BÀI TẬP LỚN CÔNG TRÌNH BIỂN MỀM VÀ PHƯƠNG TIỆN NỔI

BÀI TẬP LỚN CÔNG TRÌNH BIỂN MỀM VÀ PTN Tính toán hệ thống dây neo hai phía của kết cấu công trình biển bán chìm Đề bài: Cho kết cấu bán chìm được neo giữ bởi 1 cặp dây neo đối xứng, chịu

BÀI TẬP LỚN CÔNG TRÌNH BIỂN MỀM VÀ PTN

Tính toán hệ thống dây neo hai phía của kết cấu công trình biển bán chìm

Đề bài: Cho kết cấu bán chìm được neo giữ bởi 1 cặp dây neo đối xứng, chịu tải trọng

ngang với cácsố liệu ban đầu (Ho, d, và q) có giá trị như trong bảng dưới đây

1/ Tính toán và vẽ các đường quan hệ H(x) cho 1 dây neo đơn, dựa trên các giá trị của lực theo phương ngang thay đổi: H i = ai H0, trong đó ai có các giá trị được cho như dưới đây:

ai=1; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4;0,3; 0,2; 0,1; 0,05 (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên trái trục tung)

ai= 1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6;2,8; 3,0

(để xây dựng đồ thị H(x) ở bên phải trục tung) 2/Tính toán các điểm cực trị dịch chuyển của dây và lực ngang H khi dây trùng hoàn toàn và dây căng hoàn toàn

3/Vẽ các đường quan hệ H(x) cho 1 cặp dây neo đối xứng

4/ Tính hệ số an toàn về bền cho dây neo trường hợp nguy hiểm nhất

5/ Lập bảng tính tải trọng ngang R Vẽ đường quan hệ R(x) Nhận xét kết quả

(*)Các số liệu đầu vào:

(m)

đường kính xích loại xích hạng xích (kg/m) q (N/m) q

lực kéo đứt tối thiểu TBr

(*) Trong đó:

+ Ho(kN) = T0 - lực căng ban đầu (chưa chịu tải trọng) của dây neo tại đáy biển (trạng thái dây căng tới hạn);

+ d (m) - độ sâu nước biển;

+ q (N/m) - cường độ trọng lượng bản thân của đây neo trong nước biển

BÀI LÀM I/ Xác đinh chiều dài ban đầu tối thiểu của dây neo 1 phía Lmin = L0 (để đầu dưới vừa tiếp

tuyến với đáy biển); và các đại lượng x A0, VA0

Trong đó:

Ho =To =620 (kN)

d = 92 (m)

q = 2148.39 (N/m)

Chiều dài ban đầu tối thiểu của dây neo 1 phía là:

L min=d√2 T o

q d+1=92√2 x 620 x 103

2148.39 x 92+1=248.121

-Hoành độ và Lực theo phương đứng của điểm đầu dây A :

X A 0=T0

q Arsh(T q0L)=224.715

V A 0=q L min=533061( N )=533.062(kN )

(Kết cấu nổi di chuyển sang trái )

+ Xác định các giá trị H - i; (tương ứng với 10 giá trị của ai< 1, theo

đầu bài);

H-i = ai Ho

+ Tính 10 giá trị XA-i

+ Tính 10 giá trị L-i = Limin ứng với H-i

+ Tính 10 giá trị XB-i = L0 - Li

+ Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo:

X-i = XA0 – (XA-i + XB-i )

Các thông số của dây neo khi dây neo dịch chuyển sang trái ( L-i < L0)

i

A i

i







2

2

i i

L q

d



X   L L

1

i







i A A i B i

X X X  X 

i ai H-i XA-i Li XB-i X-i

+ Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo khi dây trùng hoàn toàn

Khi điểm đầu dây A đạt tới vị trí trùng nhất A-n thì:

L-n = d = 92(m) XB-n = L0-d =156.121 (m) X-n = XA - (Lo -d) =68.593(m) Tọa độ : XA-n =-68.593(m)

+ Lập đường cong quan hệ H(x) với x < 0 của dây neo 1 phía :

-50.00 -45.00 -40.00 -35.00 -30.00 -25.00 -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00

0 100 200 300 400 500 600 700

H(x)

Đường cong quan hệ H(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển sang trái

III/ Lập đường cong quan hệ H(x) với x>0 của dây neo 1 phía

( Kết cấu di chuyển sang bên phải )

a Xác định các giá trị Hi và ZBi (i = 1 ÷ 10) bằng các chu trình lặp như sau

-Đặt các giá trị Hi (tương ứng với các giá trị của ai >1, i = 1÷10, theo quy định ở đầu bài) -Giả định các giá trị ZBi, i =1 ÷ 10(Ban đầu lấy ZBi khoảng 1% đến 10% của độ sâu nước d) -Sử dụng các giá trị ZBi để tính các chiều dài dây ảo (Bi – Ai) tương ứng L

-Sử dụng chiều dài dây ảo Li để tính Hitt của dây ảo (Bi - B0)

-So sánh giá trị Hi( hoặc ZBi cho đến khi sai lệch giữa 2 chu trình kế nhau là không đáng kể

b Tính 10 giá trị xBi (ứng với độ sâu nước ‘ảo’ ZBi ), và 10 giá trị xAi ( ứng với độ sâu nước

‘ảo’ ZAi=d+ZBi)

c Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo :

x-i = xAi – (xA0 + xBi)

-Xác định độ dịch chuyển của đầu trên dây neo khi dây căng hoàn toàn

-Lập đường cong quan hệ H(x) với x>0 của dây neo 1 phía

Ta có bảng sau:

`

+ Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo khi dây căng hoàn toàn

Dây căng hoàn toàn xảy ra khi :

X n=√L02−d2−X A 0=5.720

+ Lập đường cong quan hệ H(x) với x > 0 của dây neo 1 phía:

0 200 400 600 800 1000

1200

1400

1600

1800

2000

H(x)

Đường cong quan hệ H(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển sang phải

IV/ Lập đường cong quan hệ H(x) của cặp dây neo:

Ghép đường cong H(x) với đầu trên của dây neo 1 phía di chuyển cả 2 phía , và sử dụng tính chất đối xứng ban đầu( khi chưa chịu tải ngang R) của cặp dây neo, ta được 2 đường cong

H1(x) và H2(x) của cặp dây neo

Dây 1-H1(x) Dây 2-H2(x)

Bên

trái

Bên trái

Bên

phải

Bên phải

-50.00 -40.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

2000

H1(

x)

Biểu đồ đường cong quan hệ H(x) của cặp dây neo :

-R được xác định bằng : R(x) = H1(x) - H2(x)

Ta phải tìm được các giá trị trên 2 đường H1(x) và H2(x) cùng hoành độ

Khi dây 1 bị căng thì dây 2 bị chùng và ngược lại

-Ta xét khi dây 1 dịch chuyển sang phải thì lúc đó dây 2 dịch chuyển sang trái + Với dây 1 dịch chuyển sang phải ta đã có các H1x tương ứng với các Xi tính

được ở phần trên

+ Với dây 2 dịch chuyển sang trái ta phải xác định các H2x tương ứng với các Xi

đó

(Sử dụng lặp để xác định H2i )

-Khi dây 1 dịch chuyển sang trái thì lúc đó dây 2 dịch chuyển sang phải

(Lấy đối xứng để vẽ đồ thị)

V/ Tính hệ số an toàn về bền cho dây neo tại thời điểm nguy hiểm nhất

max)

trong số các giá trị H đã tính ở trên.

Ta có:

Himax =1860 (kN) ứng với X10= 5.056 (m)

Vi =1015.415 (kN) ứng với Xn=5.720(m) +/Lực căng trong dây neo lúc dây neo căng nhất :

T max=√A imax2+V2=2119.120

+/Hệ số an toàn về bền cho dây neo :

SF= T Br

T Max=3.788

KẾT LUẬN: Dây neo đủ điều kiện bền

VI/ Lập đường cong quan hệ R(x)

R được xác định bằng : R(x) = H1(x) - H2(x) Ta phải tìm được các giá trị trên 2 đường H1(x) và H2(x) cùng hoành độ Khi dây 1 bị căng thì dây 2 bị chùng và ngược lại

-Ta xét khi dây 1 dịch chuyển sang phải thì lúc đó dây 2 dịch chuyển sang trái + Với dây 1 dịch chuyển sang phải ta đã có các H1x tương ứng với các Xi tính

được ở phần trên

+ Với dây 2 dịch chuyển sang trái ta phải xác định các H2x tương ứng với các Xi

đó

(Sử dụng lặp để xác định H2i ) -Khi dây 1 dịch chuyển sang trái thì lúc đó dây 2 dịch chuyển sang phải

(Lấy đối xứng để vẽ đồ thị)

Bên trái

Bên phải

0 0 570 570 0.0

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0

Đường cong quan hệ R(x)

X

Ho

H

Xi X-n

VII/ Nhận xét kết quả của các đồ thị

1.Một số nhận xét của bài toán dịch chuyển ngang

+/ Từ đồ thị ta có thể thấy quan hệ giữa Hi và X là quan hệ phi tuyến

+/ Từ đồ thị ta có thể tính được độ cứng của dây thông qua biểu thức sau:

1 1

i

k





 

- Khi điểm A dịch chuyển sang trái thì ki giảm(dây trung)

- Khi điểm A dịch chuyển sang phải thì ki tăng( dây căng)

+/ Tại mỗi vị trí, ta có thể tính được lực căng tại đầu dây neo và từ đó kiểm tra độ bền của dây tại vị trí đó

 

2 2

T  V H  T T

Hoặc :

 

i

T SF

T 

Với Vi=q.Li Trong đó : qi - Lực phân bố của khối lượng dây

Hi Ai

-Nhận xét về lực môi trường R(x):

+/ Để tính được lực môi trường thì ta phải giả thiết lực môi trường tác dụng lên kết cấu nổi có phương trùng với 1 cặp dây neo và chuyển vị của kết cấu nổi là bé để cho phép phương của cặp dây không đổi

+/ Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa R và X cũng là quan hệ phi tuyến

+/ Kết hợp với lực kéo đứt cho phép của dây, ta có thể tính được hệ số hiệu quả của một cặp dây neo, được xác định bằng biểu thức sau:

 

R e T

