đo án cô dinh 1

PH N THUY T MINH Đ ÁN CTBCĐ-IẦ Ế Ồ

Nội dung đồ án : Tính toán thiết kế kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép ( CTBCĐBT ) trong giai đoạn khai thác.

-------- Nhóm 7 -------

Chương 1 : GIỚI THIỆU ĐỒ ÁNI. GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH

Công trình biển bằng thép là công trình có vật liệu làm chủ yếu làm bằng

thép. Công trình làm việc như một khung không gian, các tải trọng được

truyền vào nền đất thông qua các móng cọc đóng sâu vào nền đất .

- Ưu điểm :

+ Thép là loại vật liệu có cường độ cao kích thước tương đối nhỏ, vì vậy

kết cấu có trọng lượng và kích thước tương đối nhỏ dẫn đến tải trọng sóng

tác động lên công trình nhỏ.

+ Khả năng cấu tạo và liên kết của thép là rất linh hoạt.

+ Có thể áp dụng cho phần lớn các điều kiện địa chất.

+ Thời gian thi công nhanh nhưng đòi hỏi về phương tiện và bến bãi thi

công trên bờ.

- Nhược điểm :

+ Thép là loại vật liệu đắt tiền.

+ Đòi hỏi phải duy tu và bảo dưỡng thường xuyên để khắc phục hậu quả

do ăn mòn và nứt do mỏi.

+ Thời gian thi công ngoài biển kéo dài và đòi hỏi phải có nhiều thiết bị

chuyên dụng của ngành. Phải trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 là thi công lắp

giáp , giai đoạn 2 là vận chuyển hạ thuỷ đánh chìm và cố định ngoài biển.

Do đó tồn tại nhiều rủi ro khi thi công.

Vi n Công Trình Bi nệ ể 1

II. SỐ LIỆU ĐẦU VÀO1. Đặc điểm công trình :

Kích thước khung đỡ

Thượng tầngSố ống chính PA thi công PA móng

Độ sâu

nước (m)

Trọng lượng

Hình dáng/kích

thước/số giếng

44x20m30000

kN

Tứ giác 52x36x30m

8 giếng

8 ống chính Launching Cọc váy

88

2. Số liệu khí tượng hải văn tại vị trí xây dựng công trình :

Các thông số đề bài 4

Biên động triều lớn nhất d1 ( m ) 1.8

Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2 ( m ) 1.2

Độ sâu nước d0 ( m ) 88

3. Số liệu vận tốc gió :

Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW

Vận tốc gió trung bình đo trong 2 phút

100 38.4 46.1 0.0 20.8 2.0 35.7 34.2 33.5

50 36.2 45.0 9.1 19.2 1.4 33.4 32.7 31.8

25 34.2 40.6 7.4 18.2 0.4 31.5 30.4 29.2

10 30.6 37.5 6.3 16.8 9.2 28.2 27.5 26.5

5 28.5 34.6 5.2 15.5 8.4 26.2 25.2 21.3

1 23.0 26.0 2.0 12.7 6.0 21.0 20.0 18.0



Vận tốc gió trung bình đo trong 1 phút

100 39.7 47.1 1.0 21.4 2.7 36.9 35.3 34.6

50 37.4 46.5 0.1 19.8 22.1 34.5 33.8 32.8

25 35.3 41.9 28.3 18.8 21.1 32.5 31.4 30.2

10 31.6 38.7 27.2 17.4 19.8 29.1 28.4 27.4

5 29.4 35.7 26.0 16.0 19.0 27.1 26.0 22.0

1 23.8 26.9 22.7 13.1 16.5 21.7 20.7 18.6


Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây

100 44.7 58.1 4.9 24.2 5.6 41.6 39.8 39.0

50 42.1 52.4 33.9 22.3 24.9 38.9 38.1 37.0

25 39.8 47.3 31.9 21.2 23.7 36.7 35.4 34.0

10 35.6 43.7 30.6 19.6 22.4 32.8 32.0 30.8

5 33.2 40.3 29.3 18.0 21.4 30.5 29.3 24.8

1 26.8 30.3 25.6 14.8 18.6 24.4 23.3 21.0

4. Số liệu sóng thiết kế :

Chu kỳ lặp Hướng N NE E SE S SW W NW


100 Năm H, m 10.8 16.1 9.9 6.2 8.6 12.2 9.3 7.4

T, s 10.3 14.1 11.6 10.8 12.4 12.5 12.0 12.3

50 Năm H, m 9.7 15.6 9.2 5.6 8.0 12.4 8.8 6.9

T, s 10.0 14.1 11.5 10.5 12.1 12.4 11.9 11.7

25 Năm H, m 8.8 14.7 8.7 5.2 7.7 11.1 8.5 6.5

T, s 9.9 14.3 11.4 10.2 11.8 12.4 11.8 11.7

5 Năm H, m 5.6 13.7 6.8 3.8 6.2 9.7 7.1 4.8

T, s 9.4 13.9 11.0 9.4 10.6 12.1 11.6 11.0

1 Năm H, m 2.6 11.8 4.8 2.4 4.6 7.3 5.8 3.0

T, s 9.1 13.3 10.5 9.1 9.2 11.7 11.3 9.9

5. Vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất ( chu kỳ lặp 100 năm ):

Các thông số Hướng sóng

N NE E SE S SW W NW

Vận tốc

(cm/s)

93 131 100 173 224 181 178 121

Hướng (độ) 240 241 277 41 68 79 78 134

6. Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất ( chu kỳ lặp 100 năm ):

Các thông số Hướng sóng


N NE E SE S SW W NW

Vận tốc

(cm/s)

68 111 90 102 182 137 119 97

Hướng (độ) 2 301 60 295 329 53 329 197

7. Số liệu hà bám :

Phạm vi hà bám tính từ mực nước trung bình trở

xuống

Chiều dày hà bám

Từ mực nước trung bình 0 (m) đến -4 (m) 80 mm

Từ -4 (m) đến -8 (m) 87 mm

Từ -8 (m) đến -10 (m) 100 mm

Từ -10 (m) đến đáy biển 70 mm

Trọng lượng riêng hà bám : γ=1600 kG/m3

8. Số liệu địa chất công trình :

Đề số 1 :

Các thông số đề bài Tên lớp đất

Lớp đất số 1 Lớp đất số 2 Lớp đất số 3


1 Mô tả lớp đất Á cát dẻo mềm Á cát dẻo chặt Sét nửa cứng

2Độ sâu đáy lớp đất(tính từ đáy biển trở xuống)

h 1= 11m h 2=31m h 3= V ô h ạn

3 Độ ẩm W ( %) 27.3 22.6 24.4

4 Giới hạn chảy LL 32.2 31.7 41.9

5 Giới hạn dẻo PL 17.6 18.6 21.2

6 Chỉ số chảy LI 14.6 13.1 20.7

7 Độ sệt PI 0.66 0.31 0.15

8 Trọng lượng γ (g/cm3) 2.0 2.03 2.01

9 Tỷ trọng Δ (g/cm3 ) 2.75 2.74 2.78

10 Hệ số rỗng e 0.75 0.65 0.72

11 Lực dính c ( kN/m2) 43 51 67

12 Cường độ kháng nén

không thoát nước cu

(kN/m2)25 75 150

13 Góc ma sát trong ψ , độ 14 22 25

9. Số liệu về vật liệu :

Số liệu về quy cách thép ống ( lấy theo quy cách thép ống của API )

+ Vật liệu thép : - Loại thép A3


Đặc trưng cơ lý của vật liệu thép :

-Khối lượng riêng =7.85 ( T/m3 )

-Cường độ chảy = 3450 ( kG/m2 ) với D> 520 mm

= 2150 ( kG/m2 ) với D< 520 mm

- Cường độ tính toán R = 2700 kG/cm2

- Cường độ chịu cắt Rc = 1550 kG/cm2

- Cường độ chịu ép mặt Rem = 1350 kG/cm2

- Mô đun đàn hồi E = 2.1x106 kG/cm2

Chương 2 : THIẾT KẾ KẾT CẤU CHÂN ĐẾ

I. THIẾT KẾ TỔNG THỂ1. Phân tích lựa chọn các thông số môi trường để thiết kế.


a ) Xác định mực nước tính toán

+ Mực nước triều cao: MNTC = = 88 + 1.8 = 89.8 (m).

+ Mực nước trung bình: MNTB =

+ Mực nước tính toán: MNTT = = 88 + 1.8 + 1.2 = 91 (m).

b) Phân tích, tổng kết các số liệu môi trường, vẽ hoa gió, hoa sóng.

* Xác định hướng tác dụng:

Chọn 2 hướng sóng tác động vào công trình để tính toán và kiểm tra kết cấu chân

đế.

+ Hướng 1 : là hướng có chiều cao sóng lớn nhất NE ( hướng chính).

+ Hướng 2 : là hướng N.

Hướng Hmax( m) T ( s)

Đông Bắc 16.1 14.3

Bắc 10.8 10.3

* Xác định huớng tác dụng của dòng chảy:

Hướng tác dụng của dòng chảy chọn theo 2 hướng tác dụng của sóng.

+ Dòng chảy mặt lớn nhất:


+ Dòng chảy đáy lớn nhất:

* Xác định huớng gió tác dụng:

- Trong đồ án, thiết kế khối chân đế thì dùng số liệu gió giật trong vòng 1 phút với

chu kỳ lặp 100 năm, đo ở độ cao 10m so với mực nước chuẩn sử dụng trong thiết

kế.

- Trong thiết kế đồ án, ta sử dụng số liệu của 2 hướng gió chủ đạo tương ứng với 2

hướng sóng là hướng Đông Bắc (NE) và hướng Bắc (N).


Các thông sốHướng sóng

NE N

Vận tốc (cm/s) 131 93

Hướng (độ) 241 240

Các thông sốHướng sóng

NE N

Vận tốc (cm/s) 111 68

Hướng (độ) 301 2

Hướng NE NV ( m/s ) 47.1 39.7

Nv=39.7m/s

NEv=47.1m/s

Ev=1.0m/s

SEv=21.4m/s

Sv=2.7m/s

SWv=36.9m/s

Wv=35.3m/s

NWv=34.6m/s

H×nh1: Hoa giã.

c) Lựa chọn hướng đặt công trình.

- Công trình đặt theo hướng có chiều cao sóng lớn nhất NE.

2. Xây dựng phương án kết cấu chân đế.

Phương án kết cấu chân đế phụ thuộc vào các yếu tố :

+ Địa chất công trình

+ Độ sâu nước thiết kế , mực nước cao nhất

+ Phương pháp thi công và các thiết bị thi công trên bờ và ngoài khơi


a) Xác định các kích thước tổng thể của kết cấu.

+ Kích thước đỉnh của kết cấu chân đế : 44x20 (m)

+ Xác định chiều cao công trình :

_ Chiều cao công trình ( Từ đáy biển đến vị trí sàn không cho phép ngập nước)

được xác định sao cho mặt dưới của sàn công tác không bị ngập nước, có kể đến

một khoảng cách an toàn ∆ (∆ được gọi là độ tĩnh không của công trình). Do vậy

chiều cao công trình là khoảng cách từ mặt đáy biển đến sàn công tác.

Trong đó :

: Chiều cao khối chân đế.

MNCN : Mực nước cao nhất ( MNCN = MNTT)

H : Chiều cao sóng, H = Hmax = 16.1 m.

: Độ tĩnh không, >= 1.5m, ở đây lấy = 1.73.

: là hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng.

- Xác định Lý thuyết sóng với : d = MNTT = 91 (m) ; H = 16.1(m) ;

*Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp : do d/gT2 = 0.045 > 0.01 nên tra bảng theo API, với V1/gT = 1.31/(9.81x14.3) =0.0093.

Trong đó : V1 : vận tốc mặt lớn nhất ứng với hướng sóng chủ đạo NE.

Tra bảng ta được : Tapp/T = 1.06 => Tapp = 15.158 (s).


Tra bảng với :

Thuộc Lý thuyết sóng Stokes bậc 5.

Khi đó

Với : k= ; ( giải bằng phương pháp lặp).

k =

Vậy :

+ Xác định cao trình Diafragm D1 (diafragm trên cùng): Trường hợp dùng

cho khung sàn chịu lực.

= 89.8 + 2 = 91.8 (m)

: Khoảng cách đảm bảo thi công để thi công lắp đặt khung sàn chịu

lực . Trong đồ án chọn

+ Xác định chiều cao chân đế (khoảng cách từ mặt đáy biển đến điểm W.P


(working point).

HCĐ = HD1 + Z2

Z2 : Khoảng cách sao cho đảm bảo gia công nút liên kết khung sàn chịu lực vào

khối chân đế, trong đồ án Z2 = 2m.

HCĐ = 91.8 + 2 = 93.8 (m)

+ Xác định chiều cao khung sàn chịu lực.

HSF = HCT - HCĐ = 105.5 – 93.8 = 11.7 (m)

+ Xác định bề rộng đáy trên, bề rộng đáy dưới của khối chân đế.

-Bề rộng đáy trên

Chọn độ dốc ống chính φ =1/10

Suy ra bề rộng đáy dưới Bd = Bt + 2xHCĐx1/10 = 44 + 2x93.8x1/10 = 62.76 m. + Xác định cao độ giao điểm giữa ống chính và thanh xiên dưới cùng của khối chân đế ( chi tiết 2).

>= ( 25cm ; D/4 )

là khoảng cách đảm bảo thi công nút

D : Đường kính ống chính

Chọn D = 1.219 (m) = 1 (m).

b) Xác định sơ bộ phương án kết cấu sàn chịu lực.


A) CHIỀU CAO KHUNG KHÔNG LỚN

B) CHIỀU CAO KHUNG LỚN

_ Khung sàn chịu lực là phần kết cấu nối và truyền tải trọng từ thượng tầng xuống

kết cấu chân đế. Các thanh trong mặt đứng được bố trí theo kiểu chữ K, các thanh

trong mặt ngang được bố trí như các thanh trong Diafragm.

HÌNH 2 : Một số hình thức khung sàn chịu lực.

MÔ TẢ SƠ ĐỒ TỔNG THỂ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH.


ỐNG CHÍNH

ỐNG NHÁNH

THANH NGANG

DIAFRAGM

YORK PLATE

PILE SLEEVE


2

1


W.P

DIAFRAGM D1ỐNG CHÍNH

THANH NGANG

CỦA KHUNG SÀN CHỊU LỰC

THANH ÐỨNG

*Sơ đồ mặt bằng tổng thể công trình :


c) Sơ đồ bố trí các mặt ngang, cấu tạo các mặt ngang .

d) Sơ đồ bố trí các các thanh xiên.


e) Xác định sơ bộ kích thước các thanh ống, ống chính, ống nhánh.

-TiÕt diÖn çc thanh ®îc lùa chän dùa trªn ®iÒu kiÖn ®é m¶nh cho phÐp.§é m¶nh cho phÐp phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña thanh (chÞu kÐo hay nÐn).

Dùa trªn ®iÒu kiÖn ®é m¶nh cho phÐp, lùa chän s¬ bé tiÕt diÖn cña thanh. Tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n, lùa chän l¹i tiÕt diÖn ®Ó phï hîp víi ®Æc ®iÓm cña t¶i träng t¸c dông.

Theo sæ tay”Applied Offshore Structural Engineering ” cña Teng H.Hsu, khi thiÕt kÕ s¬ bé çc kÕt cÊu ch©n ®Õ trong ®iÒu kÖn biÓn ë khu vùc §«ng Nam ¸, cã thÓ chän gi¸ trÞ ®é m¶nh (Kl/r) = 110 lµm c¨n cø ®Ó lùa chän s¬ bé tiÕt diÖn.

C«ng thøc tÝnh ®é m¶nh nh sau:

= k.l/r

Trong ®ã :

k: hÖ sè kÓ ®Õn mÊt æn ®Þnh cña thanh phô thuéc vµo liªn kÕt 2 ®Çu; k 1.

l:chiÒu dµi phÇn tö ( kho¶ng çch gi÷a 2 t©m nót ). r: b¸n kÝnh tiÕt diÖn phÇn tö.

* : Là bán kính quán tính của tiết diện.


Lo¹i phÇn tö k

thanh èng chÝnh 1,0

thanh xiªn, ngang 0,7

thanh chÝnh chÐo 0,8

Trong đó : J : là mômen quán tính của tiết diện ống .

A : Diện tích mặt cắt ngang của ống .

Ta có bảng chọn sơ bộ tiết diện thanh, và kết quả kiểm tra độ mảnh của các thanh

như sau:

Thứ tự

Tên Tiết diệnL

max(m)D-2t D A J r k λ

1 OCH11321x25.

420.36 1.2762

1.321

0.10386

0.0220.4602

71

44.2346

2 OCH21219x30.

218.15 1.1682

1.219

0.09525

0.01697

0.4221 142.999

6

3 N1 559x25.4 20.53 0.5482 0.580.0281

80.0011

20.1995

20.7

42.0283

4 N2 660x20.6 28.29 0.6188 0.660.0413

80.0021

20.2261

80.7

67.5544

5 N3 812x25.4 26.77 0.5482 0.580.0281

80.0011

20.1995

20.8 77.338

6OVA

Y1422x25.

42.000 0.6188

1.422

0.4138 0.0212 0.618 0.8 10.52

f)Lựa chọn sơ bộ kích thước cọc: 1219x30.2

Kết quả thiết kế sơ bộ:

- Số ống chÝnh: 8 ống với hai loại tiết diện 1321x25.4mm và 1219x30.2mm

- Đường trượt kÝch thước 20m, hai đường trượt cã tiết diện 1321x25.4mm

- Chiều cao KCĐ: 93.8m

- KÝch thước đỉnh: 20x44m

- KÝch thước đ¸y:38.76x62.76m

- Sè Diaphragm: 6

- Chọn sơ bộ 4 loại tiết diện ống.

- Chiều dài c¸c thanh được chọn sơ bộ từ điều kiện độ mảnh.


II. TÍNH TOÁN PHẢN ỨNG CỦA KẾT CẤU KHỐI CHÂN ĐẾ

+ §Ó x¸c ®Þnh çc ph¶n øng cña tæng thÓ c«ng tr×nh cña çc thµnh phÇn, phÇn tö kÕt cÊu ph¶i sö dông ®Õn ph¬ng ph¸p sè, cïng víi sù hç trî cña çc ph¬ng tiÖn tÝnh to¸n; trong ®ã ph-¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®îc sö dông hÇu hÕt çc bµi to¸n kªt cÊu,bµi to¸n tÜnh, bµi to¸n ®éng, çc bµi to¸n tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn, nã còng gi¶i quyÕt nhiÒu mèi t¬ng t¸c gi÷a kÕt cÊu vµ m«i trêng kÕt cÊu.

1. Lập sơ đồ tính toán kết cấu:

* Sơ đồ hình học từ sàn thượng tầng trở xuống ( sàn thượng tầng, khung nối,

chân đế, cọc ).

Như hình vẽ đã trình bày ở trên.

* Mô hình hóa các phần phụ trợ ( Các Conductor, giá cập tàu,…).


* Mô hình hóa cọc trong ống váy và liên kết nối đất.

Quan niệm kết cấu chân đế ngàm với nền đất tại độ sâu cách mặt đáy biển khoảng ∆o (∆o gọi là chiều sâu ngàm giả định).

Ở đây ta lấy: ∆o = 6D

Trong đó : D - đường kính cọc.


2. Tính toán các loại khối lượng.


a) Xác định khối lượng thượng tầng.

Khối lượng thượng tầng là toàn bộ khối lượng của các trang thiết bị như máy

khoan, khối lượng bản thân của các block,…, được tính từ trọng lượng thượng

tầng. ta có

Tổng tải trọng thượng tầng : G = 3000(T)

Từ tải trọng thượng tầng, ta chia cho gia tốc trọng trường, ta được khối lượng

thượng tầng, ở đây lấy gia tốc trọng trường bằng 10m/s2, từ khối lượng thượng

tầng ta chia cho các đẩu ống chính của khối chân đế. Cụ thể là tại 4 ống trong ta

gán mỗi ống là 50T, còn 4 ống ngoài thì ta cho mỗi ống 25T.

b) Xác định khối lượng bản thân (các kết cấu chính, kết cấu phụ), hà bám.

- Khèi lîng b¶n th©n cña mét thanh lµ :

mbt(i) =s. As. Li

Trong ®ã:

+ s - Träng lîng riªng cña vËt liÖu lµm thanh kÕt cÊu, víi vËt liÖu thÐp s = 7.850 T/m3.

+ Asi - diÖn tÝch tiÕt diÖn cña thanh thø i , m2 .

Víi Asi = [.( Di2 -(Di - 2.i)2)]/4

Víi Di , i - ®êng kÝnh ngoµi vµ bÒ dÇy cña thanh thø i .

+ Lij - chiÒu dµi thanh thø i , ( m )

Dùng chương trình Sap ta có tổng khối lượng bản thân khối chân đế là: 3082T

c) Khối lượng hà bám :


X¸c ®Þnh khèi lîng hµ b¸m cña thanh tÝnh tõ MNTB xuèng ®¸y biÓn .

§Ó ®¬n gi¶n ta gi¶ thiÕt tÝnh hµ b¸m theo c¸ch tÝnh trung b×nh: ChiÒu dµy hµ b¸m t¹i cao ®é cña ®Çu i lµ t1 ,t¹i ®Çu j lµ t2. ChiÒu dµy hµ b¸m trung b×nh lµ t=0.5(t1+t2)

+ Khèi lîng hµ b¸m t¹i thanh thø i lµ :

mh (i) = h.Ahi.Li

h – khèi lîng riªng cña hµ b¸m (h = 1.600 t/m3).

Ahi –DiÖn tÝch hµ b¸m ë mét mÆt c¾t ngang thanh

Khèi lîng hµ b¸m quy vÒ 2 nót víi gi¶ thiÕt khèi kîng hµ b¸m ph©n

bè ®Òu

trªn chiÒu dµi thanh. KÕt qu¶ hµ b¸m quy vÒ c¸c nót, từ đó ta tính

được tổng khối lượng hà bám là : 1717T

Bảng tính cụ thể được thể hiện ở phụ lục cuối thuyết minh.

d) Xác định khối lượng nước kèm ( chỉ tính cho các thanh ngập nước).

X¸c ®Þnh khèi lîng níc kÌm tÝnh tõ MNTB (calm sea) xuèng ®¸y biÓn.

Khèi lîng níc kÌm quy ®æi t¹i nót thø i lµ:

mnk(i) = n.Cam.Vi

Trong ®ã:


+ n - mËt ®é cña níc biÓn = 1,025 t/m3.

+ C am - hÖ sè níc kÌm, Cam = 0,2.

+ Vi - thÓ tÝch èng phÇn ngËp níc, tÝnh víi ®êng kÝnh míi cã c¶ chiÒu dµy hµ b¸m.

Khèi lîng níc kÌm ®îc quy vÒ nót theo nguyªn t¾c cña dÇm

®¬n gi¶n, từ đó ta tính được tổng khối lượng nước kèm là: 136.2T

Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở phần phục lục cuối thuyết minh.

e) Xác định khối lượng nước trong ống.

TÝnh khèi lîng níc trong èng víi MNTB .

Ta chØ tÝnh khèi lîng níc trong èng ®èi víi c¸c èng chÝnh.

Khèi lîng níc trong èng lµ:

mn«(i) = n. Ani. Li

Trong ®ã:

+ n - mËt ®é cña níc biÓn 1025 kg/m3.

+ Ani - DiÖn tÝch tiÕt diÖn phÇn rçng (phÇn chøa níc) cña cäc ngËp trong níc.

An(i)= [.(Di - 2.i)2)]/4

+ Di - §êng kÝnh ngoµi cña cäc .

+ i – ChiÒu dµy cäc.

Từ đó ta tính được tổng khối lượng của nước trong ống là : 787.2T


Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở mục lục cuối thuyết minh.

f) Khối lượng vữa trám .

Vữa trám là lớp vữa liên kết giữa cọc và ống váy, khối lượng vữa trám được

tính theo công thức:

mv(i) = v[.((Doc - 2.oc)2)- D2cọc ))/4].Li

Trong đó :

v - Khối lượng riêng của vữa bơm trám (v= 1800 kg/m3)

Doc,oc – Đường kính ngoài và chiều dày ống váy.

Dcọc : Đường kính cọc.

Li : Chiều dài ống váy i, ở đây các ống váy có chiều dài bằng nhau.

Từ đó ta tính được tổng khối lượng vữa trám là : 16.65T


g) Khối lượng cọc.

mc(i) =c. [.(D2cọc - (Dcọc - 2cọc)2)/4].Li

Trong đó :

c : Khối lượng riêng của cọc (c = thép =7850 kg/m3).

Dcọc ,cọc : Đường kính và chiều dày cọc.

Li : Chiều dài cọc thứ i.

Từ đó ta tính được tổng khối lượng cọc là : Sẽ được tính sau khi tính toán nội lực.



3. Xác định các loại tải trọng tác động lên công trình.

a) Tải trọng thượng tầng.

Tæng céng tÊt c¶ çc t¶i träng ®øng cña phÇn thîng tÇng cã gi¸ trÞ lµ P, t¶i träng P ®îc ph©n cho 8 nót t¹i 8 ®Ønh èng chÝnh, ph¬ng t¸c dông híng xuèng, t¶i träng nµy t¸c dông lªn c«ng tr×nh lµ t¶i träng tÜnh:

Nót 147 149 146 152

Pi (T) 250 250 250 250

Nót 145 150 148 151

Pi (T) 500 500 500 500

b) Tải trọng đẩy nổi.

+/ T¶i träng ®Èy næi lµ t¶i träng theo ph¬ng th¼ng ®øng do

níc t¸c dông lªn c«ng tr×nh khÝ ®Æt trong m«i trêng níc,cã gi¸

trÞ chÝnh b»ng träng lîng cña phÇn níc bÞ c«ng tr×nh chiÕm chỗ.

+/ Khi tÝnh t¶i träng ®Èy næi çc èng ngang vµ èng xiªn ®îc

xem lµ kÝn 2 ®Çu,çc èng chÝnh cÇn xÐt ®Õn lîng níc trong èng.

C«ng thøc x¸c ®Þnh t¶i träng ®Èy næi:

F®n =

Trong ®ã:

F®n: Lùc ®Èy næi (T).


Ai: diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña phÇn tö.

Ai=π . Di

2

4

víi Di lµ ®êng kÝnh ngoµi cña phÇn tö thø i cã kÓ ®Õn hµ b¸m. §èi víi èng chÝnh cã níc trong èng, A lµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang.

li: ChiÒu dµi phÇn tö thø i.

Träng lîng riªng ®Èy næi : dn = 1.025 (T/m3),

Từ đó ta tính được tải trọng đẩy nổi là : 4376.73T


c) Tải trọng gió. Cơ sở lý thuyết :

T¶i träng giã ®îc tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn API (Recommended Practice for Planning, Designing and Contructing Fixed Offshore PlatformsWorking Stress Design), theo 2 híng t¬ng øng víi 2 híng sãng ®· chän:

Híng 1: §«ng B¾c.

Híng 2: B¾c.

TÝnh t¶i träng do giã t¸c dông lªn phÇn c«ng tr×nh n»m phÝa trªn mùc níc tÜnh SWL. B¶n chÊt cña t¶i träng giã lµ ®éng, nhng trong tÝnh to¸n t¶i träng giã lµ tÜnh.

* C«ng thøc x¸c ®Þnh t¶i träng giã theo API:

F=0 .0473.Vz2.C s . A .


Trong ®ã:

F: lµ lùc giã t¸c dông lªn kÕt cÊu (N).

Vz: VËn tèc giã trung b×nh ®o trong 1 giê t¹i ®é cao z so víi mùc níc

tÜnh (km/h).

V z=V 10 .( Z10 )

1n .

Quy ®æi vËn tèc giã trung b×nh ®o trong 3s sang vËn tèc giã trung b×nh ®o trong 1h.

V t ( z)=β . V 10 .( Z10 )

α

.

V 10

: VËn tèc giã trung b×nh ®o trong 1 giê t¹i ®é cao 10m so víi mùc níc tÜnh (km/h).

Z : §é cao cÇn x¸c ®Þnh vËn tèc (m).

n : LÊy tõ 7 ®Õn 13, ë ®©y lÊy 1/n = 0.15.

A: H×nh chiÕu diÖn tÝch cña vËt c¶n lªn ph¬ng vu«ng gãc h-íng giã (m2).

, : HÖ sè luü thõa, hÖ sè giËt cña giã ë ®é cao 10 m.

Trong ®å ¸n cho vËn tèc giã trung b×nh ®o ë 3s nªn

= 0.1.


= 1,33.

Cs : HÖ sè khÝ ®éng (x¸c ®Þnh theo qui ph¹m).

Lo¹i kÕt cÊu Cs

KÕt cÊu dÇm, nhµ têng ®Æc

1,5

KÕt cÊu trô trßn 0.5

Sµn c«ng t¸c 1.0

Tính toán tải trọng gió:

- VËn tèc giã quy ®æi trong 1h :

N 44,7 (m/s)160,9

2(km/h)

NE 58,1 (m/s)209,1

6(km/h)

-PhÇn m« t¶ s¬ ®å tÝnh t¶i träng giã:

Gåm t¶i träng giã lªn kÕt cÊu ch©n ®Õ trªn mùc níc tÜnh vµ t¶i träng giã lªn phÇn thîng tÇng.

Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cña ®å ¸n nhãm sö dông phÇn mÒm SAP2000 tù ®éng tÝnh to¸n t¶i träng giã t¸c ®éng lªn KC§.

Sau khi tÝnh ®îc t¶i träng giã ë çc phÇn kÕt cÊu Fi cña thîng tÇng ta qui ®æi chóng thµnh çc lùc tËp trung (Fxi , Fyi) tËp trung t¹i 8 ®Ønh khèi ch©n ®Õ vµ mét m«men Mg ®îc quy thµnh çc cÆp ngÉu lùc t¹i 8 ®Ønh khèi ch©n ®Õ (Pi , Pi).


B¶ng tæng hîp t¶i träng giã cña phÇn thîng tÇng quy vÒ c¸c ®Çu èng chÝnh cña KC§ :

Híng

giã

Nót 147 149 148 145 150 151 146 152

Giã NE

Fxi(T) -42 42 42 -42 -42 42 42 42

Fyi(T) 0 0 0 0 0 0 0 0

Pi(T) 34 34 -16 16 16 -16 -34 -34

Giã N Fxi(T) -29.2

-29.2

29.2 -29.2

-29.2

29.2 29.2 29.2

Fyi(T) -29.2

-29.2

29.2 -29.2

-29.2

29.2 29.2 29.2

Pi(T) 35.2 35.2 -22 22 22 -22 -35.2

-35.2

d) Tải trọng sóng và dòng chảy : +/ Cơ sở lý thuyết :

Xác định lý thuyết sóng tính toán:

Theo phần trên ta có sóng lan truyền ở công trình là sóng Stock bậc 5, nên ta chọn lý thuyết sóng Stock bậc 5 để tính toán.

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

Lý thuyết sóng Stock bậc 5. a) Chọn hệ trục tọa độ.

-Trục 0z thẳng đứng và trùng với trục của khối chân đế.


-Trục 0x nằm ngang, trùng với phương gió thổi và chuyển động sóng – dòng chảy.

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

-Gốc tọa độ 0 tại mặt đáy biển.

b) Các thành phần vận tốc, gia tốc.

* Theo lÝ thuyÕt sãng Stokes bËc 5, khi sãng cã chiÒu cao H, sè

sãng k vµ tÇn sè vßngω lan truyÒn theo chiÒu d¬ng cña trôc x,

th× ®é d©ng cña bÒ mÆt chÊt láng so víi mÆt níc tÜnh cã thÓ

biÓu diÔn díi d¹ng :

η=1

k∑n=1

5

Fn cosn (kx−ωt )

Trong ®ã : F1 = a ; F2 = a2.F22 + a4.F24 ; F3 = a3.F33 +

a5.F35 ;

F4 = a4.F44 ; F5 = a5.F55 .

* C¸c th«ng sè h×nh d¸ng cña sãng F22, F24 ... ( phô thuéc vµo kd

= 2d/L ; ®îc x¸c ®Þnh theo b¶ng tra ), vµ th«ng sè chiÒu cao

sãng H quan hÖ víi nhau bëi biÓu thøc :

k . H=2 . [a+a3 . F33+a5 . (F35+F55) ]

* Thµnh phÇn vËn tèc theo ph¬ng ngang Vx vµ ph¬ng ®øng Vz

cña phÇn tö chÊt láng cã täa ®é ( x,z ) g©y nªn bëi sù la truyÒn

sãng bÒ mÆt trong vïng cã ®é s©u d, cã thÓ nhËn ®îc tõ biÓu

thøc :

V x=

ωk∑n=1

5

Gnchnkzshnkd

cosn (kx−ωt )


V z=

ωk∑n=1

5

Gnshnkzshnkd

cos n ( kx−ωt )

Trong ®ã : G1 = aG11 + a3G13 + a5G15 ; G2 =2( a2G22+ a4G24 ) ;

G3=3(a3G33+ a5G35 ) ; G4 =4 a4G44 ;

G4 =5 a5G55 .

ë ®©y G11 , G13 ... lµ c¸c th«ng sè sãng phô thuéc vµo k.d ( tra

b¶ng ).

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

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

ax= kc 2

2∑n=1

5

Rnsin n (kx−ωt )

az= kc 2

2∑n=1

5

Sncos n (kx−ωt )

Trong ®ã :

R1 = 2U1 - U1U2 - U2U3 - V1V2 - V2V3 ;

R2 = 4U2 – U12 + V1

2 – 2U1U3 -2V1V3 ;

R3 = 6U3 – 3U1U2 + 3V1V2 – 3U1U4 - 3V1V4;

R4 = 8U4 – 2U22 + 2V2

2 – 4U1U3 + 4V1V3;

R5 =10U4 – 5U1U4 – 5U2U3 + 5V1V4 + 5V2V3;

S1 = 2V1 - 3U1V2 - 3U2V1 – 5U1V3 – 5U3V2 ;

S2 = 4V2 - 4U1V3 - 4U3V1 ;

S3 = 6V3 - U1V2 + U2V1 – 5U1V4 – 5U4V1 ;

S4 = 8V4 - 2U1V3 + 2U3V1 + 4U2V2 ;

S5 = 10V5 - 3U1V4 +3U4V1 - U2V3 + U3V2 ;

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


* Quan hÖ gi÷a tÇn sè vßng vµ tÇn sè sãng cã d¹ng :

ω2=gk (1+a2C1+a4 C2) . thkd

* VËn tèc truyÒn sãng c:

c=[ g

k (1+a2 C1+a4 C2 ) thkd ]1/2

Trong đó: C1, C2 – thông số sóng, phụ thuộc vào tỷ số d/L, tra bảng.

*Nhận xét : T¸c ®éng cña dßng ch¶y lªn c«ng tr×nh ®îc biÓu diÔn bëi yÕu tè vËn tèc. VËn tèc dßng ch¶y, trong thùc tÕ tÝnh to¸n ®îc xem lµ mét ®¹i lîng kh«ng thay ®æi theo thêi gian. V× vËy khi chØ cã t¸c ®éng cña dßng ch¶y (kh«ng kÓ sãng) th× t¶i träng do dßng ch¶y g©y ra ®îc coi lµ t¶i träng tÜnh. Khi tÝnh ®ång thêi t¸c ®éng cña sãng vµ dßng ch¶y, th× ¶nh hëng cña dßng ch¶y ®îc bæ sung vµo thµnh phÇn vËn tèc cña t¶i träng sãng. V× thµnh phÇn t¶i träng do vËn tèc g©y ra cã chøa b×nh ph¬ng vËn tèc, nªn sù tham gia cña dßng ch¶y lµm t¨ng ®¸ng kÓ cho t¶i träng sãng.

T¸c ®éng cña sãng lªn c«ng tr×nh biÓn mang b¶n chÊt ®éng vµ lµ tréi tuyÖt ®èi trong tæng t¶i träng ngang t¸c dông lªn kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ.

Tïy theo tÝnh chÊt cña lùc sãng t¸c dông mµ c¸c phÇn tö cña kÕt cÊu ngoµi biÓn ®îc chia thµnh vËt thÓ m¶nh vµ vËt thÓ cã kÝch thíc lín. §èi víi vËt thÓ m¶nh th× lùc qu¸n tÝnh vµ lùc c¶n cña


z

y

x

v

v

n

sãng lµ ®¸ng kÓ, cßn ®èi víi vËt thÓ lín th× ¶nh hëng cña nhiÔu x¹ l¹i ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh.

C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp kÕt cÊu kiÓu Jacket lµ c«ng tr×nh tæ hîp bëi çc phÇn tö cã kÝch thíc nhá (xÐt tØ sè D / L < 0.2), t¶i träng cña sãng vµ dßng ch¶y t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh mµ cô thÓ lµ çc thanh ®îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc Morison d¹ng chuÈn t¾c.

§Ó tæng qu¸t cho thuËt to¸n ta xÐt mét thanh xiªn bÊt k× trong hÖ täa ®é xyz nh sau:

Tõ h×nh vÏ trªn x¸c ®Þnh ®îc çc cosin chØ ph¬ng cña thanh

trong hÖ täa ®é nh sau:

c x=sin ϕcos ϕ=x2−x1

L

c y=sin ϕsin θ=y2− y1

L

c z=cosϕ=z2−z1

L

Trong ®ã: L – chiÒu dµi thanh ®îc tÝnh nh sau:


L=√(x2−x1)2+( y2− y1)

2+(z2−z1)2

.

Gi¶ sö híng lan truyÒn sãng trïng víi trôc x, chuyÓn ®éng cña níc cã liªn quan ®Õn sãng vµ dßng ch¶y ®îc ®Æc trng bëi çc thµnh phÇn vËn tèc, gia tèc theo ph¬ng ngang (vx,ax), (vy,ay) vµ theo ph¬ng ®øng (vz,az). Tøc lµ thµnh phÇn vect¬ vËn tèc vµ gia tèc cña chuyÓn ®éng níc t¹i mét ®iÓm lµ:

v⃗= v⃗ x+ v⃗ y+ v⃗ z

a⃗= a⃗x+a⃗ y+ a⃗z

Ph©n tÝnh v vµ a theo çc thµnh phÇn ph¸p tuyÕn vµ tiÕp tuyÕn so víi trôc cña thanh, ta cã:

v⃗= v⃗n+ v⃗ τ

.

a⃗= a⃗n+ a⃗τ

.

ë ®©y ta chØ quan t©m ®Õn çc thµnh phÇn vn vµ an lµ g©y ra t¶i träng sãng .

X¸c ®Þnh çc thµnh phÇn vn nµy nh sau:

vn=√vx2+v y

2+v z2−(cx v x+c y v y+c z v z)

2

.

vnx=v x−cx (c x v x+c y v y+cz v z).


vny=c y−c y (cx vx+c y v y+c z v z ).

vnz=v z−c z (c x v x+c y v y+cz v z).

X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn an nµy nh sau:

an=√ax2+az

2+a y2−(cx ax+c y a y+cz az )

2

.

anx=ax−cx (cx ax+c y a y+c z az ).

any=a y−c y (c x ax+c y a y+c z az).

anz=az−c z (cx ax+c y a y+c z az ).

§Õn ®©y lµ ®ñ c¸c ®¹i lîng ®Ó sö dông c«ng thøc Morison tÝnh t¶i träng ph©n bè t¸c dông lªn thanh xiªn trªn, c«ng thøc x¸c ®Þnh nh sau:

qx=0,5 .wg

. Cd . D .|vn|vnx+ρ . Ci . A .anx

. (N/m)

q y=0,5 .wg

. Cd . D .|vn|v ny+ρ .Ci . A . any

. (N/m)

qz=0,5 .wg

.Cd . D .|vn|vnz+ρ .C i . A .anz

. (N/m)


w =10250 N/m3 - MËt ®é níc biÓn

Sau khi t×m ®îc çc lùc ph©n bè q theo çc ph¬ng, tiÕn hµnh tæng hîp lùc ®Ó quy vÒ nót, viÖc nµy ®îc lµm trªn c¬ së lý thuyÕt cña C¬ Häc KÕt CÊu.

Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cña ®å ¸n nhãm sö dông phÇn mÒm SAP2000 tÝnh to¸n tù ®éng t¶i träng dßng ch¶y trªn c¬ së lý thuyÕt trªn.

+/ Trình tự tiến hành :

XÐt trêng hîp tæng qu¸t híng sãng lÖch víi híng trôc X c«ng tr×nh mét gãc nµo ®ã, híng dßng ch¶y còng lÖch so víi híng sãng, ®Ó ¸p dông ®îc c«ng thøc Morison ta tiÕn hµnh nh sau:

TiÕn hµnh xoay trôc täa ®é OXY cña c«ng tr×nh sao cho OX trïng víi trôc cña híng sãng.NghÜa lµ ta tiÕn hµnh chuyÓn trôc täa ®é OXY thµnh hÖ täa ®é oxy nh h×nh vÏ trªn. c«ng thøc chuyÓn trôc lµ:

x=x’.cos + y’.sin; y= -x’.sin+ y’cos;z= z’

L¹i cã: x’=X; y’= Y; Z’ = Z-d.

Suy ra: x=X.cos + Y.sin; y= -X.sin+ Y.cos ; z =Z-d

+ Nh vËy ta chän ®îc hÖ täa ®é xoz nh trªn (trôc x híng theo phÝa lan truyÒn sãng, trôc z híng th¼ng ®øng tõ díi lªn; gèc täa ®é ®Æt trªn mÆt níc).

Thùc hiÖn tuyÕn tÝnh hãa hÖ ph¬ng tr×nh ®éng lùc häc sãng (bá qua çc sè h¹ng phi tuyÕn vµ çc v« cïng bÐ bËc cao), sau mét sè phÐp biÕn ®æi ta x¸c ®Þnh ®îc biªn ®é cña mÆt sãng so víi mùc níc tÜnh (S.W.L) biÓu diÔn díi d¹ng:


(x,t) =

1k

Sn cos[n.(kx-t)], gäi lµ ph¬ng tr×nh sãng bÒ mÆt.

Trong ®ã:

+ vµ k lµ tÇn sè vßng vµ sè sãng cã liªn quan víi chu kú T (kho¶ng thêi gian mµ hai ®Ønh sãng kÕ tiÕp nhau ®i qua trôc th¼ng ®øng cè ®Þnh) vµ chiÒu dµi sãng L (qu·ng ®êng mµ sãng truyÒn ®îc trong mét chu kú T) nh sau :

k =

2 πL

.

=(g.k.(1+a2.C1+a4C2).th(k.d))1/2.

Trong ®ã C1 vµ C2 lµ çc th«ng sè tÇn sè cña sãng.

Çc thµnh phÇn vËn tèc theo phph¬ng th¼ng ®øng (theo trôc z) cña phÇn tö chÊt láng cã täa ®é (x,z) ®îc x¸c ®Þnh tõ çc c«ng thøc sau:

vx =

ωk∑ Gn

ch (kz)sh( nkd )

.cos(n(kx-t)).

vz =

ωk∑ Gn

sh( nkz )sh( nkd )

.sin(n(kx-t)).

+ VËn tèc lan truyÒn sãng kh«ng ®æi gäi lµ vËn tèc pha:

c =(g/k.(1+a2.C1+a4C2).th(k.d))1/2.


+ Çc thµnh phÇn gia tèc chuyÓn ®éng cña çc phÇn tö chÊt láng cã täa ®é (x,z) theo ph¬ng ngang vµ ph¬ng ®øng cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh sau :

ax =

k .C2

2.∑1

nRn

.sin(nkx-t)).

az =

k .C2

2.∑1

nSn

.cã (nkx-t)).

Tæng hîp vËn tèc sãng, dßng ch¶y:

+ TiÕn hµnh chiÕu vËn tèc dßng ch¶y theo çc ph¬ng ox vµ oy cña hÖ trôc täa ®é míi oxy.

+ Thµnh phÇn vËn tèc tæng hîp sãng vµ dßng ch¶y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc céng vËn tèc, chiÕu:

v⃗= v⃗ dc+v⃗ s.

a⃗= a⃗ dc+a⃗ s.

Theo ba ph¬ng x, y, z ta ®îc ba thµnh phÇn vËn tèc tæng hîp nh sau:

VËn tèc: Vx= Vdcx+ Vs

x;

Vy= Vdcy;

Vz= Vsz.

Gia tèc: ax= asx;


ay= asy= 0;

az= asz.

Chó ý: dßng ch¶y gi¶ thiÕt ®Òu nªn adc= 0.

¸p dông ph¬ng tr×nh Morison tÝnh t¶i träng sãng. ( Phương tr×nh ®· nªu ë phÇn lý thuyÕt tÝnh to¸n).

TiÕn hµnh xoay l¹i hÖ trôc täa ®ộ:

FX=Fx.cos - Fy.sin; FY= Fx.sin+ Fycos;FZ= Fz

Trong ph¹m vi §å ¸n tÝnh to¸n víi hai híng sãng lµ NE lµ híng sãng chñ ®¹o vµ mét híng kh¸c lµ híng N.

Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cña ®å ¸n nhãm sö dông phÇn mÒm SAP2000 tÝnh to¸n tù ®éng t¶i träng sãng trªn c¬ së lý thuyÕt trªn.

4. Tổ hợp tải trọng.

HÖ sè tæ hîp t¶i träng:

Do qu¸ tr×nh chÕ t¹o, còng nh sö dông c«ng tr×nh ph¸t sinh nhiÒu yÕu tè bÊt lîi cho c«ng tr×nh mµ ngêi thiÕt kÕ ®¸nh gi¸ ch-a hÕt. V× vËy, khi thiÕt kÕ ta ®a vµo çc hÖ sè t¶i träng.

Trong cïng mét thêi ®iÓm, c«ng tr×nh cã thÓ chÞu nhãm çc tæ hîp t¶i träng kh¸c nhau t¸c dông lªn nã, ®iÒu nµy phô thuéc vµo tõng lo¹i t¶i träng trong nhãm, tõng lo¹i t¶i träng dùa vµo çc kh¶ n¨ng xÈy ra ®ång thêi hay kh«ng ®ång thêi cña çc t¶i träng. Dùa trªn ®¸nh gi¸ ®é tin cËy, ngêi ta ®a ra çc tæ hîp t¶i träng. Trong ph¹m vi ®å ¸n lấy tÊt c¶ çc hÖ sè tæ hîp ®Òu b»ng 1.

Çc tæ hîp t¶i träng:


Ta cã çc tæ hîp t¶i träng ®Ó tÝnh to¸n nh sau:

COMBO1: BT + SãngNE + GiãNE + §N + HB + TT.

COMBO 2: BT + Sãng N + Giã N+ §N + HB + TT.BAO COMBO1+COMBO2

5. Kết quả nội lực và chuyển vị.

Sau khi ®· lùa chän ®îc ph¬ng ¸n thiÕt kÕ, x¸c ®Þnh ®îc t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh, tiÕn hµnh x¸c ®Þnh néi lùc trong çc phÇn tö cña hÖ kÕt cÊu b»ng phÇn mÒm SAP2000.

Trong ®å ¸n nµy nhãm chØ xuÊt ra néi lùc lín nhÊt cña çc d¹ng thanh ®iÓn h×nh ®Ó tiÕn hµnh kiÓm tra bÒn, kÕt qu¶ néi lùc t¹i 4 nót ®Ó tiÕn hµnh kiÓm tra chäc thñng øng víi hai híng sãng NE vµ N. KÕt qu¶ chuyÓn vÞ t¹i ®Ønh KC§ theo hai híng sãng. (Xem kÕt qu¶ xuÊt néi lùc ë phô lôc)

Giá trị nội lực theo hướng NE :

Giá trị nội lực max của các thanh chịu nén uốnLoại ống N (T) V (T) M2 M3

N559x254 -54.5817 -13.1818 -13.1823 -33.4734N660x206 -435.445 -19.671 -20.1291 -47.3141N812x254 -241.491 -146.479 -86.1587 -210.698

OCH1 -908.76 -71.872 -60.8444 -207.661OCH2 -1070.73 -92.9011 -51.1425 -248.73

O.VAY -1379.27 -223.697 -686.337 -1082.75Giá trị nội lực max của các thanh chịu kéo uốn

Loại ống N (T) V (T) M2 M3N559x254 66.9167 11.7927 22.45493 32.49939N660x206 247.5577 19.5468 21.29103 50.8814


N812x254 181.5261 137.1968 68.61509 144.5644OCH1 107.5504 84.6347 60.84442 386.2715OCH2 19.9022 102.0264 51.12929 469.0074

O.VAY -0.1312 90.4866 685.3002 777.068

+/ giá trị chuyển vị lớn nhất là :

Các giá trị chuyển vị lớn nhấtU1 U2 U3 R1 R2 R3m m m Radians Radians Radians

0.05906 -0.039140.00775

70.0025 0.00444 0.000359

Giá trị nội lực theo hướng N :

Giá trị nội lực max của các thanh chịu nén uốnLoại ống N (T) V (T) M2 M3

N559x254 -69.6217 -12.9229 -14.9324 -35.40389N660x206 -425.0015 -19.439 -21.4739 -49.09008N812x254 -226.9698 -166.0276 -38.0741 -202.3068

OCH1 -1085.235 -86.0421 -42.9995 -223.178OCH2 -1104.867 -99.6372 -74.6432 -266.3469

O.VAY -1490.803 -175.9197 -625.334 -767.2628Giá trị nội lực max của các thanh chịu kéo uốn

Loại ống N (T) V (T) M2 M3N559x254 56.1277 12.0179 18.9054 32.56254N660x206 245.0709 22.1857 20.55756 54.22797N812x254 211.9893 94.9169 45.12613 157.47284

OCH1 109.1408 93.1766 42.99946 430.12862OCH2 17.8297 109.4083 74.64315 503.5352

O.VAY -0.1312 85.0721 673.3524 695.33382


+/ giá trị chuyển vị lớn nhất là :

Các giá trị chuyển vị lớn nhấtU1 U2 U3 R1 R2 R3m m m Radians Radians Radians

-0.03990.01248

10 0.001578 0.004216 0.000568

Nhận xét: Từ bảng giá trị chuyển vị ở trên ta thấy chuyển vị lên xuống theo phương z là rất nhỏ. Còn các chuyển vị ngang thì ở tổ hợp theo hướng NE thì lớn hơn hướng N, kiểm tra các chuyển vị max đó ta thấy nó là các nút ở các đầu ống trên cùng.

Chương 3 : KIỂM TRA CẤU KIỆN

ViÖc kiÓm tra çc phÇn tö kÕt cÊu ®îc thùc hiÖn dùa trªn tiªu

chuÈn thiÕt kÕ API. VÒ nguyªn t¾c cÇn kiÓm tra toµn bé çc

phÇn tö cña hÖ, nhng trong ph¹m vi ®å ¸n nµy ta chØ tiÕn hµnh

kiÓm tra cho mét sè phÇn tö. ViÖc kiÓm tra ®îc thùc hiÖn trªn

çc phÇn tö kÕt cÊu cã néi lùc lín nhÊt trong sè çc phÇn tö cã

cïng d¹ng liªn kÕt, cïng tiÕt diÖn vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc. H¬n

n÷a viÖc kiÓm tra ®îc thùc hiÖn trªn tiÕt diÖn nguy hiÓm nhÊt.

I. Kiểm tra bền phần tử thanh theo tiêu chuẩn API.

a) Cơ sở lý thuyết. Trạng thái chịu lực của các thanh trong kết cấu khối chân đế :


KÕt qu¶ ph©n tÝch kÕt cÊu ch©n ®Õ cho thÊy r»ng tr¹ng th¸i

chÞu lùc cña çc phÇn tö thanh trong kÕt cÊu ch©n ®Õ lµ tr¹ng

th¸i chÞu lùc phøc t¹p,bao gåm:

- Çc thanh chÞu nÐn + uèn ®ång thêi

- Çc thanh chÞu kÐo + uèn ®ång thêi

- Çc thanh chÞu nÐn + uèn +¸p lùc thñy tÜnh côc bé

- Çc thanh chÞu kÐo + uèn +¸p lùc thñy tÜnh côc bé

KÕt cÊu lµm viÖc theo s¬ ®å 3D tæng thÓ ,v× vËy khi chÞu

m«men , ®Ó tiÖn cho viÖc kiÓm tra ,m«men uèn trong thanh ®îc

ph©n tÝch thµnh 2 thµnh phÇn : M«men uèn trong mÆt ph¼ng

vµ m«men uèn ngoµi mÆt ph¼ng.

Kiểm tra khả năng chịu lực:

+/ Phần tử chịu nén :

Ứng suÊt cho phÐp Fa ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.2.2-1)

tiªu chuÈn API cho çc phÇn tö cã tû sè D/t 60:

Fa =

[1−(kl /r )2

2 CC2 ] . F y

53+

3(kl /r )8CC

−(k .l /r )3

8 .C3c

.

víi kl/r < Cc (3.2.2-1)

Fa=

12 π 2 E

23 (kl /r )2

víi kl/r >= Cc (3.2.2-2)

Trong ®ã:


Cc = √12. π2 . E

F y

.

E: M«®un ®µn håi cña vËt liÖu (MPa).

k : Lµ hÖ sè ®iÓu chØnh chiÒu dµi cña thanh

r : B¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn thanh (m).

l: ChiÒu dµi thanh (m).

Fy: Giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu (MPa).

+/ Phần tử chịu uốn:

Ứng suÊt do uèn cho phÐp Fb ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Fb = 0.75Fy víi

Dt≤10340

F y

(MPa) . (3.2.3-1a)

Fb =

[0 .84−1 .74F y . D

E . t ]. F y

víi

10340F y

<

Dt

20680F y

. (3.2.3-1b)

Fb =

[0 .72−0 .58F y . D

E .t ] . F y

víi

206800F y

<

Dt 300 . (3.2.3-1c)

Trong ®ã:

D : §êng kÝnh ngoµi cña thanh (m)

t : ChiÒu dµy cña thanh (m)

+/ Phần tử chịu cắt:


Ứng suÊt cho phÐp chÞu c¾t : FV = 0.4.Fy (Mpa)

Ứng suÊt do lùc c¾t : fy = V

0 .5 A (Mpa)

A : Lµ diÖn tÝch mÆt c¾t (m2)

V : lùc c¾t

+/ Phần tử chịu xoắn:

Ứng cho phÐp chÞu c¾t : Fvt= 0.4.Fy.

Ứng suÊt do m«men xo¾n Mt :

f y=M t ( D /2 )

I p

(Mpa)

Ip : M«men qu¸n tÝnh chèng xo¾n (m4)

+/ Phần tử thanh chịu lực phức tạp :

ViÖc kiÓm tra phÇn tö chÞu nhiÒu tr¹ng th¸i øng suÊt thêng

phøc t¹p vµ cÇn ph¶i cã qui ph¹m cô thÓ hoÆc ph¬ng ph¸p luËn

®Ó ®¸nh gi¸ ®óng sù lµm viÖc cña kÕt cÊu.Trong ph¹m vi ®å ¸n

nµy, ta chØ kiÓm tra phÇn tö chÞu øng suÊt do lùc däc vµ m«men

uèn g©y ra.

Phần tử thanh chịu nén uốn:

§iÒu kiÖn kiÓm tra nh sau:

f a

Fa

+Cm√ f bx

2 + f by2

(1− f a

Fe' ). Fb

≤1,0 .

(1)


f a

0 .6 . Fa

+√ f bx

2 + f by2

Fb

≤1,0 .

(2)

Fe '=12 π2 E

23 ( Kl /r )2

( Ứng suất Ơle)

Khi fa/Fa < 0,15, th× cã thÓ thay thÕ hai c«ng thøc trªn c«ng thøc sau.

f a

Fa

+√ f by

2 + f bz2

Fb

1,0 (3)

Trong ®ã:

Fa: øng suÊt nÐn cho phÐp do lùc däc ®îc tÝnh theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh tæng thÓ.

fbx, fby: øng suÊt do moment uèn Mü vµ My , trong vµ ngoµi mÆt ph¼ng g©y ra.

fa: øng suÊt trong thanh do lùc nÐn (N ) g©y ra.

HÖ sè Cm ®îc lÊy nh sau :

+ 0.85

+ 0.6 – 0.4

( M 1

M 2), nhng kh«ng nhá h¬n 0.4, kh«ng lín h¬n

0.85.


+ 1 – 0.4

( Fa

Fe ' ) , ho¨c 0.85 lÊy gi¸ trÞ nhá h¬n.

Phần tử thanh chịu kéo uốn:


f a

0 .6 Fa

+√ f

bx2+ fbzy2

Fb

≤1,0 .

(4) .Trong ®ã: fa lµ øng suÊt do lùc kÐo g©y ra.

b)Tính toán.

Nhận xét : Trong ph¹m vi ®å ¸n, néi lùc tÝnh to¸n cã thÓ lín

hay nhá h¬n thùc tÕ tuú thuéc vÞ trÝ thanh ®ã trong thùc tÕ so

víi khi miªu t¶ trong tÝnh to¸n kÕt cÊu, do ®ã ph¶i cã sù ®iÒu

chØnh néi lùc Nhng ë ®©y do sè lîng c¸c thanh lín, sù ®iÒu

chØnh l¹i kh«ng thÓ theo quy luËt nhÊt ®Þnh. Vµ theo kÕt qu¶

kiÓm tra sau nµy ®a sè c¸c thanh ®Òu ë møc an toµn cao, do ®ã

trong phÇn kiÓm tra thanh xin ®îc bá qua sù ®iÒu chØnh néi lùc

( Trong phÇn kiÓm tra nót sÏ cã sù ®iÒu chØnh cô thÓ), ë ®©y

lÊy hÖ sè ®iÒu chØnh b»ng 1.03

Kết quả kiểm tra :

* Theo hướng NE :

ỨNG SUẤT(T/m2)ỨNG SUẤT CHO

PHÉP(T/m2) ĐIỀU KIỆN KIỂM TRAFram

e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) NÉNUỐN CẮT


348 N559X25.4 -2072 -3790 -9626 -1000 16452 30307 17920 0.45 0.42 ÔD ÔD

228 N660X206 -10838 -3232 -7597 -979 13712 30480 17920 1.78 0.67 KÔD ÔD

322 N812X25.4 -5123 -9447 -23103 -6215 16123 29947 17920 1.30 1.02 KÔD ÔD

520 OCH1 -9053 -1907 -6510 -1432 21897 29373 17920 0.65 0.57 ÔD ÔD

156 OCH2 -9778 -1610 -7831 -1696 22092 30018 17920 0.71 0.63 ÔD ÔD

ỨNG SUẤT(T/m2)ỨNG SUẤT CHO

PHÉP(T/m2) ĐIỀU KIỆN KIỂM TRAFram

e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) KÉOUỐN CẮT

391 N559X25.4 2540 6457 9345 895 16452 30307 17920 0.70 0.47 ÔD ÔD

252 N660X206 6162 3418 8169 973 13712 30480 17920 -0.21 0.52 ÔD ÔD

338 N812X25.4 3851 7523 15851 5821 16123 29947 17920 1.68 0.73 KÔD ÔD

107 OCH1 1071 1907 12109 1686 21897 29373 17920 0.43 0.46 ÔD ÔD

363 OCH2 181 1609 14767 1863 22092 30018 17920 0.43 0.50 ÔD ÔD

* Theo hướng N :

UNG SUAT(T/m2)UNG SUAT CHO

PHEP(T/m2) DIEU KIEN KIEM TRAFram

e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) NEN UON CAT520 N559X254 -2643 -4294 -10181 -981 16452 30307 17920 0.52 0.46 ÔD ÔD

146 N660X206 -10578 -3447 -7882 -967 13712 30480 17920 1.73 0.68 KÔD ÔD

264 N812X254 -4815 -4174 -22182 -7044 16123 29947 17920 1.16 0.93 KÔD ÔD

419 OCH1 -10812 -1348 -6996 -1714 21897 29373 17920 0.75 0.64 ÔD ÔD

268 OCH2 -10089 -2350 -8386 -1819 22092 30018 17920 0.76 0.67 ÔD ÔD

UNG SUAT(T/m2)UNG SUAT CHO

PHEP(T/m2) DIEU KIEN KIEM TRAFram

e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) KEO UON CAT520 N559X254 2131 7046 12137 912 16452 30307 17920 0.57 0.54 ÔD ÔD

42 N660X206 6100 4266 11255 1104 13712 30480 17920 1.04 0.62 KÔD ÔD

224 N812X254 4497 6441 22478 4027 16123 29947 17920 1.155472 0.9 KÔD ÔD

252 OCH1 1087 1763 17638 1856 21897 29373 17920 0.573008 0.6 ÔD ÔD

423 OCH2 162 3057 20625 1998 22092 30018 17920 0.599434 0.7 ÔD ÔD

Từ bảng tính toán ở trên ta thấy điều kiện thanh chịu kéo uốn và nén uốn có một số tiết diện không thỏa nên ta cần có biện pháp gia cố cho các tiết diện đó, bằng


cách tăng tiết diện hoặc lắp đầy đủ các thanh ở các panel. Ta thấy nội lực theo hướng gió NE mất ổn định hơn.

II. Kiểm tra nút theo tiêu chuẩn API.

a) Cơ sở lý thuyết.

Çc ph¬ng ph¸p kiÓm tra

KiÓm tra sù lµm viÖc cña nót theo qui ph¹m API thùc chÊt lµ

tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a çc thanh víi nhau. Ta ph¶i tÝnh to¸n,

kiÓm tra çc bµi to¸n sau:

– KiÓm tra ®iÒu kiÖn bÒn, chäc thñng èng chÝnh.– KiÓm tra ®iÒu kiÖn bÒn èng nh¸nh t¹i nót

– KiÓm tra ®êng hµn.

Trong ®å ¸n nµy nhãm chØ tiÕn hµnh kiÓm tra chäc thñng cho nót ®¬n gi¶n:


Vp = .f.sin.

Trong ®ã:

: Gãc hîp bëi èng chÝnh vµ èng nh¸nh.

f : øng suÊt däc trôc, øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng vµ

ngoµi mÆt ph¼ng trong èng nh¸nh (tÝnh riªng cho tõng trêng hîp

t¶i träng-®· ®iÒu chØnh ¶nh hëng do lÖch t©m)

= t/T víi T lµ bÒ dµy èng chÝnh, t lµ bÒ dµy èng nh¸nh.

øng suÊt chäc thñng cho phÐp:


Vpa = Qq. Qf.

F yc

0,6 . γ

Trong ®ã:

Fyc: giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu thanh chñ.

=

D2T

, D lµ ®êng kÝnh ngoµi cña èng chÝnh.

Qq: hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh hëng cña lo¹i t¶i träng vµ cÊu t¹o h×nh häc.

Qf : hÖ sè kÓ ®Õn sù xuÊt hiÖn øng suÊt däc trôc danh nghÜa trong èng chÝnh.

Qf = 1- .A2 .

Trong ®ã:

= 0.03 ®èi víi øng suÊt däc trôc cña èng nh¸nh.

= 0.045 ®èi víi øng suÊt uèn trong trong mÆt ph¼ng èng nh¸nh.

= 0.021 ®èi víi øng suÊt uèn n»m ngoµi mÆt ph¼ng èng nh¸nh.

A =

√ f AX2 + f IPB

2 + f OPB2

0 .6 . F yc

f AX , f IPB , f OPB

: øng suÊt däc trôc, øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng vµ uèn ngoµi mÆt ph¼ng èng chÝnh.


Qf = 1.0 khi tÊt c¶ øng suÊt thí ngoµi cña èng chÝnh lµ øng suÊt kÐo.

Gi¸ trÞ cô thÓ ®îc tra trong b¶ng 4.3.1-1 trang 49 – API.

§iÒu kiÖn ®Ó thanh kh«ng bÞ chäc thñng:

§Ó thanh kh«ng bÞ chäc thñng ph¶i tháa m·n ®ång thêi 2 bÊt ph¬ng tr×nh sau:

[ V p

V pa]inp

2

+[ V p

V pa]outp

2

≤1

. (1).

[ V p

V pa]AX

+ 2π

arcsin √[ V p

V pa]inp

2

+[ V p

V pa]outp

2

≤1

. (2).

b) Tính toán.

+/ Xác định các thành phần nội lực trong và ngoài mặt phẳng uốn :

Chọn 2 nút để kiểm tra( 2 nút mà thanh có nội lực lớn đâm vào).

NÚT Ống chính Nhánh

150 520 115

92 156 136

H ướ ng NE:


Nội lực ống chính Nội lực ống nhánh

Frame N,T MIP,Tm MOP,Tm Thanh N,T MIP,Tm MOP,Tm

520 -908.8 -60.84 -207.7 115 -54.58 -13.18 -33.47

156 -1071 -51.14 -248.7 136 -435.4 -20.13 -47.31

H ướ ng N:

Nội lực ống chính Nội lực ống nhánh

Frame N,T MIP,Tm MOP,Tm Thanh N,T MIP,Tm MOP,Tm

520 -1085 -43 -223.2 115 -69.62 -14.93 -35.4

156 -1105 -74.64 -266.3 136 -425 -21.47 -49.09

TiÕn hµnh kiÓm tra cho 4 nót theo hai híng sãng NE vµ N.c) Kết quả kiểm tra.

+/ Hướng NE:

NÚTloại nút

ứng suất chọc thủng cho phép ứng suất chọc thủng kiểm trakết luậnVpa(AX) Vpa(IPB) Vpa(OPB) Vp(AX)

Vp(IPB)

Vp(OPB) VT(1)VT(2)

150T&Y

1829.98 2359.02404 4329.46 -1220.4 -1544.1 -3920.8 1.2 >1 tm

92T&Y

2409.59 3458.44603 5563.26 -8781.6 -2126.5 -4998.4 1.1 >1 tm

+/ Hướng N:

NÚT

loại nút

ứng suất chọc thủng cho phép ứng suất chọc thủng kiểm trakết luậnVpa(AX

)Vpa(IPB

)Vpa(OPB

)Vp(AX

)Vp(IPB) Vp(OPB) VT(1)

VT(2)

150 T&Y 2985.33 8207.19 5725.26 -495.53 -1749.0 -4146.9 0.57 0.7 tm92 T&Y 3683.3 9906.61 7093.95 -2728.2 -2268.5 -5186.1 0.58 1.29 ktm


KÕt luËn : C¸c nót ®îc kiÓm tra chäc thñng thì có một số nút không

ổn định, khi đó ta có một số biện pháp gia cường nút như sau:

+/ Tăng cường độ thép làm ống( dùng thép cường độ cao hơn).

+/ Tăng chiều dày ống chính và ống nhánh.

Chương 4 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC

I. Lý thuyÕt tÝnh to¸n mãng cäc:Cäc trong KCCĐ CTBCĐBT lµm b»ng thÐp èng, ®îc tæ hîp tõ

nhiÒu ®o¹n cäc, ph¬ng ph¸p h¹ cäc b»ng bóa thñy lùc.

Nguyªn lý lµm viÖc cña mãng cäc dùa trªn ma s¸t gi÷a bÒ mÆt

cäc vµ ®Êt nÒn (cäc ma s¸t) hoÆc ma s¸t gi÷a cäc víi ®Êt nÒn

céng víi søc kh¸ng mòi cäc.

Sù lµm viÖc cña cäc trong èng trong ®Êt lµ rÊt phøc t¹p do c¸c

nguyªn nh©n:

- Quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng cña nÒn lµ phi

tuyÕn

- TÝnh chÊt c¬ lý cña ®Êt lµ kh«ng ®ång nhÊt, thêng

thay ®æi theo ®é s©u

Trong ph¹m vi ®å ¸n nµy ta chØ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cho tr-

êng hîp cäc chÞu nÐn vµ cäc chÞu nhæ. Tuy nhiªn trªn thùc tÕ víi

c«ng tr×nh biÓn cäc kh«ng chØ chÞu t¶i träng däc trôc mµ cßn

chÞu c¶ t¶i träng ngang.

II. Bµi to¸n søc chÞu t¶i däc trôc:Trong phÇn nµy chØ tÝnh cäc chÞu t¶i träng däc trôc.


S¬ ®å chÞu t¶i cña cäc trong ®Êt nh sau:

+ XÐt s¬ ®å chÞu t¶i cña cäc trong ®Êt nh sau:

Hình 5: S¬ ®å chÞu t¶i cña cäc trong ®Êt.

ChiÒu s©u thùc tÕ cña cäc trong ®Êt kh«ng ph¶i lµ chiÒu

s©u tõ mÆt ®¸y biÓn xuèng mòi cäc, mµ lµ chiÒu s©u mµ tån t¹i

ma s¸t gi÷a ®Êt vµ th©n cäc. Nh v©y chiÒu dµi thùc tÕ lµm viÖc

cña cäc trong ®Êt ®îc tÝnh b»ng phÇn chiÒu dµi cña cäc tÝnh tõ

®¸y biÓn xuèng ®Õn mòi cäc trõ ®i phÇn Z0 lµ phÇn chiÒu dµi

cäc kh«ng lµm viÖc do kÓ ®Õn:

+ Vïng ®Êt mÆt bÞ ph¸ ho¹i do qu¸ tr×nh thi c«ng hoÆc do

t¸c dông cña t¶i träng ngang.

+ HiÖn tîng xãi mßn.

ë ®©y Z0 ®îc lÊy nh sau:


+ Z0 min = Dcäc

+ Z0 max = 6.Dcäc;

C¸c cäc trong c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh lµ c¸c cäc vµnh

khuyªn, ®îc thi c«ng b»ng ph¬ng ph¸p ®ãng; v× vËy khi tÝnh

to¸n cÇn x¸c ®Þnh ®îc lµ trêng hîp nµy cäc coi nh bÞt ®Çu hay

kh«ng bÞt ®Çu. Nh h×nh vÏ trªn, trêng hîp 1 cäc bÞt ®Çu, trêng

hîp 2 cäc kh«ng bÞt ®Çu.

1. Trường hợp cọc chịu nén.

Søc chÞu t¶i tæng thÓ cña cäc chÞu nÐn:

Qd=Qf +min (QP 1 ,QP 2)−W '

Trong ®ã:

Qf: søc kh¸ng bªn do lùc ma s¸t g©y ra, ®îc x¸c ®Þnh nh sau:

Q f=∑i=1

n

f oi .uo

i

Trong ®ã:

f oi

: ma s¸t ®¬n vÞ thµnh ngoµi cäc

uoi

: diÖn tÝch xung quanh thanh ngoµi cña cäc trong ph©n tè ®Êt thø i

+ QP1: søc kh¸ng mòi tÝnh víi s¬ ®å (1)-Gi¶ thiÕt cäc bÞt kÝn ®Çu.


QP 1=q . AP

Trong ®ã:

Ap = Awp + Asp

Ap: tæng diÖn tÝch tiÕt diÖn t¹i mòi cäc.

Awp: diÖn tÝch mÆt c¾t tiÕt diÖn cäc.

Asp: diÖn tÝch tiÕt diÖn lâi ®Êt (®Êt trong cäc).

+ QP2: søc kh¸ng mòi tÝnh víi s¬ ®å (2) – s¬ ®å cäc hë ®¸y.

QP 2=qp Awp+∑i=1

n

f ii. ui

i ' .

Trong ®ã :

f ii

: ma s¸t ®¬n vÞ trong thµnh cäc.

ui

i

: diÖn tÝch xung quanh thµnh trong cña cäc trong ph©n tè ®Êt thø i

+ W’: träng lîng cña cäc chiÕm chç ®Êt.

W '=∑i=1

n

Awp (γ p−γ s) ΔL .

Trong ®ã :

p : träng lîng riªng cña vËt liÖu lµm èng.

s : träng lîng riªng cña ®Êt.


§iÒu kiÖn ®Ó cäc ®ñ søc chÞu t¶i:

Qd

SF≥N

−max'

N -

max : lùc nÐn lín nhÊt t¹i ®Çu cäc

SF : hÖ sè an toµn (SF =1.5 - 2)

Tãm l¹i:

Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khi chÞu nÐn cÇn x¸c ®Þnh cho

®óng trêng hîp cäc bÞt ®Çu hay kh«ng bÞt ®Çu.

+ Cäc ®îc coi lµ bÞt ®Çu khi Qp1< Qp2.

+ Cäc ®îc coi lµ kh«ng bÞt ®Çu khi Qp1> Qp2.

2. Trường hợp cọc chịu kéo.

Søc chÞu t¶i tæng thÓ cña cäc chÞu kÐo:

Qd=Qf +W ''

Trong ®ã:

W ''=∑i=1

n

[Awp (γ p−γw )+A s γ b ]. ΔL

+ W’’: träng lîng cäc ®· trõ ®i ®Èy næi céng víi toµn bé lâi ®Êt trong cäc.

b: träng lîng riªng ®Èy næi, ®îc x¸c ®Þnh nh sau :

γ b=

( Δ−1 ) γ w

1+e


w : träng lîng riªng cña níc

tû träng cña ®Êt ; e : hÖ sè rçng cña ®Êt

NÕu chØ cã mét líp ®Êt ®ång nhÊt vµ tiÕt diÖn cäc kh«ng thay ®æi ta cã :

W ''=Awp (γ p−γ w ). L+A sp . γ b .l

+ Qf : ®îc x¸c ®Þnh theo (3.2)

Q f=∑

z=zo

l

f 0 . U0

Trong ®ã:

fo: ma s¸t ®¬n vÞ thµnh ngoµi cäc (®îc x¸c ®Þnh ë môc V.1.2).

l : chiÒu dµi lµm viÖc cña cäc .

U0: diÖn tÝch xung quanh mÆt ngoµi cña cäc (mÆt bªn).

§iÒu kiÖn ®Ó cäc ®ñ søc chÞu t¶i:

Qd

SF≥N

+max'

N+

max : lùc kÐo lín nhÊt t¹i ®Çu cäc

SF : hÖ sè an toµn (SF =1.5 - 2)

3. Xác định các đại lượng phục vụ tính toán.

a) Lùc ma s¸t ®¬n vÞ gi÷a thµnh cäc vµ nÒn ®Êt:

+ §èi víi ®Êt dÝnh:

f = .Cu

Trong ®ã:

: hÖ sè kh«ng thø nguyªn.


Cu: cêng ®é kh¸ng nÐn kh«ng tho¸t níc.

– HÖ sè kh«ng thø nguyªn ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

=

12.√Ψ

(nÕu 1.0)

=

1

2.4√Ψ

(nÕu >1.0)

§iÒu kiÖn khèng chÕ <1 (nÕu >1 th× lÊy =1)

– Gi¸ trÞ cña ®îc tÝnh nh sau:

= tÝnh cho ®iÓm ®ang xÐt.

p0=i.Hi

Trong ®ã:

p0( ): lµ ¸p lùc ®Êt hiÖu qu¶ t¹i vÞ trÝ tÝnh to¸n.

i: träng lîng riªng ®Èy næi cña líp ph©n tè ®Êt thø i.

Hi: chiÒu dµy líp ®Êt thø i.

Víi ®Êt dÝnh th× ma s¸t ®¬n vÞ trong thµnh cäc vµ ngoµi thµnh cäc b»ng nhau (fi=fo).

+ §èi víi ®Êt rêi:

f = K.p0.tg


Trong ®ã :

K : hÖ sè ¸p lùc ngang cña ®Êt vµo cäc, víi cäc ®ãng kh«ng bÞt ®Çu k = 0.8 ; víi cäc ®ãng bÞt ®Çu k = 1.

p0: ¸p lùc hiÖu qu¶ t¹i ®iÓm ®ang xÐt.

: gãc ma s¸t gi÷a thµnh cäc vµ ®Êt.

Cã thÓ tÝnh s¬ bé : =ϕ−50

( ϕ :

lµ gãc ma s¸t trong cña ®Êt ).

fo: kh«ng vît qu¸ fgh, nÕu vît qu¸ th× lÊy fo = fgh.

b) Lực kháng mũi đơn vị ở đầu cọc:

Trêng hîp cäc chÞu nÐn:

+ §èi víi ®Êt dÝnh:

q= 9.Cu

Trong ®ã:

Cu

: cêng ®é kh¸ng nÐn kh«ng tho¸t níc.

+ §èi víi ®Êt rêi:

q=p0.Nq

Trong ®ã:

Nq: HÖ sè kh«ng thø nguyªn phô thuéc vµo gãc ma s¸t ; tra b¶ng 6.4.3 -1 trang 59 – qui ph¹m API

Gãc ma s¸t gi÷a cäc vµ

Gi¸ trÞ lín nhÊt cña lùc ma s¸t bÒ mÆt

Gi¸ trÞ

Gi¸ trÞ lín nhÊt cña lùc kh¸ng


®Êt nÒn (®é)

fgh

(KPa)Nq

mòi cäc(KPa)

15 47.8 8 1.9

20 67.0 12 2.9

25 81.3 20 4.8

30 95.7 40 9.6

35 114.8 50 12.0

Trêng hîp cäc chÞu nhæ:

C¸ch tÝnh t¬ng tù nh ®èi víi cäc chÞu nÐn nhng kh«ng kÓ ®Õn lùc chèng ®Çu cäc.

III. X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i cña cäc:

X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i cña cäc theo nÒn ®Êt :

Víi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt khu vùc c«ng tr×nh th× tÝnh to¸n thÊy cäc trong trêng hîp nµy lµ cäc bÞt ®Çu.

TiÕt diÖn cäc D = 1,219(m), t =25,4(mm).

KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho thÊy c«ng tr×nh cã 6 cäc chÞu nÐn,2cäc chÞu nhæ.

Cäc chÞu nÐn cã lùc nÐn lín nhÊt lµ N = -1490.803(T) øng víi híng sãng N.

Cäc chÞu nhæ cã lùc kÐo lín nhÊt lµ N = 109.1408(T) øng víi híng sãng N.

Các thông số đầu vào: (đơn vị : T-m).


LỚP hi W (%) LL PL LI PI γ Δ e c cu ϕ

111

27.3 32.2 17.6 14.60.66

2 2.75 0.754.3 2.5 14

231

22.6 31.7 18.6 13.10.31

2.03 2.74 0.655.1 7.5 22

3

24.4 41.9 21.2 20.70.15

2.01 2.78 0.726.7 15 25

LỚP tc γc γn Zo Asp Awp Ap γdn Dc

1 0.0254 7.85 1.025 7.314 1.07183 0.09525 1.16707 1.025 1.219 2 1.08091 3 1.06076

Do cọc được ngàm cách mặt đất một đoạn là 6D, nên ta chọn đoạn chiều dài từ mặt đất đến mặt phẳng ngàm của cọc là 6m. Khi đó, giá trị áp lực đất hiệu quả tại vị trí mặt phẳng ngàm là : Po = γdn.h= 1.025.6 = 6.15(T/m2).

Lớp Zi li Ui Cu p'o Ψ α f fi

Lớp 1

1 1 3.8296 2.5 7.1750.3484

30.6507

91.6269

71.6269

7

3 2 7.6592 2.5 9.225 0.2710.9604

72.4011

72.4011

7

5 2 7.6592 2.5 11.2750.2217

31.0618

4 2.6546 2.6546Lớp 2

7 2 7.6592 7.5 13.3250.5628

50.6664

64.9984

44.9984

4

9 2 7.6592 7.5 15.375 0.48780.7158

95.3691

85.3691

8

11 2 7.6592 7.5 17.4250.4304

20.7621

25.7159

35.7159

3

13 2 7.6592 7.5 19.4750.3851

10.8057

16.0428

26.0428

2

15 2 7.6592 7.5 21.5250.3484

30.8470

5 6.3529 6.3529

17 2 7.6592 7.5 23.5750.3181

30.8864

76.6485

46.6485

4

19 2 7.6592 7.5 25.6250.2926

80.9242

16.9315

96.9315

920 1 3.8296 7.5 26.65 0.2814

30.9425

17.0688

67.0688

6


22 2 7.6592 7.5 28.70.2613

20.9780

9 7.3357 7.3357

24 2 7.6592 7.5 30.75 0.24391.0124

27.5931

77.5931

7

26 2 7.6592 7.5 32.80.2286

61.0456

37.8421

97.8421

9

28 2 7.6592 7.5 34.850.2152

11.0778

18.0835

58.0835

5

30 2 7.6592 7.5 36.90.2032

51.1090

5 8.3179 8.3179

32 2 7.6592 7.5 38.950.1925

51.1394

48.5458

38.5458

3

34 2 7.6592 7.5 410.1829

31.1690

58.7678

48.7678

4

36 2 7.6592 7.5 43.050.1742

21.1979

18.9843

68.9843

6

Lớp 3

38 2 7.6592 7.5 45.1 0.1663 1.2261 18.3916 18.391640 2 7.6592 7.5 47.15 0.15907 1.25366 18.8049 18.804942 2 7.6592 7.5 49.2 0.15244 1.28062 19.2094 19.209444 2 7.6592 7.5 51.25 0.14634 1.30703 19.6055 19.605546 2 7.6592 7.5 53.3 0.14071 1.33292 19.9937 19.993748 2 7.6592 7.5 55.35 0.1355 1.35831 20.3746 20.374650 2 7.6592 7.5 57.4 0.13066 1.38323 20.7485 20.748552 2 7.6592 7.5 59.45 0.12616 1.40772 21.1158 21.115854 2 7.6592 7.5 61.5 0.12195 1.43178 21.4767 21.476756 2 7.6592 7.5 63.55 0.11802 1.45545 21.8317 21.831758 2 7.6592 7.5 65.6 0.11433 1.47874 22.1811 22.181159 2 7.6592 7.5 67.65 0.11086 1.50167 22.525 22.52561 2 7.6592 7.5 69.7 0.1076 1.52425 22.8637 22.863763 2 7.6592 7.5 71.75 0.10453 1.5465 23.1975 23.197565 2 7.6592 7.5 73.8 0.10163 1.56844 23.5266 23.5266

Lớp U'i Q1 qp Qp1 Qp2 W' W'' Qn Qk

Lớp 1

3.67001

6.2306622.5 26.2591

8.114020.5571

81.74867 13.7875 7.97933

7.34002

24.621722.5 26.2591

25.73871.6715

55.24601 48.6888 29.8677

7.34002

44.953822.5 26.2591

39.25242.7859

28.74335 68.427 53.6971

Lớp 2 7.34002

83.2378 67.5 78.7773 62.6024 3.90028

12.2407 141.94 95.4785


7.34002

124.36267.5 78.7773

82.52755.0146

515.738 198.124 140.1

7.34002

168.14167.5 78.7773

87.7946.1290

219.2354 240.789 187.376

7.34002

214.42467.5 78.7773

92.73847.2433

922.7327 285.958 237.157

7.34002

263.08267.5 78.7773

97.41388.3577

526.23 333.502 289.312

7.34002

314.00567.5 78.7773

101.869.4721

229.7274 383.31 343.732

7.34002

367.09567.5 78.7773

106.10710.586

533.2247 435.286 400.32

3.67001

394.16667.5 78.7773

83.249811.143

734.9734 461.8 429.14

7.34002

450.35267.5 78.7773

86.216 12.258 38.4707 516.871 488.823

7.34002

508.50967.5 78.7773

116.00713.372

441.9681 573.914 550.477

7.34002

568.57467.5 78.7773

119.72514.486

845.4654 632.865 614.04

7.34002

630.48867.5 78.7773

123.32415.601

148.9627 693.664 679.451

7.34002

694.19667.5 78.7773

126.81616.715

552.4601 756.258 746.656

7.34002

759.65167.5 78.7773

130.20917.829

955.9574 820.598 815.608

7.34002

826.80567.5 78.7773

133.51218.944

259.4547 886.638 886.26

7.34002

895.61867.5 78.7773

136.7320.058

662.9521 954.337 958.57

Lớp 3

7.34002

1036.48 67.5

78.7773

207.369

21.17366.449

41094.0

91102.9

37.3400

21180.5

1 67.578.777

3279.45

222.287

369.946

81237

1250.46

7.34002

1327.64 67.5

78.7773

285.455

23.4017

73.4441

1383.02

1401.09

7.34002

1477.867.5

78.7773

291.331

24.5161

76.9414

1532.07

1554.75

7.34002

1630.94 67.5

78.7773

297.088

25.6304

80.4388

1684.09

1711.38

7.3400 1786.9 67.5 78.777 302.73 26.744 83.936 1839.0 1870.9


2 9 3 4 8 1 3 37.3400

21945.9

1 67.578.777

3308.27

327.859

287.433

51996.8

32033.3

47.3400

22107.6

4 67.578.777

3313.71

328.973

590.930

82157.4

42198.5

77.3400

22272.1

4 67.578.777

3319.05

930.087

994.428

12320.8

32366.5

67.3400

22439.3

5 67.578.777

3324.31

431.202

397.925

52486.9

22537.2

77.3400

22609.2

4 67.578.777

3329.48

432.316

6101.42

32655.7

2710.66

7.34002

2781.76 67.5

78.7773

334.572

33.431 104.922827.1

12886.6

87.3400

22956.8

8 67.578.777

3339.58

334.545

4108.41

73001.1

13065.3

7.34002

3134.55 67.5

78.7773

344.519

35.6597

111.915

3177.67

3246.47

7.34002

3314.75 67.5

78.7773

349.385

36.7741

115.412

3356.75

3430.16

Theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n ở trên ta cã : C¸c cäc chÞu nÐn ,chÞu nhæ

®Òu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn søc chÞu t¶i ë ®é s©u h¹ cäc 65+6

=71 (m) lµ tho¶ m·n.

Với hệ số an toàn SF = 2, ta có:

Trêng hîp chÞu nÐn: Søc chÞu t¶i cña cäc lµ 3356.75 T > N-

max=1490.803 TTrêng hîp cäc chÞu nhæ :Søc chÞu t¶i cña cäc lµ 3430.16T >

N+max= 109.1408T

Chương 5 : NHẬN XÉT KẾT QUẢ

Nhận xÐt:

- KÕt qu¶ thu ®îc ë ®©y lµ gÇn ®óng do khi tÝnh to¸n ta ®· m« h×nh ho¸ s¬ ®å tÝnh bá qua sù lÖch t©m t¹i nót.


- ViÖc qui t¶i träng thîng tÇng vÒ t¶i träng tËp trung ë ®Ønh KC§ ®· bá qua sù lÖch t©m.

- ViÖc m« pháng çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh chØ ë møc ®é gÇn ®óng

Kết luận :

- KCĐ được thiết kế sơ bộ đảm bảo chịu lực trong điều kiện m«i trường biển cực hạn.

- Çc kÝch thước tiÕt diÖn được chọn là tương đối hợp lý, đảm bảo tÝnh khả thi trong thi c«ng

KiÕn nghÞ:

- ViÖc sö dông phÇn mÒm trong thùc hµnh tÝnh to¸n gióp t¨ng ®é chÝnh x¸c trong kÕt qu¶ tÝnh,tèc ®é tÝnh to¸n nhanh h¬n rÊt nhiÒu.

- Trong ®å ¸n nhãm ®· sö dông phÇn mÒm Sap vµo thùc hµnh gi¶i néi lùc, nhng viÖc sö dông cßn gÆp nhiÒu khã kh¨n do bµi to¸n thiÕt kÕ CTBC§BT lµ yªu cÇu sù am hiÓu rÊt s©u vÒ phÇn mÒm .V× vËy ®Ò nghÞ çc thÇy c« híng dÉn viÖc sö dông phÇn mÒm cho sinh viªn s©u h¬n.

* Bổ sung chu kỳ dao động riêng:

T1 (s) T2 (s) T3 (s) T4 (s) T5 (s) T6 (s) T7(s) T8(s) T9 (s) T10 (s) 1.95

21.569 1.53 1.19 1.178 1.079 0.939 0.874 0.562 0.423

Nhận xét : Ta thấy chu kỳ dao động riêng cơ bản của kết cấu Tmax = 1.952s,

nhỏ hơn 3s, nên ta có thể tính toán công trình theo phương pháp tựa tĩnh, và

điều chỉnh kết quả thông qua hệ số động Kđ xác định theo công thức sau:


K® =

Trong ®ã:

uo : biªn ®é cña chuyÓn vÞ ®éng.

ut : chuyÓn vÞ cùc ®¹i do t¸c dông tÜnh cña t¶i träng.

: hÖ sè gi¶m chÊn.

TP : Chu kỳ của lực kích thích, lấy bằng chu kỳ của sóng max

T: Chu kỳ dao động riêng của hệ.α : Hệ số cản,

Theo Động Lực Học Công Trình của PGS.TS.Phan Ý Thuận, (trang 21), ta chọn:

đối với các kết cấu bê tông cốt thép.

Thay sè tÝnh ®îc: K® =

Tµi liÖu tham kh¶o

1.Tiªu chuÈn API RECOMMENDED PRACTICE 2A- WSD ( RP 2A

– WAD 2000 ).

2.Bµi gi¶ng C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp.


3. Gi¸o tr×nh M«i trêng biÓn t¸c ®äng lªn c«ng tr×nh.

( PGS.TS Vò UyÓn DÜnh ).

4. B¸o c¸o héi nghÞ khoa häc c«ng nghÖ – lÇn thø XV QuyÓn

IV X©y Dùng C«ng Tr×nh BiÓn; X©y Dùng C«ng Tr×nh

Thñy- Trêng §¹i Häc X©y Dùng.


đo án cô dinh 1

Documents