Bản dịch PIANC Guidelines for the Design of Fenders Systems_2002

Bản dịch PIANC Guidelines for the Design of Fenders Systems_2002 Phương pháp tiếp cận được chọn cho việc cập nhật Hướng dẫn thiết kế đệm va 1984 được sử dụng dựa trên các hội đồng thành viên như 1 phương pháp tiếp cận với thiết kế hiện đại và thực hành thi công cho đệm.

MỤC LỤC

1 GIỚI THIỆU 3

1.1 CÁC HẠNG MỤC THAM KHẢO 3

1.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN CÔNG VIỆC 3

1.3 TỔNG KẾT 3

1.4 NHÌN NHẬN 3

1.5 ĐỊNH NGHĨA 3

1.6 KÝ HIỆU 4

2 NGUYÊN LÝ ĐỆM VA 5

2.1 TẠI SAO SỬ DỤNG ĐỆM VA 5

2.2 QUI TẮC ĐỆM VA 6

2.3 CƠ SỞ THIẾT KẾ ĐỆM 8

3 HỆ THỐNG ĐỆM SẴN CÓ 11

3.1 GIỚI THIỆU: 11

3.2 MÔ TẢ MỘT VÀI HỆ THỐNG ĐỆM: 11

4 THIẾT KẾ ĐỆM CHI TIẾT 14

4.1 CƠ SỞ THIẾT KẾ 14

4.2 NĂNG LƯỢNG CẬP BẾN- 18

4.3 ĐỆM NHƯ 1 PHẦN CỦA HỆ THỐNG NEO 29

4.5 MÔ PHỎNG BẰNG MÁY TÍNH 32

4.6 CHỌN ĐỆM 39

5 XEM XÉT TOÀN VÒNG ĐỜI 39

5.1 GIỚI THIỆU 39

5.2 BỀ MẶT 40

5.3 HỆ THỐNG PHỤ TRỢ ĐỆM 40

5.4 CHẤT LƯỢNG THI CÔNG VÀ ĐẶC TÍNH CHI TIẾT 40

5.5 KIỂM TRA VÀ BẢO TRÌ 41

6 CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT 42

6.1 TÀU CONTAINER VÀ SÀ LAN 42

6.2 TÀU Ô TÔ VÀ TÀU HÀNGTHƯỜNG 44

6.4 TÀU TO 52

6.6 TRỤ VA MỀM VÀ DẦM BẾN 57

PHỤ LỤC A 62

QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH VÀ BÁO CÁO 62

HIỆU SUẤT CỦA ĐỆM CAO SU 62

PHỤ LỤC B 72

QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH VÀ BÁO CÁO HIỆU SUẤT CỦA ĐỆM KHÍ 72

PHỤ LỤC C 83

KÍCH THƯỚC TÀU 83

PHỤ LỤC D 90

LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC ĐỆM – CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU 90

PHỤ LỤC E 99

HƯỚNG DẪN TIÊU CHUẨN VIẾT 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

1 GIỚI THIỆU

Phương pháp tiếp cận được chọn cho việc cập nhật Hướng dẫn đệm va 1984 được sử dụng dựa trên hội đồng các thành viên như 1 phương pháp tiếp cận thiết kế hiện tại và thực hành thi công cho đệm

1.5.3 Dung tải đăng ký (GRT)

Tổng dung tích bên trong của tàu được định nghĩa bằng qui tắc của cơ quan đăng ký và đo ở đơn vị 2.83m3

1.5.4 Trọng tải của tàu (DWT)

Tổng khối lượng hàng hóa, kho chứa, nhiên liệu, phi hành đoàn và dự trữ mà một chiếc tàu đang phải chịu khi chìm trong thời gian vận chuyển

CHÚ THÍCH Mặc dù điều này đại diện cho tải trọng vận chuyển của tàu, nhưng nó không phải

là một biện pháp đo chính xác của tải trọng hàng hoá

1.5.5 Độ dịch chuyển (ton)

Tổng trọng lượng của tàu và sức chứa của nó

Lưu ý: Bằng với thể tích của nước bị dịch chuyển do tàu nhân với dung trọng của nước 1.5.6 Kích thước tàu

Tàu lớn được đề cập trong tài liệu này gồm các loại sau đây:

Tàu dầu, tổng hợp và chở quặng

- Chiều dài tổng thể vượt 90m hoặc 4500

1.5.7 Mực triều thiên văn thấp nhất (LAT)

Mực thấp nhất có thể được dự đoán xảy ra trong điều kiện khí tượng trung bình và dưới bất

cứ kết hợp nào của điều kiện thiên văn

1.5.8 Mực triều thiên văn cao nhất (HAT)

Mực cao nhất có thể được dự đoán xảy ra trong điều kiện khí tượng trung bình và dưới bất cứ kết hợp nào của điều kiện thiên văn

1.6 KÝ HIỆU

B: Dầm tàu

C: Khoảng hở giữa thân tàu và bề mặt vòm

Cab: Hệ số tương tác bất thường

Cb: Hệ số khối của thân tàu

L: Chiều dài đệm song song với mặt bến

Lpp: Chiều dài thân tàu giữa vuông góc

Ls: Chiều dài nhỏ nhất của tàu dùng trên bến

LL: Chiều dài lớn nhất của tàu dùng trên bến

M: Khối lượng 95% mức tinh cậy

M: Khối lượng tàu

MD: Chuyển vị của tàu (riêng cho mức độ tin cậy)

a Sử dụng đệm va nhằm giảm thiểu thi công và chi phí vận hành

b Thay đổi tàu

 Tàu ngày càng trở nên đắt tiền trong việc thiết kế và vận hành Điều này cho thấy rằng việc sử dụng và vật liệu làm tàu được kinh tế hóa mà không làm mất đi khả năng đi biển, nhưng lại gia tăng độ nguy hiểm cho cảng

 Chi phí tạm cho tàu trong trường hợp sửa chửa hoặc trong thời gian nghỉ khi tàu không

có khả năng cập bến, đã gia tăng đáng kể

 Diện tích chắn gió của tàu tăng (container và tàu du lịch)

 Tàu lớn chở hang hóa nặng hoặc chất nguy hiểm

c Yêu cầu độ sâu khu nước cho tàu hiện đại dẫn đến việc bảo vệ bến kém, gia tăng năng lượng tàu cập bến do sóng, gió và dòng chảy Việc sử dụng hệ thống đệm va được thiết kế đầy đủ và hiện đại có thể cho phép đặt các cơ sở vật chất của bến ở xung quanh mà không cần bảo vệ đê chắn sóng

d Đệm, thường kết hợp với bố trí neo có thể được sử dụng để giảm dịch chuyển của tàu trong khi vân hành dỡ hàng

e Một yếu tố quan trọng nữa là độ an toàn, điều này không chỉ liên quan đến con người làm việc trên bến hoặc xung quanh mà còn ngăn chặn hư hỏng bến và tàu, cuối cùng nhưng không kém quan trọng là bảo vệ môi trường Hư hỏng tàu và đặc biệt là tàu chứa hàng nguy hiểm

Đêm va cơ bản là bề mặt chuyển tiếp giữa tàu và bến Phục vụ để hấp thụ phần động năng của tàu mà không làm hư hỏng tàu và kết cấu trước bến Đối với đệm cao su, thường là tương đối mềm, đa số năng lượng hấp thụ thông qua độ lệch đàn hồi của đệm Độ lệch của bến và/ hoặc thân tàu sẽ góp phần hấp thụ động năng Mặt khác, khi bến chống lại 1 cọc đơn thẳng đứng, phần lớn năng lượng sẽ được hấp thụ bằng độ lệch của cọc mềm tương đối (phần 6.6)

Động năng bằng Độ lệch nhân với phản lực sinh ra và hệ số hiệu quả

Đối với đệm cao su mối quan hệ này có thể được thể hiện bằng công thức toán học sau, với giả sử rằng chỉ có đệm cao su hấp thụ động năng

Ef = f * Rm * dm Với:

Ef: động năng của tàu mà được hấp thụ bởi đệm (kNm)

f: Hệ số đại diện năng lượng hấp thụ hiệu quả của hệ thống đệm (giữa 0 và 1)

Rm: Phản lực tối đa của đệm (Kn)

dm: độ lệch tối đa của đệm (m)

Hệ số f phụ thuộc toàn bộ vào đặc tính của đệm, mối quan hệ giữa độ lệch và phản lực (xem hình 2.1 và 2.2)

R và Ef sẽ được tính đến trong thiết kế độ lệch của đệm va Tỉ lệ R/Ef thể hiện rằng phản lực thấp được tạo ra để hấp thụ năng lượng yêu cầu

Hình 2.1 Năng lượng hấp thụ Hình 2.1: vùng gạch chéo thể hiện năng lượng hấp thụ; hệ số f bằng diện tích vùng gạch chéo chia cho diện tích hình chữ nhật

Hình 2.2: lực nén Đường cong 1 thể hiện lực nén của đệm, đường cong 2 đường nén lại của đệm, diện tích giữa 2 đường cong này là năng lượng tán xạ

Việc chọn đệm hoặc hệ thống đệm được điều chỉnh theo các giai đoạn sử dụng:

a Trong quá trình cập bến (tương tác ban đầu giữa tàu và bến)

Quá trình cập bến bao gồm 1 tàu cập vào bến, dưới 1 góc với 1 vận tốc cập bến được định nghĩa vuông góc với mặt kết cấu Lực tác động của tàu phải được hấp thụ theo cách không làm hư hại kết cấu hoặc tàu

b Khi tàu được neo

Trong trường hợp tàu được neo dọc theo bến, với sự khác biệt giữa chế độ vận hành và chế độ an toàn

Chế độ vận hành là chế độ mà nó có khả năng đứng yên đối với tàu chất hàng và dỡ hàng, chế độ an toàn là chế độ mà nó có khả năng đứng yên để cho phép tàu cập bến mà không nguy hiểm cho tàu, bến hoặc đệm

Trong cả 2 chế độ, đệm nên có khả năng hấp thu năng lượng tạo ra bởi tàu Năng lượng được chuyển tiếp 1 phần bởi đệm thông qua biến dạng đàn hồi thành nhiệt và thành phản lực Phản lưc tác dụng theo 2 hướng, dẫn đến lực tập trung trên bến và 1 lực lên thân tàu Phản lực này đặc biệt quan trọng khi:

 Bến nhạy với lực theo phương ngang (kết cấu trên nền cọc)

 Tàu được neo và di chuyển do sóng

Việc thiết kế hệ thống đệm đáng được quan tâm như thiết kế các yếu tố khác của kết cấu Việc chọn hệ thống đệm và loại và loại kết cấu nên tương tác với nhau

Đệm nên được thiết kế theo cách mà:

 Việc cập bến của tàu lên kết cấu bến diễn ra không hư hỏng

 Tàu và bến (gồm đệm) không bị hư hỏng khi tàu neo

 Giai đoạn vận hành và an toàn được kéo dài nhiều nhất có thể

Quy trình thiết kế nên tuân theo các bước sau:

 Xác định rõ lập trình chức năng

 Xác định rõ khía cạnh vận hành

 Đánh giá điều kiện công trường

 Đánh giá tiêu chí thiết kế

 Tính toán năng lượng hấp thụ do đệm (trong quá trình cập bến hoặc khi neo)

 Chọn hệ thống đệm thích hợp và loại đệm dựa vào năng lượng và các tiêu chí trên

 Xác định phản lực và lực ma sát có liên quan

 Kiểm tra lực tương tác lên kết cấu và lên tàu và suy ra đệm được chọn cho bề mặt kết cấu, khía cạnh xem xét là các ví dụ Mô hình cập bến, hình quả lê và khoảng cách đệm được thể hiện 2.3.1 và hình 2.3.2 và 2.3.3

Qui trình trên có thể phải lặp lại nhiều lần để chọn đệm tối ưu nhất cho trường hợp đặc trưng Có nhiều nhãn hiệu đệm và mỗi nhãn hiệu này thường đưa ra vài loại đệm và vài kích thước tiêu chuẩn cho mỗi loại đệm đó Người kỹ sư chọn đệm có đặc tính đáp ứng (hoặc gần) với yêu cầu thiết kế

Biểu đồ chọn đệm cho thiết kế hệ thống đệm hoặc chọn đệm được thể hiện trong hình 2.3

Chú ý rằng tiêu chí thiết kế cho cập bến bất thường nên được nêu ra trước khi chọn đệm thiết kế

Khuyến cáo rằng chế độ kiểm tra thích hợp được lập để đảm bảo rằng hệ thống đệm cuối cùng đáp ứng tiêu chí thiết kế

Phụ lục A&B đưa ra chỉ dẫn về qui trình kiểm tra này

Tất nhiên, nhà sản xuất đệm nên bố trí chế độ kiểm tra đạt chất lượng để mà các bên có thể chắc chắn đặc tính vật liệu và thông số của đệm (như trên catalog của nhà sản xuất)

Hệ thống đệm có thể được phân loại theo phương thức mà chúng hấp thụ hoặc tiên tán động năng của tàu cập bến.Bảng 3.1 chỉ ra vài loại đệm chính thường được sử dụng Như ta có thể thấy từ bảng, hầu hết các hệ thống đệm dựa trên nguyên lý chuyển đổi động năng của tàu thành thế năng của đệm Chỉ lực phá hoại mà phân tán động năng thông qua biến dạng đàn hồi của thép hoặc bê tông giữa bộ đệm và kết cấu bến, không dùng nguyên lý này Phần thép gợn sóng thì luôn được sử dụng để liên kết với các phần khác của đệm khác để hấp thụ năng lượng tương đương như 1 ngòi nổ điện

Các hệ thống khác có thể tồn tại mà được sử dụng giới hạn hoặc không được chấp nhận một cách rộng rãi Cũng có nhiều đệm sẵn có hoặc kết hợp 1 vài loại khác được liệt kê Không có

1 giải pháp riêng lẻ hoặc đơn giản nào cho tất cả các vấn đề của đệm Mỗi sự kết hợp của tàu, kết cấu bến và tình trạng bến đều có các yeu cầu khác nhau Yếu tố tác động đến sự chọn lựa đệm là: kích thước tàu, phương pháp hàng hải, vị trí, sự sai khác thủy triều… 1 con tàu cập ngoài bến sẽ có đòi hỏi các yêu cầu cao hơn là cập trong nơi trú ẩn

Bảng 3.1 là danh sách các loại kích thước tàu, khả năng hấp thụ năng lượng, phản lực, hệ số biến dạng tối đa… cho mỗi loại đệm Tất cả các loại mà chuyển đổi năng lượng do biến dạng đàn hồi Nhà sản xuất đệm đã tiến hành nghiên cứu và phát triển, nâng cấp các hệ thống đệm này để sản xuất các loại đệm mới Các nhà sản xuất cũng có tên cho các loại đệm khác nhau hoặc tương tự về hình dạng và đặc trưng sử dụng và bảng 3.2 không cần thiết phải có tên tất

cả mỗi loại đệm cơ bản

Hình 3.1 Các loại năng lượng hấp thụ biến dạng đàn hồi của đệm cao su

Bảng 3.2 thể hiện rằng các đệm vừa chuyển năng lượng hoặc hấp thụ năng lượng Có thể thấy, các kích thước khác nhau của đệm dạng trụ dưới tải trọng bên, hệ số đệm R/Ef biến thiên từ 25 kN/kNm đến 1.3 kN/kNm

Bảng 3.2 các hệ số khác nhau của các loại đệm cao su khác nhau Hình 3.1 minh họa những gì xảy ra khi tàu cập bến 1 đệm bởi đường kính bên ngoài 1500mm (OD), 800mm đường kính trong (ID) và 1500mm chiều dài sẽ hấp thụ năng lượng tương tác

330 kNm khoảng 50% biến dạng Lực đucợ chịu bởi bến sẽ là 900 kN với hệ số đệm R/Ef 900/330=2.7 kNm Đối với các đệm lớn, được thiết kế cho tàu lớn, có hệ số đệm cao với lực nén thấp (10% lực nén R/Ef=14 kNm) Đối với các đệm nhỏ, chúng có năng lượng ít-năng lượng hấp thu có ích nhưng lại có nhiều chức năng bảo vệ bề mặt đệm nhiều Đường cong cho thấy rằng hệ số đệm giảm với lực nén tăng, bằng 50% khi nó bằng 2.7 kNm Vượt ra ngoài

hệ số này tăng với lực nén tăng

Phải thấy rằng đệm cao su hấp thụ năng lượng vượt độ biến dạng định mức (được xác định bời nhà sản xuất) nhưng lực mà bến chịu sẽ tăng vượt mức Điều này do độ biến dạng định mức của hầu hết đệm cao su bắt đầu chuyển thành phản lực nhiều hơn hấp thụ năng lượng Khi đệm hoặc bến có thể chỉ chịu 1 phản lực xác định trước khi fail, kết cấu đệm có thể được trang bị thiết bị hoặc 1 bộ phận chịu vượt tải để ngăn vượt tải hoặc hư hỏng kết cấu bến Bộ

phận chịu tải phá hoại có thể được xây dựng trong cả bê tông hoặc thép và được lắp đặt giữa đệm và kết cấu bến Để ngăn chặn hư hỏng đệm và kết cấu bến, bộ phận chịu tải phá hoại được thiết kế để phá phản lực bằng với phải lực của đệm khoảng 55 đến 60% lực nén của đệm

Hình 3.1 Hiệu suất đạt được tại các độ nén của đệm chịu tải trọng bên

4 THIẾT KẾ ĐỆM CHI TIẾT

Trước khi thiết kế đệm cần tước tính cẩn thận các yêu cầu mà hệ thống đệm cần có

Các mục sau có thể được tính đến trong qui trình chọn đệm:

- 1 tàu neo có thể tạo 1 lực lớn hơn tàu cầu bến

- 1 tàu nhỏ có thề làm tăng năng lượng cập bến lớn hơn tàu to

- 1 đệm to có thề cho phản lực lớn hơn đệm nhỏ khi hấp thụ cùng 1 năng lượng cập bến

- 1 đệm tương đối to có thề tác động giống như 1 tường rắn lên tàu nhỏ (hiện tưởng nảy ra)

- Ăn mòn: 1 vấn đề được xác định trong quá trình thiết kế là ăn mòn hệ thống đệm Anh3 hưởng của sự ăn mòn thành phần théo của đệm được chi tiết hóa và nêu trong mục 4.1.5 4.1.1 Yêu cầu chức năng:

Dựa vào tình trạng của đệm được áp dụng 1 số hoặc tất cả các yêu cầu chức năng sau đây

có thể được xem xét đến:

- Chức năng sử dụng của cơ sở vật chất (loại hàng hóc được chất…)

- Cho phép tàu cập bến an toàn

- Cho phép tàu neo an toàn

- Bảo vệ tàu

- Bảo vệ kết cấu bến

- Giảm sự dịch chuyển của tàu dưới ảnh hưởng của gió, sóng và dòng chảy

- Giảm độ dịch chuyển của tàu dưới ảnh hưởng của vận hành chất và dỡ hàng

- Giảm phản lực do cập và neo của thuyền

Các khía cạnh vận hành sau có thể được xem xét:

- Qui trình cập bến

- Tần suất cập bến

- Giới hạn neo (dưới tác động bất lợi của thời tiết)

- Giới hạn khai thác (dịch chuyển của tàu maximum dưới tác động bất lợi của thời tiết)

- Giới hạn tàu có thể sử dụng cơ sở vật chất (kích thước, loại)

- Khía cạnh đặt biệt của tàu thiết kế (sà lan, tàu dây chuyền )

- Chỉ có tàu trống cập bến

- Độ đứng vững tối đa của bề mặt bến

- Yêu cầu đặt biệt của kết cấu hoặc phương pháp thi công (đúc sẵn…)

- Tải lệch tâm của hệ thống đệm

Điều kiện công trường rất qua trọng đối với việc lựa chọn hệ thống đệm và đệm cùng với các dữ liệu đầy đủ, việc thiết kế đệm có tối ưu hóa và tiết kiệm chi phí Giảm chi phí khảo sát công trường

có thể giảm chi phí khảo sát tuy nhiên cũng dẫn đến chi phí bảo trì cao hoặc hư hỏng do thiết kế không tối ưu Thu thập đầy đủ dữ liệu công trường là nhiệm vụ của thiết kế

Dữ liệu thu thập yêu cẩu gồm

- Mã và tiêu chuẩn được sử dụng

- Tàu thiết kế được dùng để tính toán

- Vận tốc cập bến dưới điều kiện thường và kiểm tra dưới điều kiện bất thường

- Góc cập bến dưới điều kiện thường và kiểm tra trong điều kiện bất thường

- Phản lực tối đa (phương ngang và vuông góc)

- Áp lực thành tàu tối đa

Tất cả các kim loại chịu ăn mòn trong môi trường biển tốt hơn trên đất liền Lý do chính

a Sự tạo thành của pin điện mà không có kim loại của kết cấu tham gia như anot và catot và giải pháp của muối trong nước biển hoạt động như điện phân Sự ăn mòn trong môi trường

do oxi hóa Các kim loại khác có dạng pin điện do đặc tính điện hóa khác nhau của chúng Điều này xày ra do ảnh hưởng giữa hàn và kim loại gốc

b Hoạt động của vi khuản bao gồm bin điện, 1 hiện tượng gia tăng ăn mòn do vi khuẩn SRB hoặc thương tự, mà có thể gây ra tỉ lệ ăn mòn cao đã được phát hiện ở hầu hết các cảng của UK và các đất nước khác Đây là hình thức tấn công thường xảy ra ở nơi có mực triều thấp (LAT) và thỉnh thoảng ở nơi có mực nước ăn mòn thấp (ALWC), đôi khi có ở sâu dưới đáy biển

Hiện tại, không có phương pháp dự đoán ăn mòn Thường không kinh tế để duy trì chế độ ăn mòn cho phép vì điều này có thể làm tăng đến mức độ ăn mòn cực đại hơn là ăn mòn thông thường

Đối với việc lắp đặt đệm nên xem xét tạo điều kiện thay thế các yếu tố có ảnh hưởng ăn mòn, trong trường hợp đệm trên cọc lắp đặt hệ thống chống ăn mòn có ích hoặc bảo vệ vật lý dưới dạng bê tông hoặc lớp phủ bảo vệ phi hữu cơ

c Độ ăn mòn ổn định của sản phẩm ăn mòn, chẳng hạn trong trường hợp kết cấu thép do sóng hoặc hoạt động mài mòn tàu hoặc đệm nổi chống lại kết cấu phụ trợ hoặc đặc biết là biến dạng có chu kỳ nếu kết cấu được thiết kế để hấp thụ năng lượng do biến dạng Độ ăn mòn trong mục b trên có thể được nâng cao do hoạt động mài mòn

d Sự không đầy đủ của phương pháp ngăn chặn hoặc bảo trì của chủ nhân

Nên xem xét ảnh hưởng của ăn mòn trong thiết kế đệm va và phụ trợ Thép không bảo vệ sẽ bắt đầu giảm độ dày ngay lập tức sau khi lắp đặt Sự bắt đầu ăn mòn có thể trễ do lớp sơn

thích hợp, bảo trì hợp lý Thiết kế nên dựa trên chiều dày thép tại lúc bảo trỉ lần đầu hoặc nếu

có kế hoạch không bảo trì, thì tại lúc hết hạn vòng đời thiết kế

Tỉ lệ ăn mòn có biến đổi thể theo điều kiện và vị trí của đệm trong vùng thủy triều và có thể tăng cao trong điều kiện khí hậu nóng hơn Ảnh hưởng của ăn mòn lên đệm và hệ số an toàn

sẽ dựa trên thép có bị lộ ra cả 2 mặt hay không hay chỉ 1 mặt Đối với xích và bu lông, đường kính giảm ảnh hưởng đến diện tích tiết diện với sự hao hụt nhanh chóng của cường độ khi bắt đầu bị ăn mòn – thường thực hiện thay thế định kì hiệu quả hơn là sử dụng kích thước lớn để duy trì hệ số an toàn tối thiểu cho vòng đời thiết kế của đệm

4.1.6 Tấm thép và khung đệm

Tấm thép và khung đệm có tính quyết định đến chất lượng hệ thống đệm Chúng có thể chịu kết hợp của tải phân bố, tải thẳng đứng và tải trọng điểm một cách đồng nhất theo loại tàu sử dụng đệm đó

Trạng thái giới hạn nên được sử dụng để xác định thi công théo tấm và khung Lực đầu vào

từ thân tàu, đệm đàn hồi và xích nới nên đucợ xem xét

Tính toán thiết kế nên xem xét độ uốn cong, lực cắt và nội biến dạng của thép tấm và khung đệm Nội biến dạng trong bệ tấm nên được kiểm tra khi kết cấu không phụ trợ đủ có thể bị hỏng dẫn đến đổ dưới tác dụng của tải thẳng đứng hoặc tại trọng điểm

Chiều dài khuyến cáo của théo trong tấm đệm là:

Xích cắt được dùng để giới hạn chuyển vị ngang của khung thép, đặc biệt là tàu được thường xuyên cập dọc theo bến

Xích kéo được dùng để ngăn cản lực cắt quá mức lên đệm đàn hồi trong thiết kế conxon và

để đảm bảo hiệu suất sử dụng của các yếu tố đàn hồi Xích kéo nhỏ hơn đôi lúc được bổ sung xích trọng lực đề ngăn cản sự chùng của đệm

Xích giữ được dùng có khả năng làm cho đệm phục hồi 1 cách dễ dàng sau khi bị hư hại và được bổ sung cho đến khi hệ thống phụ trợ thường

Xích có thể tỉ lệ chịu hao mòn và ăn mòn cao hơn các thành phần đệm khác Điều này có thể giảm sức chịu tải lên xích, vì vậy nên xem xét, thay thế định kì trong quá trình vận hành và vòng đời của hệ thống

Phương pháp xác định là cổ xưa nhất và hơn nữa được sử dụng phổ biến cho thiết kế đệm Phương pháp lập chi tiết theo các phần Người thiết kế nên cần thận xem xét liệu phương pháp này có thực sự thích hợp cho các tình huống đã xác định Đặc biệt trong trường hợp mà ngoại lực có thể tác động đến năng lượng cập bến

Các phần sau đề cập đến 1 tàu trong quá trình cập bến Năng lượng được tạo ra do tàu neo được thể hiện trong phần 4.5

4.2.1 Hàm năng lượng cho 1 tàu trong quá trình cập bến

Động năng của 1 tàu di chuyển có thể được tính

Ed=1/2*M*v2 Với:

Ed: Động năng của bản thân tàu (kNm)

M: khối lượng tàu (sự dịch chuyển nước) (tấn)

V; tốc độ cập bến vuông góc với bến (m/s)

Động năng thiết kế mà được hấp thụ bởi đệm có thể được tính:

Ed=1/2*M*v2*Ce*Cs*Cc Với:

Ed: Năng lượng thiết kế (trong điều kiện thường) được hấp thụ bởi đệm (kNm)

M: khối lượng tàu thiết kế (giãn nước tính theo tấn) tại mức tin cậy thường 95% mức tin cậy (theo phụ lục C)

V: vận tốc cập bến của tàu vuông góc với bến (m/s) (dùng 50% mức tin cậy)

Ce: hệ số lệch tâm

Cm: hệ số khối lượng ảo

Cs: hệ số mềm

CC hệ số cấu hình bến hoặc hệ số đệm

Dựa vào đường cong biến dạng của nhà sản xuất đối vớii đệm được chọn, phản lực của đệm

có thể được xác định để tính toán động năng của tàu Lực này là tải trọng đặc trưng, nên được dùng như mã code đặc thù trong thiết kế kết cấu bến Chế độ cập bến có thể ảnh hường đến việc chọn tốc độ tàu cập bến và hệ số an toàn trong điều kiện bất thường

4.2.2 Trọng lượng tàu thiết kế (M)

Kích thước hàng hóa mà tàu hoặc sà lan chở được biểu thị là DWT

Kích thước tàu chở khách, tàu du lịch hoặc tàu chở oto thường được biểu thị là khối lượng đăng ký trọng tải GRT

DWT là sức chở hàng hóa của 1 tàu gồm cả thùng chứa (nhiên liệu, nước…)

GRT là sức chứa bên trong của 1 tàu được đo bằng 100 ft3 (100ft3=2.83 m3)

Đối với tính toán năng lượng giãn nước yêu cầu của tàu Tấn giãn nước (M) của 1 tàu là tổng trọng lượng và có thể được tính toán từ thể tích nước bị chiếm chỗ nhân với dung trọng nước Hầu hết các tàu đầy tải được dùng trong thiết kế đệm

Đối với hệ số tấn giãn nước cho 1 vài loại tàu, xem phụ lục C

4.2.3 Vận tốc cập bến:

Vận tốc cập bến v ảnh hưởng nhiều nhất đến tính toán năng lượng cập bến Vân tốc cập bến được xác định lúc tương tác bên ban đầu, đo vuông góc với bến

Vận tốc cập bến ảnh hưởng bởi các hệ số sau:

Điều kiện ranh giới vật lý; ảnh hưởng của sóng, gió và dòng chảy nên được xem xét

Dễ điều hướng: là tiếp cận bến 1 cách dễ hay khó

Phương pháp cập bến: là dùng phương tiện trợ giúp, cập bến song song, khi di chuyển về phía trước mốc chặn tàu…

Loại tàu: là tàu được trang bị động cơ, động cơ phản lực nhanh, động cơ đẩy tàu…

Dùng tàu kéo: tàu kéo được dùng, công suất bao nhiêu và bao nhiều tàu kéo

Tần suất cập bến: tại bến với tần suất cập bến cao, thường có vận tốc cập bến cao

Kích thước tàu: vận tốc cập bến của tàu to thường nhỏn hơn vận tốc cập bến của tàu nhò; tàu được cập bến phải đucợ xem xét kỹ

Hình dạng bến: thuyền trưởng sẽ cập bến cẩn thận khi tiếp cận bến thay vì bến hiện đại Loại hàng hóa: 1 tàu với hàng hóa nguy hiểm sẽ thường cập bến với điều kiện khống chế tốt hơn, ví dụ sử dụng phương tiện hỗ trợ

Diện tích chắn gió của tàu: 1 tàu với diện tích chắn gió lớn lưu ý hơn đến độ nhạy với gió Yếu tố con người: 1 hệ số quan trọng nhất, có thể do mức kinh nghiệm

Người thiết kế phải xem xét rằng giá trị thiết kế cho vận tốc cập bến nên gần với tốc độ cập bến thực tế mong đợi Đó là nhiệm vụ của người thiết kế để đạt được giá trị thực tê và tìm kiếm người vận hành tàu, kỹ sư cảng, chủ tàu để có được cái nhìn sâu sắc trong ứng dụng

và quyết định vận tốc cập bến thích hợp nhất

Tiêu chuẩn anh về đệm (BS 6349 Phần 4) có vận tốc cập bến thiết kế đucợ khuyến cáo bởi Brolsma et al năm 1997 (hình 4.2.1) phù hợp với Baker (1953) phân biệt 5 điều kiện cập bến nhưng không chi tiết hóa các điều kiện trên với tàu có tàu kéo hỗ trợ Tuy nhiên, đến nay không

có số liệu nào thích hợp và chính xác hơn số liệu đã tìm được

Hình 4.2.1 vận tốc thiết kế (giá trị tring bình) như đặc trưng về điều kiện điều hướng và kích

thước tàu (Brolsma et al 1977)

a Điều kiện cập bến tốt, trú ẩn

b Điều kiện cập bến khó khăn, trú ẩn

c Điều kiện cập bến dễ dàng, không trú ẩn

d Điều kiện cập bến tốt, không trú ẩn

e Khó điều hướng, không trú ẩn

Gía trị trung bình được tính bằng 50% mức tin cậy

Mặc dù dựa trên quan sát, giá trị trong hình 4.2.1 thể hiện giá trị cập bến cho tàu lớn có thể vượt mức dễ dàng trong điều kiện bất lợi

Giá trị trung bình được tính bằng 50% mức tin cậy Con số này đưa ra ở trên là chỉ dẫn, với tàu kéo Sơ đồ được lập trong tiêu chuẩn ROM

Trong trường hợp cập bến diễn ra không có tàu kéo, con số trên sẽ tăng đáng kể

Đặc biệt lưu ý đến bến được sử dụng bởi tàu nhỏ vd như tàu kéo, khi tàu nhỏ này cập bến với tốc độ tương đối cao

4.2.4 Hệ số lệch tâm (Ce)

Hệ số lệch tâm phải phân biệt

- 1 bến với đệm liên tiếp

- 1 bến với trụ va

1 vai trò quan trọng trong việc xác định hệ số này là góc cập bến

Góc cập bến cũng rất qua trọng trong việc xác định việc giảm năng lượng hấp thụ của đệm, dẫn đến lực nén góc biến dạng không đồng nhất

Góc cập bến

Phương pháp đo của Nhật chỉ ra rằng tàu to hơn 50.000 DWT góc cập bến thường nhỏ hơn

5o chỉ thi thoảng góc là 6o Vì vậy khuyến cáo góc cập bến tối đa cho tàu là 6o

Đối với tàu nhỏ, đặc biệt tàu mà cập bến không cần tàu kéo, góc cập bến có thể rộng hơn,

10-15 độ (tàu tiếp liệu/tàu chạy ven bờ 8-10 độ và sà lan 10-15 độ)

Xem hình 2.3.1, mô hình cập bến

Hệ số lệch tâm Ce

Hệ số lệc tâm có thể tính theo công thức sau

Hoặc giả sử góc Φ 90o

K=bán kính quay của tàu (dựa trên hệ số nạp đầy, xem bên dưới m)

R= khoảng cách điểm tương tác với tâm của tàu (đo song song với thành bên)

Φ=góc giữa vecto vận tốc và đường giữa điểm tương tác và tâm tàu

Với Cb=hệ số nạp đầy (thường giữa 0.5-0.9 xem bên dưới)

M= Trọng lượng tàu

L=Chiều dài tàu

B=Bề rộng tàu

D= mớn nước của tàu

ρ= dung trọng của nước (khoảng 1.025 tấn/m3 đồi vối nước biển

Các số liệu sau có thể chấp nhận cho hệ số nạp đầy

Đối với tàu dầu lớn, K có thể lấy sấp xỉ 0.25L

Trong trường hợp không có số liệu chính xác hoặc phải ước tính, các con số sau đây có thề

áp dụng:

Đối với bến liên tục

Cập bến ¼, điểm cập bến của tàu khoảng 25% chiều dài tàu từ mũi Ce=0.5

Đối với trụ cập bến:

Điểm cập bến của tàu khoảng 35% chiều dài tàu từ mũi

Ce=0.7

Đối với tàu rô rọ hệ số Ce được lấy bằng 1

4.2.5 Hệ số khối lượng ảo (Cm)

M=trọng lượng tàu (lượng chiếm chỗ tấn)

Mv= khối lượng ảo (tấn)

Shigeru Ueda

L=Chiều dài tàu

D= mớn nước của tàu dùng để tính toán trọng lượng tàu thiết kế

ρ = dung trọng của nước (khoảng 1.025 tấn/m3 đồi vối nước biển

Công thức Shigeru Ueda được lập năn 1981 và được dựa trên kinh nghiệm và quan sát thực

tế

Công thức có thể được chuyển thành dạng sau:

Với Cb=hệ số nạp đầy (xem mục 4.2.4)

B=chiều rộng của tàu

Giá trị Cm được ảnh hưởng bởii cả đặc tính của tàu và lượng nước bên dưới tàu (chân hoa tiêu) Hơn nữa, có thể thấy rõ ràng kết quả của công thức khác nhau

Mỗi công thức đều có hạn chế và phải được sử dụng cẩn thận Báo cáo PIANC (bổ sung trong bảng tin 45, 1984) đã so sánh kết quả nghiên cứu và công thức

Đối với chân hoa tiêu (0.5*D) thì dùng Cm=1.5

Đối với chân hoa tiêu (0.1*D) thì dùng Cm=1.8

Đối với chân hao tiêu giữa 0.1*D và 0.5*D dùng phép nội suy tuyến tính

Giá trị Cm trên có giá trị đối với cập ngang Giá trị Cm 1.1 Được khuyến cáo cho cập theo phương dọc

4.2.6 Hệ số mềm (Cs)

Hệ số này được xác định dựa vào tỉ lệ giữa sự đàn hồi của đệm và thân tàu đó Phần động năng của tàu cập bến sẽ được hấp thụ biến dạng đàn hồi của thành tàu Cs biểu thị một phần động năng của tàu lên đệm

Các giá trị sau thường được dùng:

- Đối với đệm mềm và tàu nhỏ Cs thường lấy bằng 1

- Đối với đệm cứng và tàu to Cs lấy giữa 0.9 và 1 (VLCC, Cs=0.9)

Hầu hết các trường hợp sự phân bố của thành tàu với sự hấp thụ năng lượng bị giới hạn Vì vậy có thể kết luận rằng chúng xuất hiện ít hiệu quả trong việc duy trì sự phân biệt giữa mềm

1 vài yếu tố sau:

Kinh nghiệm chỉ ra rằng đối với tường rắn ¼ của năng lượng cập bến được hấp thụ bởi tấm đệm nước, vì vậy các giá trị sau xuất hiện và bị được hiệu chỉnh:

- Đối với bến và góc tường bến trọng lực Cc thường lấy bằng 1

- Đối với tường bến (rắn) dưới tiếp cận song song Cc thường lấy bằng 0.9

Tiếp cận song song N.B chỉ xảy ra dưới điều kiện được kiểm soát cao Đối với góc cập vượt quá 5o thì phải suy sét kỹ, tấm đệm nước sẽ biến mất

4.2.8 Hệ số tương tác bất thường

4.2.8.1 Giới thiệu

Đệm và hệ thống đệm không chỉ tạo 1 tương tác thông thường do tàu thiết kế dưới điều kiện thiết kế tối đa, mà còn có khả năng tạo 1 tương tác bất thường đáng in cậy do ngẫu nhiên, không lường trước

4.2.8.2 Tương tác thường

Tương tác thường được tính toán riêng cho bến Năng lượng được tính cho tương tác thường

sẽ tính đến sự dịch chuyển của tàu mà sử dụng bến bao gồm ảnh hưởng của lượng nước được thêm vào, vận tốc cập bến tính đến loại tàu, tần suất sử dụng, kinh nghiệm của người vận hành với bến, loại bến và phần tiếp xúc của nó với gió và dòng chảytương tác bất thường 4.2.8.3 Tương tác bất thường

Tương tác bất thường khi năng lượng tương tác thường được tính vượt mức Lý do gây ra tương tác thường có thể do sự cố, hư hỏng không lường trước hoặc các điều kiện khong6t huận lợi do gí, dòng chảy hoặc kết hợp của chúng

4.2.8.4 Thiết kế tương tác bất thường

Hệ số tương tác bất thường nên được áp dụng cho tính toán năng lượng cập bến đối với tương tác thường tại lúc năng lượng cập bến bất thường Hệ số này tạo khả năng tương tác bất thường 1 cách hợp lý để năng lượng hấp thụ bởi đệm mà không bị hư hỏng

Việc lựa chon hệ số tương tác bất thường nên tính đến các yếu tố sau:

a Ảnh hưởng của đệm bị hư hại đối với vận hành bến

Các đặc tính của bến dẫn đến sự phụ thuộc lên hệ thống đệm đơn hoặc nhóm để mà bến có thể không hoạt động khi có hư hỏng phát sinh

vận tốc cập bến cao thì yêu cầu ít kỹ năng hơn Bến được thiết kế cho vận tốc cập bến rất chậm vì vậy sẽ có hệ số tương tác bất thường cao (tham khảo bảng 4.2.5) trừ khi thiết kế vận tốc là 95% mức tin cậy Điều này sau này chỉ có thể có được bằng phương pháp đo thích hợp

và hệ thống phản hồi thông tin

Hệ số tương tác bất thường khi không nhỏ hơn 1.1 hay hơn 2.0 trừ khi trong trường hợp đặc biệt Nnếu có thể đạt được giá trị tin cậy cao hơn thì hệ số cho tương tác bất thường có thể bằng 1

d Độ nhạy của hệ thống hỗ trợ của đệm và hệ thống đệm

Nếu tương tác bất thường dẫn đến hư hỏng hệ thống hổ trợ, chi phí và thời gian để sửa chữa

sẽ khá lớn Loại và độ nhạy của kết cấu hổ trợ nên được xem xét cẩn trọng trong việc xác định

hệ số tương tác bất thường Phản lực của đệm do tương tác bất thường nên được dùng trong thiết kế hệ thống hổ trợ mà không giàm hệ số an toàn hoặc hệ số tải trọng trong việc thiết kế kết cấu

e Giới hạn của tàu sử dụng bến

Bến được sử dụng bởi nhiều

f Hàng hóa nguy hiểm

4.2.8.5 Hướng dẫn chọn hệ số tương tác bất thường

Bảng sau hướng dẫn chung về chòn lựa hệ số tương tác bất thường được áp dụng cho năng lượng thiết kế

Bến được thiết kế cho các loại tàu, tàu to nhất và nhỏ nhất và năng lượng cập bến thích hợp nên được xem xét

Khuyến cáo rằng hệ số trên bảng được lấy từ bảng trên được hiệu chỉnh theo 4.2.8.4

Hệ số tương tác bất thường từ bảng trên không nên nhỏ hơn 1,1 và 2 trừ 1 số trường hợp đặc biệt

Nếu tương tác bật thường gây ra hư hại một cách thường xuyên, tiêu chí thiết kế có thể được lập quá thấp và được thẩm định lại cả cho tiêu chí thường và bất thường

1 Qui trình chung thiết kế hệ thống đệm xem xét việc di chuyển của tàu

Di chuyển của tàu phải được xem xét tác động của gió và sóng, bước sóng trong thời gian dài

từ đại dương Đặc biệt, trong thiết kế hệ thống neo của bến xa bờ, các lực do tàu di chuyển cũng rất quan trọng và cần được xem xét như năng lượng cập bến Đối với hệ thống neo lâu dài vd như tàu dùng cho nhà hàng, khách sạn, viện bảo tàng và các bến nổi, hệ thống neo bao gồm hệ thống đệm phải được thiết kế có tính đến di chuyển của tàu hoặc các phần nổi do gió

và sóng Để ước tính hoặc nâng cao hệ số làm việc của hệ thống neo tại công trường, điều kiện bất lợi của môi trường như gió, sóng, sự di chuyển của tàu phải được tính đến đặc tính biến dạng của dây neo và đệm Lực neo đàn hồi hoặc mô hình thủy lực thường được dùng phổ biến Phương pháp tính được mô tả trong chường 4.5

2 Hạng mục được xem xét trong hạn chế sự di chuyển của tàu

a Giới thiệu

Loại và kích thước của hệ thống neo gồm đệm và dây neo nên được quyết định trong việc tính đến các yếu tố sau:

- Biến dạng và phản lực của đệm

- Lực kéo của dây neo

- Cường độ của thành tàu

- Sự di chuyển của tàu

- Dòng chảy thủy triều và lực hút của tàu ngang qua

b Biến dạng và phản lực của đệm

Biến dạng cực đại của đệm do sóng và lực gió trong quá trình neo phải không được vuợt quá giá trị biến dạng cho phép cũng như biến dạng cực đại trong quá trình cập bến Phản lực cực đại là một trong những lực thiết kế lớn nhất cho kết cấu neo Đối với kéo cấu neo linh hoạt, phản lực cực đại thường chiếm ưu thế Phản lực cực đại cần được giới hạn, tính đến cường

độ của thân tàu

Đặc tính biến dạng-lực của hệ thống neo nên được xem xét để giảm dao động điều hòa do đặc tính lực-biến dạng bất đối xứng của đệm và dây neo

c Lực kéo của dây neo

Lực kéo cực đại của dây neo do sóng và gió phải nhỏ hơn giá trị lực keo dây neo cho phép

Hệ số an toán của lực kéo cho loại dây tổng hợp và dây cáp phải được quyết định Để giảm dao động điều hòa và chu kỳ dao động, khi chọn loại và kích thước của dây neo nên tính đến ngoại lực

d Cường độ của thành tàu

Đề ngăn sự tập trung quá mứa của lực neo cũng như lực cập bến lên hệ thống đệm và tàu, nên trang bị tấm bảo vệ như yêu cầu để giảm lực lên đơn vị diện tích (áp lực bề mặt)

f Di chuyển cho phép của tàu

Để làm hàng hiệu quả, dịch chuyển tàu nên nhỏ hơn giá trị cho phép Di chuyển cho phép của tàu thay đổi do loại tàu Nghiên cứu đã được tiến hành và giá trị di chuyển cho phép trong khi làm hàng được giới thiệu trong báo cáo PIANC (1995) đưa ra các giá trị tiêu chuẩn để làm việc

an toàn

4.4 Áp lực thành tàu

Trong khi hấp thụ năng lượng cập bến của tàu, đệm sẽ cho 1 phản lực cho cả tàu và nước trước kết cấu Dưới điều kiện cập bến thường không có biến dạng đàn hồi của thành tàu nên diễn ra

Bảng 4.4.1 hướng dẫn chọn áp lực thành tàu 4.4.1 Kết cấu thành tàu

Kết cấu thành tàu bao gồm 3 thành phần

1 Chiều dày lớp mạ bên 15-20mm

2 Tăng khoảng chác giữa khung ngang vd 6.28m cho tàu container thế hệ thứ 5 và 6 và 3.14 cho các tàu thế hệ đầu

3 Năng lượng cập bến tăng và giảm áp lực thành tàu cho phép

Số liệu trên không khó để có được khi số liệu tàu không có sẵn, bảng 4.4.1 có thể được sử dụng

Lưu ý: áp lực thành tàu có thể giới hạn, kỹ sư đóng tàu hoặc chủ tàu nên được tư vấn về các yêu cầu đặc trưng

Tuy nhiên nếu số liệu chiều dày lớp mạ bên, sườn cứng dọc và sườn ngang đã có, áp lực cho phép có thể tính được

Đối với tàu to theo qui tắc ngón tay cái tương tác cho phép lên thành tàu ít nhất bằng áp lực thủy lực cực đại (tàu đầy tải/mớn nước cực đại) có thể tác động lên thành tàu

Lưu ý:

Đặc biệt lưu ý về vị trí của xích ngang lên mặt đệm Khi xích được lắp đặt dưới đệm, sự xoay của tấm đệm có thể bị hạn chế Đường tải trọng có thể vượt áp lực cho phép của thành tàu

(1) Các chương trình máy tính truyền thống

Kích thước và cách bố trí của một hệ thống đệm được xác định bởi hai quá trình khác biệt sau đây:

a) Vận hành cập bến nơi mà năng lượng được hấp thụ bởi phần đệm hầu hết được xác định bởi tốc độ của tàu trong lần tiếp xúc đầu tiên giữa tàu và đệm Tốc độ này là một công thức của kích thước của tàu và các điều kiện môi trường

b) Tàu neo đậu dọc theo bến, nơi mà các lực tối đa của đệm được xác định bởi các chuyển động của tàu, thông thường là do tác động của sóng

Đối với mỗi quy trình, một chương trình máy tính riêng biệt được sử dụng: một chương trình 'vận chuyển tàu' cho quá trình đậu tàu và một chương trình neo tàu cho tàu nối liền với bến Điều này hoạt động tốt trong các tình huống thiết kế nơi công trường được bảo vệ hợp lý Tuy nhiên, khi xem xét các dự án ngày nay, cần phải có các chương trình máy tính phức tạp hơn để mô phỏng một cách chính xác tính chất vật lý của việc cập bến và neo đậu tại các địa điểm đầu cuối không được bảo vệ, dọc bờ biển với sóng biển và sóng dâng, hoặc ở các cửa sông lớn có thủy triều lớn

và Các biến thể hiện tại có kết hợp sóng

Theo truyền thống, quá trình cập bến của tàu được mô phỏng bằng cách sử dụng một chương trình 'tàu vận hành' Các chương trình này thường mô phỏng di chuyển theo chiều ngang (2D) của

tàu thuyền được hỗ trợ bởi tàu kéo nếu có yêu cầu Những chương trình này thiếu một số tính năng cần thiết cho các điều kiện môi trường khắc nghiệt tại các địa điểm dự án hiện đại Dưới điều kiện vận tốc va chạm chủ yếu phụ thuộc vào sự chuyển động của sóng trong suốt quá trình cập bến, không chỉ do lực trôi trung bình, mà còn phản ứng sóng thay đổi theo thứ tự thời gian Hơn nữa các chương trình chủ yếu sử dụng các hệ số không đỏi cho các phản ứng thủy động của tàu, trong những trường hợp này hệ số chỉ phụ thuộc vào tần số chuyển động có thể tạo ra chuyển động chính xác và phản ứng giảm xóc Ngoài ra, chúng hầu như không có đủ dây neo lắp ráp phức tạp và đặc biệt là sự cản trở của đệm, thường hoạt động theo một khoảng thời gian khác nhau (ngắn hơn nhiều)

Quá trình của chiếc tàu gắn liền với nhau được mô phỏng bằng một chương trình 'neo đậu' Các chương trình này mô phỏng hoạt động của tàu ở bến, trong điều kiện thay đổi của gió, sóng và dòng chảy Các chương trình mô phỏng tàu thuyền truyền thống giả định rằng các chuyển động tương đối nhỏ, do đó giữ hướng không đỗi ngoại lực (sóng, gió, dòng chảy, đệm) và / hoặc tại một điểm va chạm cố định Tuy nhiên, tại các vị trí phơi bày các neo đậu thường được thiết kế linh hoạt và tàu có thể chuyển động tương đối lớn khi giả định thông thường của 'chuyển động nhỏ' không còn giá trị nữa Hơn nữa, tàu thực sự hoạt động cũng như đậu, khi xem xét vận tốc hiện tại trên 5 hải lý, hoặc sử dụng bộ dẫn động và tàu kéo

Xem xét ở trên, giải pháp là hiển nhiên: một mô hình máy tính được kết nối cho cả hai bến và đậu neo được sử dụng trong thiết kế ngày nay, bao gồm các tính năng của cả hai mô hình truyền thống

và mở rộng để đối phó với nhu cầu ngày càng tăng

(2) Các chương trình tích hợp

Để giải quyết chính xác các vấn đề về thiết kế đệm va trong điều kiện công trường khó khăn, cần phải sử dụng mô hình mô phỏng tiên tiến hơn Các mô hình mô phỏng tích hợp này, được sử dụng cho cả việc vận chuyển hàng hoá cũng như đáp ứng tàu neo đậu, hiện đang được hoàn thành và giới thiệu trên thị trường tư vấn Chúng sẽ đặc biệt giải quyết các vấn đề sau:

Sáu thành phần tự do của phản ứng tự do với lực sóng thứ nhất

Vận tốc và gia tốc cao trong lần tương tác ban đầu với các tấm đệm trong suốt quá trình cập bến

và do đó lực va chạm cao là kết quả của phản lực của tàu đối với sóng Tất nhiên điều này đặc biệt là đối với những bến được bảo vệ ít hơn Do đó, một mô phỏng chính xác của vận hành cập bến tàu nên bao gồm phản ứng sóng đầu tiên của tàu trong sáu độ tự do và không chỉ có lực kéo trung bình của sóng như trường hợp thông thường trong các mô hình vận hành

Không gian-Lực do sóng thay đổi

Mô hình này phải tính toán và áp dụng tất cả các lực sóng trong thời gian thực tế trong mô phỏng

và không phải là chuỗi thời gian được tính toán tiên tiến như thường được thực hiện trong mô phỏng neo tàu Pha và biên độ của mỗi thay đổi phù hợp với sóng theo vị trí và hướng của tàu Phương pháp này cho phép chuyển động lớn, cho vân hành cập bến, và neo linh hoạt tại các nơi tiếp xúc hoặc tại phao (SPM)

Trường sóng nhiều

Nó phải có khả năng mô phỏng nhiều sóng bất thường (ví dụ như biển và sóng dâng), bao gồm bước sóng dài và sóng tự do

Thời gian-phụ thuộc các phản lực động học

Trong quá trình cập bến quá trình vật lý thay đổi từ một thời gian dài điển hình (maneuvering) sang một khoảng thời gian ngắn điển hình (tương tác) và trở lại Điều này có nghĩa là các đặc tính phản ứng thủy động của tàu không thể được giả định không đổi trong quá trình này, như thường là trường hợp với các mô hình cơ động sử dụng hệ số khối lượng cộng thêm cho tốc độ bằng không

Mô phỏng chính xác yêu cầu lực phản ứng động lực thủy động phụ thuộc tần số Ví dụ, này cũng giới thiệu sự giảm chấn động thủy động đúng đắn của chuyển động của tàu khi nó chạm vào đệm (thay vào đó sử dụng các hệ số không đổi, trong trường hợp đó chỉ có độ giảm chấn)

Thời gian phụ thuộc các điều kiện môi trường khác

Bao gồm gió (gió lùa), dòng chảy (bao gồm các hiệu ứng động) và các biến động mực nước (thuỷ triều) rất quan trọng đối với các vị trí khác nhau, cả về việc cập bến (đặc biệt là gió) cũng như cho các tàu neo

Chi tiết các hoạt động neo đậu và tương tác giữa đệm

Điểm tiếp xúc với đệm cần được xác định chính xác trong không gian ba chiều Các đặc tính của đệm (theo tuyến tính và thành phần cong) sẽ được điều chỉnh không tuyến tính, với hiệu ứng trễ

và với các đặc tính lệch cọc khi áp dụng Ngoài ra các tuyến neo đậu, các thiết bị phao neo, neo

và các thiết bị neo đậu khác phải được mô hình hoá không tuyến tính

Đầu ra

Kết quả mô phỏng nên có sẵn dưới dạng tín hiệu thời gian của chuyển động của tàu (bao gồm vận tốc và gia tốc), lực tuyến dây neo, lực của đệm và tàu, cũng như hoạt động trực quan cả trong mặt phẳng ngang và dọc theo thứ tự để cho phép hiểu rõ hơn về những khó khăn hoặc các vấn

đề gặp phải của một thiết kế cụ thể

(3) Mô phỏng ngẫu nhiên

Đôi khi các điều kiện thiết kế bao gồm một số lượng lớn các thông số thiết kế với các biến thể lớn cho mỗi tham số, ví dụ loại tàu, kích thước, điều kiện tải, tốc độ tiếp cận, cách tiếp cận, thiết bị neo đậu, sóng, gió, cường độ dòng chảy và hướng, mực nước vv Trường hợp đó và trong trường hợp phương pháp tiếp cận xác định có thể dẫn đến một thiết kế bảo thủ không cần thiết, thì nên theo phương pháp xác suất

Đối với việc mô phỏng vận hành câp bến, điều này có nghĩa là dựa trên một số kế hoạch cập bến tổng quát được xác định trước, chương trình phải có khả năng tạo ra một loạt các biến của -người thủy thủ-ví dụ như các mô hình cập bến và mô phỏng chúng trong một loạt các điều kiện môi trường Các cuộc điều tra nhằm tạo ra một phương pháp áp dụng chung hiện đang được xem xét tại các trường đại học, nhưng vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu

Đối với mô phỏng tàu đậu, tình huống là một số - đơn giản hơn Ở đây chỉ cần một số lượng lớn

mô phỏng được thực hiện, mà không cần phải kiểm soát của con người Thống kê phân tích một lần nữa các kết quả sẽ dẫn đến một xác suất thiết kế xác suất

4.5.3 Đặc tả chương trình máy tính

Các chương trình mô phỏng máy tính được sử dụng cho việc thiết kế các hệ thống đệm nên mô hình một số hiệu ứng thiết yếu được mô tả trong 4.5.2

(1) Mô phỏng cập bến

Chương trình mô phỏng cập bến phải bao gồm các hiệu ứng:

* Đặc tính vận chuyển tàu thuyền phụ thuộc vào thân tàu, bánh lái, động cơ và máy đẩy

* Tác động môi trường như độ sâu nước, gió, sóng và dòng chảy (vị trí và thời gian phụ thuộc)

* Hỗ trợ của tau kéo

* Mô hình hóa không tuyến tính và xác định ba chiều của điểm thành tàu tiếp xúc với đệm

* Các đặc tính thực tế của bánh lái và bộ truyền động với mô hình chi tiết về sự tương tác giữa bánh lái, bộ truyền động và thân tàu Điều này cho phép vận chuyển tàu thực tế trong tất cả các

phương thức hoạt động (vận chuyển trước, phía sau, sang một bên, tăng tốc, dừng, đang hoặc đẩy)

* Sử dụng bộ truyền động bước và đa có thể điều khiển được

* Mô hình kéo chi tiết với khả năng kéo và đẩy; Kiểm soát độ dài dây kéo, vị trí kéo và góc kéo; Hiệu quả kéo phải được hạn chế thực tế phụ thuộc vào tốc độ và hướng tương đối của dây kéo, tốc độ của tàu kéo và sóng ở vị trí kéo; Khi được yêu cầu thiết kế xác suất: sử dụng một máy tính

mô phỏng phi công lái tàu giống như con người và kiểm soát động cơ, bánh lái và hỗ trợ kéo, dựa trên con người của các mô hình cơ bản được xác định trước

2) Mô phỏng tàu neo

a) Ý tưởng chung về mô phỏng

Các chương trình tàu neo đậu phải động, sáu mô hình mô phỏng miền thời gian tự do và nên bao gồm các hiệu ứng:

 Sóng bất thường từ nhiều hướng

 Áp dụng đồng thời các hệ thống sóng đa sóng, tức là Sóng ngắn, sóng lừng, bước sóng dài chuyển sóng dài và seiches

 Lực sóng đầu tiên và sức lực trôi sóng

 Gió, bao gồm cả cơn gió

 Dòng chảy hiện tại phụ thuộc vào thời gian (bao gồm hiệu ứng động) và sự dao động mực nước (thuỷ triều)

 Chuyển động của nước do tàu qua lại (bề mặt, dòng chảy, sóng và nước rửa)

 Các lực phản ứng thủy tĩnh và thủy động lực (thêm khối lượng, giảm xóc)

 các mô hình tuyến neo đậu, đệm, các phương tiện neo đậu, các thiết bị neo đậu và các thiết bị neo đậu khác

 Lực phụ thuộc vào vị trí, vận tốc và vận tốc của tàu (thông thường các mô hình tàu neo đậu giả định các chuyển động của tàu là nhỏ và giữ hướng không đổi của các lực bên ngoài liên tục)

 Lực cản được áp dụng tại điểm tiếp xúc chính xác trong không gian ba chiều

 Khả năng áp dụng các cấu kiện đặc biệt của đệm và bố trí tời

 Đầu ra dưới dạng tín hiệu thời gian của chuyển động của tàu, lực dây neo buộc và lực đệm

b) Phương pháp mô phỏng thông thường

Một chiếc tàu neo đậu có sáu thành phần của chuyển động, nghĩa là tăng vọt, dao động, nhấp nhô, lăn, bước và đảo lái Một số thành phần như đảo lái và lăn tương tác lẫn nhau Do đó,

phương trình chuyển động của tàu neo đậu trở thành phương trình bậc hai bậc hai với sáu mức độ tự do

Có hai phương pháp mô phỏng cho phân tích miền thời gian của phương trình chuyển động như sau

Phương trình chuyển động của T-1 được biểu diễn như sau:

Với, Mij ; khối lượng tàu, mij (∞); Hằng số tăng trọng, Xi (t); tàu dịch chuyển tại thời điểm t, Lij (t): Chức năng trì hoãn, Di (t): lực giảm chấn do dây neo và độ nhớt tại thời điểm t, Cij; Hệ số lực hồi phục, Gij; Hệ số lực neo và Fj (t); Ngoại lực tại thời gian t Và i và j cho thấy các chế độ chuyển động của tàu (1-6)

Chức năng chậm trễ và khối lượng tăng không đổi được tính như sau:

Với, Aij (𝜎); Khối lượng thêm tại 𝜎, Bij (𝜎); Hệ số giảm số ở 𝜎 và 𝜎, tần số góc

Phương trình chuyển động của T-2 được biểu diễn như sau:

Trong phương pháp T-1, lực bức xạ không phụ thuộc vào một tần số do chức năng chậm trễ Mặt khác, lực bức xạ trong phương pháp T-2 được thiết lập là hằng trong một thời gian, 𝜎0 Các lực bức xạ thường được biểu diễn bằng giá trị ở giai đoạn sóng đáng kể hoặc ở giai đoạn

tự nhiên của chuyển động của tàu Khi quang phổ của ngoại lực là dải rộng, tốt hơn là sử dụng phương trình T-1

c) Phương pháp mô phỏng xác định xem xét hiệu suất thực tế của đệm (Mô phỏng hỗn hợp) Trong mô phỏng, hiệu ứng đệm được coi là lực phản ứng nén một hướng Nhưng trong cách

sử dụng thực tế trong việc neo đậu, không chỉ nén mà còn lực cắt và uốn cong do các chuyển

động của tàu neo tác động lên đệm Vì vậy, hiệu suất của đệm sẽ thay đổi nhiều theo nhiều yếu tố như đặc tính nhớt-đàn hồi của chính bản thân cao su và các lý do hóa học Để cải thiện

mô tả hiệu suất của đệm trong mô phỏng, một phương pháp mô phỏng xác định xem xét hiệu suất đệm thực tế (mô phỏng lai) được phát triển Mô phỏng hỗ hợp cũng có thể được xem xét các yếu tố tốc độ, yếu tố nhiệt độ, bao gồm các đặc tính nén và đặc điểm cắt của đệm trong nguồn cấp thông tin phản hồi Nó bao gồm một máy tính và các bộ khuếch đại trục ba trục (sway, roll, heave) Trong mô phỏng, các lực bên ngoài được tính toán và lưu trữ trong bộ nhớ trước Trong quá trình mô phỏng, máy tính tích hợp các phương trình chuyển động sử dụng lực đệm thực từ các bộ khuếch đại ba trục cho đồng thời các chuyển động của tàu đến mỗi thiết bị kích thích

(1) Lực sóng

Lực sóng tác động lên thân tàu là động lực do sóng tới tàu neo Chúng thường được tính bằng cách sử dụng lý thuyết tiềm năng nằm trong phân tích miền tần số Lực sóng do các sóng không đều cũng được tính bằng sự chồng chéo của các lực sóng thành phần bằng cách tính đến sự khác biệt pha Các phổ tần số của Bretschneider-Mitsuyasu, JONSWAP hoặc bất kỳ dạng nào khác có thể được sử dụng để mô phỏng sóng bất thường

Nói chung, cần phân biệt giữa các đợt sóng ngắn (sóng bão và sưng lừng, với khoảng thời gian dưới 20 giây) và các đợt sóng dài, hay còn gọi là sóng dài, với khoảng thời gian từ 30 giây đến 5 phút Và biên độ nhỏ hơn sóng bình thường

(2) Lực gió

Các hệ số kéo do gió được xác định, theo kết quả của thí nghiệm đường hầm gió Dải tần số gió của Davenport, Hino hoặc bất kỳ loại nào khác được sử dụng trong mô phỏng như là một tốc độ gió dao động

(3) Lực dòng chảy

Lực dòng chảy là do lực kéo Thông thường đối với các tàu neo đậu trong lưu vực bến cảng, vận tốc hiện tại là không đáng kể, trong khi đối với cầu cảng ở sông hoặc cửa sông thì vận tốc hiện tại có thể là đáng kể và gây ra vấn đề

(4) Tăng khối lượng và giảm chấn

Trong mô phỏng các chuyển động của tàu, sẽ xem xét tác động lên khối lượng gia tăng và lực giảm chấn Các lực bức xạ là lực thủy động lực, do chuyển động bắt buộc của đơn vị biên cho mỗi thành phần Để thuận tiện trong mô phỏng máy tính, chúng được chia thành một bộ phận tương ứng với gia tốc của tàu (thêm lực quán tính) và một thành phần tỷ lệ thuận với vận tốc của tàu (các lực giảm chấn)

Khối lượng gia tăng và các hệ số giảm chấn đáng kể phụ thuộc vào tần suất Và, đối với một chiếc tàu tự do nhấp nhô, bước và tăng vọt được kết hợp với nhau và, tách biệt cuộn, dao động và đảo lái Nhưng đối với một chiếc tàu gần bến rắn, tất cả sáu mức độ tự do đi lại đều được kết hợp bởi các dòng không cân đối xung quanh tàu Nên xem xét rằng các lực bức xạ chịu ảnh hưởng của không chỉ ở cầu cảng mà còn bởi chân hoa tiêu của tàu

Khi năng lượng được hấp thụ bởi đệm được tính toán phù hợp, hệ thống đệm phù hợp nhất

sẽ được chọn Mỗi nhà sản xuất đệm cung cấp catalog về số lượng đặc trưng về sản phẩm Đặc trung thực tế của đệm không chỉ phụ thuốc vào loại đệm, kích thước và loại vật liệu đàn hồi mà còn vào các điều kiện bên ngoài Đặc trưng của đệm (hầu hết các trường hợp), bị ảnh hưởng bởi góc nén, nhiệt độ, tốc độ nén…

Hình thức đệm tiêu chuẩn được giới thiệu trong catalog là kết quả của các thí nghiệm kiểm tra đệm dưới các điều kiện nén xung quanh Độ sai lệch so với hình thức đệm tiêu chuẩn, là kết quả của các điều kiện khác nhau trên công trường, được tính đến khi chọn đệm cuối cùng Hơn nữa, cataolg của nhà sản xuất thường chỉ ra rằng hình thức đệm thực tế có thể lệch (vd khoảng 10%) so với các con số trích dẫn cho cả công suất hấp thụ và phản lực

Đó là thực tế phổ biến để áp dụng các con số hiển thị tại độ lệch định mức như tham khảo, vì vậy các con số này phải cao hơn con số tính toán (tính đến ảnh hưởng như đã nói ở trên) Hình thức đệm thường chỉ có giá trị nếu đệm được tiên quyết bởi lực nén đến giá trị định mức

ít nhất 3 lần trước khi sử dụng Nếu không, có thể cho giá trị cao hơn phản lực mong đợi Phụ lục D thể hiện 2 trường hợp cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ, tốc độ cập bến/nén… Bên cạnh đó năng lượng và các khía cạnh ở trên, vài tiêu chí thường đóng vai trò quan trọng như đã chỉ ra ở hình 2.3

5 XEM XÉT TOÀN VÒNG ĐỜI

5.1 GIỚI THIỆU

Bản chất của hệ thống đệm nào sẽ duy trì tương tác từ tàu, vì vậy quan điểm chung của việc thiết kế đệm là đảm bảo rằng toàn hệ thống có thể phụ vụ cho các tương tác này bởi, trong trường hợp đầu tiên, rất mạnh mẽ mà còn rất dễ dàng sữa chữa được

Hy vọng rằng đệm cao su có thể tuân thủ tiêu chuẩn đưa ra ở phụ lục E trong các chỉ dẫn này,

có thể đạt được vòng đời hơn 20 năm Tấm panel đệm nên được thiết kế để phục vụ 20 năm giả định bảo trì đầy đủ và có kế hoạch, nhưng thực thế điều này thường không đạt được vì hư hỏng tàu

Nơi thường cập bến, ví dụ cảng tàu, bề mặt đệm thích hợp là thép Lực ma sát cao có thể xảy

ra giữa thân tàu và mặt đệm Chú ý trong thiết kế, chú ý đến khả năng phát lửa từ tương tác thép khi thiết kế bến dầu thô, hóa chất và khí

Có 3 hệ thống phụ trợ đệm, các cọc và khung, hệ thồng xích treo và hệ thống phụ trợ, cần được tính đến để duy trì hoạt động khi có hư hỏng do các tác động không mong muốn Để thích hợp hơn là có bộ phận dẽ dàng tháo gỡ trước lần cập bến tiếp theo 1 bến có thể thường xuyên duy trì dịch vụ mặc dù giảm số lượng đệm dự phòng Vì các lý do trên đệm nên có xích giữ để đệm hư hại có khả năng phục hồi

Xích là 1 hệ thống phụ trợ cua tấm panel đệm để chống lại tải ngang của hệ thống đệm nên đucợ mạ và hệ thống xích có yếu tố vượt tải Tấm neo cố định nên được duy trì để tránh hư hỏng do kết cấu

Tuổi thọ của hệ thống đệm được dựa vào việc sử dụng, kiểm tra, bảo trì hệ thống Để bến có thể sử dụng được, thực tế hơn là có đệm có thể thay thế được Tuy nhiên phần hư hỏng có