Nghiên cứu giá trị của presepsin trong chẩn đoán và tiên lượng bệnh nhân nhiễm khuẩn năng và sốc nhiễm khuẩn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BÙI THẾ ANH ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG SÓNG LÊN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP - ÁP DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật X

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BÙI THẾ ANH

ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG SÓNG LÊN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP

- ÁP DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Biển

Mã số: 9 58 02 03

LUẬN ÁN TIẾN SỸ

Hà Nội - Năm 2019

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BÙI THẾ ANH

ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG SÓNG LÊN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP

- ÁP DỤNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Biển

Mã số: 9 58 02 03

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đinh Quang Cường

Hà Nội - Năm 2019

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Đinh Quang Cường đã tận tâm hướng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án này Ngoài các kiến thức khoa học quý báu, thầy đã luôn động viên, quan tâm hỗ trợ để tác giả vượt qua được nhiều thời điểm khó khăn trong quá trình thực hiện luận án

Tác giả chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các đồng nghiệp trong Khoa Xây dựng Công trình biển và Dầu khí - Đại học Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau đại học - Đại học Xây dựng, đã đóng góp ý kiến về chuyên môn và tạo điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành luận án này

Tác giả chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các chuyên gia trong và ngoài trường

Đại học Xây dựng đã đóng góp ý kiến khoa học để tác giả hoàn thiện luận án

Tác giả cảm ơn gia đình, người thân của mình đã tin tưởng, giúp đỡ cho tác giả

trong thời gian qua

Tác giả

Bùi Thế Anh

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong

bất cứ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Nghiên cứu sinh

Bùi Thế Anh

Trang 5

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan……… i

Mục lục ……… ii

Danh mục các chữ viết tắt, ký hiệu vii

Danh mục các bảng xii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị xv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG ĐỘNG CỦA

TẢI TRỌNG SÓNG TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN

CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP 5

1.1 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu 5

1.1.1 Cấu tạo chung và sơ lược tình hình phát triển xây dựng các công trình biển cố định bằng thép trên thế giới và ở Việt Nam 5

1.1.2 Tải trọng sóng tác động lên kết cấu công trình biển 8

1.1.3 Phản ứng của kết cấu công trình biển 10

1.1.4 Quan hệ giữa chu kỳ dao động riêng của kết cấu công trình với chu kỳ của sóng biển 11

1.2 Các tiêu chuẩn và nghiên cứu về hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép 14

1.2.1 Các tiêu chuẩn hiện hành về đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép 14

1.2.1.1 Tiêu chuẩn API 14

1.2.1.2 Tiêu chuẩn ISO 15

1.2.1.3 Tiêu chuẩn PTS 15

1.2.1.4 Tiêu chuẩn DNV 15

1.2.1.5 Tiêu chuẩn NORSOK 15

1.2.1.6 Tiêu chuẩn Việt Nam 15

Trang 6

1.2.2 Các công bố khoa học về đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính

toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép 16

1.2.2.1 Các công bố trên thế giới 16

1.2.2.2 Các công bố của Việt Nam 23

1.3 Đánh giá các nghiên cứu đã công bố, đề xuất hướng nghiên cứu của luận án 24

1.3.1 Đánh giá chung về các nghiên cứu đã công bố 24

1.3.2 Đề xuất hướng nghiên cứu của luận án 26

1.4 Nội dung nghiên cứu của luận án 27

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG SÓNG LÊN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP TRONG BÀI TOÁN BỀN VÀ BÀI TOÁN MỎI 28

2.1 Tải trọng sóng 28

2.1.1 Dạng gốc của phương trình Morison 28

2.1.2 Dạng mở rộng của phương trình Morison 29

2.1.3 Dạng tuyến tính của phương trình Morison với mô hình tiền định 29

2.2 Bài toán tĩnh kết cấu Jacket 30

2.2.1 Bài toán tĩnh tổng quát của kết cấu Jacket 30

2.2.2 Bài toán tựa tĩnh của kết cấu Jacket chịu tải trọng sóng 30

2.2.3 Xác định nội lực của kết cấu Jacket trong bài toán tĩnh 31

2.3 Bài toán động lực học tiền định kết cấu Jacket 31

2.3.1 Phương trình tổng quát của bài toán dao động nhiều bậc tự do 31

2.3.2 Phương pháp chồng mode 32

2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán động lực học kết cấu Jacket 34

2.3.3.1 Xây dựng các ma trận theo phương pháp phần tử hữu hạn 34

2.3.3.2 Phương trình vi phân chuyển động 35

2.3.3.3 Sơ đồ khối giải bài toán kết cấu bằng phương pháp PTHH 36

2.4 Kiểm tra bền kết cấu Jacket 36

2.4.1 Quan niệm về tính toán bền của kết cấu Jacket 36

2.4.2 Các điều kiện môi trường trong tính toán bền 37

Trang 7

2.4.3 Các bài toán kiểm tra bền 37

2.5 Tính toán mỏi tiền định kết cấu Jacket 38

2.5.1 Các giai đoạn phát triển mỏi 38

2.5.2 Các phương pháp tính mỏi 38

2.5.3 Tính mỏi tiền định theo phương pháp P-M 39

2.5.3.1 Đường cong mỏi S-N 39

2.5.3.2 Xác định ứng suất để tính mỏi tại các điểm nóng 40

2.5.3.3 Xác định tổn thất mỏi 42

2.5.3.4 Đánh giá tuổi thọ mỏi 43

2.5.4 Thuật toán tổng quát tính toán mỏi tiền định 44

2.6 Đánh giá hiệu ứng động 45

2.6.1 Hiệu ứng động đối với bài toán bền 46

2.6.1.1 Hiệu ứng động đối với mô hình tính tựa tĩnh 46

2.6.1.2 Hiệu ứng động đối với mô hình động lực học 46

2.6.2 Hiệu ứng động đối với bài toán mỏi 47

2.6.3 Nhận xét về hiệu ứng động trong kiểm tra bền và mỏi 48

2.6.4 Sơ đồ thuật toán áp dụng đánh giá hiệu ứng động 49

2.7 Các nội dung đạt được trong chương 2 …… ……… 56

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG SÓNG LÊN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP CHO ĐIỀU KIỆN BIỂN VIỆT NAM 57

3.1 Quan hệ độ sâu nước và hiệu ứng động 57

3.2 Quan hệ tỷ số cản và hiệu ứng động 58

3.3 Quan hệ hà bám và hiệu ứng động 61

3.3.1 Tăng trọng lượng kết cấu 62

3.3.2 Tăng chu kỳ dao động riêng của kết cấu 62

3.3.3 Tăng tải trọng sóng 63

3.4 Nhận xét và lựa chọn các thông số phục vụ tính toán khảo sát 64

3.5 Đặc điểm kết cấu Jacket ở Việt Nam 65

Trang 8

3.5.1 Sự phát triển các công trình biển cố định bằng thép ở Việt Nam 65

3.5.2 Đặc điểm kỹ thuật chính của kết cấu khối chân đế ở Việt Nam 66

3.5.3 Đặc điểm sóng biển ở Việt Nam ……….68

3.6 Thông số chính của Jacket sử dụng để đánh giá hiệu ứng động 69

3.7 Thông số sóng biển sử dụng để đánh giá hiệu ứng động 70

3.8 Phần mềm và tiêu chuẩn áp dụng tính toán 71

3.9 Kết quả đánh giá hiệu ứng động 72

3.9.1 Hiệu ứng động đối với bài toán kiểm tra bền 72

3.9.1.1 Kết quả khảo sát Jacket 01 72

3.9.2 Hiệu ứng động đối với bài toán kiểm tra mỏi 86

3.10 So sánh đánh giá hiệu ứng động 91

3.10.1 Đối với lực quán tính 91

3.10.2 Đối với bài toán bền 92

3.10.3 Đối với bài toán mỏi 93

3.11 Các nội dung đạt được trong chương 3……… 95

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ GIÀN CỐ ĐỊNH CÓ KẾT CẤU KIỂU JACKET CHO ĐIỀU KIỆN BIỂN VIỆT NAM 97

4.1 Số liệu đầu vào 97

4.1.1 Số liệu về công trình 97

4.1.2 Số liệu về sóng thiết kế 98

4.1.2.1 Giàn WHP Thái Bình 98

4.1.2.2 Giàn WHP Thăng Long 99

4.1.2.3 Giàn WHP Đại Hùng 100

4.1.3 Số liệu hà bám 100

Trang 9

4.2 So sánh kết quả hiệu ứng động của WHP-Thái Bình 101

4.2.1 Kết quả kiểm tra bền 101

4.2.1.1 Hiệu ứng động 101

4.2.1.2 Kết quả tính toán kiểm tra bền 102

4.2.2 Kết quả kiểm tra mỏi 104

4.3 So sánh kết quả hiệu ứng động của WHP-Thăng Long 104

4.4 So sánh kết quả đánh giá hiệu ứng của WHP-Đại Hùng 107

4.5 Một số hình ảnh kiểm tra bền, mỏi 111

4.6 Thảo luận về kết quả áp dụng tính toán 113

4.7 Các nội dung đạt được trong chương 4……… 114

KẾT LUẬN 116

DANH MỤC NHỮNG CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 119

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

PHỤ LỤC 126

Phụ lục 01: Thống kê các giàn khai thác dầu khí ở Việt Nam kiểu kết cấu Jacket… PL1 Phụ lục 02: Kết quả kiểm tra bền kết cấu Jacket 01, 02 và 03 PL9 Phụ lục 03: Kết quả kiểm tra mỏi kết cấu Jacket 01, 02 và 03 PL22 Phụ lục 04: Số liệu đầu vào giàn đầu giếng WHP Thái Bình … PL41 Phụ lục 05: Số liệu đầu vào giàn đầu giếng WHP Thăng Long PL45 Phụ lục 06: Số liệu đầu vào giàn đầu giếng WHP Đại Hùng … PL49 Phụ lục 07: Kết quả tính toán mỏi WHP Thái Bình, WHP Thăng Long, WHP Đại Hùng PL53

Trang 10

Danh mục các chữ viết tắt, ký hiệu

Danh mục các từ viết tắt

BS Tổng lực cắt đáy

CTB Công trình biển

DAF Hệ số khuếch đại động

DAFQS Hệ số khuếch đại động khi tính toán tựa tĩnh DAFD Hệ số khuếch đại động khi tính toán động

DAFF Hệ số khuếch đại động khi tính toán mỏi

LAT Mực nước thủy triều thấp nhất

LRFD Thiết kế theo hệ số tải trọng và khả năng chịu lực

OP (Oper) Điều kiện hoạt động

OTM Tổng mô men lật

OD Đường kính ngoài của ống

P-M Phương pháp tính mỏi Palmgren - Miner

PTHH Phần tử hữu hạn

SCF Hệ số tập trung ứng suất

SLS Trạng thái giới hạn khả năng khai thác

S-N Đường cong mỏi thực nghiệm S-N

ST (Storm) Điều kiện bão cực hạn

sec (s) Giây

TTB Trạng thái biển

UC Unity check - Hệ số sử dụng vật liệu

ULS Trạng thái giới hạn cực hạn

Trang 11

WHP Giàn đầu giếng

WSD Thiết kế theo ứng suất cho phép

Danh mục các ký hiệu

A Diện tích mặt cắt ngang

a Hệ số phụ thuộc vật liệu, xác định theo đường cong mỏi S-N

aij Thành phần thứ i của dạng dao động thứ j (véctơ riêng j)

Ew Giá trị trung gian của vận tốc sóng đã tuyến tính

Fo Biên độ của tải trọng

F(t) Tải trọng sóng theo công thức Morison

Trang 12

FA Lực quán tính do vật cản choán chỗ

FM Lực quán tính do khối lượng nước kèm

f Véctơ lực của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể

f Véctơ lực của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ địa phương

k Ma trận độ cứng của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể

k Ma trận độ cứng của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ địa phương

M Khối lượng ở hệ tọa độ suy rộng

m Ma trận của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể

m Ma trận của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ địa phương

Mr Khối lượng kết cấu + khối lượng hà bám

Ma Khối lượng nước kèm

N Số chu trình gây phá hủy mỏi

Nj Số chu trình gây phá hủy mỏi ứng với Sj

Nji Số chu trình của nhóm ứng suất Sj trong TTB thứ i

Trang 13

nj Số chu trình ứng suất trong nhóm thứ j, có số gia ứng suất Sj (j=1,Mi)

pji Tỷ lệ thời gian của nhóm ứng suất Sj trong TTB thứ i

QA Giá trị biên độ của tổng lực cắt đáy trong tính toán tĩnh

QM Giá trị trung bình của tổng lực cắt đáy

R Khả năng chịu lực của vật liệu

T1 (Tmax) Chu kỳ dao động riêng cơ bản của kết cấu

Tji Chu kỳ của nhóm ứng suất Sj trong TTB thứ i

thb Chiều dày trung bình của hà bám

U, U, U Véctơ chuyển vị, vận tốc và gia tốc của hệ kết cấu

u, u, u Véctơ chuyển vị, vận tốc và gia tốc của phần tử kết cấu

u Véctơ chuyển vị của phần tử kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể

udc Vận tốc dòng chảy

uo Biên độ dao động

v, v Vận tốc và gia tốc của phần tử nước

V Thể tích ngập nước của kết cấu

Z Ánh xạ của véc tơ u trong hệ tọa độ véctơ riêng

 Ma trận các dạng dao động riêng

Trang 15

Danh mục các bảng Trang

Bảng 1.1 Các giàn Jacket ở độ sâu nước lớn nhất trên thế giới 6

Bảng 1.2 Điều kiện biển điển hình cho các vùng biển khác nhau trên thế giới 9

Bảng 1.3 Bảng tổng hợp, so sánh về giới hạn Tmax (DAF) cho phép tính toán tựa tĩnh trong các tiêu chuẩn……… 16

Bảng 1.4 Các giới hạn của chu kỳ dao động cơ bản để tính toán động kết cấu công trình biển cố định kiểu Jacket 17

Bảng 1.5 Khảo sát giới hạn chu kỳ dao động [T1] ứng với điều kiện biển

Việt Nam……… 26

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỷ số cản đến tần số DĐR ……… 60

Bảng 3.2 Chiều dày hà bám vùng biển Norway 61

Bảng 3.3 Chiều dày hà bám vùng mỏ Bạch Hổ - Việt Nam 61

Bảng 3.4 Chiều dày hà bám áp dụng khảo sát 65

Bảng 3.5 Bảng số liệu dự báo các công trình biển sẽ được xây dựng tại Việt Nam

đến năm 2025 66

Bảng 3.6 Thông số cơ bản kết cấu các Jacket dùng để thực hiện tính toán khảo sát…70 Bảng 3.7 Thông số sóng phục vụ tính toán kiểm tra bền 70

Bảng 3.8 Thông số sóng phục vụ tính toán kiểm tra mỏi 71

Bảng 3.9 Kết quả DAFQS theo phương pháp tựa tĩnh - Jacket 01 72

Bảng 3.10 Kết quả DAFD theo phương pháp ĐLH tiền định - Jacket 01 72

Bảng 3.11 Kết quả DAFQS theo phương pháp tựa tĩnh – Jacket 02 76

Bảng 3.12 Kết quả DAFD theo phương pháp ĐLH tiền định – Jacket 02 78

Bảng 3.13 Kết quả DAFQS theo phương pháp tựa tĩnh – Jacket 03 81

Bảng 3.14 Kết quả DAFD theo phương pháp ĐLH tiền định - Jacket 03 82

Bảng 3.15 Kết quả tuổi thọ mỏi - Jacket 01 87

Bảng 3.18 Tổng hợp lực quán tính - Jacket 01, Jacket 02 và Jacket 03 91

Bảng 3.19 Các giá trị DAFQS, DAFD - Jacket 01, Jacket 02 và Jacket 03 92

Trang 16

Bảng 3.20 Các giá trị DAFQS, DAFD, DAFF - Jacket 01, Jacket 02 và

Jacket 03……… 94

Bảng 4.1 Thông số chính các giàn WHP áp dụng tính toán 98

Bảng 4.2 Số liệu sóng chu kỳ lặp 1 năm của giàn WHP Thái Bình 98

Bảng 4.3 Số liệu sóng chu kỳ lặp 100 năm của giàn WHP Thái Bình 99

Bảng 4.4 Số liệu sóng chu kỳ lặp 1 năm của giàn WHP Thăng Long 99

Bảng 4.5 Số liệu sóng chu kỳ lặp 100 năm của giàn WHP Thăng Long 99

Bảng 4.6 Số liệu sóng chu kỳ lặp 1 năm của giàn WHP Đại Hùng 100

Bảng 4.7 Số liệu sóng chu kỳ lặp 100 năm của giàn WHP Đại Hùng 100

Bảng 4.8 Chiều dày hà bám của giàn WHP Thái Bình 100

Bảng 4.9 Chiều dày hà bám của giàn WHP Thăng Long ……… ….101

Bảng 4.10 Chiều dày hà bám của giàn WHP Đại Hùng 101

Bảng 4.11 Hiệu ứng động điều kiện hoạt động 102

Bảng 4.12 Hiệu ứng động trạng thái bão cực hạn 102

Bảng 4.13 Kết quả kiểm tra bền thanh ống chính 103

Bảng 4.14 Kết quả kiểm tra bền thanh giằng chéo 103

Bảng 4.15 Kết quả kiểm tra chuyển vị nút 104

Bảng 4.16 Kết quả tính toán tổn thất tích lũy mỏi và hiệu ứng động 104

Bảng 4.19 Kết quả kiểm tra bền thanh ống chính 106

Bảng 4.20 Kết quả kiểm tra bền thanh giằng chéo 106

Bảng 4.21 Kết quả chuyển vị nút 107

Bảng 4.22 Kết quả tính toán tổn thất tích lũy mỏi và hiệu ứng động 107

Bảng 4.25 Kết quả kiểm tra bền thanh ống chính trong điều kiện hoạt động 109

Bảng 4.26 Kết quả kiểm tra bền thanh giằng chéo trong điều kiện hoạt động 109

Bảng 4.27 Kết quả chuyển vị nút trong điều kiện hoạt động 110

Trang 17

Bảng 4.28 Kết quả kiểm tra bền thanh ống chính trong trạng thái bão cực hạn

……11010

Bảng 4.29 Kết quả kiểm tra bền thanh giằng chéo trong trạng thái bão cực hạn 110Bảng 4.30 Kết quả chuyển vị nút trong trạng thái bão cực hạn 111Bảng 4.31 Kết quả tính toán tổn thất tích lũy mỏi và hiệu ứng động 111

Trang 18

Danh mục các hình vẽ, đồ thị Trang

Hình 1.1 Cấu tạo chung công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket 5

Hình 1.2 Các giàn kiểu Jacket đã xây dựng và đang khai thác ở độ sâu nước trên

1000 ft (312m) 6

Hình 1.3 (a)-Bản đồ phân bố bể trầm tích Việt Nam; (b)-Bản đồ hoạt động dầu khí

Việt Nam 7

Hình 1.4 Các phổ sóng P-M và JONSWAP 8

Hình 1.5 Phổ chiều cao sóng cho các vùng biển khác nhau trên thế giới và ở vùng biển phía Nam Việt Nam 8

Hình 1.6 Sơ đồ hệ 1 bậc tự do có cản 10

Hình 1.7 Đồ thị hệ số động phụ thuộc  10

Hình 1.8 Dải chu kỳ của phổ sóng biển với chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu công trình biển ở các vùng nước từ nông ra sâu 12

Hình 1.9 Phổ sóng với chu kỳ dao động riêng cơ bản của kết cấu công trình biển xây dựng ở Vịnh Mexico 12

Hình 1.10 Xu thế tăng giá thành của công trình biển cố định và công trình biển mềm khi xây dựng ở các độ sâu nước tăng dần 13

Hình 1.11 Ảnh hưởng động của hệ tuyến tính với cản nhỏ……… 18

Hình 1.12 Quan hệ T1 và tỷ số lực cắt QD/QS của kết cấu khối chân đế các công trình biển cố định bằng thép xây dựng ở vùng vịnh Mexico 22

Hình 1.13 Phản ứng động điển hình và quan hệ giữa u0 và /1 24

Hình 2.1 Sơ đồ khối thực hiện giải bài toán động lực học bằng phương pháp PTHH 36 Hình 2.2 Sơ đồ ứng suất thay đổi điều hòa với chu trình đối xứng 39

Hình 2.3 Đường cong mỏi S-N theo API 40

Hình 2.4 (a) Vị trí 4 điểm nóng tại nút (1,2,3,4) và (b) 3 dạng chịu lực tại nút

theo API 41

Hình 2.5 Biểu diễn ứng suất tại điểm nóng (ứng suất cục bộ) 41

Hình 2.6 Ứng suất  (t) tại 1 điểm nóng gồm nhiều nhóm ứng suất biên độ hằng… 42

Hình 2.7 Sơ đồ khối tính mỏi tiền định của kết cấu KCĐ Jacket 45

Trang 19

Hình 2.8 Hiệu ứng động được điều chỉnh bằng lực cắt đáy……… …… 47

Hình 2.9 Mô hình các bài toán và phương pháp giải được lựa chọn 49

Hình 2.10 Sơ đồ tổng quát tính toán kiểm tra bền, mỏi theo mô hình tựa tĩnh và

mô hình động 51

Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm tra bền 53

Hình 2.12 Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm tra mỏi 55

Hình 3.1 Sơ đồ dầm conson một bậc tự do 57

Hình 3.2 Định nghĩa độ dày hà bám 62

Hình 3.3 Phát triển hà bám theo độ sâu nước……… … 62

Hình 3.4 Cấu tạo điển hình khối chân đế đã xây dựng ở Việt Nam 66

Hình 3.5 Đồ thị quan hệ độ sâu nước d0 và chu kỳ dao động riêng T1 của Jacket đã

xây dựng ở Việt Nam 67

Hình 3.6 Sơ đồ kết cấu các Jacket dùng để thực hiện tính toán khảo sát 69

Hình 3.7 Biểu diễn tương quan giữa DAFQS và DAFD, điều kiện hoạt động

- Jacket 01 73

Hình 3.8 Biểu diễn tương quan giữa DAFQS và DAFD, điều kiện bão cực hạn

- Jacket 01 73

Hình 3.9 Biểu diễn tương quan UC của ống chính, điều kiện hoạt động

- Jacket 01 74

Hình 3.10 Biểu diễn tương quan UC của ống nhánh, điều kiện hoạt động

- Jacket 01 74

Hình 3.11 Biểu diễn tương quan UC của cọc, điều kiện hoạt động - Jacket 01 74

Hình 3.12 Biểu diễn tương quan UC của ống chính, điều kiện bão cực hạn

- Jacket 01 75

Hình 3.13 Biểu diễn tương quan UC của ống nhánh, điều kiện bão cực hạn

- Jacket 01 75

Hình 3.14 Biểu diễn tương quan UC của cọc, điều kiện bão cực hạn - Jacket 01 75

- Jacket 02 78

Trang 20

- Jacket 02 78

- Jacket 02 79

- Jacket 02 80

- Jacket 03 83

- Jacket 03 84

- Jacket 03 85

Hình 3.31 Biểu diễn tương quan giữa DAFQS và DAFD - Jacket 01 84

Hình 3.32 Biểu diễn tương quan tuổi thọ mỏi - Jacket 01 87

Hình 3.33 Biểu diễn tương quan giữa DAF và DAFD - Jacket 02 88

Trang 21

Hình 3.35 Biểu diễn tương quan giữa DAF và DAFD - Jacket 03 89

Hình 3.37 Tổng hợp lực quán tính - Jacket 01, Jacket 02 và Jacket 03 91

Hình 3.38 Các giá trị DAFQS, DAFD - Jacket 01, Jacket 02 và Jacket 03 93

Hình 3.39 Các giá trị DAFQS, DAFD, DAFF - Jacket 01, Jacket 02

và Jacket 03 … 94

Hình 4.1 Các giàn WHP dùng để áp dụng tính toán 97

Hình 4.2 Hệ số sử dụng vật liệu (UC) Thanh 6921-6899 112

Hình 4.6 Số chu trình ứng suất tại nút 6881 113

Trang 22

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu khối chân đế công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket là tải trọng động, trội tuyệt đối (tải trọng sóng chiếm khoảng 85% đến 90% tổng tải trọng ngang) Tác động của tải trọng sóng mang tính tương tác với kết cấu công trình biển Khi ra vùng nước càng sâu, độ cứng của kết cấu Jacket càng giảm, đồng thời khối lượng kết cấu tăng, làm cho chu kỳ dao động riêng tăng Khi đó chu kỳ sóng gần với chu kỳ dao động riêng của kết cấu Jacket, tính tương tác càng cao và có thể rơi vào miền cộng hưởng, làm cho hiệu ứng động tăng lên rất nhanh

Một số nghiên cứu thống kê trên thế giới cho thấy mỗi vùng biển đều có một phổ sóng riêng, dải chu kỳ sóng tại các vùng biển trên thế giới khoảng từ 3 sec đến 20 sec [9,31,33,56], dải các chu kỳ dao động riêng của kết cấu các Jacket đã và đang xây dựng trên thế giới thường từ 1,5 sec ÷ 4 sec [8,9,31,43]

Trên thế giới hiện nay có nhiều nghiên cứu nhằm đưa ra giới hạn để lựa chọn phương pháp tính kết cấu liên quan đến tương quan giữa chu kỳ sóng với chu kỳ dao động riêng của kết cấu Các tiêu chuẩn thiết kế như API, ISO, NORSOK,… đưa ra “quy tắc 3,0 sec”, có tiêu chuẩn đề nghị 2,5 sec, cho phép tính với tải trọng sóng tựa tĩnh khi

Tmax ≤ 3,0 sec hoặc Tmax ≤ 2,5 sec [29,39,52,59] Đồng thời các tiêu chuẩn kể trên cũng chỉ ra phạm vi áp dụng cho từng vùng biển cụ thể, chủ yếu là cho biển Bắc và vịnh Mexico

Một vấn đề cần xem xét là việc sử dụng các tiêu chuẩn API, ISO, NORSOK,… để tính toán kết cấu công trình biển trong điều kiện Việt Nam có hoàn toàn phù hợp không, khi mà điều kiện môi trường biển của Việt Nam là khá khác biệt so với các vùng nghiên cứu để xây dựng các tiêu chuẩn trên đây Các vùng biển hiện đang khai thác dầu khí ở Việt Nam có độ sâu khoảng từ 50 m đến 150 m, thì các giới hạn nào nên ứng dụng bài toán tựa tĩnh hoặc bài toán động để tính toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket

Để làm sáng tỏ vấn đề nêu trên đây luận án đặt vấn đề nghiên cứu đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng khi tính toán kết cấu các công trình biển cố định bằng thép

Trang 23

(cụ thể là kết cấu khối chân đế kiểu Jacket) được xây dựng ở vùng nước có độ sâu đến

150 m và ứng dụng vào điều kiện tự nhiên của biển Việt Nam

2 Mục đích, nội dung nghiên cứu của luận án

- Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng lên kết cấu khối chân đế của công trình biển cố định bằng thép theo mô hình sóng tiền định xây dựng ở vùng nước có độ sâu đến 150 m tại thềm lục địa Việt Nam nhằm phục vụ thiết thực cho việc thiết kế kết cấu các giàn khai thác cố định đang được sử dụng phổ biến hiện nay trong điều kiện Việt Nam

- Nội dung nghiên cứu:

Nội dung chính của luận án gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính

toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép

Chương 2: Cơ sở phương pháp luận đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng lên

kết cấu công trình biển cố định bằng thép trong bài toán bền và bài toán mỏi

Chương 3: Đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng lên kết cấu công trình biển

cố định bằng thép cho điều kiện biển Việt Nam

Chương 4: Ứng dụng vào thực tế giàn cố định có kết cấu kiểu Jacket cho điều kiện

biển Việt Nam

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Kết cấu khối chân đế của công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu hiệu ứng động của tải trọng sóng trong bài toán bền (ULS);

+ Nghiên cứu hiệu ứng động của tải trọng sóng trong bài toán mỏi (FLS);

+Điều kiện sóng ở vùng nước có độ sâu đến 150 m trong vùng biển Việt Nam

4 Cơ sở khoa học

Luận án nghiên cứu đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng lên kết cấu khối chân đế của công trình biển cố định bằng thép dựa trên các cơ sở khoa học sau đây:

Trang 24

- Lý thuyết xác định tải trọng sóng tiền định lên kết cấu khối chân đế công trình biển cố định bằng thép;

- Lý thuyết tính toán kết cấu khối chân đế công trình biển cố định bằng thép theo

mô hình tựa tĩnh và mô hình động lực học tiền định;

- Lý thuyết tính toán kiểm tra bền kết cấu khối chân đế công trình biển cố định bằng thép theo ứng suất cho phép;

- Lý thuyết tính toán kiểm tra mỏi tiền định kết cấu khối chân đế công trình biển

cố định bằng thép

5 Phương pháp nghiên cứu của luận án

- Phương pháp tổng hợp, phân tích: Dựa trên cơ sở của các phương pháp luận tính toán tựa tĩnh và động lực học tiền định kết cấu Jacket, luận án lựa chọn phương pháp đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng lên kết cấu khối chân đế của công trình biển

cố định bằng thép theo mô hình sóng tiền định xây dựng ở vùng nước có độ sâu đến

150 m tại thềm lục địa Việt Nam

- Phương pháp thống kê: Thống kê các kết quả nghiên cứu về tính toán kết cấu công trình và về số liệu đầu vào từ các dự án thực tế đã có tại Việt Nam và trên thế giới

để làm tư liệu phục vụ nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu ứng dụng: Ứng dụng các lý thuyết phục vụ phân tích kết cấu công trình biển; Ứng dụng các chương trình phần mềm chuyên dụng phù hợp để phân tích kết cấu công trình

6 Đóng góp mới của luận án

1) Kiến nghị về các giới hạn ứng dụng bài toán tựa tĩnh, bài toán động để tính toán kết cấu công trình biển kiểu Jacket trong điều kiện Việt Nam, cụ thể như sau:

- Đối với các công trình xây dựng ở độ sâu nước < 50 m) nên ứng dụng bài toán động để tính toán thiết kế kết cấu công trình kiểu Jacket, bài toán động cho kết quả an toàn mà tiết kiệm Trong trường hợp không thực hiện bài toán động thì nên sử dụng giới hạn Tmax < 1,8 sec theo công thức của Barltrop, N.D.P để làm mốc thực hiện bài toán tựa tĩnh hoặc bài toán động

Trang 25

- Đối với các công trình xây dựng ở độ sâu nước > 100 m hoặc khi chu kỳ dao động riêng của kết cấu công trình kiểu Jacket Tmax > 2,5 sec, cần phải thực hiện tính động để đảm bảo an toàn

- Bài toán tựa tĩnh chỉ nên xem xét trong giai đoạn thiết kế sơ bộ

2) Đã phát triển được công thức đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng lên kết cấu công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket khi tính toán kiểm tra mỏi thông qua tỷ số tổn thất mỏi

Trang 26

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU ỨNG ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG SÓNG TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BIỂN

CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP 1.1 Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Cấu tạo chung và sơ lược tình hình phát triển xây dựng các công trình biển

cố định bằng thép trên thế giới và ở Việt Nam

Cấu tạo chung của công trình biển cố định bằng thép (kiểu Jacket) bao gồm các bộ phận chính sau: Khối Thượng tầng (Topside); Khối chân đế (Jacket); Móng cọc (Piles);

Hệ thống phụ trợ [3,9] Xem chi tiết như Hình 1.1 dưới đây:

Hình 1.1 Cấu tạo chung công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket [58]

Trên thế giới tổng số các công trình biển cố định kiểu Jacket bằng thép hiện nay khoảng trên 6500 giàn và được phân bố ở phạm vi 53 quốc gia theo các khu vực như sau: Vịnh Mexico (Mỹ) ~ 4.000 giàn; Châu Á ~ 950 giàn; Khu vực Trung Đông ~ 700 giàn; Châu Âu, Biển Bắc, Đông Bắc Đại Tây Dương ~ 490 giàn; Khu vực biển Tây Phi

Trang 27

~ 380 giàn; Khu vực Nam Mỹ ~ 340 giàn Hình 1.2 liệt kê 7 công trình biển loại giàn thép cố định kiểu Jacket ở độ sâu nước lớn nhất thế giới [56,58]

Hình 1.2 Các giàn kiểu Jacket đã xây dựng và đang khai thác ở độ sâu nước trên

1000 ft (312m) [56,58]

Bảng 1.1 Các giàn Jacket ở độ sâu nước lớn nhất trên thế giới [56,58]

dựng

Độ sâu

3 Heritage 1992 326 - South Cali ExxonMobil

5 Harmony 1992 366 - South.Cali ExxonMobil

Ở Việt Nam, năm 1984 bắt đầu xây dựng công trình biển đầu tiên để phục vụ khai thác dầu khí trên vùng biển thềm lục địa Việt Nam tại mỏ Bạch Hổ với các giàn MSP

và BK

Trang 28

Hiện tại các công trình biển cố định ở Việt Nam đều là những công trình biển cố định bằng thép kiểu Jacket, kết cấu khối chân đế hầu hết có dạng là hình chóp cụt với 4 ống chủ, 8 ống chủ, và 12 ống chủ, trong những năm gần đây đã xuất hiện một số dạng kết cấu tối thiểu Mono-pol: dạng 3 chân, dạng một tháp một chân như Pearl, Topad, Bulga Tuynip, E1A Từ 2009 đến nay đã xây dựng nhiều giàn ở độ sâu nước lớn hơn

100 m như Chim Sáo, Đại Hùng 2, Hải Thạch, Mộc Tinh

Tính đến thời điểm hiện nay tổng số lượng các giàn cố định bằng thép kiểu Jacket

đã được xây dựng tại thềm lục địa Việt Nam khoảng 82 giàn và phân bố tại các khu vực

mỏ khác nhau Ở nước ta hiện nay, các mỏ đang và chuẩn bị khai thác mới ở độ sâu dưới

150 m nước Trong thời gian tới, mục tiêu phấn đấu của ngành Dầu khí Việt Nam là khai thác các mỏ ở vùng nước sâu trên 200 m tại Thềm lục địa Việt Nam [18] Theo dự báo các công trình biển sẽ được xây dựng đến năm 2025 [21] thì phát triển xây dựng các công trình biển thép kiểu Jacket ở độ sâu nước đến 200 m là khoảng gần 123 giàn/129 giàn, chiếm khoảng 95%

Trang 29

Nam được phân bố chủ yếu tại: mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng; mỏ Rạng Đông; mỏ Đại Hùng; mỏ Cá Ngừ Vàng; mỏ Ruby; mỏ Tê Giác Trắng; mỏ Sư Tử Vàng và Sư Tử Đen;

mỏ Hải Thạch Mộc Tinh - Lan Tây Lan Đỏ; mỏ Hải Sư Trắng, Hải Sư Đen; mỏ Chim Sáo Dừa;… được thể hiện ở “Bản đồ phân bố bể trầm tích Việt Nam” và “Bản đồ hoạt động dầu khí Việt Nam” như Hình 1.3

1.1.2 Tải trọng sóng tác động lên kết cấu công trình biển

Tải trọng sóng được xác định dựa trên

chuyển động của sóng bề mặt Phổ sóng bề

mặt có nhiều dạng, nhưng phổ biến nhất là

phổ Pierson-Moskowitz (P-M) đối với biển

mở và phổ JONSWAP đối với biển hạn chế,

phụ thuộc vào hai thông số chính của

chuyển động sóng là chiều cao sóng đáng

kể (Hs) và chu kỳ trung bình cắt không

(Tz), xem Hình 1.4 [31,33,34] Hình 1.4 Các phổ sóng P-M và

JONSWAP [33]

Hình 1.5 Phổ chiều cao sóng cho các vùng biển khác nhau trên thế giới [43] và ở vùng

biển phía Nam Việt Nam [46,47]

Trang 30

Hầu hết các tài liệu đều thừa nhận phổ sóng của các trạng thái biển có dải chu kỳ

từ 3 sec đến 20 sec (tần số từ 0,33 Hz đến 0,05 Hz) [9,31,33,34] Đây cũng là dải chu

kỳ của tải trọng sóng tác động lên công trình, có giá trị thay đổi theo thời gian và vị trí tác động Bản chất tải trọng sóng là tải trọng động, được mô tả gần đúng bởi các lý thuyết sóng phù hợp và mô tả chính xác hơn bởi phổ sóng (sóng ngẫu nhiên)

Trên thực tế các vùng biển khác nhau trên thế giới sẽ có thông số về sóng biển là khác nhau như Hình 1.5 (ứng với mỗi độ sâu nước ở các vùng biển khác nhau đều cho thông số chiều cao sóng, chu kỳ sóng là khác nhau), do vậy thông số sóng đầu vào trong tính toán kết cấu Jacket của các vùng biển khác nhau trên thế giới sẽ là khác nhau Kết quả khảo sát các thông số sóng cho các vùng biển khác nhau trên thế giới, được trình bày trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 Điều kiện biển điển hình cho các vùng biển khác nhau trên thế giới [43]

Trang 31

1.1.3 Phản ứng của kết cấu công trình biển

Phản ứng động của kết cấu công trình biển khi chịu tải trọng sóng được xác định

từ phương trình cơ bản sau [9,31]:

M u + C u + K u = F(t) (1.1) trong đó M là khối lượng của hệ; C là hệ số cản tuyến tính của hệ; K là độ cứng của kết cấu; u, u , u tương ứng là chuyển vị, vận tốc và gia tốc của kết cấu; F(t) là tải trọng động tác dụng lên kết cấu

Hiệu ứng động của tải trọng đối với phản ứng của kết cấu được đánh giá dựa trên

so sánh giữa phản ứng động xác định từ phương trình (1.1) với phản ứng tĩnh xác định

từ phương trình (1.2) dưới đây:

K u = F (1.2)

Để minh họa ảnh hưởng hiệu ứng động của tải trọng sóng, ta xét mô hình 1 bậc tự

do của kết cấu khối chân đế như Hình 1.6

Hình 1.6 Sơ đồ hệ 1 bậc tự do có cản Hình 1.7 Đồ thị hệ số động phụ thuộc  [9]

một số biến đổi ta có biên độ dao động uo có dạng sau:

uo = 2 2Fo 2

K (1   )   (2 ) (1.3)

Trang 32

trong đó  =

1



 là tỷ số giữa tần số dao động của tải trọng động (ω) và tần số dao động

riêng của kết cấu (ω1); ξ là tỷ số cản dao động; Fo là biên độ của tải trọng; t là thời gian

- Đối với mô hình tính tĩnh: Từ phương trình (1.2) ta xác định biên độ tĩnh:

F

uK

Qua phương trình (1.3), (1.4), (1.5) và Hình 1.7 nhận thấy rằng:

- Kết quả phản ứng trong bài toán tính tĩnh và bài toán tính động là khác nhau Do

mô hình tính động đã kể đến mối quan hệ giữa chu kỳ sóng và chu kỳ dao động riêng của kết cấu (là yếu tố cơ bản gây ra hiệu ứng động)

- Hiệu ứng động phụ thuộc vào tỷ số 1

1

TT



 , hay nói cách khác là hiệu ứng

động được thể hiện bởi mối quan hệ giữa chu kỳ cơ bản của kết cấu khối chân đế (tức

Tmax = T1) với chu kỳ sóng T, nếu 2 giá trị đó càng gần nhau (tức là càng gần hiện tượng

cứ tăng mãi quy mô của kết cấu), mặt khác khối lượng kết cấu càng tăng, làm cho chu

kỳ dao động cơ bản càng tăng (tần số cơ bản càng giảm) Khi xây dựng ở độ sâu nước khoảng 800 ft (242 m) chu kỳ cơ bản của kết cấu khối chân đế công trình biển cố định

Trang 33

bằng thép có thể lên tới trên 4 sec [33,34] tức là chu kỳ dao động riêng của kết cấu khối

chân đế đã nằm trong vùng chu kỳ của tải trọng sóng - Hình 1.8 và Hình 1.9

Hình 1.8 Dải chu kỳ của phổ sóng biển với chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu công

trình biển ở các vùng nước từ nông ra sâu [33]

Hình 1.9 Phổ sóng và chu kỳ dao động riêng cơ bản của kết cấu công trình biển xây

dựng ở vịnh Mexico [34]

Ở độ sâu lớn hơn nữa (quá mức 412 m đối với kết cấu khối chân đế công trình biển

cố định bằng thép), chu kỳ cơ bản của kết cấu càng đi sâu vào vùng chu kỳ của tải trọng

Trang 34

sóng, gây ra hiệu ứng động tăng vọt (giá trị có thể lên đến 1,5 như giàn Bullwinkle), làm cho mất ý nghĩa về kỹ thuật - kinh tế [33,34], xem Hình 1.10

Hình 1.10 Xu thế tăng giá thành của công trình biển cố định và công trình biển mềm

khi xây dựng ở các độ sâu nước tăng dần [33]

Như vậy, qua phân tích trên nhận thấy xu thế các công trình Jacket sẽ có chu kỳ DĐR tăng dần khi xây dựng ở các vùng nước có độ sâu nước tăng lên và lúc này càng gần với dải chu kỳ sóng biển, dẫn đến hiệu ứng động sẽ tăng

Trong tính toán kết cấu Jacket cần xem xét ứng với các điều kiện biển cụ thể như sau:

- Khi tính toán với điều kiện biển cực đại: Theo quy định trong các tiêu chuẩn thiết

kế nếu chu kỳ DĐR T1 ≤ 3 sec hoặc 2,5 sec, có thể xem tải trọng tác dụng lên KCĐ như

là tựa tĩnh [26,45] Điều này có thể giải thích rằng năng lượng của sóng trong trạng thái biển cực đại thường tập trung trong phạm vi chu kỳ sóng T = 10 ÷ 16 sec Điều kiện chu

kỳ DĐR T1 ≤ 3 sec hoặc 2,5 sec ở trên thường được thỏa mãn với trường hợp giàn nước nông, khoảng dưới 100 m Tuy nhiên, ngay cả với trường hợp nước nông, nếu khối lượng thượng tầng quá lớn, điều kiện chu kỳ DĐR T1 ≤ 3 sec hoặc 2,5 sec ở trên có thể không thỏa mãn [8,9]

Trang 35

- Khi tính toán với điều kiện biển bình thường: Chu kỳ sóng gây mỏi lại có phạm

vi rộng hơn, đó là T = 1 ÷ 12 sec Trường hợp này, hiệu ứng động phải kể đến mặc dù điều kiện chu kỳ DĐR T1 ≤ 3 sec hoặc 2,5 sec ở trên thỏa mãn [8,9]

1.2 Các tiêu chuẩn và nghiên cứu về hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép

1.2.1 Các tiêu chuẩn hiện hành về đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép

Hiện nay, thực hiện tính toán kiểm tra bền và mỏi cho kết cấu khối chân đế kiểu Jacket, các kỹ sư thiết kế chủ yếu áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành (API, DNV, ISO, ABS, PTS,…) tùy theo yêu cầu của Chủ đầu tư và yêu cầu kỹ thuật của công trình Dựa trên nguyên tắc hiệu ứng động của tải trọng sóng được đánh giá khi chu kỳ

cơ bản của kết cấu gần với chu kỳ của sóng, các tiêu chuẩn thiết kế đưa ra “quy tắc 3,0 sec hoặc 2,5 sec”, cho phép tính với tải trọng sóng tựa tĩnh khi Tmax ≤ 3,0 sec hoặc 2,5 sec Điều này có nghĩa là hiệu ứng động của tải trọng sóng chỉ cần xét đến khi chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu khối chân đế Tmax > 3,0 sec hoặc 2,5 sec [29,39,44,52,59] Đồng thời các tiêu chuẩn kể trên cũng chỉ ra phạm vi áp dụng cho từng vùng biển cụ thể

1.2.1.1 Tiêu chuẩn API

- Đối với bài toán bền, tiêu chuẩn API-RP2A xuất bản từ 1993 đến 2014, đều quy định cho phép tính toán tựa tĩnh khi Tmax ≤ 3,0 sec [29]

- Đối với bài toán mỏi:

+ Tiêu chuẩn API-RP2A xuất bản từ 1993 đến 2002, quy định cho phép tính toán mỏi đơn giản khi: độ sâu nước nhỏ hơn 122m (400ft), xây dựng bằng thép dẻo, có kết cấu phụ và có Tmax ≤ 3,0 sec [29]

+ Tiêu chuẩn API-RP2A xuất bản từ 2005 đến 2007, quy định cho phép tính toán mỏi đơn giản khi: xây dựng bằng thép dẻo, có kết cấu phụ, kết cấu có thể kiểm tra được

và có Tmax ≤ 3,0 sec [29]

Trang 36

+ Tiêu chuẩn API-RP2A xuất bản 2014, khuyên rằng nên tính toán mỏi chi tiết cho tất cả các kết cấu Các phương pháp tính khác có thể sử dụng nếu có chứng minh được

sự tương đương Tính toán mỏi chi tiết cần thiết tại các vị trí dễ bị tổn thương [29]

- Vùng nước áp dụng cho các công trình thuộc Hoa Kỳ (US waters) [29]

1.2.1.2 Tiêu chuẩn ISO [52]

- Tiêu chuẩn ISO 19902, xuất bản 2007, quy định cho phép tính toán tựa tĩnh khi

Tmax ≤ 2,5 sec ÷ 3,0 sec

- Vùng nước áp dụng cho các công trình thuộc vùng North-West Europe; Africa; US-Gulf Mexico; Canada

1.2.1.5 Tiêu chuẩn NORSOK [44]

- Tiêu chuẩn NORSOK-N003, xuất bản 2007, quy định cho phép tính toán tựa tĩnh khi Tmax ≤ 2,0 sec ÷ 3,0 sec

- Vùng nước áp dụng cho các công trình chỉ thuộc Norway

1.2.1.6 Tiêu chuẩn Việt Nam [20]

- Theo mục 6.1.2.3 và 6.1.2.4 của “TCVN 6170-9:2000 Công trình biển cố định

- Phần 9: Kết cấu - Giàn thép kiểu Jacket”, cho phép tính toán tựa tĩnh khi hệ số khuếch đại động (DAF) ≤ 1,1

Trang 37

- Áp dụng cho các công trình biển cố định hoạt động ngoài khơi trên thềm lục địa Việt Nam

Tuy nhiên, TCVN 6170-9:2000 chủ yếu biên soạn tương đương với quy phạm công trình biển cố định của Nauy “DNV: 1993 Fixed offshore installtions Special design - steel template (jacket) platforms”, áp dụng cho các vùng của North-west Europe

và tham khảo theo ISO

Bảng 1.3 Bảng tổng hợp, so sánh về giới hạn Tmax (DAF) cho phép tính toán tựa tĩnh

trong các tiêu chuẩn

2 ISO 2007 Tmax ≤ 2,5 sec ÷ 3,0 sec

Biển North-West Europe; Africa; US-Gulf Mexico; Canada

và tham khảo theo ISO

5 NORSOK 2007 Tmax ≤ 2,0 sec ÷ 3,0 sec Biển Norway

1.2.2 Các công bố khoa học về đánh giá hiệu ứng động của tải trọng sóng trong tính toán kết cấu công trình biển cố định bằng thép

1.2.2.1 Các công bố trên thế giới

Hiện nay, về lĩnh vực động lực học công trình biển có khá nhiều nghiên cứu xung quanh vấn đề ảnh hưởng động của sóng biển lên kết cấu khối chân đế kiểu Jacket, cụ thể như sau:

Trang 38

- Về các sách, tài liệu được xuất bản điển hình như các tài liệu số [31,33,34,49,64]

Dưới đây sẽ trích dẫn một số nội dung nghiên cứu mà luận án quan tâm như sau: + Tác giả Barltrop, N.D.P [31] đưa ra gợi ý về việc đánh giá hiệu ứng động với nội dung dựa trên nguyên tắc sau:

(1) Năng lượng sóng tập trung chủ yếu trong phạm vi độ sâu nước tính từ bề mặt

= 1/5 λ (λ – chiều dài sóng bề mặt);

(2) Tải trọng sóng tập trung chủ yếu ở phía mặt nước biển trong phạm vi 2% chiều cao kết cấu

Barltrop, N.D.P đã đưa ra công thức xác định giá trị tới hạn của chu kỳ dao động

cơ bản Tmax làm căn cứ để kể đến hiệu ứng động của tải trọng sóng:

Tmax 0, 79 d

g

trong đó d là độ sâu nước (m); g là gia tốc trọng trường (m/s2)

Tác giả Phạm Khắc Hùng đã áp dụng công thức (1.6) của Barltrop, N.D.P với độ sâu từ 20 m đến 200 m nước, từ đó cho các giá trị giới hạn của chu kỳ dao động cơ bản ứng với độ sâu nước, cho trong Bảng 1.4 dưới đây [8,10]

Bảng 1.4 Các giới hạn của chu kỳ dao động cơ bản để tính toán động kết cấu công

trình biển cố định kiểu Jacket [8,10]

Trang 39

+ Tác giả Wilson, J.F [64] khảo sát ảnh hưởng động cho hệ 1 bậc tự do tuyến tính

với tỷ số cản nhỏ, như Hình 1.11 và có một số nhận xét chính sau:

(1) Khi 0 ≤ Ω =  /1 ≤ 0,1, lúc này DAF ≈ 1,

phản ứng của hệ thống là phản ứng tĩnh

(2) Khi 0,1 ≤ Ω ≤ 0,5, phản ứng của hệ thống là

phản ứng tựa tĩnh

(3) Khi Ω → 1, phản ứng rơi vào vùng cộng

hưởng và biên độ phản ứng của hệ thống là lớn

so với giá trị tĩnh, đặc biệt khi ξ ≈ 0

(4) Khi Ω → ∞ ( từ ≥ 10), biên độ phản ứng của

hệ thống tiến gần đến giá trị “0” với mọi giá trị

của ξ

(5) Đối với tải trọng động F(t) là tải trọng sóng

điều hòa, thì đồ thị Hình 1.11 sẽ không còn hợp

lý và không nên áp dụng trực tiếp, do cường độ

của tải trọng sóng Fo không độc lập với tần số

+ Năm 2014, nhóm tác giả A.A Khalifa tại World Applied Sciences Journal 30 [23], đã thực hiện phân tích đánh giá mỏi của kết cấu giàn khoan cố định bằng thép có

độ sâu nước 33,5 m, áp dụng cho vùng vịnh Suez, Ai Cập, sử dụng phần mềm SACS, tiêu chuẩn áp dụng API - WSD năm 2007 Bài báo đã thực hiện đánh giá mỏi theo phương pháp đơn giản và phương pháp động lực học với dải chu kỳ DĐR T1 của kết cấu được thay đổi từ 2,5 sec ÷ 3,5 sec, từ đó đưa ra một số kết quả, kiến nghị chính sau:

Trang 40

(1) Với chu kỳ DĐR T1 < 3 sec thì sự thay đổi tuổi thọ mỏi của các nút là không đáng kể, trung bình là 15%, việc tăng chu kỳ DĐR từ 2,5 sec lên 2,9 sec bằng cách bổ sung khối lượng, cho thấy không nhạy cảm với ảnh hưởng động

(2) Với chu kỳ DĐR T1 > 3 sec thì sự thay đổi tuổi thọ mỏi của các nút là đáng kể, trung bình là 50%, việc tăng chu kỳ DĐR từ 3,1 sec lên 3,5 sec bằng cách bổ sung khối lượng, cho thấy nhạy cảm với ảnh hưởng động

(3) Tính mỏi đơn giản là chưa kể đến ảnh hưởng của chu kỳ DĐR kết cấu và điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích mỏi của một số kết cấu Jacket tùy thuộc vào chu kỳ DĐR của kết cấu

(4) Các nút vùng dao động thủy triều (splash zone) bị ảnh hưởng nhiều của sóng

do đó các nút này nhạy cảm với mỏi

(5) Ảnh hưởng của dòng chảy đến tuổi thọ mỏi là không đáng kể (< 10% và chủ yếu ở các nút phía gần đáy biển), trong thực tế áp dụng tính toán thường bỏ qua ảnh hưởng của dòng chảy khi phân tích mỏi

(6) Chu kỳ DĐR của kết cấu ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất trên các nút, do

đó ảnh hưởng đến tuổi thọ mỏi của kết cấu Jacket mặc dù cùng một giá trị lực ngang tác dụng

(7) Sự thay đổi chu kỳ DĐR có thể dẫn đến thay đổi đáng kể của tuổi thọ mỏi đối với kết cấu Jacket được nghiên cứu trong bài báo này

+ Năm 2012, nhóm tác giả Azin Azarhoushang tại ISOPE 22 [25], tiến hành tính toán mỏi theo phương pháp động lực học của kết cấu giàn cố định bằng thép thông qua khảo sát 01 Jacket có độ sâu nước 41,6 m, vùng vịnh Ba Tư, sử dụng phần mềm SACS, tiêu chuẩn áp dụng API - WSD năm 2007 Trong kết luận có kiến nghị: Đối với các giàn

có chu kỳ DĐR lớn hơn 3 sec thì ảnh hưởng động và phản ứng kết cấu trở nên quan trọng và phải được mô hình hóa đầy đủ để đảm bảo thu được kết quả thực tế

- Năm 2009, nhóm tác giả Nallayarasu, tại ICOE, IIT Madras [55], đã tính toán kiểm tra mỏi theo mô hình tựa tĩnh (sóng tiền định) và mô hình động (phổ sóng) áp dụng

Định dạng
Số trang	205
Dung lượng	9,43 MB