bai giang cong trinh bao ve bo bien

* Hậu quả của sự cố nếu xảy ra: + Thiệt hại về nhân mạng + Thiệt hai về tài chính + Thiệt hại về sản xuất + Thiệt hại về môi tr-ờng b Đặc điểm thiết kế công trình biển Quá trình lựa ch

Ch-ơng 1 tổng quan về công trình biển cố định bằng thép

1.1 Khái niệm về công trình biển cố định

a) Các công trình xây dựng liên quan đến biển

Phân ra hai nhánh chính:

- Công trình ven biển (Coastal Structure, Onshore Structure): Công trình Cảng biển, Công trình

Đê biển… Nhằm đáp ứng yêu cầu an ninh, quốc phòng, giao thông, khai khoáng, th-ơng mại và dịch vụ vùng ven biển

Hình 1.1 Hình ảnh về một số công trình ven biển

- Công trình ngoài khơi (Offshore Structure): Các giàn khoan dầu khí, bể chứa nổi, hệ thống

đ-ờng ống, các giàn bán chìm, giàn neo đứng…

- Các công trình ngoài khơi chủ yếu phục vụ nhu cầu khai thác, chế biến dầu khí, khai thác năng l-ợng tự nhiên, đảm bảo hàng hải, phục vụ an ninh quốc phòng, nghiên cứu dự báo khí t-ợng thủy văn…

Hình 1.3 Phân loại công trình Biển

c) Công trình Biển cố định

- Thuật ngữ “Cố định” được hiểu là công trình có liên kết cứng với nền đất (Fixed) và th-ờng có

độ cứng lớn

- Các loại công trình Biển cố định điển hình:

+ Công trình Biển cố định bằng thép (Offshore Steel Structures);

+ Công trình Biển cố định bằng bê tông cốt thép (Offshore Concrete Structures);

+ Các công trình dạng lai ghép (Hybird Structures);

+ Giàn tự nâng (Jack up) trong trạng thái khai thác;

Hình 1.4 Một số hình ảnh về công trình Biển cố định

1.2 Cấu tạo chung của công trình biển cố định bằng thép

1.2.1 Cấu tạo chung của công trình

Công trình Biển cố định bằng thép cơ bản gồm 4 phần chính nh- sau:

- Khối th-ợng tầng (Topside);

- Khối chân đế (Support Structure - Làm nhiệm vụ đỡ th-ợng tầng);

- Móng (Foudation);

- Th-ợng tầng có thể cấu tạo dạng truyền thống (gồm nhiều mô đun), dạng toàn khối hoặc bán toàn khối, phụ thuộc chủ yếu vào năng lực thi công chế tạo và lắp đặt

- Th-ợng tầng của một giàn khoan khai thác điển hình gồm có:

+ Tháp khoan;

+ Các mô đun thu gom, tách lọc, xử lý sản phẩm dầu khí;

+ Các khu phụ trợ phục vụ khai thác: Bể chứa dung dịch phục vụ khoan, mô đun bơm n-ớc

ép vỉa hoặc nén khí…

+ Khu nhà ở;

+ Hệ thống điện, n-ớc… phục vụ sinh hoạt và sản xuất;

+ Hệ thống phòng cháy chữa cháy;

+ Cần đuốc;

+ Sân bay;

+ Hệ thống thiết bị giao thông và thoát hiểm

Hình 1.6 Th-ợng tầng giàn S- Tử Đen

1.2.3 Cấu tạo khối chân đế

- Khối chân đế là kết cấu đỡ th-ợng tầng và hệ thống phụ trợ phục vụ chức năng khai thác của giàn Khối chân đế truyền tải trọng của th-ợng tầng xuống hệ móng, do đó là kết cấu chính của công trình

- Kết cấu khối chân đế t-ơng đối đa dạng tùy thuộc qui mô và loại hình th-ợng tầng Thông th-ờng đối với một công trình giàn khoan dầu khí, khối chân đế đ-ợc cấu tạo dạng giàn không gian hình chóp cụt, tăng cứng bởi các vách ngang

Hình 1.7 Cấu tạo khối chân đế

1.2.4 Kết cấu móng:

- Thông th-ờng đối với công trình Biển cố định bằng thép đặt ở ngoài khơi, chịu tác động phức tạp bởi các yếu tố môi tr-ờng biến động th-ờng xuyên, việc kiểm tra, duy tu, bảo d-ỡng gặp nhiều khó khăn, giái pháp móng cọc là phù hợp nhất và th-ờng đ-ợc sử dụng

- Có hai giải pháp móng cọc đ-ợc áp dụng là cọc đóng lồng trong ống chính và ph-ơng án cọc váy

Hình 1.8 Các ph-ơng án móng cọc cho công trình Biển cố định bằng thép a) Cọc đóng lồng trong ống chính b) Ph-ơng án móng cọc hỗn hợp c) Ph-ơng án cọc váy

1.3 Phân loại công trình Biển cố định

1.4 Quá trình xây dựng công trình Biển cố định bằng thép

- Do có những đặc điểm riêng, quá trình xây dựng công trình Biển bằng thép là tổng hợp của các giai đoạn sau:

+ Giai đoạn chế tạo trên bờ (Fabrication);

+ Giai đoạn hạ thủy (Load out);

+ Giai đoạn vận chuyển trên biển đến vị trí xây dựng (Transportation);

+ Giai đoạn đánh chìm, định vị công trình (Launching, Up-ending);

+ Giai đoạn cố định công trình tại vị trí xây dựng (Installation);

+ Giai đoạn lắp đặt th-ợng tầng và hoàn thiện;

Hình 1.9 Giai đoạn chế tạo trên bờ, giai đoạn hạ thủy

Hình 1.10 Giai đoạn vận chuyển, đánh chìm bằng xà lan mặt boong

1.5 Yêu cầu đối với việc thiết kế, thi công công trình Biển cố định bằng thép

a) Đặc điểm hoạt động của công trình biển cố định

Công trình biển đ-ợc xây dựng cách xa bờ, tồn tại độc lập với đất liền Điều này đồng nghĩa với với những khó khăn về kỹ thuật thi công và thiết kế Tính chất độc lập của công trình đòi hỏi công trình phải đ-ợc thiết kế với độ tin cậy cao

* Th-ờng xuyên chịu tác động khắc nghiệt của môi tr-ờng:

 Môi tr-ờng khí: Là môi tr-ờng có độ ẩm và độ mặn cao vì vậy tính ăn mòn lớn Là môi tr-ờng th-ờng xuyên phải chịu các ảnh h-ởng của gió bão

 Môi tr-ờng n-ớc: N-ớc biển có tính xâm thực lớn, làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu theo thời gian

 Sự phát triển của sinh vật biển làm tăng kích th-ớc của công trình và tăng tính chất nhám của

bề mặt tiếp xúc, dẫn đến tăng khối l-ợng của công trình và tăng tải trọng do sóng và dòng chảy

 Sóng và dòng chảy là các nguyên nhân gây ra các tải trọng ngang rất lớn cho công trình và là các tải trọng thay đổi có chu kỳ là những tải trọng ngẫu nhiên

 Môi tr-ờng đất: Điều kiện địa chất d-ới đáy biển cũng khác nhiều so với trên đất liền Đất d-ới đáy biển luôn ở trạng thái no n-ớc

* Các thiết bị công nghệ th-ợng tầng có trọng l-ợng lớn và phải tuân theo chế độ làm việc nghiêm ngặt

* Sơ đồ làm việc của kết cấu: Về mặt tổng thể kết cấu làm việc nh- một thanh trụ đứng chịu các tác động chủ yếu theo ph-ơng ngang, là một mô hình khá bất lợi về mặt chịu lực

* Yêu cầu về duy tu bảo d-ỡng: D-ới tác động của môi tr-ờng, hiện t-ợng xói lở, ăn mòn, hà

bám, mỏi, các tai nạn va chạm của tàu, của vật rơi dẫn đến những h- hỏng của kết cấu trong quá trình sử dụng dẫn đến các yêu cầu phải khảo sát và duy tu bảo d-ỡng th-ờng xuyên Chi phí cho việc khảo sát, duy tu bảo d-ỡng có thể bằng hoặc lớn hơn chi phí đầu t- ban đầu

* Hậu quả của sự cố nếu xảy ra:

+ Thiệt hại về nhân mạng

+ Thiệt hai về tài chính

+ Thiệt hại về sản xuất

+ Thiệt hại về môi tr-ờng

b) Đặc điểm thiết kế công trình biển

Quá trình lựa chọn và thiết kế các công trình biển phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

 Phụ thuộc vào công nghệ khai thác

 Phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên tại nơi xây dựng công trình

 Phụ thuộc vào khả năng thi công hiện có

 Phụ thuộc vào tiến độ khai thác yêu cầu của dự án

Một vấn đề rất quan trọng khi lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình là phải xem xét đến

khả năng xảy ra hiện t-ợng cộng h-ởng với tác động của sóng (xem sơ đồ d-ới đây) Do sóng là tác

động thay đổi có chu kỳ gồm nhiều con sóng khác nhau từ nhỏ đến lớn, trong đó năng l-ợng tập trung nhất vào các con sóng có chu kỳ từ 5s đến 20s, nên cần xây dựng công trình có chu kỳ dao

động ngang tránh xa phạm vi này

Có thể chia các công trình biển làm hai nhánh chính nh- sau :

 Nhánh 1: Sử dụng các kết cấu cố định ( Fixed Platform) có chu kỳ dao động nhỏ hơn hẳn

vùng tập trung năng l-ợng sóng

 Nhánh 2: Các công trình biển mềm ( Compliant Platform) đ-ợc thiết kế sao cho có chu kỳ

dao động v-ợt hẳn ra ngoài vùng tập trung năng l-ợng sóng, thông th-ờng chu kỳ lớn hơn 25s

Hình 1.11 Phân vùng năng l-ợng sóng

1.6 Tình hình xây dựng và phát triển công trình Biển cố định bằng thép trên thế giới và ở Việt Nam

1.6.1 Tình hình phát triển công trình Biển cố định bằng thép trên thế giới

a) Tổng quan các loại công trình Biển cố định trên thế giới

Việc khai thác dầu khí ở ngoài biển trên thế giới đ-ợc đánh dấu bởi công trình biển cố định

đầu tiên xây dựng ở độ sâu n-ớc 5m để khai thác một mỏ trên đất liền mở rộng ra vùng n-ớc

nông ven bờ ở Lousiana, Mỹ (thuộc Vịnh Mexico), cuối thập kỷ 40 thế kỷ 20 Tiếp theo đó, trong nửa sau của thế kỷ 20, loại công trình biển cố định (CTBCĐ) bằng thép kiểu jacket - móng cọc (và một số ít bằng CTBCĐ bằng bê tông, móng trọng lực) đã đ-ợc phát triển mạnh để khai thác các mỏ ở độ sâu trong phạm vi từ 300 - 400 m CTBCĐ đã xây dựng ở độ sâu n-ớc lớn nhất, 412m (1353 ft) là dàn Bullwinkle (Vịnh Mexico, Mỹ), năm 1991

Một số hình ảnh về sự phát triển công trình Biển cố định theo độ sâu n-ớc

Hình 1.12 Sự phát triển công trình biển cố định theo độ sâu n-ớc

b) Một số công trình Biển cố định bằng thép kiểu Jacket tại các mỏ điển hình trên thế giới

Các Dàn kiểu Jacket ở độ sâu nhất thế giới (thuộc vùng n-ớc sâu)

3 Heritage 1992 326 m South Cali Exxon Mobil

5 Harmony 1992 366 m South.Cali ExxonMobil

7 Bullvinkle 1991 412 m GOM Shell

Hình 1.13 Hình ảnh các công trình biển cố định bằng thép sâu nhất thế giới

1.6.2 Tình hình phát triển công trình Biển cố định bằng thép ở Việt Nam

a) Tiềm năng phát triển ngành công nghiệp dầu khí

(Xem thêm tài liệu môn học Công nghiệp dầu khí)

 Giai đoạn 1981 – 1988:

Bắt đầu khai thác tại mỏ Bạch Hổ vào năm 1984

 Giai đoạn 1988 đến nay:

Đã phát hiện, thăm dò và tiến tới khai thác các bể dầu khí sau:

- Bể Cửu Long: gồm Mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng và mỏ Rạng Đông Riêng mỏ Rạng Đông đã bắt

đầu khai thác năm 1988

- Bể Mã Lai: Gồm có mỏ Ruby, hiện tại công ty Malaysia Petronas đang khai thác

- Bể Nam Côn Sơn:

+ Mỏ Đại Hùng, khai thác với sản l-ợng 15000 thùng/ngày;

+ Mỏ khí Lan Tây và Lan Đỏ ;

- Ngoài ra còn có một số bể khác : Bể Phú Khánh (KV1), Bể T- Chính – Vũng Mây& Tây Nam QĐ Tr-ờng Sa (KV2)

 Hiợ̀n tại Trữ lượng dầu khớ VN: thứ 3 trong cỏc nước Đụng Nam Chõu Á

b) Thống kê một số công trình Biển cố định bằng thép tại Việt Nam

- Năm 1984, thời kỳ xây dựng công trình Biển đầu tiên, phục vụ khai thác dầu khí trên thềm lục địa Việt Nam tại mỏ Bạch Hổ với các thế hệ giàn khoan công trình biển bằng thép dạng MSP và BK

- Hiện tại các công trình Biển cố định tại Việt Nam đều là công trình biển bằng thép Hầu hết các khối chân đế vẫn là dạng Jacket, hiện tại đã có một số giàn có kết cấu mới nh- dạng Mono-pol, dạng kết cấu tối thiểu, và với nhiều giàn xây dựng ở vị trí có độ sâu n-ớc >100m đã áp dụng ph-ơng án cọc váy: Nh- giàn Chim Sáo Bắc, Chim Sáo Nam, giàn Đại Hùng II…

- Đến nay tại khu vực mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng gồm có:

+ 12 giàn MSP 16 đầu giếng;

+ 11 giàn đầu giếng WHP 9 đến 12 đầu giếng;

+ 2 giàn công nghệ trung tâm sơ chế 15000 T dầu/ngày;

+ 2 giàn bơm n-ớc ép vỉa;

+ 2 giàn nén khí trung tâm;

+ 2 giàn ng-ời ở, mỗi giàn có sức chứa 140 ng-ời;

CHƯƠNG 2 TẢI TRỌNG TÁC Đệ̃NG LấN CễNG TRÌNH BIấ̉N Cễ́ ĐỊNH

2.1 Tải trọng tỏc động lờn phần thượng tầng

2.2 Tải trọng bản thõn cụng trỡnh

2.3 Tải trọng do Giú

2.3.1 Tỏc động của giú lờn vật cản

Chuyển động của gió là chuyển động rối mang tính chất ngẫu nhiên của 1 lớp hạn chế gần mặt

đất hay mặt biển Tính chất của gió đ-ợc đặc tr-ng qua các đại l-ợng cơ bản là vận tốc gió, thời gian gió thổi và h-ớng gió (Xem thêm [4])

Cơ chế tác động của gió lên vật cản chủ yếu tuân theo nguyên lý chuyển hóa động năng Lực gió tác động lên vật cản tỷ lệ với bình ph-ơng vận tốc gió

Tổng quát, tác động của gió lên vật cản mang tính ngẫu nhiên, t-ơng ứng với thành phần vận tốc trung bình và vận tốc mạch động sẽ gây ra hiệu ứng tĩnh và hiệu ứng động

Từ vận tốc gió tính toán tính đ-ợc áp lực gió tính toán theo công thức

2 2

16

12

1

z z

) Trong đó:

qz: là áp lực gió tính toán ở độ cao z (kG/m2

)

Vz: Là vận tốc gió ở độ cao z so với mực n-ớc tĩnh (m/sec)

: Là khối l-ợng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn = 1,255 kg/m3

Thay V t V v t vào ta có 2 2

2

12

1

t t

z

q      , bỏ qua thành phần vô cùng bé bậc cao của thành phần mạch động ta có:

d t t z

21

qt : Là thành phần áp lực tĩnh của gió, qd là thành phần áp lực động

2.3.2 Tính toán tải trọng gió theo qui phạm Việt Nam

(Tham khảo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995)

2.3.3 Tớnh tải trọng giú theo quy phạm API (Tham khảo API RP2A trang 18 đến trang 20)

a) Công thức tính toán lực gió

A C V A

C

F/22 s 0.0473 2 s (N) Trong đó:

V: Vận tốc gió; (km/h)

A: Là diện tích chắn gió; ( m2)

Cs: Là hệ số hình dạng vật chắn:

Cs = 1.5 cho kết cấu dạng dầm; Cs = 1.5 cho kết cấu nhà t-ờng đặc

Cs = 0.5 cho kết cấu trụ tròn ; Cs = 1.0 cho kết cấu sàn công tác

b) Tính toán vận tốc gió có kể đến ảnh h-ởng của mạch động

Trong điều kiện cực hạn, vận tốc gió thiết kế u(z, t) tại độ cao z (ft) trên mực n-ớc biển với thời gian gió giật trung bình t(s) (t  to = 3600) đ-ợc cho bởi công thức:

u

o

tu(z, t) U(z).[1 0.41.I (z).ln ]

t

 

 

Trong đó:

o

zU(z) U 1 C.ln( )

z

32,8 là c-ờng độ mạch động của gió

Uo (ft/s) là vận tốc gió trung bình 1 giờ đo ở độ cao 32,8 ft (10m) trên mực n-ớc biển

c) Tính toán gió theo quan điểm ngẫu nhiên

oUz

+ Các quan hệ giữa chu kỳ, số sóng, chiều dài sóng, tần số, tần số vòng

 Lý thuyết sóng Stokes bậc 5: Lý thuyết sóng bậc cao, thích hợp cho việc mô tả sóng trong các vùng n-ớc sâu và vừa Đặc tr-ng bởi các yếu tố sau:

+ Ph-ơng trình đ-ờng mặt sóng

+ Vận tốc và gia tốc sóng

+ Các quan hệ giữa chu kỳ, số sóng, chiều dài sóng, tần số, tần số vòng

 Lý thuyết sóng n-ớc nông Cnoidal: Lý thuyết sóng bậc cao, thích hợp cho việc mô tả sóng trong vùng n-ớc nông

 Lý thuyết hàm dòng

b) Miền áp dụng của lý thuyết sóng (Theo API) :

2.4.2 Tính toán tải trọng sóng lên vật cản kích th-ớc nhỏ bằng công thức Morison

a) Phân chia chế độ chuyển động của sóng qua vật cản

Trong các cách mô tả sóng kể trên ta ch-a nói đến ảnh h-ởng của kích th-ớc vật cản đến chế độ chuyển động của sóng Nếu nh- kích th-ớc của vật cản là t-ơng đối nhỏ thì ảnh h-ởng của vật cản đến chế độ chuyển động của sóng có thể bỏ qua, ng-ợc lại khi kích th-ớc của vật cản là đáng kể thì nó sẽ

ảnh h-ởng đến chế độ chuyển động của sóng tới Với D là kích th-ớc đặc tr-ng của vật cản và L là chiều dài của sóng tới, có thể đánh giá ảnh h-ởng đến chế độ chuyển động của sóng tới nh- sau:

 Nếu D/L > 1: Vật cản đ-ợc coi là có kích th-ớc rất lớn và toàn bộ sóng tới đều bị dội lại, ứng với tr-ờng hợp tính toán của các công trình chắn sóng

 Nếu 1D/L0.2: Kích th-ớc của công trình là đáng kể, một phần của sóng tới sẽ bị phản xạ lại gây ra hiện t-ợng nhiễu xạ Cách xác định tải trọng sóng trong tr-ờng hợp này dựa trên lý thuyết sóng nhiễu xạ

 Nếu D/L < 0.2: Kích th-ớc của công trình không ảnh h-ởng đến chế độ chuyển động của sóng tới, việc tính tải trọng sóng có thể dùng công thức Morison

b) Công thức Morison dạng chuẩn tắc cho thanh trụ thẳng đứng

Theo Morison t¶i träng sãng g©y lªn vËt c¶n gåm 2 thµnh phÇn

I

D q q

q  

qD: Lµ thµnh phÇn lùc c¶n do vËn tèc

qI: Lµ thµnh phÇn lùc lùc qu¸n tÝnh

v v D C

q D 0.5 d

a A C a A C a

A C a A

q I   m. (1 m).  I.

: Lµ khèi l-îng riªng cña n-íc biÓn = 1025 kg/m3

D, A: Lµ kÝch th-íc, diÖn tÝch mÆt c¾t bao cña phÈn tö

Theo API đối với tiết diện tròn : Cd = 0.65-1.05, CI = 1.2-1.6

v, a: Là vận tốc và gia tốc của phần tử n-ớc tính tại điểm đang xét

c) Tải trọng sóng lên thanh xiên không gian

Trong kết cấu công trình đa số các phần tử thanh nằm xiên trong không gian, vì vậy cần phải xác định tải trọng lên các thanh xiên không gian

Phân tích các thành phần vận tốc và gia tốc theo ph-ơng vuông góc và song song với trục thanh Chỉ có thành phần vuông góc với trục thanh mới gây ra tải trọng Tải trọng tính theo Morison sẽ là các tải trọng có ph-ơng vuông góc với trục thanh, nh-ng để thuận tiện cho các tính toán ta phân tích chúng theo các thành phần theo ph-ơng ngang và ph-ơng dọc

Xét một thanh bất kỳ năm trong không gian nh- hình vẽ Giả sử h-ớng truyền sóng trùng với h-ớng x Các thành phần vận tốc và gia tốc của phần tử n-ớc

z x

z x

a a a

v v v







Phân tích các thành phần vận tốc và gia tốc theo hệ toạ độ địa ph-ơng của trục thanh

v v v

2

)

(

)

(

z z x x z x

z z x x z x

a c a c a a a

v c v c v v v

.(

)

.(

)

.(

z z x x z z nz

z z x x y ny

z z x x x x nx

v c v c c v v

v c v c c v

v c v c c v v

.(

)

.(

)

.(

z z x x z z nz

z z x x y ny

z z x x x x nx

a c a c c a a

a c a c c a

a c a c c a a

z z c

L

Ly L

y y c

L

Lx L

x x c

z y x

1 2

1 2

cos

cos.sin

sin.sin

ny I ny n d y

nx I nx n d x

a A C v

v D C q

a A C v

v D C q

a A C v

v D C q

5.0

5.0

5.0

Khi đó công thức Morison dạng mở rộng đ-ợc viết nh- sau:

).(

)( 5

q x   d    I  

Đối với các kết cấu có chuyển vị ngang không lớn thì không cần thiết phải sử dụng công thức Morison

mở rộng

e) Tuyến tính hoá công thức Morrison mở rộng dạng tiền định

Công thức tính tải trọng theo Morison là các công thức phi tuyến (bình ph-ơng vận tốc) Vì vậy

để có thể áp dụng đ-ợc các ph-ơng pháp tính kết cấu theo quan điểm xác suất thì phải tuyến tính hoá

Dạng tuyến tớnh của phương trỡnh Morison, với mụ hỡnh súng tiền định, được xõy dựng bằng cỏch thay v bởi giỏ trị trung bỡnh tương ứng, khụng phụ thuộc vào thời gian vˆ, khi đú biểu thức của tải trọng súng cú dạng mới:

Fi 0,5CDDvˆ.vCMAvCMDˆu (CM1)Au

Nểu sử dụng lý thuyết súng Airy, ta cú:

E849,0E3

)ky(ch.2

H

E(Tham khảo thêm [3])

2.3.4 Tớnh tải trọng súng lờn cụng trỡnh theo quy phạm API

(Đọc API RP-2A từ trang 12 đến trang 17)

Qui trình cơ bản tính toán tải trọng sóng tiền định theo API nh- sau:

 Xác định chu kỳ biểu kiến T app (apperant) để tính toán hiệu ứng Doppler của sóng và dòng chảy;

 Xác định lý thuyết sóng tính toán;

 Lựa chọn hệ số động lực của sóng (0,85 – 1) để giảm giá trị vận tốc và gia tốc sóng do kể đến sự phân bố sóng theo h-ớng;

 Lựa chọn hệ số giảm vận tốc dòng chảy (0,7 – 1) khi đi qua nhóm vật cản;

 Tổng hợp giá trị vận tốc và gia tốc của phần tử n-ớc;

 Tăng kích th-ớc vật cản khi kể đến ảnh h-ởng của hà bám;

 Xác định giá trị của hệ số thủy động (cản vận tốc và hệ số quán tính);

 Tính toán tải trọng sóng lên từng phần tử theo Morison và tổng hợp giá trị lực;

Biểu diễn theo sơ đồ khối:

2.4 Dũng chảy và tải trọng do dũng chảy

2.4.1 Sự phõn bố của dũng chảy khi cú súng

2.4.2 Tải trọng do Súng+Dũng chảy tỏc động lờn vật cản kớch thước nhỏ

a) Phân bố vận tốc dòng chảy khi có sóng

Dòng chảy đ-ợc gây lên do hai nguyên nhân chính: Dòng chảy do gió, dòng chảy do triều

Dòng chảy của các phần tử n-ớc biến đổi theo độ sâu n-ớc Sự phân bố vận tốc dòng chảy theo độ sâu

có thể theo luật phân phối tuyến tính hoặc theo luật phi tuyến Khi có sóng thì mặt n-ớc bị dâng lên một độ cao khác với n-ớc lặng Khi đó sự phân bố vận tốc dòng chảy sẽ thay đổi

b) Tải trọng sóng và dòng chảy

Công thức Morison tính tải trọng sóng là phi tuyến theo thành phần vận tốc, vì vậy không thể tính riêng tải trọng sóng và dòng chảy mà phải cộng vận tốc của phần tử chất lỏng gây ra do dòng chảy và gây ra cho sóng thành vận tốc tổng cộng rồi mới áp dụng công thức Morison để tính tải trọng

Dòng chảy chỉ có thành phần vận tốc theo ph-ơng ngang, không có thành phần vận tốc theo ph-ơng

đứng, mặt khác dòng chảy của chất lỏng đ-ợc coi là dòng chảy đều, vì vậy không xét đến thành phần gia tốc của chuyển động chất lỏng do dòng chảy gây ra Công thức Morison trong tr-ờng hợp này có thể viết nh- sau:

Dạng chuẩn tắc:

- Tải trọng dòng chảy: q x 0.5..C d.D.v dc(v dc )

- Tải trọng sóng và dòng chảy : q x 0.5..C d.D.vv dc(vv dc) .C I.A.a

2.5 Tải trọng súng ngẫu nhiờn

2.5.1 Mụ tả ngẫu nhiờn chuyển động súng

Thực chất bề mặt n-ớc biển vận động một cách ngẫu nhiên nh-ng có thể đ-ợc coi là một tập hợp vô hạn của các sóng điều hoà có chiều cao H, chu kỳ T khác nhau, nh- trong hình vẽ:

Có thể coi dao động bề mặt n-ớc biển là một tr-ờng các quá trình ngẫu nhiên độc lập với các pha ban đầu khác nhau Vì vậy có thể áp dụng định lý giới hạn trung tâm và kết luận bề mặt sóng biển

là một quá trình ngẫu nhiên có phân phối chuẩn Do các sóng điều hoà dao động xung quanh mực n-ớc tĩnh vì vậy có thể coi quá trình ngẫu nhiên trên có gía trị trung bình bằng không Tần số của sóng

cũng giới hạn trong khoảng hẹp 0.3s1 2.5s1 nên có thể mô tả sóng biển nh- là quá trình ngẫu nhiên dải hẹp Vì vậy, biên độ và chiều cao bề mặt n-ớc biển đ-ợc mô tả theo phân phối

Rayleigh

Theo luật phân phối chuẩn, hàm mật độ phân phối xác suất của bề mặt sóng viết theo công thức

.2

exp(

.2

1

2 2 )

Khi có đ-ợc phổ năng l-ợng của sóng thì hoàn toàn có thể xác định đ-ợc các tác động của môi tr-ờng vào công trình và xác định đ-ợc các đặc tr-ng phản ứng của kết cấu Có nhiều loại phổ khác nhau đã đ-ợc xây dựng, nh-:

2exp)



U là vận tốc gió tại độ cao 19.5m so với mực n-ớc tĩnh, A = 0.0081, B = 0.74 là các hằng số của phổ

2 21012

2

1exp2

T H S

f f f

f f

ag f

2 4

5 4 2

2

exp4

5exp2

)(

22 0046.0

U

X a

XU

f m 

X là đà gió, U10 là vận tốc gió tại độ cao 10m so với mực n-ớc tĩnh  3.30, 0.08 là các hằng số

 Hàm mật độ phổ của vận tốc, gia tốc phần tử chất lỏng theo lý thuyết sóng Airy

Giả sử hai đại l-ợng ngẫu nhiên có quan hệ: Y=A.X thì ta có, Syy = A2

.Sxx Theo các công thức tính vận tốc và gia tốc cảu lý thuyết sóng Airry ta nhận đ-ợc các phổ vận tốc và phổ gia tốc của phẩn tử chất lỏng nh- sau :

2.5.2 Tuyến tớnh húa cụng thức Morison

Dạng tuyến tớnh của phương trỡnh Morison, với mụ hỡnh súng ngẫu nhiờn, được xõy dựng bằng cỏch thực hiện tuyến tớnh hoỏ thành phần lực cản vận tốc, cú dạng:

F(t) DC 8 v Av C Av

2

1

m v

D    



Trong đú: vlà độ lệch chuẩn của vận tốc, được xỏc định dựa trờn phổ vận tốc của phần tử nước do súng ngẫu nhiờn gõy ra

(Tham khảo thêm [3])

2.5.3 Phổ súng và Phổ tải trọng súng

2.6 Tải trọng do động đất

2.6.1 Sơ lược vờ̀ cơ chế tỏc động

Tải trọng do động đṍt bản chṍt là lực quỏn tớnh của kết cṍu, phỏt sinh do dịch chuyển cú gia tốc của nền đṍt trong quỏ trỡnh kiến tạo Do đú khi nền ngừng dịch chuyển, cỏc bộ phận bờn trờn tiếp tục dịch chuyển theo quỏn tớnh Cơ chế tỏc động cú thể biểu diờ̃n theo hỡnh minh họa sau đõy:

Theo đú, lực động đṍt tỏc động trờn tṍt cả những thành phần cú khối lượng của cụng trỡnh biển,

do vậy khi tớnh toỏn kết cṍu khối chõn đế những thành phần phi kết cṍu được mụ tả như một khối lượng đặt vào kết cṍu

Lực động đṍt tỏc động lờn cụng trỡnh đặc trưng bởi thụng số gia tốc chuyển động của nền (gia tốc nền) cú thể mụ tả là một quỏ trỡnh ngẫu nhiờn dừng, do đú để phõn tớch tỏc động của nú lờn cụng trỡnh biển cú thể ỏp dụng phương phỏp đỏnh giỏ theo lý thuyết độ tin cậy hoặc theo phương phỏp kiểm tra theo giỏ trị cực đại của gia tốc nền

Để tớnh toỏn lực động đṍt theo giỏ trị cực đại của gia tốc nền, đầu tiờn cần xỏc định lực trượt mặt đṍt lớn nhṍt tại chõn cụng trỡnh (gọi là lực cắt đỏy) Với nguyờn lý tỏc động tương đương, lực cắt đỏy được phõn phối về cỏc khối lượng nằm trờn kết cṍu với cỏc bậc tự do tương ứng (Trong cụng trỡnh

biển, đơn giản nhất là qui về các nút nằm trên các diafragm) Phương pháp này được gọi là phương pháp tải trọng ngang thay thế (hay phương pháp tĩnh học tương đương)

2.6.2 Tính toán theo phương pháp tĩnh học tương đương

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN Kấ́T CẤU KHễ́I CHÂN Đấ́ CễNG TRÌNH

BIấ̉N

3.1 Phương phỏp tớnh và mụ hỡnh tớnh

3.1.1 Phương phỏp tớnh toỏn kết cấu

Ph-ơng pháp PTHH là một trong những ph-ơng pháp đã đ-ợc phát triển và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tính toán kết cấu công trình Cùng với sự phát triển ngày càng hiện đại của máy tính điện tử thì các -u điểm của ph-ơng pháp PTHH ngày càng đ-ợc phát huy cho phép giải quyết đ-ợc các bài toán kết cấu phức tạp, có số l-ợng ẩn số lớn và cho độ chính xác cao

Nguyên lý làm việc của ph-ơng pháp PTHH là rời rạc hoá một kết cấu liên tục thành một số hữu hạn các phần tử, các phần tử đ-ợc liên kết với nhau tại các điểm nút Sau đó thiết lập hệ ph-ơng trình cân bằng của hệ, giải hệ ph-ơng trình cân bằng ta tìm đ-ợc chuyển vị của các nút và từ chuyển vị tại các nút ta xác định đ-ợc nội lực, trạng thái ứng suất trong các phần tử của

hệ kết cấu Khi biến đổi từ hệ kết cấu liên tục thành các phần tử rời rạc liên kết với nhau tại các nút thì kết quả nhận đ-ợc sau khi giải ph-ơng trình cân bằng là kết quả gần đúng Độ chính xác của kết quả phụ thuộc nhiều vào cách rời rạc hoá kết cấu và kinh nghiệm của ng-ời tính toán

Quy trình tính toán một kết cấu bằng ph-ơng pháp PTHH đ-ợc tiến hành theo các b-ớc sau:

- Rời rạc hoá kết cấu thành các phần tử đ-ợc liên kết với nhau tại các nút theo sơ đồ tính

- Thiết lập hệ ph-ơng trình cân bằng theo ph-ơng pháp PTHH

- Xác định các ma trận hệ số trong ph-ơng trình cân bằng

- Giải hệ ph-ơng trình cân bằng để tìm chuyển vị của hệ tại các nút

- Từ chuyển vị nút xác định đ-ợc nội lực, trạng thái ứng suất - biến dạng trong các phần tử của kết cấu

3.1.2 Mụ hỡnh tớnh kết cấu

Áp dụng phương phỏp phần tử hữu hạn (PTHH), kết cṍu KCĐ Jacket thuộc loại kết khung

khụng gian, gồm cỏc phần tử thanh (thộp ống) nối với nhau bằng cỏc nỳt

Trong tớnh toỏn kiểm tra bền, phải kể đến độ lệch tõm của sơ đồ cỏc phần tử thanh quy vờ̀ nỳt (gõy mụmen phụ tại nút), do yờu cầu của cụng nghệ hàn cỏc nút ống khụng thể đảm bảo cỏc

trục thanh đều hội tụ tại 1 điểm nút như sơ đồ tớnh của phương phỏp PTHH

Trong tớnh toỏn kiểm tra mỏi, phải kể đến hiện tượng ứng suất tập trung tại nỳt, làm cho ứng

suṍt thực tế tại nút lớn hơn so với kết quả tớnh theo phương phỏp PTHH

3.1.3 Mụ hỡnh tớnh liờn kết cọc – nờ̀n – chõn đế

a) Mô hình ngàm: Th-ờng sử dụng trong thiết kế sơ bộ

Độ sâu ngàm tính toán phụ thuộc vào các yếu tố sau:

o Điều kiện địa chất của các lớp đất trên cùng

o Kích th-ớc của cọc

o Trạng thái chịu lực của công trình

Độ sâu ngàm tính toán 0 là khoảng cách từ mặt đất (đáy biển) tới vị trí ngàm tính toán Xem hình vẽ d-ới đây:

Đối với đất mềm dạng phù sa: o = ( 7,0 - 8,5 ) Dc

Tr-ờng hợp không có số liệu địa chất công trình: 0 = 6,0 Dc

Dc - đ-ờng kính ngoài của ống thép làm cọc

* Theo quy phạm Liên xô cũ:

0 = 2/l

Với: 5

I E

K: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào từng loại nền, (T/m4);

Bp: Đ-ờng kính quy -ớc của cọc, (m) đ-ợc xác định nh- sau:

Khi D  0.8m : Bp = D + 1 Khi D < 0.8m : Bp = 1,5D + 0,5 E: Môđun đàn hồi của vật liệu cọc, (T/m2)

I: Mô men quán tính tiết diện ngang của cọc, (m4

)

b) Mô hình kết cấu chân đế - cọc – nền đất làm việc đồng thời

Khi tính toán theo mô hình này, quan niệm đất nền làm việc theo mô hình nền

Winkler, t-ơng tác giữa cọc và nền đất đ-ợc thay bởi các lò xo

Cọc đ-ợc chia thành nhiều đoạn (thông th-ờng để tránh sai số, mỗi đoạn cọc có chiều dài

 2m) Mỗi đoạn cọc đ-ợc đặc tr-ng bởi mô đun đàn hồi của cọc và tiết diện cọc T-ơng tác giữa nền đất và đoạn cọc thứ i đ-ợc thay thế bởi hai lò xo theo ph-ơng ngang và một lò xo theo ph-ơng thẳng đứng tại điểm giữa của đoạn cọc Riêng đoạn cọc gần mũi cọc thì có thêm một

lò xo chống đặt tại đầu đoạn cọc

Độ cứng lò xo ph-ơng ngang, đứng và mũi cọc (Kxi Kyi, Kzi và Kmz) xác định theo biểu thức sau:

xi i

2



yi i

yi D l c

2



zi i

zi D l c

2



mz i

mz D l c

2

Trong đó:

li: Chiều dài đoạn cọc thứ i

cxi, cyi,czi: Hệ số nền theo ph-ơng ngang và ph-ơng đứng, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của nền đất của các lớp đất mà cọc xuyên qua

cmz: Hệ số nền theo ph-ơng đứng tại mũi cọc, phụ thuộc vào tính chất cơ lý của nền đất tại mũi cọc

a) Cọc chịu tải trọng ngang b) Cọc chịu tải trọng đứng

3.2 Giải bài toỏn dao động riờng của cụng trỡnh

3.2.1 Mụ hỡnh tớnh bài toỏn dao động

3.2.2 Cỏc loại khối lượng và cỏch mụ tả

a) Cỏc loại khối lượng

- Khối l-ợng th-ợng tầng : Khối l-ợng th-ợng tầng bao gồm khối l-ợng của toàn bộ kết cấu, máy móc thiết bị, vật t-, vật liệu và con ng-ời chứa trên th-ợng tầng Khối l-ợng th-ợng tầng

đ-ợc quy về mức sàn chịu lực;

- Khối l-ợng kết cấu : Khối l-ợng các phần tử kết cấu đ-ợc tính và quy về nút;

- Khối l-ợng n-ớc trong ống: N-ớc trong lòng cọc và trong ống đ-ợc cho vào trong quá trình thi công đ-ợc quy về các nút gần nhất có liên quan;

- Khối l-ợng n-ớc kèm: Phụ thuộc hệ số n-ớc kèm;

- Khối l-ợng các kết cấu phụ: Cũng giống nh- tải trọng, khối l-ợng của các thành phần phụ cũng đ-ợc tính toán và đ-ợc đặt tại các nút có liên quan

b) Qui đụ̉i khối lượng

Qui đổi theo phương pháp “thu gom khối lượng” (Lumped mass), theo đó khối lượng được qui

về các nút theo tỷ lệ phân bố

Sơ đồ tính dao động riêng đ-ợc mô tả nh- sau:

3.2.3 Xử lý kết quả tính

3.3 Tính toán tựa tĩnh kết cấu chân đế

3.3.1 Điều kiện tính tựa tĩnh

Theo quy định trong các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu khối chân đế (KCĐ) Jacket của công

trình biển cố định bằng thép, thì chỉ có tải trọng sóng được xem là tải trọng động Tuy nhiên, nếu

chu kỳ dao động riêng cơ bản (có giá trị lớn nhất trong dãy các chu kỳ dao động riêng) của kết cấu

KCĐ có giá trị nhỏ đáng kể so với dải chu kỳ dao động của sóng (T max << T sóng ), thì hiệu ứng

động là không đáng kể, được xem như tựa tĩnh (quasi-statics), và cho phép tính như đối với tải

trọng tĩnh

a) Khi tính toán với điều kiện biển cực đại:

Theo quy định trong các Tiêu chuẩn thiết kế, nếu

T max 3 sec

có thể xem tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu KCĐ như là tựa tĩnh

Điều này có thể giải thích rằng năng lượng sóng trong trạng thái biển cực đại (Extreme Seastate) thường tập trung trong phạm vi chu kỳ sóng từ

T sóng = 10 16 sec Nên nếu chu kỳ cơ bản của KCĐ có giá trị như điều kiện  3 sec, thì có nghĩa là tính chất tựa tĩnh của tải trọng sóng được hoàn toàn thoả mãn

Điều kiện của bài toán tựa tĩnh thường được thoả mãn với trường hợp dàn nước nông,

khoảng dưới 100 m; Tuy nhiên, ngay cả với trường hợp nước nông, nếu khối lượng thượng tầng quá lớn, điều kiện tính tựa tĩnh ở trên vẫn có thể không thoả mãn

b) Khi tính toán với điều kiện biển bình thường:

Khi xét bài toán mỏi của kết cấu KCĐ, chu kỳ sóng gây ra mỏi lại có phạm vi rộng hơn, đó

là

T sóng = 1 12 sec

Do đó, trong trường hợp này, hiệu ứng động lại phải kể đến

Trờn hỡnh biểu diờ̃n phổ súng thụng thường cú năng lượng rải trong phạm vi chu kỳ từ 3 đến 20 sec,

và chu kỳ dao động cơ bản của kết cṍu kiểu Jacket ở phớa bờn trỏi phổ súng, và cỏc CTB mềm ở phớa bờn phải phổ súng

(Chu kỳ cơ bản của cỏc kết cấu Jacket ở bờn trỏi phổ súng Chu kỳ cơ bản của cỏc kết cấu CTB mềm ở bờn phải phổ súng)

3.3.2 Tải trọng tĩnh

Tải trọng được tớnh toỏn và tổ hợp theo như đó trỡnh bày trong chương 2

Tùy theo ảnh hưởng động đỏng kể hay khụng đỏng kể, tải trọng tỏc dụng lờn kết cṍu cú thể coi là tải trọng động hay tải trọng tĩnh

Khi gõy ra hiệu ứng động khụng đỏng kể, tải trọng súng được tớnh tại nhiều thời điểm theo chu kỳ súng, ứng với mụ̃i thời điểm nú được coi là tải trọng tĩnh (khụng thay đổi về chiều và trị số)

Trong bài toỏn bền, tải trọng súng thường được tớnh toỏn với chiều cao súng cực hạn theo cỏc hướng và cho nhiều thời điểm ứng với khoảng chia nhṍt định của chu kỳ súng

2 2 1

) ( ) 2 ( )

( 1

Chu kỳ dao động riêng ứng với dạng dao động riêng thứ nhất

ệ số cản của môi tr-ờng

Nếu hệ phương trình tĩnh học là tuyến tính, việc hiệu chỉnh tải trọng sóng bằng hệ số kđ cũng

tương đương với hiệu chỉnh nội lực do tải trọng sóng gây ra bằng hệ số kđ

3.4 Tính toán động tiền định kết cấu chân đế

3.4.1 Phương trình tổng quát của bài toán dao động nhiều bậc tự do

Phương trình tổng quát của bài toán dao động tuyến tính nhiều bậc tự do viết theo phương pháp phần tử hữu hạn, có dạng:

M x + Cx+ K x = F(t)

Trong đó:

+ M - ma trận khối lượng của hệ, tập trung tại nút kết cấu, dạng ma trận chéo;

+ C - Ma trận hệ số cản tuyến tính của hệ, có cấu trúc tương tự M;

+ K - Ma trận độ cứng của kết cấu, ma trận vuông;

+ x - Vectơ chuyển vị nút của kết cấu;

+ F(t) - vectơ tải trọng sóng được quy về nút của kết cấu

Tải trọng sóng được xác định theo phương trình Morison đã được tuyến tính hoá theo mô hình sóng tiền định và có kế đến chuyển vị của kết cấu, như đã nêu tại công thức ở chương 2,

gồm 2 nhóm sô hạng (nhóm 1 chỉ chứa các số hạng vận tốc và gia tốc nước; nhóm 2 chứa các số hạng vận tốc và gia tốc kết cấu)

Trong phương trình trên, các đại lượng được hiểu như sau:

+ F(t) - vectơ tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu KCĐ (đã quy về nút kết cấu) với giả thiết

kết cấu là tuyệt đối cứng (không có chuyển vị);

+ M - Ma trận khối lượng kết cấu (đã quy về nút kết cấu), có kể đến khối lượng nước kèm

+ Z được xem là ánh xạ của vectơ x trong hệ toạ độ các vectơ riêng, cho phép biểu diễn

1 toạ độ bất kỳ xi có dạng như sau

xi = ai1 Z1 + ai 2 Z1 + + aij Z1 + ain Z1

với aijlà thành phần thứ i của dạng dao động riêng j (jth mode shape), tức là vectơ riêng J

 Ta có phương trình dao động viết trong hệ toạ độ suy rộng:

ijZ

a (j = i, 2, k, n)

Nhận xét: Phương pháp chồng mode cho phép đưa bài toán dao động của hệ n bậc tự do

tuyến tính về n bài toán 1 bậc tự do là bài toán đã có sẵn nghiệm Phương pháp chồng mode cũng được sử dụng rất tiện lợi để giải bài toán dao động ngẫu nhiên

3.5 Tính toán động ngẫu nhiên kết cấu chân đế

3.5.1 Phương pháp giải trong miền tần số bằng ma trận hàm truyền

j do tu bac theo vi chuyen F

u i H

k

j

b) Xác định hàm mật độ phổ của chuyển vị ngẫu nhiên

Phản ứng chuyển vị tại j (tức là theo bậc tự do j) của hệ có hàm mật độ phổ dưới dạng :

s r j

n

r n

s jr u

Trong đó: H*jr (iω) – là hàm liên hợp phức của Hjr (iω)

Thường bỏ qua các yếu tố tương quan giữa hai lực Fr và Fs (r  s ), tức là coi SFr Fs(ω) = 0 ( r

 s) Vậy có dạng đơn giản hơn (biểu thị tác động cộng tác dụng của các lực ngẫu nhiên):

 n

r n s

F F jr

Thực tế tính toán thiết kế các KCĐ Jacket, thường gặp các bài toán có số bậc tự do rất lớn (hàng trăm đến hàng nghìn BTD), phương pháp ma trận hàm truyền tỏ ra không thích hợp

3.5.2 Phương pháp giải trong miền tần số bằng thuật toán chồng mode

Thuật toán tương tự như phương pháp chồng mode đã trình bày tại bài toán dao động tiền định của hệ nhiều bậc tự do

a) Hệ phương trình một bậc tự do độc lập:

 

' t j

' jj j

' j j

Với Fk (k = 1,n) là phần tử thứ k của vectơ tải trọng ngẫu nhiên cho ban đầu

b) Xác định các hàm mật độ phổ của tải trọng suy rộng F' t

1 s

F F ks jr F

c) Xác định hàm truyền trong hệ toạ độ suy rộng:

Hàm truyền phức của toạ độ suy rộng thứ j (j = 1, n) cho phương trình với hệ 1 bậc tự do:

C i M K

1 i

HSuy ra bình phương của hàm truyền có dạng:

j 2 j

2 j

2

1M

1H

d) Xác định hàm mật độ phổ của chuyển vị suy rộng:

Tương tự bài toán hệ 1 bậc tự do, ta có thể xác định hàm mật độ phổ của chuyển vị suy rộng dưới dạng:

       ' '  

*

k j k

1 s

Y Y js jr u

Y Y jr 2 u

S

3.5.3 Phương pháp giải trong miền tần số bằng hàm truyền RAO

a) Khái niệm về hàm truyền (Transfer Function): còn gọi là “toán tử biên độ phản ứng” (gọi

tắt là “RAO”- Response-Amplitude Operator)

Đối với các hệ tuyến tính: RAO là hàm phản ứng chuẩn hoá (normalized response function) được xây dựng trong một phạm vi nào đó của các tần số sóng tác dụng lên kết cấu Do RAO có

tích chất không thay đổi đối với hệ tuyến tính, nên nó là hàm duy nhất đối với một kết cấu cho trước

Nếu tải trọng sóng phụ thuộc tuyến tính vào chiều cao sóng, ta có phản ứng của hệ được xác định bởi hệ thức:

Resp (t) = (RAO) (t)

Trong đó:

+ RAO là phản ứng của hệ với một đơn vị biên độ sóng bề mặt;

+ (t) hàm sóng bề mặt thay đổi theo thời gian t

b) Xác định phổ phản ứng

Trường hợp sóng bề mặt là hàm ngẫu nhiên đối với t: sóng được mô tả bởi phổ mật độ

năng lượng của sóng ( wave-energy density spectrum), đối với hệ tuyến tính, ta có thể xác định được phổ phản ứng theo phổ của sóng bởi biểu thức:

SResp = [RAO ()] 2 S()

3.5.4 Phương pháp giải trong miền thời gian bằng thuật toán chồng mode

a) Phương pháp giải trong miền thời gian cho hệ một bậc tự do chịu tải trọng ngẫu nhiên

Nội dung chính của phương pháp này như sau:

Bước 1: Dựa trên hàm phổ sóng dã cho S() được xác định trong pham vi giá trị của tần số

Bước 2: Thay thế 1 trạng thái biển với sóng ngẫu nhiên S() có tần số biển thiên liên tục

thành tập hợp N sóng điều hoà Airy với N tần số khác nhau, i ( i = 1,N):

 (t) = 



N

1 i i

a cos (i + i) Trong đó: ai2 = 2 S(i) 

Bước 3: Lần lượt giải N bài toán động tiền định với sóng điều hoà ta sẽ xác định được N phản ứng của kết cấu

Bước 4: Xử lý thống kế N phản ứng, ta sẽ có được các đặc trưng xác suất của phản ứng do sóng ngẫu nhiên ban đầu gây ra

b) Kết hợp phương pháp chồng mode với phương pháp giải theo miền thời gian

Sử dụng thuật toán chồng mode với đầu vào là hàm mật độ phổ của bề mặt sóng S(), sau

khi đưa bài toán xuất phát về dạng n bài toán 1 bậc tự do, ta sẽ sử dụng phương pháp giải theo

miền thời gian như đã trình bày trong bài toán 1 bậc tự do ở trên để chuyển sang dạng các bài toán 1 bậc tự do tiền định

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ KHỐI CHÂN ĐẾ CÔNG TRÌNH BIỂN

CĐ BẰNG THÉP

4.1 Lựa chọn các số liệu đầu vào phục vụ thiết kế

4.1.1 Yêu cầu về công nghệ

a) Công nghệ khoan xiên

b) Kỹ thuật giàn đầu giếng

- Loại kết cấu truyền thống của giàn BK;

- Loại kết cấu giàn tối thiểu (MOSS);

c) Công nghệ đầu giếng ngầm

Kết hợp với các Công trình biển nhằm:

- Giảm số lượng giàn;

- Tăng hiệu quả kinh tế;

d) Công nghệ thượng tầng toàn khối

4.1.2 Số liệu về môi trường, địa chất

4.1.3 Điều kiện thi công (Thi công tự nổi, đánh chìm bằng kéo trượt lên xà lan ) Đọc

thêm tài liệu thi công Công trình Biển cố định bằng thép

4.2 Tính toán xác định các kích thước tổng thể của công trình

4.2.1 Các căn cứ và ràng buộc lựa chọn giải pháp kết cấu khối chân đế CTB cố định bằng thép

a) Các căn cứ

- Nhiệm vụ của dàn: Liên quan đến quy mô thượng tầng;

- Vị trí của dàn: Xác định điều kiện môi trường để tính toán kết cấu;

- Độ sâu nước: Liên quan đến rất nhiều chỉ tiêu thiết kế;

- Các đặc tính nền đáy biển: Liên quan đến lựa chọn giải pháp móng ;