tốc, gia tốc

Khi sóng có chiều cao H, số sóng k và tấn số vòng ω lan truyền theo

chiều dương của trục x, thì độ dâng của bề mặt chất lỏng so với mực nước

tĩnh có thể biểu diễn dưới dạng:

η(x,t) = ∑

=

n 1 i k

1 Fn.cosn(kx-ωt) Trong đó:

Fn (n=1 5) được xác định theo các biểu thức:

F22, F24, F33, F35, F44, F55 gọi là các thông số hình dáng của sóng, phụ

thuộc vào trị số kd=2πd/L và chúng có quan hệ với chiều cao sóng H theo

biểu thức:

kH=2[a+a3F33+a5(F35+F55)]

Thành phần vận tốc theo phương ngang và phương đứng tại điểm có

tọa độ (x,y,z) trong vùng nước có độ sâu d được xác định theo biểu thức:

) t kx ( n cos ) nkd ( sh

) nkz ( ch G k

1 n n

=

) t kx ( n sin ) nkd ( sh

) nkz ( sh G k

1 n n

Các thành phần gia tốc theo phương ngang và phương đứng tại điểm có tọa

độ (x,z) trong vùng nước có độ sâu nước d được xác định như sau:

) t kx ( n sin R 2

kc

1 n n

3 1 3 1

2 1

2 1 2

2 4 U U V 2 U U 2 V V

4 1 4 1 2 1 2 1 3

3 6 U 3 U U 3 V V 3 U U 3 V V

3 1 3 1 2 2 4

4 8 U 2 U 2 V 4 U U 4 V V

3 2 4 1 3 2 4 1 5

5 10 U 5 U U 5 U U 5 V V V V

Sn (n=1 5) được xác định theo biểu thức :

2 3 3 2 1 2 2 1 1

1 2 V 3 U U 3 U V 5 U U 5 U V

1 3 3 1 2

2 4 V 4 U V 4 U V

1 4 4 2 1 2 2 1 3

3 6 V U V U V 5 U V 5 U V

2 2 1 3 3 1 4

4 8 V 2 U V 2 U V 4 U V

2 3 3 2 1 4 4 1 5

5 10 V 3 U V 3 U V U V U V

Các giá trị Un (n=1 5) và Vn (n=1 5) tính theo biểu thức :

) nkd ( sh

) nkz ( ch G

Un = n

) nkd ( sh

) nkz ( sh G

Tần số vòng ω :

ω2 = (gk)(1+a2C1+a4C2)th(kd)

trong đó: C1, C2 – thông số sóng, phụ thuộc vào tỷ số d/L

2.3 Các đặc trưng của chuyển động sóng bề mặt theo huớng NE

Các thông số đặc trưng cho chuyển động sóng là:

-Độ sâu nước tính toán: d =31.5 (m)

vdc2 = v2 * cos00 = 1.19 * cos00 = 1.19 (m/s)

Trong đó:

vcd1 , vdc2: vận tốc dòng chảy tại bề mặt và tại đáy biển đã được

chiếu lên phương chuyển động của sóng

v1, v2: vận tốc dòng chảy tại bề mặt và tại đáy biển theo phương

4 Công thức Morison để xác định tải trọng sóng

Áp dụng công thức Morrison tính tải trọng sóng lên trụ thẳng đứng:

x

2 I

x x d

* v

* v

* D

* C

* 5 0 ) t x (

ρ + ρ

=

y

2 I

y y d

* v

* v

* D

* C

* 5 0 ) t y (

z

2 I

z z d

* v

* v

* D

* C

* 5 0 ) t z (

vx, ax: vận tốc, gia tốc của phần tử nước theo phương x

Vy, ay: vận tốc, gia tốc của phần tử nước theo phương y

vz, az: vận tốc, gia tốc của phần tử nước theo phương z

Chú ý:

Trong công thức Morrison thành phần vận tốc ngang bao gồm 2 thành

phần sóng và dòng chảy

Thời điểm tính toán là thời điểm tải trọng sóng tác dụng lên công trình

là cực đại (xét theo mômen hoặc theo lực xô ngang) Về nguyên tắc phải

tiến hành chia chu kỳ T thành khoảng nhiều thời điểm (thường lấy là 20

khoảng) và chia công trình thành các bước (thường lấy là 1m) Tính tải

trọng sóng tại từng thời điểm, so sánh ta tìm được thời điểm nguy hiểm nhất

ứng với tải trọng sóng tính toán là lớn nhất

Tuy nhiên trọng phạm vi đồ án này có thể chấp nhận coi các phân đoạn

trụ (ngăn cách bởi các vách cứng) là các thanh và tính toán tải trọng tác

dụng lên các thanh này

Thực hiện đánh số nút từ dưới lên trên, tại thời điểm t = 10.725 (s) tải

trọng sóng có tổng Fx là lớn nhất, kết quả tính tải sóng như sau:

5 Kết quả tính toán tải trọng sóng

Bảng 6: Tải trọng sóng tác dụng lên KCĐ ở 20 thời điểm

Thới điểm

t

FxKN)

Fy (KN)

Fz (KN)

1 Phương trình động lực học của hệ kết cấu

Để đánh giá phản ứng động của tải trọng sóng tác động lên công trình ta

phải giải bài toán dao động riêng của kết cấu

Phương trình vi phân cơ bản của bài toán động lực học:

) t ( F KU CU

MU '' + ' + =

Trong đó:

M, C, K: lần lượt là các ma trận khối lượng (có kể đến khối lượng

nước kèm, hà bám), ma trận cản vận tốc và ma trận độ cứng của kết

cấu trong hệ tọa độ tổng thể

U’’, U’, U: lần lượt là các véc tơ gia tốc, vận tốc, chuyển vị của

kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể

F(t): véc tơ tải trọng tập trung tác dụng lên kết cấu

Để tìm dao động riêng của kết cấu ta phải đi giải phương trình vi phân:

0 KU CU

MU '' + ' + =

2 Xác định chu kỳ dao động riêng

2.1 Xác định chu kỳ dao động riêng theo sơ đồ tinh đơn giản

Công trình dao động với nước kèm và hà bám xung quanh nó Coi mỗi

phân đoạn (được ngăn cách bởi các vách cứng) là một thanh, khối lượng

nước kèm và hà bám trên các thanh này được tính toán và thống kê như sau:

Bảng 8: Khối lượng nước kèm