graduation report final 02-02-2012(use for print)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Cán bộ hướng dẫn: Ths. Nguyễn Mạnh HùngSinh viên thực hiện: Lê Văn Tiến MSSV: 7305.52 Lớp: 52cb1 /86

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂYDỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI

VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN ------------------- Tính toán tuổi thọ mỏi KCĐgiàn STT

CERATMER

ICOFFSHORE

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Xây Dựng, đặc biệt là tại

Viện Xây dựng Công trình biển em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích và rất cần

thiết cho một kỹ sư. Tuy nhiên những kiến thức đó sẽ không được vận dụng và phát huy tối

đa nếu như không được tiếp xúc thực tế, chính vì vậy em đã chủ động xin đi thực tập và làm

đồ án tốt nghiệp tại khu vực phía Nam, và được sự giới thiệu của Viện Công Trình Biển em

đã được nhận vào Phòng Thiết kế phát triển mỏ & Công trình biển – Trung tâm Tư vấn

Thiết Kế - Tổng Công Ty Tư vấn Thiết kế Dầu Khí (PV Engineering). Đối với em đây là một

cơ hội rất lớn để có thể tiếp cận với những quy trình thực tế thiết kế một công trình dầu khí

nói chung và công trình giàn khoan biển nói riêng.

Việc làm đồ án tốt nghiệp đó là một cơ hội cho em củng cố những kiến thức mà mình

đã được học trong trường, đồng thời cũng là dịp để em học hỏi và tìm hiểu về những kiến

thức thực tế trong lĩnh vực xây dựng Công Trình Biển trong đó có quy trình thiết kế giàn

khoan biển. Bên cạnh đó làm đồ án tốt nghiệp sẽ giúp em hoàn thiện mình hơn về nhiều mặt

khác nhau như: khả năng sử dụng phần mềm, khả năng làm việc độc lập, khả năng pháthiện và giải quyết vấn đề…vv… đó đều là những tố chất cần thiết cho một kĩ sư tương lai.

Được sự phân tích và gợi ý của anh Nguyễn Mạnh Hùng em đã chọn đề tài làm đồ án

tốt nghiệp cho mình là: “Tính toán tuổi thọ mỏi khối chân đế giàn Sư Tử Trắng”, một

trong những công việc bắt buộc phải làm trong quy trình thiết kế giàn khoan biển. Cùng với

sự hướng dẫn tận tình của anh Nguyễn Mạnh Hùng-Trưởng phòng Phòng Thiết kế phát

triển mỏ & Công trình biển – Trung tâm Tư vấn Thiết Kế - Tổng Công Ty Tư vấn Thiết kếDầu Khí (PV Engineering) em đã nỗ lực hết mình làm việc trong khoảng thời gian 10 tuần

từ 10/2011 đến tháng 12/2011 để hoàn thành đồ án.

Và để hoàn thành được đồ án của mình đúng mục tiêu và kì hạn em xin chân thành

cảm ơn Ths.Nguyễn Mạnh Hùng - người đã trực tiếp hướng dẫn em trong đồ án này, xin

được cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị trong Phòng nơi em làm đồ án.

Nhân đây, em cũng xin được gửi lời đồng cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô của

trường Đại Học Xây Dựng, đặc biệt là các thầy cô trong Viện Công Trình Biển đã luôn theo

sát và dìu dắt em, cho em những hành trang cần thiết trong suốt quá trình học đại học.

Hồ Chí Minh, Ngày 10 tháng 12 năm 2011

Sinh Viên: Lê Văn Tiến

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................... 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................................... 5

I.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG TRÌNH BIỂN THẾ GIỚI ......................................5

I.1.1. Công trình biển cố định (Fixed Structures)............................................................ 5I.1.1.1. Công trình biển thép( Jacket).............................................................................. 6I.1.1.2. Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép ......................................................... 7

I.1.2. Công trình biển mềm .............................................................................................. 8

I.1.3. Đường ống biển ...................................................................................................... 8

I.1.4. Công trình dàn tự nâng Jackup .............................................................................. 8

I.2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM ...................................................8

I.2.1 Quá trình hình thành và phát triển tập đoàn dầu khí Việt Nam ................................ 9

I.2.2 Các hoạt động kinh doanh của tập đoàn dầu khí Việt Nam. ................................... 10

I.2.3 Các mục tiêu hoạt động của Tập đoàn dầu khí Việt Nam. ...................................... 10

I.3 GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN PHÁT TRIỂN MỎ SƯ TỬ TRẮNG...............................11

CHƯƠNG II..........................................................................................................................16

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN - SỐ LIỆU ĐẦU VÀO........................................................................16

II.1 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ...................................................................................................16

II.2 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO PHỤC VỤ TÍNH TOÁN .........................................................16

II.2.1. Số liệu khí tượng hải văn ...................................................................................... 16II.2.1.1. Số liệu sóng ....................................................................................................... 16II.2.1.2. Số liệu dòng chảy .............................................................................................. 17II.2.1.3. Số liệu gió.......................................................................................................... 18II.2.1.4. Thủy triều .......................................................................................................... 18II.2.1.5. Nước dâng do bão ............................................................................................. 18II.2.1.6. Hà bám .............................................................................................................. 18

II.2.2. Số liệu địa chất ..................................................................................................... 19

II.2.3. Số liệu khác........................................................................................................... 21II.2.3.1. Hệ số thủy động................................................................................................. 21II.2.3.2. Độ dốc sóng....................................................................................................... 21II.2.3.3. Lí thuyết sóng .................................................................................................... 21

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

CHƯƠNG III ........................................................................................................................22

CƠ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH MỎI VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG.......................................22

III.1 HIỆN TƯỢNG PHÁ HỦY MỎI TRONG KẾT CẤU............................................22

III.2 TẢI TRỌNG GÂY MỎI ..........................................................................................23

III.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH MỎI.................................................................................23

III.4 ĐIỂM NÓNG – HỆ SỐ TẬP TRUNG ỨNG SUẤT – ĐƯỜNG CONG MỎI......24

III.4.1. Điểm nóng (host spot)........................................................................................... 24

III.4.2. Hệ số tập trung ứng suất SCF .............................................................................. 26III.4.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn ...................................................................... 27III.4.2.2. Phương pháp thí nghiệm mô hình.................................................................. 28III.4.2.3. Phương pháp số ............................................................................................. 28

III.4.3. Đường cong mỏi S-N ............................................................................................ 34

III.5 TÍNH TOÁN MỎI THEO QUAN ĐIỂM TIỀN ĐỊNH ........................................37

III.5.1. Tải trọng sóng....................................................................................................... 39

III.5.2. Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp tiền định ................................ 40

III.5.3. Đếm các chu trình ứng suất.................................................................................. 41

III.5.4. Thống kê dài hạn các trạng thái biển................................................................... 42

III.5.5. Tổn thất mỏi tích luỹ ............................................................................................. 42

III.6 TÍNH TOÁN MỎI THEO QUAN ĐIỂM NGẪU NHIÊN ....................................42

III.6.1. Tải trọng sóng....................................................................................................... 44

III.6.2. Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp phổ......................................... 46

III.6.3. Đếm các chu trình ứng suất.................................................................................. 48

III.6.4. Thống kê dài hạn các trạng thái biển................................................................... 49

III.6.5. Tỉ số mỏi tích luỹ .................................................................................................. 50

III.7 HỆ SỐ AN TOÀN FDF ..........................................................................................50

III.8 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG ......................................................................................51

CHƯƠNG IV ........................................................................................................................52

TÍNH TOÁN TUỔI THỌ MỎI BẰNG PHẦN MỀM SACS 5.3 ........................................52

IV.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SACS 5.3 ...............................................................52

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.1.1 Hình thành ............................................................................................................ 52

IV.1.2 Đối tượng tính toán của SACS.............................................................................. 53

IV.1.3 Các bài toán giải quyết được khi sử dụng phần mềm SACS ................................ 53IV.1.3.1 Bài toán tĩnh................................................................................................... 53IV.1.3.2 Các bài toán động.......................................................................................... 53IV.1.3.3 Các bài toán kiểm tra..................................................................................... 53

IV.1.4 Giao diện sử dụng................................................................................................. 53

IV.1.5 Các tiêu chuẩn và quy phạm được sử dụng trong SACS...................................... 54IV.1.5.1 Các tiêu chuẩn ............................................................................................... 54IV.1.5.2 Các quy phạm ................................................................................................ 55

IV.1.6 Các lý thuyết sóng sử dụng trong SACS ............................................................... 55

IV.2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN MỎI .................................................................................55

IV.2.1 Mô hình hóa kết cấu ............................................................................................. 57

IV.2.2 Tuyến tính hóa nền đất ......................................................................................... 57IV.2.2.1 Lí thuyết về mô hình cọc-đất nền................................................................... 57IV.2.2.2 Tính toán sóng ở tâm phá hủy ...........................................................................IV.2.2.3 Lựa chọn tổ hợp tải trọng cho tuyến tính hóa ............................................... 60IV.2.2.4 Kết quả thu được từ tuyến tính hóa nền đất bằng PM Sacs .......................... 60

IV.2.3 Tính toán dao động riêng công trình.................................................................... 66IV.2.3.1 Mục đích của bài toán dao động riêng.......................................................... 66IV.2.3.2 Lựa chọn tổ hợp khối lượng tính dao động riêng.......................................... 66IV.2.3.3 Kết quả dao động riêng tính bằng PM Sacs .................................................. 66

IV.2.4 Lựa chọn phương pháp tính mỏi .......................................................................... 68

IV.2.5 Xây dựng hàm truyền tĩnh và hàm truyền động ................................................... 68IV.2.5.1 Hàm truyền tĩnh (H(Q), H(M)) .......................................................................... 68IV.2.5.2 Hàm truyền động (H(f)) .................................................................................. 70

IV.2.6 Tính toán tuổi thọ mỏi .......................................................................................... 74

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG TRÌNH BIỂN THẾ GIỚI

Các loại công trình biển được xây dựng để đáp ứng nhu cầu các hoạt đông của con

người trên biển trong nhiều lĩnh vực bao gồm:

− Thăm dò và khai thác khoáng sản (chủ yếu là dầu mỏ và khí đốt).

− Nghiên cứu khí tượng và hải văn biển.

− Phục vụ an ninh quốc phòng.

− Đảm bảo hàng hải, phục vụ du lịch…

− Tram phát điện…

Trong đó chủ yếu là các công trình phục vụ nhu cầu thăm dò và khai thác dầu khí, sự

phát triển của các loại công trình biển gắn liền với sự phát triển ngành công nghiệp này.

Đầu thế kỷ XIX việc khai thác dầu khí hầu như chỉ diễn ra trên đất liền, đến năm 1947

công trình biển đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại vịnh Mexico ở độ sâu 3 ÷ 6 m

nước. Đầu năm 1960 các công trình thiết kế cho độ sâu nước có kết cấu chủ yếu là kết

cấu thép, từ đó đến nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cho nên đã có

nhiều dạng công trình biển cho các khu vực nước sâu hơn ra đời.

I.1.1. Công trình biển cố định (Fixed Structures)

− Công trình biển thép (Jacket)

− Công trình biển bê tông trọng lực (Gravity)

− Công trình biển lai giữa bê tông và thép (Hybrid Steel and Concrete): là loại có

thân bằng thép và đế bằng bê tông cốt thép.

Sử dụng các kết cấu cố định là phương án xây dựng với mục đích làm cho công trình

có chu kỳ dao động nhỏ hơn hẳn vùng tập trung năng lượng sóng.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

I.1.1.1. Công trình biển thép( Jacket)

Là loại công trình được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay.Công nghệ xây

dựng công trình loại này đã trải qua một thời gian dài, từ loại kết cấu nhỏ ở vùng nước

nông, đến những công trình lớn ở vùng nước sâu xây dựng ở biển Bắc và ở vùng vịnh

Mexico. Các dàn loại này thường đòi hỏi phải hoạt động trong vòng 25 năm trở lên, cho

tới nay trên thế giới đã xây dựng được trên 6000 công trình, trong đó có khoảng 4000

chiếc xây dựng ở vùng vịnh Mexico. Trên thực tế hầu như mọi công nghệ mới sử dụng

trong chế tạo và lắp dựng các dàn đều xuất phát từ vịnh Mexico và vùng biển Bắc. Kết

cấu công trình lớn nhất thế giới hiện nay là dàn Bullwinkle do hãng Shell xây dựng ở

vịnh Mexico vào năm 1985 ở vùng nước sâu 1615ft (492m), kết cấu chân đế bằng thép

nặng 56000T.

Nói chung các dàn thép cố định tỏ ra có nhiều ưu điểm về tính an toàn khi khai thác.

Điều này giải thích một phần lý do dàn cố định bằng thép được sử dụng rộng rãi.

Xu hướng phát triển của kết cấu công trình biển thép:

− Về dạng kết cấu: Ngày càng lớn với độ sâu nước ngày càng tăng

− Về trọng lượng kết cấu: Ngày càng giảm thiểu trọng lượng nhờ sự phát triển các

dạng vật liệu nhẹ, phương pháp thiết kế kết cấu nhẹ như thay đổi trong từng đoạn

với tiết diện thanh biên đứng của kết cấu chân đế và thay đổi tiết diện tại các nút

là nơi tập trung ứng suất, điều này cho phép giảm trọng lượng tổng thể kết cấu.

− Phát triển dàn nhẹ, dàn vệ tinh và kết cấu đỡ đầu giếng: đây là xu hướng mới của

loại kết cấu Jacket cho phép điển hình hoá kết cấu và trang thiết bị, đảm bảo công

nghệ đơn giản, tin cậy, giảm trọng lượng, giá thành xây dựng…

− Về cọc: xu hướng tăng kích thước các cọc chính, giảm bớt hoặc bỏ các cọc phụ.

Điều này làm đơn giản kết cấu tổng thể và giảm bớt thời gian thi công trên biển.

− Tăng khả năng thi công của thiết bị đóng cọc.

− Đối với kết cấu thượng tầng: việc xây dựng bộ phận thượng tầng của các dàn

thường được tổ chức phụ thuộc vào các cấu hình sau:

+ Thượng tầng gồm nhiều khối Block Module.

+ Thượng tầng kiểu bán toàn khối

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

+ Thượng tầng kiểu toàn khối

+ Thượng tầng kiểu tấm phẳng, kiểu mặt boong

Công nghệ thượng tầng không cần thiết bị cẩu lắp, đây là một kỹ thuật mới, lắp trọn

kết cấu thượng tầng lên đỉnh kết cấu Jacket mà không cần dùng bất kỳ một loại cẩu nổi

chuyên dụng nào như công nghệ truyền thống. Theo phương pháp này, việc lắp đặt

thượng tầng được thực hiện nhờ một hoặc hai sà lan vận chuyển thông thường, nhờ đó

giảm được đáng kể thời gian thi công trên biển. Công nghệ này cũng đã tính đến các điều

kiện khác nhau của biển, trọng lượng thượng tầng…

I.1.1.2. Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép

Dàn bê tông trọng lực là kết cấu công trình có tiềm năng phát triển mạnh, thích hợp

với vùng nước sâu. Dàn bê tông trọng lực được xây dựng dựa nhờ một số ưu điểm nổi

bật sau:

− Ổn định bằng trọng lượng bản thân của nó theo nguyên lý móng nông

− Tuổi thọ công trình cao

− Tận dụng được nguyên vật liệu địa phương, tiết kiệm thép đặc chủng

− Khả năng chống ăn mòn của môi trường biển cao

− Chi phí duy tu bảo dưỡng ít hơn so với công trình biển thép

− Tận dụng được các khoang (xilô) của công trình làm bể chứa

− Khả năng chịu lực tốt, chu kỳ dao động nhỏ, khả năng xuất hiện mỏi ít

Dàn khoan biển trọng lực đầu tiên là công trình EKOFISKI ở biển Bắc do công ty

DORIS ENGINEERING của Pháp thiết kế và hoàn tất năm 1973 ở độ sâu 70m nước.

Các công trình dàn bê tông trọng lực trên thế giới có độ sâu từ 42 ÷ 303m nước, phần lớn

được xây dựng ở biển Bắc

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

I.1.2. Công trình biển mềm

− Công trình biển nổi (Floating Structures)

− Công trình biển neo đứng

− Công trình biển trụ mềm

− Công trình biển neo xiên

Công trình biển mềm là loại công trình được sử dụng vào việc khai thác những mỏ

nhỏ hoặc khai thác ở những độ sâu rất lớn, không kinh tế khi xây dựng những công trình

biển cố định, Công trình loại này có thể sử dụng làm bể chứa dầu đồng thời làm kết cấu

bến cập tàu. Ngày nay các công trình dạng này đã đạt tới độ sâu hơn 1000m;

Các công trình biển mềm được thiết kế sao cho chu kỳ dao động riêng vượt hẳn ra

ngoài vùng tập trung năng lượng sóng.

I.1.3. Đường ống biển

Dùng để vận chuyển các sản phẩm khai thác được từ các giếng về nơi xử lý hoặc vận

chuyển nước ép vỉa nhằm duy trì áp suất khai thác, đây là loại hình đang phát triển mạnh

mẽ và hiện nay công nghệ chế tạo đường ống đã được chuyên môn hoá rất cao và chiếm

một tỷ lệ lớn trong công tác xây dựng các công trình biển. Các loại đường ống rất đa

dạng về chủng loại, chiều dài, kích thước tiết diện cũng như độ sâu đặt ống ngày càng

tăng;

I.1.4. Công trình dàn tự nâng Jackup

Đây là loại công trình biển có khả năng di chuyển được, có thể dùng để thăm dò, khai

thác. Loại công trình này có thể làm việc độc lập hoặc kết hợp cùng các loại CTB khác

nhằm giảm chi phí cho việc xây dựng tại các vùng nước sâu;

I.2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM

Dầu khí là ngành công nghiệp có tiềm năng phát triển hết sức to lớn và toàn diện của

đất nước, toàn bộ các hoạt động liên quan đến việc phát hiện, khai thác và làm gia tăng

giá trị của nguồn tài nguyên dầu khí tại Việt Nam được chính phủ Việt Nam giao nhiệm

vụ cho tập đoàn Dầu khi Việt Nam thực hiện.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Với tiền thân là Tổng cục Dầu khí, Tổng công ty Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam, Tổng

công ty Dầu khí Việt Nam; Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petrovietnam) được hình thành

theo quyết định số 198/2006/QĐ-TTg ngày 29/08/2006 của Thủ tướng Chính phủ. Hện

nay với hơn 50 đơn vị thành và các công ty liên doanh, lực lượng lao động với hơn

22.000 người và doanh thu 2006 đạt 174.300 tỷ đồng (khoảng 11 tỷ đô la Mỹ), Tập đoàn

Dầu khí Việt Nam hoạt động trong lĩnh vực dầu khí và các lĩnh vực khác không chỉ ở

lãnh thổ Việt Nam mà còn cả ở nước ngoài.

I.2.1 Quá trình hình thành và phát triển tập đoàn dầu khí Việt Nam

− 1961 - Đoàn Địa chất 36 thuộc Tổng cục Địa chất được thành lập để thực hiện

nhiệm vụ tìm kiếm, thăm dò dầu khí tại Việt Nam

− 1969 - Đoàn Địa chất 36 được tổ chức lại và đổi tên thành Liên đoàn Địa chất 36.

− 1975 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được thành lập trên cơ sở Liên đoàn địa chất

36 và Vụ Dầu khí thuộc Tổng cục Hoá chất

− 1977 - Công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Company –

Petrovietnam) trực thuộc Tổng cục Dầu khí Việt Nam được thành lập để thực

hiện nhiệm vụ hợp tác với các công ty nước ngoài trong lĩnh vực thăm dò, khai

thác dầu khí tại Việt Nam.

− 4/1990 - Tổng cục Dầu khí Việt Nam được sát nhập vào Bộ Công nghiệp nặng.

− 6/1990 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Corporation –

Petrovietnam) được tổ chức lại trên cơ sở các đơn vị cũ của Tổng cục Dầu khí

Việt Nam.

− 5/1992 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam tách khỏi Bộ Công nghiệp nặng và trực

thuộc Thủ tướng Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam, trở thành công ty dầu khí

quốc gia với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam.

− 5/1995 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ nước

CHXHCN Việt Nam quyết định là Tổng công ty Nhà nước với tên giao dịch quốc

tế là Petrovietnam.

− 8/2006 - Tổng công ty Dầu khí Việt Nam được Thủ tướng Chính phủ nước

CHXHCN Việt Nam quyết định là Công ty mẹ - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

(gọi là Tập đoàn dầu khí Việt Nam) theo Quyết định số 199/2006/QĐ-TTg ngày

29 tháng 8 năm 2006. Tên giao dịch quốc tế: VIETNAM OIL AND GAS

GROUP; gọi tắt là PETROVIETNAM.

I.2.2 Các hoạt động kinh doanh của tập đoàn dầu khí Việt Nam.

− Nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò, khai thác, chế biến, tàng trữ, vận chuyển dầu khí

làm dịch vụ về dầu khí;

− Xuất nhập khẩu vật tư, thiết bị dầu khí, sảm phẩm dầu khí, hoá dầu;

− Kinh doanh và phân phối các sản phẩm dầu, khí, các nguyên liệu hóa phẩm dầu

khí;

− Khảo sát, thiết kế, xây dựng, khai thác, sửa chữa các công trình, phương tiện

phục vụ dầu khí, dân dụng;

− Tư vấn đầu tư xây dựng, thiết kế các công trình, phương tiện phục vụ dầu khí,

dân dụng; sản xuất và kinh doanh vật liệu xây dựng;

− Đầu tư kinh doanh bất động sản;

− Đầu tư kinh doanh điện;

− Hoạt động tài chính, chứng khoán, ngân hàng; bảo hiểm;

− Đào tạo, cung ứng nhân lực dầu khí, xuất khẩu lao động;

− Kinh doanh khách sạn, du lịch, văn phòng giao dịch

I.2.3 Các mục tiêu hoạt động của Tập đoàn dầu khí Việt Nam.

Mục tiêu chiến lược của Tập đoàn: “Phát triển ngành Dầu khí trở thành một ngành

kinh tế - kỹ thuật quan trọng, đồng bộ, bao gồm tìm kiếm thăm dò, khai thác, vận

chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ và xuất, nhập khẩu; Xây dựng Tập đoàn

Dầu khí mạnh, kinh doanh đa ngành trong nước và quốc tế.”

Các mục tiêu cụ thể là:

− Đẩy mạnh đầu tư công tác tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ lượng có thể khai thác

một cách hợp lý, ưu tiên các vùng khó khăn. Phấn đấu gia tăng trữ lượng dầu khí

hàng năm đạt 35-40 triệu tấn dầu quy đổi.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

− Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm nguồn tài nguyên dầu khí trong

nước để sử dụng lâu dài; đồng thời tích cực mở rộng hoạt động khai thác dầu khí

ở nước ngoài. Phấn đấu khai thác 25-38 triệu tấn quy dầu/năm trong đó khai thác

dầu thô giữ ổn định ở mức 18-20 triệu tấn/năm và khai thác khí 6-17 tỷ m3/năm.

− Tích cực phát triển thị trường tiêu thụ khí trong nước, sử dụng khí tiết kiệm, hiệu

quả kinh tế cao. Xây dựng và vận hành an toàn hệ thống đường ống dẫn khí quốc

gia; sẵn sàng kết nối với đường ống dẫn khí khu vực Đông Nam Á phục vụ cho

nhu cầu xuất nhập khẩu khí. Sản xuất 10-15% tổng sản lượng điện của cả nước.

− Tích cực thu hút đầu tư của mọi thành phần kinh tế, đặc biệt là đầu tư từ nước

ngoài để phát triển nhanh công nghiệp chế biến dầu khí. Kết hợp có hiệu quả giữa

các công trình lọc, hoá dầu, chế biến khí để tạo ra được các sản phẩm cần thiết

phục vụ nhu cầu của thị trường ở trong nước và làm nguyên liệu cho các ngành

công nghiệp khác.

− Tích cực thu hút đầu tư từ các thành phần kinh tế, tăng nhanh tỷ trọng doanh thu

từ dịch vụ.

− Tăng cường phát triển tiềm lực khoa học công nghệ, đầu tư trang thiết bị hiện đại

để hiện đại hoá nhanh ngành Dầu khí; xây dựng lực lượng quản lý cán bộ, công

nhân dầu khí mạnh cả về chất và lượng để điều hành các hoạt động dầu khí cả ở

trong nước và ở nước ngoài.

I.3 GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN PHÁT TRIỂN MỎ SƯ TỬ TRẮNG

Mỏ Sư Tử Trắng nằm ở vị trí phía Nam của lô 15-1, cách Thành Phố Hồ Chí Minh

gần 200(km) về phía Đông Nam, ở độ sâu gần 50(m) nước.

Chủ đầu tư dự án là Công Ty cổ phần Cửu Long JOC được bắt đầu từ ngày

17/03/2010, dự kiến hoàn thành vào khoảng giữa tháng 05/2012. Tổng giá trị của hợp

đồng dự án là 145 triệu $.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Hình I.1: Vị trí lô 15-1 và mỏ STT

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Sơ lược về giàn Sư Tư Trắng:

- Giàn Sư Tử Trắng là giàn đầu giếng kết cấu 4 chân, có 4 conductor phục vụ

khai thác dầu và khí nằm trong dự án phát triển mỏ Sư Tử Trắng

- Độ sâu nước thiết kế là 55.6m

- Tổng chiều cao khối chân đế là 62.85m, nặng 1200T

- Khối thượng tầng nặng 1100T

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

1400

0

18500

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

CHƯƠNG II

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN - SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

II.1 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Trong đợt thực tập cán bộ kĩ thuật tại Phòng Thiết kế phát triển mỏ & Công trình biển

– Trung tâm Tư vấn Thiết Kế - Tổng Công Ty Tư vấn Thiết kế Dầu Khí (PV

Engineering), được sự tư vấn và gợi ý của Ths. Nguyễn Mạnh Hùng về đề tài tốt nghiệp,

em đã chọn đề tài: Tính toán tuổi thọ mỏi kết cấu chân đế giàn Sư Tử Trắng thuộc dự

án phát triển mỏ Sư Tư Trắng để thực hiện đồ án tốt nghiệp. Cụ thể nhiệm vụ của đồ án

được tóm tắt như sau:

- Tìm hiểu lý thuyết tính mỏi công trình biển cố định bằng thép, bao gồm tính mỏi

tiền định và tính mỏi ngẫu nhiên

- Áp dụng lý thuyết tính mỏi trên để tính toán kiểm tra chân đế giàn Sư Tử Trắng

bằng phần mềm SACS trên cở sở đã thiết kế giàn

- Từ kết quả tính toán trên phát hiện ra những nút nhạy cảm với hiện tượng mỏi, qua

đó có các kiến nghị cho duy tu bảo dưỡng trong quá trình sử dụng và thiết kế lại

nếu cần thiết.

II.2 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO PHỤC VỤ TÍNH TOÁN

II.2.1.Số liệu khí tượng hải văn

II.2.1.1. Số liệu sóng

Bảng 2-1: Số con sóng thống kê được cho tất cả các hướng

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

II.2.1.2. Số liệu dòng chảy

Bảng 2-2: Vận tốc dòng chảy trong điều kiện bão cực hạn với tần suất 100 năm.

Vị trí Vận tốc dòng chảy (m/s)

N NE E SE S SW W NW

Mặt 0.69 0.77 1.4 0.67 0.58 0.61 1.09 0.76

Đáy 0.2 0.35 0.73 0.2 0.2 0.22 0.27 0.2

Bảng 2-3: Vận tốc dòng chảy trong điều kiện bão khi vận hành với tần suất 10 năm.


N NE E SE S SW W NW

Mặt 0.55 0.62 1.22 0.54 0.46 0.5 0.97 0.61

Đáy 0.2 0.24 0.53 0.2 0.2 0.15 0.22 0.2

Bảng 2-4: Vận tốc dòng chảy trong điều kiện bão với tần suất 1 năm


N NE E SE S SW W NW

Mặt 0.56 0.62 1.1 0.46 0.39 0.52 0.96 0.52

Đáy 0.2 0.23 0.18 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

Tz(s) 0-1.0 1.0-2.0 2.0-3.0 3.0-4.0 4.0-5.0 5.0-6.0 6.0-7.0 7.0-8.0 8.0-9.0 9.0-10.0 10.0-11.0 11.0-12.0 12.0-13.0 13.0-14.0 14.0-15.0 15.0-16.0

Tz(Av) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5

Hs(m)

0.1-0.5 0 3 155 1081 222 61 20 9 12 6 3 0 0 0 0 0 1572

0.6-1.0 0 0 0 1297 3568 955 222 196 114 61 44 26 12 3 3 0 6501

1.1-1.5 0 0 0 35 380 3699 1157 377 225 120 96 50 35 15 6 3 6198

1.6-2.0 0 0 0 3 0 243 2820 947 473 356 117 67 44 20 12 0 5102

2.1-2.5 0 0 0 3 0 0 298 2490 488 403 245 67 23 23 20 9 4069

2.6-3.0 0 0 0 0 0 0 0 599 1376 313 225 137 15 12 12 25 2714

3.1-3.5 0 0 0 0 0 0 0 0 558 660 140 117 32 0 6 15 1528

3.6-4.0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 552 164 48 23 9 0 0 802

4.1-4.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 32 336 26 23 6 3 0 426

4.6-5.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 105 82 9 6 3 0 205

5.1-5.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 94 9 0 0 0 103

SUM 0 3 155 2419 4170 4958 4517 4618 3252 2503 1475 714 225 94 65 52 29220

SUM

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

II.2.1.3. Số liệu gió

Bảng 2-5: Vận tốc gió trung bình ở độ cao + 10m so với MSL

Khoảng thời gian lặp lại(năm)

Vận tốc gió trung bình trong 1h ở độ cao (+10 m) ,(m/s)

N NE E SE S SW W NW100 năm( bão cực hạn) 23 23 28 21 19 17 19 24

10 năm(bão vận hành) 18 18 22 16 15 14 15 19

1 năm 18 18 18 13 12 14 14 16

Vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian 1 phút, 3 giây sẽ được tính toán quy đổi

từ vận tốc gió trung bình trong 1h theo tiêu chuẩn API RP-2A.

II.2.1.4. Thủy triều

Bảng 2-6: Biên độ thủy triều

Biên độ triều Giá trị (m)

Biên độ triều cao nhất so với MSL +1.7

Biên độ triều thấp nhất so với MSL - 2.8

II.2.1.5. Nước dâng do bão

Bảng 2-7: Nước dâng do bão

100 năm (+)0.3m

10 năm (+)0.2m

1 năm (+)0.1m

II.2.1.6. Hà bám

Bảng 2-8: Số liệu về hà bám

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Độ sâu (m)Chiều dày hà bám

(mm)Độ nhám (mm)

MSL 51 25

4.500 153 64

52.00 102 64

Đáy biển 25 13

II.2.2.Số liệu địa chất

STT

Độ sâu

dưới đáy

biển (m)

Loại

đất

Góc mát

trong ∅(độ)ứng suất cắt không thoát

nước Cu (KN/m2)

Trọng

lượng đơn

vị

(KN/m3)Đỉnh lớp đất Đáy lớp đất

1 0.0-0.4 Cát 20 9.9

2 0.4-2.4 Sét 95 95 10.9

3 2.4-6.6 Cát pha 20 9.5

4 6.6-7.7 Cát-bùn 20 10.0

5 7.7-11.0 Sỏi 15 10.1

6 11.0-18.0 San hô 20 8.7

7 18.0-19.1 San hô 20 8.9

8 19.1-22.4 Cát pha 20 9.7

9 22.4-25.3 cát 20 9.3

10 25.3-28.5 cát 20 10.7

11 28.5-29.5 Sỏi 20 11.0

12 29.5-31.7 Sỏi 25 10.0

13 31.7-35.2 San hô 20 10.7

14 35.2-39.8 Sỏi 20 10.6

15 39.8-43.8 Sét 160 160 9.7

16 43.8-47.8 Sét -bùn 20 10.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

STT Độ sâu (m) Loại đất

Góc mát

sát trong∅ (độ)ứng suất cắt không thoát

nước Cu (KN/m2)

Trọng

lượng đơn

vị

(KN/m3)Đỉnh lớp đất Đáy lớp đất

17 47.8-49.4 Sét 100 100 9.8

18 49.4-51.7 Sét 150 150 10.5

19 51.7-55.5 Sét 185 185 10.2

20 55.5-57.6 Sét 160 160 10.2

21 57.6-59.7 Bùn 20 9.4

22 59.7-61.7 Sét 180 120 10.3

23 61.7-65.6 Cát pha 25 10.2

24 65.6-68.9 Sét 175 175 10.1

25 68.9-71.6 Sét 200 200 10.1

26 71.6-75.5 Sét 160 160 9.7

27 75.5-89.9 Sét 130 180 9.6

28 89.9-93.4 Sét 270 270 9.7

29 93.4-99.8 Sét 135 135 10.1

30 99.8-102.0 Cát 25 9.2

31 102.0-104.0 Cát 25 9.6

32 104.0-107.2 Cát 25 9.8

33 107.2-109.0 Cát 20 10.6

34 109.0-116.2 Cát 30 10.5

35 116.2-128.4 Cát pha 25 10.4

36 128.4-131.2 Sét 140 300 9.8

37 131.2-132.7 Cát 25 10.3

38 132.7-136.4 Sét 135 205 9.9

39 136.4-141.9 Cát 25 10.2

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

II.2.3.Số liệu khác

II.2.3.1. Hệ số thủy động

Hệ số cản vận tốc Cd và hệ số quán tính Cm trong tính toán mỏi được lấy theo tiêu

chuẩn API RP-2A WSD như sau:

Hệ số thủy động Vật cản bề mặt nhẵn Vật cản bề mặt nhám

Cd 0.5* 0.8*

Cm 2.0 2.0

Hệ số cản vận tốc Cd sẽ được điều chỉnh tăng thêm 5% kể đến những kết cấu, thiết bị

đi kèm (như: anodes…vv…) mà không được mô hình hóa trong kết cấu.

II.2.3.2. Độ dốc sóng

Độ dốc sóng được chọn là 1/20 cho tính toán

II.2.3.3. Lí thuyết sóng

Lí thuyết sóng được chọn để tính toán tải trọng sóng gây mỏi phục vụ phân tích mỏi là

lí thuyết sóng Airy

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

CHƯƠNG III

CƠ SỞ LÍ THUYẾT TÍNH MỎI VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG

III.1 HIỆN TƯỢNG PHÁ HỦY MỎI TRONG KẾT CẤU

Hiện tượng mỏi là hiện tượng phá huỷ của kết cấu dưới tác động lặp lại nhiều lần của

ứng suất, đến khi kết cấu xuất hiện vết nứt, các vết nứt phát triển dần đến khi có phá huỷ

hoàn toàn kết cấu:

Hiện tượng mỏi được phát sinh khi có đủ hai điều kiện cần sau:

- Tải trọng tác động có gía trị thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi có chu kì. Chu

kì có thể đều hoặc không đều.

- Vật liệu làm kết cấu không đồng nhất.

Hiện tượng mỏi cần có điều kiện đủ sau:

- Số chu trình lặp lại của mức ứng suất phải đủ lớn để gây mỏi. Nếu ứng suất lớn

thì cần ít chu trình để gây ra mỏi, nếu ứng suất nhỏ thì cần nhiều chu trình hơn.

Trạng thái làm việc của công trình biển:

- Tải trọng sóng tác dụng lên công trình là tải trọng thay đổi có chu kì và tác động

lặp lại trong suốt thời gian tồn tại của công trình.

- Vật liệu thép ống chế tạo tại nhà máy nhưng được thi công hàn tại công trường vì

vậy không tránh khỏi khuyết tật.

- Kết cấu dạng khung không gian của các công trình biển đòi hỏi nhiều nút liên kết

các thanh lại với nhau tạo ra sự tập trung ứng suất lớn tại các nút này làm tăng

nguy cơ phá hủy mỏi.

Đây chính là điều kiện cần và đủ có thể xảy ra hiện tượng mỏi trong công trình biển.

Các giai đoạn phá huỷ mỏi:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

- Giai đoạn 1: Với chu trình N1 đủ lớn thì kết cấu bắt đầu xuất hiện các vết rạn

nhỏ tại các vị trí xung yếu nhất.

- Giai đoạn 2: Quá trình vết nứt được lan truyền chậm sang các vị trí lân cận và

sâu vào bên trong bề mặt vật liệu N2 > N1, thời gian lan truyền các vết nứt là

(N2 – N1)Tm. Trong đó Tm là chu kì trung bình của ứng suất.

- Giai đoạn 3: Vết nứt lan truyền rất nhanh và dẫn đến các cấu kiện bị phá huỷ tại

mặt cắt.

Tính toán mỏi là phần tính toán thứ hai trong tính toán kiểm tra kết cấu chân đế và là

yêu cầu không thể thiếu đối với kĩ sư thiết kế. Quy trình tính mỏi trong thiết kế thực

hành : chọn trước tuổi thọ mỏi của kết cấu dựa vào yêu cầu thiết kế của công trình và sử

dụng thiết kế mỏi để đảm bảo tuổi thọ tính toán tại ‘điểm nóng’ của kết cấu lớn hơn tuổi

thọ dự kiến. Tính mỏi không tính được khả năng chịu mỏi của công trình, nhưng nó cho

biết những điểm nhạy cảm có tuổi thọ bé hơn tuổi thọ thiết kế để có kế hoạch theo dõi và

sửa chữa.

III.2 TẢI TRỌNG GÂY MỎI

Tải trọng gây mỏi là tải trọng thường xuyên tác động vào công trình có giá trị thay đổi

theo thời gian hoặc thay đổi có chu kì, như: sóng, gió, lực thủy tĩnh, nhiệt độ, v.v… Tuy

nhiên trong phạm vi đồ án chỉ tính toán tuổi thọ mỏi cho khối chân đế của giàn do đó tải

trọng gây mỏi được quan tâm ở đây là tải trọng sóng.

Tải trọng sóng gây mỏi được xem xét theo 8 hướng sóng tiếp cận công trình.

III.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH MỎI

Phương pháp tính mỏi được chia làm 2 nhóm phương pháp sau:

- Phương pháp xác định tổn thương tích lũy: Phương pháp xác định tổn thương

tích luỹ: Dựa vào lý thuyết tổn thương tích luỹ của Palgreen-Miner và các đường

cong mỏi S-N được xây dựng từ các thí nghiệm, áp dụng để dự báo tuổi thọ mỏi.

Dựa trên phương pháp xác định tổn thương tích luỹ có các phương pháp cụ thể sau:

1. Phương pháp tiền định.

2. Phương pháp phổ.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

3. Phương pháp lịch sử thời gian (Phương pháp mô phỏng).

- Lý thuyết cơ học phá huỷ: Sử dụng các lý thuyết về sự hình thành và lan truyền

vết nứt để tính toán áp dụng cho giai đoạn 2 và 3 của hiện tượng mỏi. Luật phát

triển vết nứt Paris thường được sử dụng trong tính toán theo phương pháp này.

Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, trong đồ án này hai phương pháp được tìm

hiểu kĩ là: phương pháp tiền định và phương pháp phổ.

III.4 ĐIỂM NÓNG – HỆ SỐ TẬP TRUNG ỨNG SUẤT – ĐƯỜNG CONG MỎI

III.4.1. Điểm nóng (host spot)

Điểm nóng là điểm có ứng suất cục bộ cực đại, có vị trí tại liên kết giữa các phần tử,

tức là ở các vị trí bất liên tục của kết cấu điển hình là nút ống, vị trí và giá trị chính xác

của nó phụ thuộc vào dạng hình học của liên kết và các điều kiện chịu tải.

Điểm nóng thường được khảo sát và cũng là một ví dụ về điểm nóng phụ thuộc vào

dạng hình học và tải trọng:

h=2chiÒu dµy èng chñ vïng c¸c ®iÓm nãng

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Uon ngoai matphang (OPB)

Uon trong matphang (IPB)

Tai trongdoc truc (AX)

Vi tri diem nong

Ong nhanh

Ong chinh

Phan tu

Ong chinh(Chord)

Ong nhanh(Brance)

Diem Dinh(Saddle Point )

Diem Hong( Crown point )

Tại vành hàn nối giữa ống nhánh với ống chính, thường có hai dạng phá huỷ điển hình,

cả hai dạng phá huỷ này thường xảy ra trong vùng lân cận với mối hàn đỉnh:

- Phá huỷ phía ống nhánh (tách giữa ống nhánh và mối hàn)

- Phá huỷ phía ống chính (tách giữa ống chính và mối hàn)

Pha huy giua ong chinh va moi hanPha huy giua ong nhanh va moi han

Ong chinh(Chord)

Ong nhanh(Brace)

Duong hanDuong han

Ong nhanh(Brace)

Ong chinh(Chord)

Hình vẽ mô tả sự thay đổi ứng suất tại điểm nóng:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Weld toe

Stress

Snotch

Shot

Shot3/2Snom

Snom : Ứng suất danh nghĩa.

Shot : Ứng suất tập trung tại điểm nóng chỉ kể tới ảnh hưởng của biến đổi đột ngộtdạng hình học.

Snotch : Ứng suất tập trung có kể tới biến đổi dạng hình học và ảnh hưởng của mốihàn.

III.4.2. Hệ số tập trung ứng suất SCF

Biểu thức xác định ứng suất cục bộ:

( ) ne SCF =

n : Ứng suất danh nghĩa tại vị trí tương ứng của đầu phần tử thuộc nút đang xét.

e : Ứng suất cục bộ tại vị trí điểm nóng của nút khảo sát.

SCF: hệ số tập trung ứng suất tại điểm nóng đang xét - là vấn đề chúng ta đang quantâm

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Ong chính(Chord)

Ong nhanh(Brace)

Ong nhanh(Brace)

Ong chinh(Chord)

Hệ số tập trung ứng suất phụ thuộc vào điều kiện chịu tải, dạng hình học của nút, vị trí

ống nhánh quy tụ vào nút, cấu tạo hình học mối hàn xét trong mối liên hệ với đường

cong mỏi S-N tương ứng.

Cơ sở xác định SCF:

- Phương pháp phần tử hữu hạn (phương pháp lý thuyết).

- Thí nghiệm mô hình (phương pháp thực nghiệm).

- Xây dựng các công thức số (nhận được từ mô hình số, mô hình vật lý và phương

pháp phần tử hữu hạn)

Phương pháp thứ 3 thường được sử dụng trong thiết kế với các nút ống đơn giản.

Chính vì vậy trong đồ án này phương pháp thứ 3 được tập trung nhiều hơn.

III.4.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn

Trong trường hợp các công thức kinh nghiệm không có sẵn để tính hoặc độ chính xác

không đủ thì phải dùng phương pháp tinh vi là phương pháp PTHH để xác định SCF.

Phương pháp PTHH cho phép tính SCF tại nút có hình dạng bất kì, bằng cách sử dụng

các phần tử vỏ mỏng có thể phân tích được biến dạng tại điểm nóng của nút, trong đó

việc chia lưới các phần tử phải đủ dầy sao cho có thể xác định được biến thiên theo bước

chia của ứng suất cục bộ và tìm được giá trị ứng suất tại vị trí chân mối hàn thực tế. Cũng

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

có thể sử dụng các phần tử vỏ dày và các phần tử khối đẳng hướng để mô tả vùng mối

hàn;

Nhược điểm chính của phương pháp này giá thành cao và phải tốn nhiều thời gian

Từ các kết quả tính toán theo phương pháp PTHH rút ra nhận xét: Gía trị tại một điểm

gốc 0 không có ý nghĩa thực tế và giá trị tại nút e phải lấy tương ứng tại chân mối hàn

thuộc ống chính hoặc ống nhánh (Hình vẽ trên).

Việc xác định các ứng suất tập trung và các hệ số tập trung ứng suất SCF tại các nút

phức tạp của kết cấu bằng phương pháp PTHH có thể thực hiện bởi các chương trình

máy tính thích hợp có sẵn chư các phần mềm nổi tiếng ADINA, ANSYS, ABAQUS,

NASTRAN, SAMCEF, .

III.4.2.2. Phương pháp thí nghiệm mô hình

Giá trị của các hệ số tập trung ứng suất cũng có thể được xác định bằng phương pháp

thí nghiệm trên mô hình, trong đó sử dụng các thiết bị đo biến dạng; Từ các giá trị đo

biến dạng có thể ngoại suy ra các giá trị của giá trị ứng suất tương ứng: giá trị ứng suất

cục bộ tại chân mối hàn e . Thông thường có các phương pháp đo biến dạng:

- Phân tích quang đàn hồi trên mô hình chất dẻo ở tỉ lệ nhỏ.

- Dùng thiết bị đo biến dạng trên mô hình.

- Dùng thiết bị đo biến dạng trên mô hình kết cấu thép

III.4.2.3. Phương pháp số

Các công thức số được sử dụng rộng rãi trước tiên vì nó cho phép sử dụng dễ dàng và

nhanh chóng, tuy nhiên nó có thể đưa đến sai số lớn nếu áp dụng không đúng phạm vi

hoặc dạng hình học của nó, do đó việc đi xác định phạm vi áp dụng và phân loại nút là

công việc rất quan trọng.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Phạm vi áp dụng công thức số tính hệ số SCF:

Bảng 3-1: Phạm vi sử dụng công thức tương ứng với các nút.

Loại nút Lực dọc trục Uốn trong mp Uốn ngoài mp

TKuangDnV

Lloyds

KuangDnV

Lloyds

KuangDnV

Lloyds

YKuangLoyds

KuangLoyds

KuangLoyds

X Lloyds Lloyds Lloyds

K, TYKuangLloyds

KuangLloyds

KuangLloyds

KTKuangLloyds

Lloyds Lloyds

Bảng 3-2: Phạm vi giá trị các thông số hình học

Thông sốhình học Kuang

DnVLloyds

Thanh chủ Thanh rằng 6.67 - 40 7 - 16 8 - 40 0.3 – 0.8 0.225 – 0.9 0.3 – 0.9 0.13 – 1.0 8.33 – 33.3 10 – 30 10 -30 12 -32 0.2 – 0.8 0.4 – 1.0 0.47 – 1.0 0.25 – 1.0 0.0 - /2 /2 /2 /6 - /2 0.01 – 1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Các công thức tính hệ số SCF:

Bảng 3-3: Công thức theo API (Công thức Efthymiou)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Dạng hìnhhọc

và chịu tảiS.C.F Phạm vi áp dụng

TYAX

Ống chính

694.1333.1808.0.2.1057.0 sin......9811S.C.F3−= e

oo 900

0.101.0

8.02.0

3.333.8

8.03.0

406.6

≤≤≤≤

≤≤≤≤≤≤≤≤

2 : góc nghiêngống nhánh giữa

Ống nhánh

94.155.0.35.112.0 sin.....751.3S.C.F3−= e

TYI.P.B

Ống chính

57.086.06.004.0 sin...0.702.S.C.F −=Ống nhánh

21.038.023.038.0 sin....301.1.. −=FCS

TYO.P.B

Ống chính 55.03.0 ≤≤ 557.1889.0014.17874.0 sin...1.024.S.C.F =

Ống nhánh55.03.0 ≤≤

033.2543.0852.0801.0 sin....522.1.. =FCS

Ống chính 75.055.0 ≤≤ 557.1889.0014.1619.0 sin...0.462.S.C.F −=

Ống nhánh 75.055.0 ≤≤ 033.2543.0852.0281.0 sin....796.0.. −=FCS

KTYAX

Ống chính 521.1067.0104.1666.0059.0 sin.....5061S.C.F −=Ống nhánh

sin.448.1058.056.0157.0441.0 .....920.0S.C.F e−=

KTYI.P.B

Ống chính

9.094.038.006.0 sin.....8221S.C.F =Ống nhánh

5.035.035.0 sin....87272S.C.F −=

KTAX

Ống chính ( ) 5.0126.021

68.010.012.0 sin.....8321S.C.F +=Ống nhánh oo 450 ≤≤

( ) 5.0126.021

68.010.036.0 sin.....0566S.C.F += −

Ống nhánh oo 9045 ≤≤( ) 88.2126.0

2168.010.036.0 sin....804.13S.C.F += −

Ống nhánh trung gian oo 900 2 ≤≤( ) 2

267.2159.021

672.0123.0396.0 sin....981.4S.C.F += −

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Bảng 3-4: Công thức theo Lloyd’s Register

Dạng hình họcvà chịu tải S.C.F Phạm vi áp dụng

TYAX

Ống chính ( ) ( ) 37.07.15.0Sadde sin....42.678.6.S.C.F +−=

''.'S.C.F cocCrown kkk +=Ống nhánh

thanhchuSadFCS .Sadde ...63.00.1S.C.F +=

thanhchuCroCrown FCS ....63.00.1S.C.F +=

( )( )( ) 35.05.0 sinsin.2...1.37.17.0' −−+=ck

( )( )( ) ( ) 1111 .5.11.sin.sin..5.0..2..−−−−− −−=

ok

( )( )( )15.0cos.2.1...0.3005.1'' 45.11 +−+= − ck

T,Y,K,KT,XI.P.B

Ống chính

( ) ( ) .6.15.1225.08.06.0 sin..7.0.6.1...0.75S.C.F −−=Crown

oo 9030

0

0.125.0

3212

0.113.0

408

≤≤<

≤≤≤≤

≤≤≤≤


Ống nhánh


TYO.P.B

Ống chính

( ) ( ) 235.15Sadde sin....15.16.1.S.C.F +−=

Ống nhánh


XAX

Ống chính

( ) ( ) 4.14152.2Sadde

2

sin..28.242.2....7.1S.C.F −−=Ống nhánh


XO.P.B

Ống chính ( ) ( ) 4.14155Sadde

2

sin....46.156.1.S.C.F −−=Ống nhánh


KTO.P.B

Ống chính trung gian: M1 = M2 = M3,

313212 ,, =>>

( ) ( )( )( )( ) ( )( ) ( )( )240.145.035.1

21

3.012int..Sadde

1.00.1...016.0.sin/sin.

/0.20.1.S.C.F2

2

+++

=

−

+= JoyQCCC

Ống nhánh trung gian


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Dạng hình họcvà chịu tải S.C.F Phạm vi áp dụng

KK.TAX

Chord 211221 sin/sin., PP =>( ) ( )( )( )

( )( )3

1

7.01.021

4.0.67.0int..Sadde

sin/sin.

..012.00.1.S.C.F

−

+= −= JoyQCCC

( )( )225.0

05.05.021

.65.0

.5.1.

.0.2.sin.sin...1.1S.C.F

−

= −Crown

oo 9030

0

0.125.0

3212

0.113.0

408

≤≤<

≤≤≤≤

≤≤≤≤


Ống nhánh



KO.P.B

Ống chính 21,21 MM => ( ) ( )( )( )

( ) ( )( ) ( )( )

40.135.0

2133.0

21

45.0int..Sadde

.1.00.1.sin/sin./

...016.00.1.S.C.F2

1

++

+=

−

+= JoyQCCC

Ống nhánh


Bảng 3-5: Công thức theo DnV

Dạng hìnhhọc

và chịu tảiS.C.F Phạm vi áp dụng

TAX

Ống chính

( )( ) 694.106.037.187.02 sin....0.47-3.72.-1.44S.C.F =Ống chính

oo 900

0.14.0

3010

3.333.8

9.0255.0

400.7

≤≤≤≤

≤≤≤≤

≤≤≤≤

Ống nhánh

oo 900

0.147.0

3010

9.03.0

160.7

≤≤≤≤

≤≤≤≤≤≤

Ống nhánh

( )( ) 94.112.057.076.02 sin...0.5-1.78.-1.00S.C.F =

TI.P.B

Ống chính ( )( ) 57.005.138.02 sin...0.42-1.1.-1.65S.C.F =Ống nhánh

( )( ) 21.029.039.02 sin...41.0.65.095.0.. −−=FCS

TO.P.B

Ống chính

( )( ) 557.118.195.02 sin...0.64-3.36.-1.01S.C.F =Ống nhánh

( )( ) 2033.047.089.02 sin...72.0.92.176.0.. −−=FCS

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

III.4.3. Đường cong mỏi S-N

Đường cong mỏi S-N được xác định bằng thực nghiệm, nó biểu diễn mối quan hệ giữa

biên độ ứng suất ( ∆ hay S) trong một mẫu thí nghiệm hay một nút khảo sát và mốt số

chu trình ứng suất khi đạt tới phá huỷ. Đường cong mỏi S-N nói chung phụ thuộc hai

tham số thực nghiệm (m, a), là loại đường cong Wohler:

N = a.S-m

Hay có dạng phi tuyến khi xét trong hệ toạ độ loga:

Log10N = log10a – m.log10S

Đường cong mỏi mô tả các quan sát thực nghiệm, qua đó cho thấy thực tế tồn tại một

mức ứng suất (đúng hơn là biên độ ứng suất) mà với tất cả các biên độ ứng suất thấp hơn

nó không bao giờ xảy ra hiện tượng phá huỷ mỏi. Thực tế cho thấy rằng hiện tượng phá

huỷ các nút hàn của kết cấu chủ yếu do quá trình hàn gây ra. Do dó, có thể quan niệm

giới hạn mỏi thực nghiệm tương ứng với mức ứng suất ngưỡng để bắt đầu gây ra hiện

tượng lan truyền từ khuyết tật ban đầu. Các công trình biển chịu tải trọng ngẫu nhiên với

các giá trị lớn hơn mức ứng suất ngưỡng, trong quá trình đời sống công trình, các vết nứt

ban đầu sẽ phát triển, trong khi mức ứng suất ngưỡng và giới hạn mỏi lại giảm xuống.

Do hiện tượng này, nên đối với các đường cong S-N, thường độ dốc có giá trị thay đổi

khi số chu trình ứng suất N > 107. Sau đây tôi sẽ giới thiệu đường cong mỏi S-N trong

tiêu chuẩn API RP-2A , một trong những tiêu chuẩn được áp dụng nhiều nhất trong các

tiêu chuẩn quy phạm công trình biển về tính mỏi.

Phương trình:

N = a.S-m = 2× 106

m

ref

−

∆∆

N : số lượng chu trình cho phép để nút chịu được số gia ứng suất ∆

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

ref∆ : Số gia ứng suất ứng với số chu trình cho phép 2.106

Trong các đường cong này giới hạn mỏi xuất hiện tại chu trình 2.108

X'

X'

X

X

So luong chu trinh chat tai cho phep N

Stre

ss r

ange

S (

ksi)

10^3

100

10

1

0.5

10^4 10^5 10^6 10^7 10^8 10^9

Hình III.1: Biểu đồ đường cong mỏi S-N API

Các thông số của hai đường cong mỏi X và X’ cho trên bảng sau:

Loại đường

cong S-N

ref∆

Tại N = 2.108m

Giới hạn mỏi tại

N = 2.108

X 100 N/mm2 4.38 35 N/mm2(5.07Ksi)

X’ 79 N/ mm2 3.74 23N/mm2 ( 3.33 Ksi)

Các đường cong này áp dụng trong trường hợp:

- Tải trọng mang tính ngẫu nhiên (Tiền định được xem như trường hợp riêng);

- Biện pháp chống ăn mòn bằng bảo vệ cathode được xem như có hiệu quả.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

- Đối với các vùng không có bảo vệ chống ăn mòn, vùng nước dao động, vùng

chịu ăn mòn mạnh: cần xem xét thêm về giá trị của giới hạn mỏi. Tuy nhiên cần

tránh bố trí các nút ống ở khu vực nước dao động.

- Đối với các nút ống chịu tải trọng điều hoà tác động trong vùng khí quyển, giới

hạn mỏi đạt tại N = 107 đối với đường cong X và tại N = 2× 107 đối với đường

cong X’.

- Đối với đường cong S-N (X) : các mối hàn phải được kiểm tra, có sự chuyển

tuyếp êm giữa chân mối hàn và kim loại gốc như diễn tả ( Hình vẽ ) và ống

nhánh có chiều dày nhỏ hơn 25 mm (in), nếu chiều dày lớn hơn phải áp dụng

công thức hiệu chỉnh. Tuy nhiên, có thể vẫn dung đường cong X mà không cần

hiệu chỉnh trường hợp ống nhánh có chiều dày lớn hơn 25mm (1 in) nếu bề mặt

mối hàn được mài nhẵn sao cho có bán kính lớn hơn hoặc bằng ½ chiều dày ống

nhánh. Vệt mài cuối cùng phải vuông góc với trục đường hàn , cuối cùng mối

hàn phải được kiểm tra bằng bột từ.

- Đường cong S-N (X’) là đường cong bị hạ thấp so với đường cong X, thích hợp

với tiêu chuẩn chịu mỏi thấp hơn. Đó là trường hợp mối hàn không được kiểm

tra (Hình vẽ) tuy nhiên phải đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn cơ bản của

ANSI/AWS và ống nhánh có chiều dày nhỏ hơn 16 mm (0.625 in). Đối với

trường hợp ống nhánh lớn hơn phải áp dụng công thức hiệu chỉnh.

- Đường cong mỏi S-N được xây dựng dựa trên yêu cầu về chất lượng mối hàn

phải được đảm bảo theo tiêu chuẩn ANSI/AWS , không được có các rãnh bề mặt

không được tạo ra biến đối đột ngột về ứng suất (trừ trường hợp tập trung ứng

suất đã được kể đến do yếu tố hình học nút tại điểm nóng)

- Đường cong mỏi S-N được xây dựng dựa trên sự phá huỷ mỏi tại các điểm nóng

của nút, trong đó sử dụng các loại vật liệu theo phân nhóm của API.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

K h u y e t c a n h

G o c n h o n

C h a n m o i h a n

B ) M o i h a n k h o n g d u o c k ie m traA ) M o i h a n c o k ie m tra

V e t d u o n g h a n

L u o n e m

C h a n m o i h a n

API đã đưa ra biểu thức sau nhằm hiệu chỉnh ứng suất mỏi cho phép khi áp dụng các đường

cong mỏi S-N (X và X’):

Ứng suất mỏi cho phép = So.

ot

t

Trong đó:

So: Ứng suất mỏi cho phép xác định từ đường cong mỏi dạng chuẩn nêu trên.

t: chiều dày ống nhánh.

to: chiều dày giới hạn ống nhánh có gía trị.

to = 25 mm (1 in) đối với đường cong X.

to = 16 mm đối với đường cong X’.

III.5 TÍNH TOÁN MỎI THEO QUAN ĐIỂM TIỀN ĐỊNH

Sơ đồ thuật toán:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Phương pháp tínhmỏi tiền định

Tính tải trọng sóng

điều hoà theo Morison

Số liệu sóng đầu vào

Tính số gia ứng suấttại các Hotspot

Tổn thương mỏi ứng vớicác số gia ứng suất

Tổng tổn thương mỏitích luỹ

Đường cong mỏi S-N

Đơn vị thời gian thốngkê trạng thái biển

Hệ số an toàn và Tổnthương cho phép

Tuổi thọ mỏi thực củakết cấu

Tính nội lực và

chuyển vị của kết cấu

Số chu trình ứng suấttới phá huỷ

Hệ số SCF

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

III.5.1. Tải trọng sóng

Số liệu sóng đầu vào được lấy từ theo các thống kê sóng với các số liệu có sẵn với vị

trí xây dựng công trình. Điển hình là số liệu sóng tích luỹ các sóng, đường cong tích luỹ

các sóng, sơ đồ phân phối sóng, nếu không có sẵn các thống kê sóng, có thể chấp nhận

một luật phân phối bất kì, ví dụ luật Weibull được đề nghị:

P(Hi>H) = exp

−

oHH

exp

Trong đó:

Ho, : các thông số phụ thuộc vào vị trí xây dựng công trình.

Đối với kết cấu chân đế công trình biển thép cố định, các phần tử thường có kích

thước nhỏ, không gây ảnh hưởng đáng kể đến trường vận tốc và gia tốc của nước theo

hướng vuông góc trục phần tử. Trong trường hợp này các tải trọng sóng được tính theo

phương trình Morison, có dạng như sau:

F = FD + FI =2

1. .D.CD.v v + .(1+Cm).A.a

Trong đó:

FD: lực cản vận tốc.

FI: lực cản quán tính.

: khối lượng riêng của nước biển

v, a: vận tốc, gia tốc của phần tử nước.

CD, Cm: hệ số cản vận tốc, quán tính.

D: đường kính trụ.

A: diện tích chắn nước của trụ.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Một trong những khó khăn khi sử dụng công thức Morison là xác định hệ số CD và CM

và việc chọn lý thuyết sóng;

- Lý thuyết sóng: Nói chung lý thuyết sóng Airy thường được sử dụng để tính mỏi do

nó là lý thuyết sóng tuyến tính sẽ thuận tiện trong tính toán và đối với chiều cao

sóng để tính mỏi.

- CD, CM phụ thuộc vào lý thuyết sóng sử dụng và chế độ hà bám. Đối với phần tử trụ

tròn, lấy CD = 0.6 ÷1.2, CM = 1.3 ÷ 2. API khuyến nghị chọn hệ số cản vận tốc,

quán tính phụ thuộc điều kiện biển, ví dụ số Keulegan-Carpenter K. Đối với sóng

nhỏ (sóng để tính mỏi 1.0 < K < 6.0), đối với phần tử ở mức nước trung bình CM

=2; CD = 0.8 đối với trụ nhám và CD = 0.5 đối với trụ trơn. Vì chế độ hà bám thay

đổi suốt đời sống công trình.

- Vận tốc v, gia tốc a của phần tử nước chuyển động là biểu thức phụ thuộc vào

chiều cao sóng H, chu kì són T, độ sâu nước d, thời gian t sẽ được xác định tùy theo

lý thuyết sóng sử dụng . Ở đây là lý thuyết sóng tuyến tính Airy

Từ đường cong tích luỹ sóng cho phép lựa chọn các sóng đều riêng biệt (chiều cao,

chu kỳ) cùng hướng truyền sóng. Các tiêu chuẩn công trình biển khuyến nghị: xét tám

hướng sóng tác động, chia chiều cao sóng thành các dải mặc định trước, xác định phản

ứng công trình từ các sóng mặc định trước, phản ứng công trình từ các sóng thực tế được

nội suy từ các sóng mặc định này. Điều này cần thiết để xác định sự phân phối dài hạn

của số gia ứng suất khi đã biết phân phối dài hạn của các con sóng cá biệt, cần chú ý các

sóng điển hình sao cho ảnh hưởng chủ yếu đến các tổn thất mỏi tích luỹ, theo DnV thì là

các sóng này có chiều cao từ 3 đến 10 m.

III.5.2. Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp tiền định

Để tính toán kết cấu ta sử dụng phương trình động lực học của kết cấu biểu diễn dưới

dạng ma trận sau (lực F được tính như ở phần trên):

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } { }FXKXCXM =++

Trong đó:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

M: Ma trận khối lượng.

C: Ma trận cản.

K: Ma trận độ cứng.

F: Ma trận ngoại lực.

X: Vecto chuyển vị kết cấu.

Đối với tính mỏi tiền định, phương pháp tính với biến số thời gian được sử dụng chủ

yếu

Việc giải với biến số miền thời gian cho phép có thể kể tới số hạng phi tuyến của lực

cản khi tính tải trọng sóng, cũng như dạng phi tuyến trong tính chất tương tác kết cấu-

nền đất, để tính được phản ứng của kết cấu dưới dạng trạng thái nội lực, có thể dùng

phương pháp tĩnh hoặc động.

- Phương pháp tựa tĩnh đơn giản song cho kết quả có độ chính xác không cao. Kết

quả đủ dùng cho bước thiết kế sơ bộ, và tương đối chính xác cho kết cấu có độ

mảnh nhỏ, có chu kì dao động riêng nhỏ hơn 3 s.

- Phương pháp tính động đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, nhưng có kết quả chính

xác hơn nhất là đối với kết cấu có độ mảnh lớn, có chu kì dao động riêng lớn hơn

3 s.

Với mỗi tải trọng sóng (H, T) tác dụng lên kết cấu được đề nghị tính tại nhiều bước

của một chu kì tác dụng để xác định số gia ứng suất cực đại. Từ đó xây dựng đường cong

liên hệ giữa chiều cao sóng sử dụng trong mỗi trường hợp tác động và số gia ứng suất tại

điểm nóng khảo sát.

III.5.3. Đếm các chu trình ứng suất

Đối với phương pháp tính mỏi tiền định, đếm chu trình ứng suất đơn giản: số chu trình

ứng suất bằng số sóng có cùng chiều cao gây ra ứng suất đó đã được thống kê trong số

liệu tích luỹ sóng.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

III.5.4. Thống kê dài hạn các trạng thái biển

Đường cong của số gia ứng suất điểm nóng tương ứng với chiều cao sóng có dạng:

( ) HKH .max =∆

Trong đó:

K, : là các hằng số được xác định bằng các cặp (H, ∆ ).

Để có thể tính tổn thất mỏi tốt hơn, cần kể tới các sóng có chiều cao thấp nhất gây ra

các số gia ứng suất tương đương trên đường cong mỏi S-N ứng với số lượng chu trình

bằng 106, 107.

Song một cách làm đơn giản hơn: Đường cong được chia thành một số khối chiều cao

sóng rời rạc. Mỗi khối chiều cao sóng lại có chiều cao sóng ở đầu và cuối khối tương ứng

với số gia ứng suất tại điểm nóng cần khảo sát. Số lượng sóng đối với mỗi khối chiều cao

sóng được xác định từ số liệu tích luỹ sóng;

III.5.5. Tổn thất mỏi tích luỹ

Khi đã biết số gia ứng suất tại điểm nóng, chọn một đường cong mỏi thích hợp để xác

định số chu trình ứng suất ứng với mức số gia ứng suất đó (Ni). Số lượng các sóng xảy ra

trong cả đời sống dự kiến của kết cấu (ni) ứng với số gia ∆ i được chia theo số chu trình

phá huỷ: ni/Ni: phép tính này lặp đối với tất cả các hướng sóng và khối sóng. Do khả

năng tính toán của phần mềm lớn ta có thể sử dụng nhiều vị trí sóng cho 8 hướng sóng:

Bắc, Đông Bắc, Đông, Đông Nam, Nam, Tây Nam, Tây, Tây Bắc. Cuối cùng làm phép

tính tổng ∑=i

iN

nD được hệ số tổn thất mỏi tích luỹ đối với điểm nóng tính toán. Tuổi

thọ mỏi tính toán được theo công thức:

D

DT

][=

Trong đó [D] là tổn thất mỏi cho phép đối với công trình đang xét.

III.6 TÍNH TOÁN MỎI THEO QUAN ĐIỂM NGẪU NHIÊN

Sơ đồ thuật toán:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Phương pháp phổ

Số liệu sóng đầu vào

Phổ sóng ngắn hạn (Hs, Tz)

Phổ lực sóng

Mô phỏng

Phổ ứng suất ngắn hạn

Tính toán kết cấutrong miên tần số

Hệ số tập trung ứngsuất SCF

Đếm các chu trìnhứng suất

Lược đồ ứng suấtngắn han

Đường cong mỏi S-N

Hệ số an toàn FDF

Tỉ số tổn thất mỏi tíchlũy

Thống kê dài hạncác trạng thái biển

Lược đồ ứng suất dàihan

Tuổi thọ mỏi thiết kế

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

III.6.1. Tải trọng sóng

Số liệu sóng đầu vào: Mỗi trạng thái biển ngắn hạn quan sát và thống kê xác định

được hai tham số là Chiều cao sóng đáng kể (Hs) và Chu kì trung bình cắt không

(Tz).Thông thường có thể mô tả các môi trường biển trong suốt đời sống công trình bằng

một tập hợp các trạng thái biển được gọi là sơ đồ phân phối sóng. Mỗi trạng thái biển

được đặc trưng bới (Hs, Tz) ->Hàm mật độ xác suất của chiều cao sóng trong một trạng

thái biển có dạng điển hình của phân phối xác suất Reileigh:

P(H) = 1 - exp[-22

sH

H]

Mỗi trạng thái biển được đặc trưng bởi 4 thông số:

- Chiều cao sóng đáng kể Hs.

- Chu kì trung bình qua mức không Tz.

- Hướng chính của sóng.

- Hàm hướng truyền sóng [D( )].

Các trạng thái biển được coi là các quá trình ngẫu nhiên dừng nên có thể được mô tả

bởi các phổ mật độ năng lượng sóng. Đối với điều kiện biển mở, phổ JONHSWAP hay

phổ Pierson-Moskowitz cải biên được sử dụng rổng rãi. Trong đó phổ Pierson-

Moskowitz cải biên có dạng không thứ nguyên như sau:

( )

−

=

−− 45

22 2

1exp

28

1

zz

zs

TT

TH

S

Trong đó:

Hs: Chiều cao sóng đáng kể

S( ): Mật độ phổ năng lượng

: Tần số vòng của chuyển động sóng

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

T: Chu kì sóng

Tz: Chu kì trung bình qua mức không

Nếu các số liệu đã cho không có hướng truyền sóng thì có thể xác định hướng truyền

sóng từ các số liệu gío, địa hình khu vực:

Hàm hướng truyền sóng D( ) cho phép xác định sự phân bố năng lượng sóng trong

một trạng thái biển theo các hướng khác nhau, nó phải thoả mãn điều kiện:

( ) ( ) 12/

2/

=∫−

dD (*)

Trong đó:

: Góc truyền sóng, lấy gốc theo hướng chính của sóng.

Hàm truyền sóng này có dạng phổ biến là :

D( ) = Cn.cosn

Trong đó:

n: số nguyên dương

Cn: Hệ số được chọn sao cho thoả mãn phương trình (*)

Nếu:

- n = 0: năng lượng sóng phân phối đều các hướng như nhau.

- n = 2: thích hợp trạng thái biển do gió gây ra.

- n = 4: biển có đà gío ngắn hạn chế quá trình lan truyền.

Từ phổ sóng và phân bố biên độ sóng muốn tính được lực sóng theo phương pháp phổ

ta phải tuyến tính hoá số hạng lưc cản vận tốc trong công thức Morison:

2

1. .D.CD.(v - x ) xv −

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Sử dụng phương pháp thống kê Bormman cho kết quả sau:

(v - x ) xv − = .(v - x ) (v- x ) /8

(v- x ): độ lệch chuẩn của vận tốc tương đối.

Qua phương trình đã tuyến tính này ta có thể xác định được hàm truyền A ( ) của

sóng tác động để có được phổ lực sóng:

SFF( ) = 2)(A S

III.6.2. Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp phổ

Đối với tính mỏi ngẫu nhiên, phương pháp tính trong miền tần số được sử dụng chủ

yếu;

Phép tính phổ cho phép kể đến sự phân phối thực tế của năng lượng sóng đối với toàn

bộ phạm vi thay đổi có thể của các tần số sóng.

Ta vẫn sử dụng phương trình chuyển động của kết cấu biểu diễn dưới dạng ma trận

sau (lực F được cho bởi phổ năng lượng như phần trên):

[ ]{ } [ ]{ } [ ]{ } { }FXKXCXM =++

Toàn bộ đời sống công trình đựơc mô tả bởi các trạng thái biển, mỗi trạng thái biển có

một cặp (Hs, Tz), từ đó ta có mật độ phổ của mỗi trạng thái biển, mật độ phổ phản ứng S

, ( ) được xác định thông qua mật độ phổ năng lượng S ( ) như sau:

S , ( ) = ( ) ( ) ( )

dSDH22/

2/

,∫−

(*)

Trong đó:

H ( ), : Hàm truyền, H ( ), =H

∆

H: Chiều cao sóng.

∆ : Số gia ứng suất.

D( ): Hàm hướng tác dụng của sóng.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Hàm truyền được xác định theo phương pháp phổ

Tuyến tính hoá số hạng lực cản vận tốc, qua phương trình Morison, mật độ phổ sóng

chuyển thành mật độ phổ lực tác dụng sóng:

SFF( ) = 2)(A S

Qua phương trình ma trận chuyển vị của toàn kết cấu, ta có phổ của chuyển vị, ứng

suất tại điểm cần xét:

S , ( ) = 2),(H S FF

H ( ), : là một hàm liên tục của , , được xác định qua phương trình ma trận

chuyển vị toàn kết cấu sau khi áp dụng phương pháp chồng mode, tách thành các dạng

dao động riêng.

Phương sai của ứng suất được xác định theo công thức:

( ) dSσσ∫∞

=0

2

Hàm truyền được xác định trong miền thời gian

Đây là phương pháp cơ bản để thực hiện bằng MTĐT

- Phải chọn đủ số lượng các tần số để định nghĩa tất cả các phản ứng của hàm

truyền kết cấu.

- Chọn chiều cao sóng thích hợp với tần số sóng chú ý tới bước chiều cao sóng cần

chọn sao cho minimum được bước chiều cao sóng và maximum được chiều cao

sóng đề cập tới.

- Tính hàm truyền tại mỗi điểm nơi có mỏi tích luỹ cho ít nhất 8 hướng sóng tác

dụng. Đối với mỗi chu kì tác dụng, mỗi giá trị của hàm truyền được xác định

bằng cách cho sóng (xác định theo lý thuyết sóng Airy) đi qua, lấy số gia ứng

suất chia cho chiều cao sóng tác dụng. Một sự chia bước thời gian cần thiết trong

chu kì sóng tại mỗi phần tử cho phép xác định số gia ứng suất lớn nhất.

Áp dụng (*) ta có phổ ứng suất

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

III.6.3. Đếm các chu trình ứng suất

Với các bài toán mỏi cần phải tính được giá trị số gia ứng suất và số lần tác dụng của

số gia ứng suất này tại một điểm nóng. Giả thiết rằng số gia ứng suất tuân theo luật phân

phố Rayleigh. Dải ứng suất r có hàm phân phối xác suất tuân theo luật Rayleigh như

sau:

P( r) =

−

0

2

0 8exp

4 mmr r

Trong đó mk: là moment bậc k của quá trình ngẫu nhiên với hàm mật độ phổ năng

lượng của ứng suất S được tính như sau:

mk = ( ) dSk∫+∞

∞−

Chu kì cắt không của số gia ứng suất này:

Tz =2

0

m

m

Số lần tác dụng được tính:

n =zT

T

T: khoảng thời gian của trạng thái biển đang xét. Số lần xuất hiện của một

phân tố ứng suất r được tính theo công thức sau:

( ) rrpnn ..=

Tổn thất do phổ ứng suất gây ra được tính như sau:

mr

r

rr

rm A

dmm

n

A

n

N

nD −−

−

===

.

..8

exp..4

.

.0

2

0

( )r

rmm

r

r

rr

dmmA

n

A

dmm

n

D

−=

−

=⇒ ∫ ∫∞ ∞

+−

0

2

0 0

1

0

0

2

0

.8exp.

..4.

..8

exp..4

.

(*)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Trong đó: A, m là các thông số của đường cong mỏi.

Tích phân (*) là tích phân chuẩn có công thức tính như sau:

( )

+Γ

=−+

∞

∫c

a

ca

bc

c

a

dxxbx1

0

1

.exp

Hàm Gamma ( ) ( )∫∞

−=Γ0

1 dxexg xg

( )( )

+Γ=

+Γ

=⇒ + 2

2.8.

.8

12

2

2

...4

2/0

2/2

0

0

m

A

mn

m

m

mA

nD

m

m

Thay n =Tz

T, ta có:

( )

+Γ=

2

2.

.8.

2/0

0

2 m

A

m

m

mTD

m

(*)

m: thường lấy bằng 3

⇒

+Γ

2

2 m=1.33

Công thức (*) cho phép tính tổn thất mỏi của một dải phổ nhất định;

Như vậy trong phương pháp phổ ta đã sử dụng: phương pháp đếm các chu trình trung

bình.

III.6.4. Thống kê dài hạn các trạng thái biển

Đời sống công trình được mô tả bằng các trạng thái biển ngắn hạn

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

III.6.5. Tỉ số mỏi tích luỹ

Như trên đã trình bày công thức tính tổn thất mỏi của một trạng thái biển:

( )

+Γ=

2

2.

.8.

2/0

0

2 m

A

m

m

mTD

m

Đời sống công trình là tập hợp những trạng thái biển khác nhau, tính D cho mỗi trạng

thái biển ta sẽ được tổn thất mỏi tổng thể cho nút đang xét;

III.7 HỆ SỐ AN TOÀN FDF

Tỉ số mỏi tích luỹ trong suốt đời sống công trình yêu cầu <1, tuổi thọ thực tế côngtrình bằng tuổi thọ thiết kết chia cho hệ số an toàn FDF.

FDF áp dụng tính tuổi thọ công trình phụ thuộc số liệu sóng, phương pháp tính ( tínhmỏi đơn giản, tiền định, ngẫu nhiên…), đường cong S-N áp dụng, sự phức tạp của nútv.v…. nhưng dạng phần tử và khả năng cho phép để theo dõi và sửa chữa được đề nghịtheo bảng dưới đây:

Bảng 3-6: Hệ số an toàn FDF theo API RP 2A-2005

Giới hạn khuyết tật Nút có thể kiểm tra được Nút không thể kiểm tra được

Không 2 5

Có 5 10

Khi mà phá hủy mỏi có thể sảy ra do những chu trình tải trọng khác, ví dụ như: vậnchuyển trên biển thì phải thỏa mãn điều kiện cân bằng sau:

1<×∑ ii DSF

Trong đó:

Di: Tỉ số tổn thất mỏi do mỗi nguồn tải trọng gây mỏi.

SFi: là FDF tương ứng với tải trọng đó.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Khi vận chuyển với thời gian dài, phân bố sóng dài hạn sẽ được dùng để dự đoán tổnthất mỏi ngắn hạn, khi đó một hệ số an toàn FDF lớn hơn sẽ được xem xét để lấy chotính toán mỏi.

III.8 TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG

Tiêu chuẩn, quy phạm chính được áp dụng trong tính toán tuổi thọ mỏi công trình biểnlà tiêu chuẩn API RP-2A;

Tiêu chuẩn API RP 2A-WSD bao gồm các nội dung sau:

Phần 1: Lập kế hoạch dự án (Planning)

Phần 2: Tiêu chuẩn và quy trình thiết kế (Design Criteria and Procedures)

Phần 3: Thiết kế cấu kiện thép (Structural Steel Design)

Phần 4: Các liên kết (Connections)

Phần 5: Tính toán mỏi (Fatigue)

Phần 6: Thiết kế nền móng (Foundation Design)

Phần 7: Các thành phần và hệ thống kết cấu khác (Other Structural Componentsand Systems)

Phần 8: Vật liệu (Material)

Phần 9: Các bản vẽ và đặc điểm của chúng (Drawings and Specifications)

Phần 10: Quy trình hàn (Welding)

Phần 11: Quy trình chế tạo (Fabrication)

Phần 12: Quy trình lắp đặt (Installation)

Phần 13: Quy trình kiểm tra (Inspection)

Phần 14: Quy trình khảo sát (Surveys)

Phần 15: Tái sử dụng công trình (Reuse)

Phần 16: Các kết cấu tối thiểu (Minimum Structures)

Phần 17: Đánh giá hiện trạng công trình đang sử dụng (Assessment of ExistingPlatforms)

Phần 18: Tải trọng do cháy, nổ, và các sự cố khác (Fire, Blast and AccidentalLoading)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN TUỔI THỌ MỎI BẰNG PHẦN MỀM SACS 5.3

IV.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SACS 5.3

Khó khăn về việc tính toán được giải quyết một phần nhờ vào các phần mềm. Hiệnnay trên thế giới có rất nhiều phần mềm chuyên dụng về công trình biển, các phần mềm tínhtoán này hiện nay là những công cụ tính toán chính của nhiều công ty nổi tiếng trong lĩnhvực biển. Các phần mềm này liên tục được cải tiến, hỗ trợ bổ sung tính toán theo nhiều lýthuyết mới, cách tính toán cũng sẽ khác nhau với từng cách mô hình hoá tính toán khácnhau. Trong đồ án này sử dụng chương trình SACS để tính toán. Sau đây là phần giới thiệusơ lược về SACS 5.3

IV.1.1 Hình thành

Engineering Dynamics, Inc. đã phát triển hệ thống phần mềm SACS cho cả ngànhCông trình biển và ngành Xây dựng nói chung. SACS gồm có một số mô dul của chươngtrình tính toán kết cấu đó là các phần tương ứng với các dữ liệu đầu vào khác nhau, nhưngnó không có khả năng ảnh hưởng lẫn nhau với đầu ra của một chương trình trước khi mộtđầu vào khác. Tất cả các chương trình bao gồm một bản đầy đủ các tiêu chuẩn xây dựngđược xác định trong cả đơn vị anh và đơn vị hệ mét với đầu vào đơn giản.

Mối liên hệ giữa các chương trình bao gồm một hệ thống các biểu đồ minh họa. Tất cảdữ liệu kết cấu: Sơ đồ hình học, số các kích thước, tính chất của vật liệu và các điều kiệnmôi trường được tạo ra bởi chương trình đầu vào và tập trung trong một file của đầu vào.

SACS là phần mềm chuyên dụng để tính toán cho công trình biển. Khả năng phân tíchcủa SACS rất mạnh với nhiều phiên bản, phiên bản mới nhất là SACS V5.3. Tất cả các bàitoán như phân tích động lực học theo tựa tĩnh, phân tích động học trên miền thời gian, phântích động học trên miền tần số, phân tích mỏi, kiểm tra kết cấu đều được thực hiện với độchính xác cao. Tuy nhiên việc sử dụng phần mềm chuyên dụng này đòi hỏi kỹ sư phải cókhả năng phân tích số liệu đầu vào, đánh giá và kiểm tra số liệu đầu ra tốt. Hơn nữa đây làphần mềm khó sử dụng khả năng hỗ trợ đồ họa kém do vậy với những kết cấu không cótrong modul sẵn có thì thao tác nhập kết cấu tốn khá nhiều thời gian.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.1.2 Đối tượng tính toán của SACS

Đối tượng tính toán của Sacs là một số công trình ngoài khơi, chủ yếu là các công trìnhcố định bằng thép

IV.1.3 Các bài toán giải quyết được khi sử dụng phần mềm SACS

IV.1.3.1 Bài toán tĩnh

• Bài toán phân tích tuyến tính tĩnh

• Bài toán phân tích tuyến tính sự làm việc đồng thời giữa cọc và đất nền

• Tính toán mỏi của kết cấu

• Tính toán kết cấu với chuyển vị lớn

IV.1.3.2 Các bài toán động

• Phân tích động đất

• Phân tích phản ứng cưỡng bức

• Phân tách các dạng dao động

• Phân tích phổ của sóng

• Hàm lịch sử theo thời gian của phổ sóng

• Phân tích phổ của gió

• Tính toán nổi và lật của công trình trong qua trình lai dắt

• Tính toán đánh chìm khối chân đế dạng jacket (launch)

• Tính toán vận chuyển

• Tính toán ổn định xà lan hoặc phương tiện nổi

IV.1.3.3 Các bài toán kiểm tra

• Kiểm tra bền,mỏi và ổn định của các phần tử thanh

• Kiểm tra nút

IV.1.4 Giao diện sử dụng

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Hình IV.1: Giao diện sử dụng của chương trình Sacs 5.3

IV.1.5 Các tiêu chuẩn và quy phạm được sử dụng trong SACS

IV.1.5.1 Các tiêu chuẩn

• Tiêu chuẩn 5950 của Anh năm 1990

• Tiêu chuẩn DS449 của Đan mạch

• Tiêu chuẩn ‘UC’ AISC - APIRP2A xuất bản lần thứ 20

• ‘19 ‘ AISC 9th/APIRPA2A 19th edition

• ‘16’ AISC9th APIRP2A 16th edition

• ‘LR’ AISC LRFD 1st/APIRP2A LRFD 1st edition

• ‘NP’ 1995 NPD/NS3472

• ‘NO’ Tiêu chuẩn NPD năm 1977

• ‘DC’ Tiêu chuẩn của Đan Mạch năm 1998

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

• ‘D1’ Tiêu chuẩn của Đan Mạch năm 1984

• Tính toán SCF (hệ số tập trung ứng suất tại điểm nóng đang xét) được tính theocông thức của Kuang, Wordsworth, Efthymiou

IV.1.5.2 Các quy phạm

Quy phạm API, AWS, DNV và NPD

IV.1.6 Các lý thuyết sóng sử dụng trong SACS

Có 3 lý thuyết sóng được sử dụng trong chương trình SACS, các công thức tính tảitrọng sóng phụ thưộc vào chiều cao sóng H, chiều dài sóng L, độ sâu nước d

• Lý thuyết sóng Airy (lý thuyết sóng tuyến tính) có thể sử dụng với mọi vùngnước có độ sâu khác nhau

• Lý thuyết sóng Stokes (Lý thuyết sóng có biên độ hữu hạn từ bậc 1 đến bặc 5thích hợp với những vùng có độ sâu nước hữu hạn L2H/d3<26

• Lý thuyết sóng Cnoidal (bậc 1, bậc 2) thích hợp với sóng lan truyền trong vùngnước nông

IV.2 NỘI DUNG TÍNH TOÁN MỎI

Trình tự tính toán thực hiện trong đồ án:

1) Mô hình hóa kết cấu

2) Tuyến tính hóa liên kết cọc và nền đất

3) Tính toán dao động riêng công trình

4) Lựa chọn phương pháp tính mỏi

5) Xây dựng hàm truyền tĩnh và động

6) Tính toán tuổi thọ mỏi

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Hình IV.2: Lưu đồ thể hiện quy trình tính toán mỏi

Tuyến tính hóa hệ móngcọc

Modify mô hình cho phùhợp với bài toán mỏi

Tính toán khốilượng kết cấu

Phân tích dao độngriêng

Phân tích “wave response”tạo hàm truyền dộng

Xây dựng hàmtruyền tĩnh

Kết cấu được mô hình hóatừ bài toán In-Place

Phân tích mỏi theophương pháp phổ

Kiểm tra tuổi thọ mỏi vàthiết kế lại nếu cần thiết

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.2.1Mô hình hóa kết cấu

Sử dụng mô hình hóa kết cấu đã có trong bài toán In-place với những điều chỉnh phù

hợp cho bài toán mỏi

IV.2.2 Tuyến tính hóa nền đất

IV.2.2.1 Lí thuyết về mô hình cọc-đất nền

Để mô tả gần đúng sự làm việc của cọc trong nền đất ta dùng mô hình cọc đất nềntương tác, mô hình nền đất sẽ được mô tả bằng ba đường cong t-z, Q-z, p-y. Các đườngcong này sẽ mô phỏng mối quan hệ giữa chuyển vị và ứng suất của cọc tương tự như cáclo xo liên kết giữa đất nền và cọc, các đường cong này được trình bày cụ thể dưới đây:

Số liệu sóngđầu vào

Tính phần đóng gópphá hủy mỏi của mỗitrạng thái biển (Di)

Tổ hợp tải trọngcho tuyến tính

hóa

Thực hiện tuyến tínhhóa với PM SACS

Kiểm tra kết quảma trận độ cứng

các đầu cọc

Tính toán thông số trạng thái biển “center ofdamage wave” (Hmax, Tmax, Hs, Tm)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

t-z:

Đường cong này dùng để mô tả quan hệ tải trọng dọc trục và chuyển vị của cọc, đượcxác định bằng thí nghiệm hoặc là áp dụng đường cong thực nghiệm;

Q-z:

Đường cong này mô tả quan hệ giữa sức chịu tải đầu cọc và chuyển vị đầu cọc.Chuyển vị lớn nhất của cọc chỉ đạt lớn nhất đến 10% D (đường kính cọc) đối với cả đấtcát và đất sét;

p-y:

Trục tung của đường cong này là sức chịu tải ngang của đất, p, trục hoành là chuyển vịngang của đất. Ở quy trình ban đầu, sự thiết lập giữa tải trọng-chuyển vị của mô hìnhcọc-đất được phát triển. Mặc dù dưới tác dụng của tải trọng ngang đất sét trở thành mộtvật liệu đàn hồi cái mà biến dạng của đất ảnh hưởng trở lại sức chịu tải của đất. Để đơngiản hoá quá trình này, chuyển vị-sức chịu tải ngang của đất được xây dựng dùng cấutrúc- ứng suất (Stress-strain) từ thí nghiệm đất đơn giản.

IV.2.2.2 Xác định trạng thái biển “center of damage wave”

Công thức tính toán như sau:

. /ami i i iD P H T=

. /s i i iH D H D=Σ Σ

. /m i i iT T H D= Σ Σ

ax 1.86m sH H=

ax 1.3m mT T=

Trong đó:

- Hmax, Tmax: Chiều cao sóng và chu kỳ sóng lớn nhất ở tâm phá hủy- Hs, Tm: Chiều cao sóng, chu kì sóng của trạng thái biển “center of damage

wave”- Di: Phần đóng góp vào phá hủy mỏi của trạng thái biển thứ i- Hi, Ti: Chiều cao sóng và chu kì sóng đáng kể của trạng thái biển thứ i- Pi: Xác suất xuất hiện của trạng thái biển thứ i- a: Là hệ số được giả định dựa trên quan hệ có tính quy luật về cường độ giữa

ứng suất và chiều cao sóng, a=1 ÷2 tùy thuộc vào độ mảnh tổng thể của hệ kếtcấu. Khi kết cấu là mảnh thì giá trị a-->1

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

- m: Hệ độ dốc của đường cong mỏi S-N (m=3 hoặc m=5), ở đây m=3 được sửdụng cho tính toán “wave center of damage”

Kết quả tính toán thể hiện qua bảng sau

khoảngchiều caosóng -Hsi

khoảngchu kìsóngTzi

Giátrị

trungbìnhHsi

Giátrị

trungbìnhTzi

Sốconsóngxuấthiện- n

Xác suấtxuất hiện

- Pi

Phần pháhủy mỏi

DiDi x Hsi Di x Tzi

giátrị

đầu(m)

giátrị

cuối(m)

giátrị

đầu(m)

giátrị

cuối(m)

0.1 0.5 0 1 0.3 0.5 0 0 0 0 0

0.1 0.5 1 2 0.3 1.5 3 0.000102669 7.58108E-07 2.27432E-07 1.13716E-06

0.1 0.5 2 3 0.3 2.5 155 0.005304586 2.35013E-05 7.0504E-06 5.87534E-05

0.1 0.5 3 4 0.3 3.5 1081 0.036995209 0.000117074 3.51221E-05 0.000409757

0.1 0.5 4 5 0.3 4.5 222 0.007597536 1.87E-05 5.61E-06 8.415E-05

0.1 0.5 5 6 0.3 5.5 61 0.002087611 4.20405E-06 1.26122E-06 2.31223E-05

0.1 0.5 6 7 0.3 6.5 20 0.000684463 1.16632E-06 3.49896E-07 7.58108E-06

0.1 0.5 7 8 0.3 7.5 9 0.000308008 4.54865E-07 1.36459E-07 3.41149E-06

0.1 0.5 8 9 0.3 8.5 12 0.000410678 5.35135E-07 1.6054E-07 4.54865E-06

0.1 0.5 9 10 0.3 9.5 6 0.000205339 2.39402E-07 7.18207E-08 2.27432E-06

0.1 0.5 10 11 0.3 10.5 3 0.000102669 1.08301E-07 3.24903E-08 1.13716E-06

0.1 0.5 11 12 0.3 11.5 0 0 0 0 0

0.1 0.5 12 13 0.3 12.5 0 0 0 0 0

0.1 0.5 13 14 0.3 13.5 0 0 0 0 0

0.1 0.5 14 15 0.3 14.5 0 0 0 0 0

0.1 0.5 15 16 0.3 15.5 0 0 0 0 0

0.6 1 0 1 0.8 0.5 0 0 0 0 0

0.6 1 1 2 0.8 1.5 0 0 0 0 0

0.6 1 2 3 0.8 2.5 0 0 0 0 0

0.6 1 3 4 0.8 3.5 1297 0.044387406 0.005504762 0.00440381 0.019266668

0.6 1 4 5 0.8 4.5 3568 0.122108145 0.011778202 0.009422561 0.053001907

0.6 1 5 6 0.8 5.5 955 0.032683094 0.002579333 0.002063466 0.014186329

Phần phụ lục thể hiện đầy đủ

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.2.2.3 Lựa chọn tổ hợp tải trọng cho tuyến tính hóa

Bốn tổ hợp tải trọng sau sẽ được chọn cho tuyến tính, bảng sau:

Tổ hợp

Trường

hợp tải

T7 T1 T3 T5

T01 xT03 xT05 xT07 xTUD xTUB xTUH xTUF xTBD x x x xTLE x x x xTLL x x x xTMC x x x xTMD x x x xTSA x x x xTSF x x x x

TWO x x x xTCFA x x x xTEID x x x xTFBD x x x xTFBC x x x xTPPC x x x xTPPD x x x xTCRO x x x x

IV.2.2.4 Kết quả thu được từ tuyến tính hóa nền đất bằng PM Sacs

Sau khi tuyến tính hóa kết quả thu được là ma trận độ cứng tại 8 đầu cọc như sau:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

SACS Release 5.3 PVE

SU TU TRANG FEED DESIGN SITE SPECIFIC STT SOIL DATA DATE 21-NOV-2011 TIME 16:15:41 PSI PAGE 147

*** PILEHEAD STIFFNESS FOR JOINT 9102 ***

UNITS - (KN,M)

FOR SUPERELEMENT NO. 1

RX RY RZ DX DY DZ

RX 0.508761E+07 0.404306E+05 -0.451641E+06 -0.165709E-10 0.902402E+06 0.807824E+05

RY 0.404306E+05 0.508761E+07 0.451641E+06 -0.902402E+06 0.000000E+00 0.807824E+05

RZ -0.451641E+06 0.451641E+06 0.828611E+05 -0.807824E+05 -0.807824E+05 0.000000E+00

DX 0.165709E-10 -0.902402E+06 -0.807824E+05 0.259688E+06 -0.625927E+04 0.699210E+05

DY 0.902402E+06 0.000000E+00 -0.807824E+05 -0.625927E+04 0.259688E+06 -0.699210E+05

DZ 0.807824E+05 0.807824E+05 0.000000E+00 0.699210E+05 -0.699210E+05 0.103450E+07




UNITS - (KN,M)


RX RY RZ DX DY DZ

RX 0.508761E+07 -0.404306E+05 0.451641E+06 0.000000E+00 0.902402E+06 0.807824E+05

RY -0.404306E+05 0.508761E+07 0.451641E+06 -0.902402E+06 0.662837E-10 -0.807824E+05

RZ 0.451641E+06 0.451641E+06 0.828611E+05 -0.807824E+05 0.807824E+05 0.000000E+00

DX 0.000000E+00 -0.902402E+06 -0.807824E+05 0.259688E+06 0.625927E+04 -0.699210E+05

DY 0.902402E+06 -0.662836E-10 0.807824E+05 0.625927E+04 0.259688E+06 -0.699210E+05

DZ 0.807824E+05 -0.807824E+05 0.000000E+00 -0.699210E+05 -0.699210E+05 0.103450E+07




UNITS - (KN,M)


RX RY RZ DX DY DZ

RX 0.508761E+07 -0.404306E+05 -0.451641E+06 -0.662837E-10 0.902402E+06 -0.807824E+05

RY -0.404306E+05 0.508761E+07 -0.451641E+06 -0.902402E+06 0.000000E+00 0.807824E+05

RZ -0.451641E+06 -0.451641E+06 0.828611E+05 0.807824E+05 -0.807824E+05 0.000000E+00

DX 0.662836E-10 -0.902402E+06 0.807824E+05 0.259688E+06 0.625927E+04 0.699210E+05

DY 0.902402E+06 0.000000E+00 -0.807824E+05 0.625927E+04 0.259688E+06 0.699210E+05

DZ -0.807824E+05 0.807824E+05 0.000000E+00 0.699210E+05 0.699210E+05 0.103450E+07




UNITS - (KN,M)


RX RY RZ DX DY DZ

RX 0.508761E+07 0.404306E+05 0.451641E+06 0.000000E+00 0.902402E+06 -0.807824E+05

RY 0.404306E+05 0.508761E+07 -0.451641E+06 -0.902402E+06 0.000000E+00 -0.807824E+05

RZ 0.451641E+06 -0.451641E+06 0.828611E+05 0.807824E+05 0.807824E+05 -0.517841E-12

DX 0.000000E+00 -0.902402E+06 0.807824E+05 0.259688E+06 -0.625927E+04 -0.699210E+05

DY 0.902402E+06 0.000000E+00 0.807824E+05 -0.625927E+04 0.259688E+06 0.699210E+05

DZ -0.807824E+05 -0.807824E+05 0.517841E-12 -0.699210E+05 0.699210E+05 0.103450E+07

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

-45 -40 -35

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD

-M

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 0.002 0.004

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD

-M

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Cán bộ hướng dẫn: Ths. Nguyễn Mạnh HùngSinh viên thực hiện: Lê Văn Tiến MSSV: 7305.52 Lớp: 52cb1 Page 62/86



-35 -30 -25 -20 -15 -10

AXIAL LOAD (KN)

AXIAL LOAD N

0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014

AXIAL DEFLECTION (CM)

AXIAL DELECTION N

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-5 0 5

PILE JOINT 122LOAD CASE T1

0.014 0.016 0.018 0.02


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-0.01 -0.005 0

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD

-M

LATERAL DISPLACEMENT RESULTANT N

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 0.001

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD

-M

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

LATERAL DISPLACEMENT RESULTANT (CM)

LATERAL DISPLACEMENT RESULTANT N

0.002 0.003 0.004 0.005

UNITY CHECK RATIO

UNITY CHECK RATIO N

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




0.03 0.035 0.04

LATERAL DISPLACEMENT RESULTANT N PILE JOINT 122LOAD CASE T1

0.006 0.007


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

-3500 -3000

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD

-M

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 0.05

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD

-M

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




-2500 -2000 -1500 -1000

AXIAL LOAD (KN)

AXIAL LOAD N

0.1 0.15 0.2 0.25

AXIAL DEFLECTION (CM)

AXIAL DEFLECTION N

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




-120

-100

-80

-60

-40

-20

0-1000 -500 0


0.25 0.3 0.35


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE


-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-0.01 0 0.01

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD-

M

LATERAL DISPLACEMENT RESUTANT N

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

0 0.02

DIST

ANCE

FO

RM P

ILEH

EAD-

M

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------





0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

LATERAL DISPLACEMENT RESULTANT (CM)

LATERAL DISPLACEMENT RESUTANT N

0.02 0.04 0.06 0.08

UNITY CHECK RATIO

UNITY CHECK RATIO N

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------





0.05 0.06 0.07

LATERAL DISPLACEMENT RESUTANT N PILE JOINT 9102LOAD CASE T1

0.1 0.12


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.2.3 Tính toán dao động riêng công trình

IV.2.3.1 Mục đích của bài toán dao động riêng

Việc tính toán dao động riêng của công trình nhằm mục đích đánh giá sự ảnh hưởng

động do tải trọng môi trường tác dụng lên công trình.

Do công trình biển làm việc trong môi trường khắc nghiệt, chịu tác động của môi

trường có tính chất động, nên việc tính toán lực tĩnh sẽ không chính xác. Để đánh giá

phản ứng của công trình chúng ta phải xét đến ảnh hưởng động.

Trên thực tế tính toán đối với các công trình biển cố định bằng thép, người ta thấy nếu

chu kỳ dao động riêng của công trình Tct ≤ 3s thì ảnh hưởng động là nhỏ. Khi đó có thể

tính toán kết cấu theo phương pháp tựa tĩnh, tức là ta đi xác định hệ số ảnh hưởng động

kđ rồi nhân hệ số đó vào giá trị tải trọng đầu vào hoặc giá trị nội lực đầu ra khi tính toán.

IV.2.3.2 Lựa chọn tổ hợp khối lượng tính dao động riêng

Tổ hợp được chọn theo bảng sau:

Tổ hợp Trường hợp tải

MASSTBD, TLE, TLL, TMC, TMD, TSA, TSF, TWO, TCFA, TEID,

TCFA, TFBD, TFBC, TPPC, TPPD, TCRO

IV.2.3.3 Kết quả dao động riêng tính bằng PM Sacs

Kết quả như sau:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE


STT PLATFORM NATURAL PERIOD (FATIGUE) DATE 21-NOV-2011 TIME 16:18:33 DYN PAGE 84

SACS IV-FREQUENCIES AND GENERALIZED MASS

MODE FREQ.(CPS) GEN. MASS EIGENVALUE PERIOD(SECS)

1 0.497692 2.5512414E+03 1.0226324E-01 2.0092763

2 0.547711 2.4266873E+03 8.4437865E-02 1.8257802

3 1.047913 2.4858062E+03 2.3066927E-02 0.9542776

4 1.485594 8.3947494E+02 1.1477306E-02 0.6731314

5 1.600120 2.5844592E+03 9.8931664E-03 0.6249533

6 1.739265 6.3351168E+01 8.3735285E-03 0.5749554

7 1.822834 5.4664968E+01 7.6233510E-03 0.5485963

8 1.978641 4.8688075E+01 6.4700302E-03 0.5053974

9 2.008669 6.3416830E+02 6.2780300E-03 0.4978420

10 2.332767 8.0463819E+01 4.6547608E-03 0.4286754

11 2.413940 8.6598027E+01 4.3469754E-03 0.4142605

12 2.434146 1.1408903E+02 4.2751079E-03 0.4108217

13 2.488513 4.8760345E+01 4.0903505E-03 0.4018465

14 2.583488 2.0870003E+02 3.7951372E-03 0.3870737

15 2.802060 4.0148235E+01 3.2261572E-03 0.3568804

16 3.089886 1.3702200E+02 2.6531108E-03 0.3236366

17 3.165518 1.0908364E+02 2.5278465E-03 0.3159041

18 3.193866 7.1356612E+01 2.4831721E-03 0.3131002

19 3.240642 4.7825475E+01 2.4120043E-03 0.3085808

20 3.317059 7.2172722E+02 2.3021518E-03 0.3014719

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.2.4 Lựa chọn phương pháp tính mỏi

Phương pháp tính mỏi được lựa chọn trong đồ án này là tính toán mỏi theo phương

pháp phổ. Tính toán theo phương pháp này cho kết quả đáng tin cậy hơn so với tính theo

quan điểm tiền định do nó thể hiện được tính ngẫu nhiên của tác động sóng đầu vào.

IV.2.5 Xây dựng hàm truyền tĩnh và hàm truyền động

IV.2.5.1 Hàm truyền tĩnh (H(Q), H(M))

Để xây dựng hàm truyền tĩnh trước tiên ta đi dự đoán tất cả các trạng thái biển diễn ra

trong đời sống công trình, thông thường các trạng thái biển này có chu kì sóng từ 1÷25s

(tức là có tần số từ 0,04÷1,0 Hz). Chia khoảng tần số thành dải tần số có bước chia là

0,005 Hz và chọn độ dốc sóng bằng hằng số là 1:20, ta đi tính chiều cao sóng tương ứng

với tần số sóng, tính toán thể hiện trong bảng sau:

Tần số (Hz) Chu kì (s) Chiều dài sóng(m)

Chiều cao sóng(m) Ghi chú

0.0400 25.000 975.82 48.79 3.50

0.0450 22.222 771.02 38.55 3.50

0.0500 20.000 624.52 31.23 3.50

0.0550 18.182 516.14 25.81 3.50

0.0600 16.667 433.70 21.68 3.50

0.0650 15.385 369.54 18.48 3.50

0.0700 14.286 318.63 15.93 3.50

0.0750 13.333 277.57 13.88 3.50

0.0800 12.500 243.95 12.20 3.50

0.0850 11.765 216.10 10.80 3.50

0.0900 11.111 192.75 9.64 3.50

0.0950 10.526 173.00 8.65 3.50

0.1000 10.000 156.13 7.81 3.50

0.1050 9.524 141.62 7.08 3.50

0.1100 9.091 129.03 6.45 3.50

0.1150 8.696 118.06 5.90 3.50

0.1200 8.333 108.42 5.42 3.50Phần phụ lục thể hiện đầy đủ

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Từ tính toán trên ta tạo được file dữ liệu trạng thái biển đầu vào cho chương trìnhSACS tính ra hàm truyền tĩnh. Hàm truyền tĩnh này là hàm biểu thị dải phân bố nănglượng của trạng thái biển tương ứng với chu kì sóng và chiều cao sóng, kết quả hàmtruyền theo các hướng như sau:

Hình 1: hàm truyền tĩnh tổng lực cắt H(Q) hướng 0o

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

BASE

SHE

AR/W

AVE

HEIG

HT (K

N/M

)

FREQUENCY(Hz)

BASE SHEAR TRANSFER FUNCTION DIRECTION 000WAVE STEEPNESS 0.007AIRY

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Hình 2: hàm truyền tĩnh tổng mômen H(M) hướng 0o

Hàm truyền tĩnh cho 7 hướng còn lại được thể hiện trong phần phụ lục

IV.2.5.2 Hàm truyền động (H(f))

Từ kết quả 8 hàm truyền tĩnh ta chọn ra các con sóng mà năng lượng là cực trị (các

con sóng có tần số tương ứng với các đỉnh của hàm truyền tĩnh) và các con sóng có tần

số gần với tần số dao động riêng của 3 mode đầu tiên của công trình để tạo file dữ liệu

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 0.2

OVE

RTU

RNIN

G M

OM

ENT/

WAV

E HE

IGHT

(KN

/M)

OVERTURNING MOMENT TRANSFER FUNCTION

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------










0.2 0.4 0.6 0.8

FREQUENCY(Hz)

OVERTURNING MOMENT TRANSFER FUNCTION

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------










1 1.2

OVERTURNING MOMENT TRANSFER FUNCTIONDIRECTION 000WAVE STEEPNESS 0.007AIRY

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

trạng thái biển đầu vào cho chương trình SACS tính ra hàm truyền động, kết quả hàm

truyền động như sau:

Hình 3: Đồ thị hàm truyền động tổng lực cắt HfQ hướng 0o

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 0.2

TRAN

SFER

FU

NCT

ION-

BASE

SHE

AR (K

N/M

M)

**STT DYNAMIC SPECTRAL ANALYSIS- DYNAMIC TRANSFER FUNCTION PLOT**

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------







0.2 0.4 0.6 0.8

FREQUENCY (Hz)

**STT DYNAMIC SPECTRAL ANALYSIS- DYNAMIC TRANSFER FUNCTION PLOT**

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------







1 1.2

**STT DYNAMIC SPECTRAL ANALYSIS- DYNAMIC TRANSFER FUNCTION PLOT** WAVE DIR 000 DEG

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Hình 4: Đồ thị hàm truyền động tổng momen HfM hướng 0o

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

0 0.2

TRAN

SFER

FU

NCT

ION-

OVE

RTU

RNIN

G M

OM

ENT

(KN-

MM

)

**STT DYNAMIC SPECTRAL ANALYSIS- DYNAMIC TRANSFER FUNCTION PLOT **

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------





0.2 0.4 0.6 0.8

FREQUENCY (Hz)

**STT DYNAMIC SPECTRAL ANALYSIS- DYNAMIC TRANSFER FUNCTION PLOT **

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------





1 1.2

**STT DYNAMIC SPECTRAL ANALYSIS- DYNAMIC TRANSFER FUNCTION PLOT **WAVE DIR 000 DEG

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE


Đồ thị hàm truyền động 5 hướng còn lại phần phụ lục thể hiện đầy đủ

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.2.6Tính toán tuổi thọ mỏi

Số liệu sóng tính mỏi được xây dựng từ phổ sóng, trong đồ án này sử dụng phổ sóng

Pierson-Moskowitz có sẵn:

Tương ứng với 8 hướng sóng ta xây dựng được 8 trường hợp tải sóng gây mỏi, tạo file“fatigue input file” đầu vào cho chương trình SACS tính ra tuổi thọ mỏi các nút.

Kết quả mỏi nút được thể hiện như sau:

SACS Release 5.3 PVE DATE 22-NOV-2011 TIME 15:51:30

* * * M E M B E R F A T I G U E R E P O R T * * *

ORIGINAL CHORD

JOINT MEMBER GRUP TYPE OD WT JNT MEM LEN. GAP * STRESS CONC. FACTORS * FATIGUE RESULTS

ID ID (CM) (CM) TYP TYP (M ) (CM) AX-CR AX-SD IN-PL OU-PL DAMAGE LOC SVC LIFE

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

645 645-8936 IS1 TUB 32.30 1.200 T BRC 23.02 6.56 6.56 2.50 3.41 2.553790 TR 7.831498

645 645- 685 X35 TUB 66.00 3.000 T CHD 23.02 4.47 4.47 2.50 2.93 1.734826 TR 11.52853

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

741 741-8907 RS1 TUB 32.30 1.570 T BRC 13.23 7.44 7.44 2.50 3.91 1.776937 TL 11.25532

741 741- 745 DH6 TUB 61.00 3.000 T CHD 13.23 5.65 5.65 2.50 3.67 1.106586 TL 18.07361

560 560- 561 CD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.37 10.71 10.71 2.50 7.34 .2493522 BL 80.20782

560 550- 560 CD3 TUB 50.80 1.500 T CHD 2.37 12.07 12.07 3.22 8.84 .5874565 BL 34.04507---------------------------------------------------------------------------------------------------------------685 711- 685 X34 TUB 64.80 1.400 Y BRC 23.41 2.67 2.67 2.50 2.92 .4009803 BR 49.87776

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

685 511- 685 X31 TUB 64.80 2.400 Y CHD 23.41 2.60 2.60 2.50 2.81 .3588140 BR 55.73918

685 645- 685 X35 TUB 64.80 1.400 Y BRC 23.41 2.65 2.65 2.50 2.88 .3423511 TR 58.41956

685 713- 685 X32 TUB 64.80 2.400 Y CHD 23.41 2.59 2.59 2.50 2.78 .3117980 TR 64.14410

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

564 563- 564 CD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.37 10.71 10.71 2.50 7.34 .1550165 BR 129.0185

564 555- 564 CD3 TUB 50.80 1.500 T CHD 2.37 12.07 12.07 3.22 8.84 .3758296 BR 53.21561

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

160 160- 161 AD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.36 8.63 8.63 2.50 5.85 .3603718 TL 55.49824

160 160- 166 AD6 TUB 61.00 2.000 T CHD 2.36 8.52 8.52 2.50 6.24 .3555511 TL 56.25070

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

583 583- 584 CD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.12 10.57 10.57 2.50 7.34 .0970835 TL 206.0081

583 580- 583 CD3 TUB 50.80 1.500 T CHD 2.12 12.00 12.00 3.22 8.84 .2452607 TL 81.54588

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

550 550- 560 CD3 TUB 50.80 1.500 K BRC 6.30 5.00 4.91 4.91 2.50 5.71 .0889366 BL 224.8792

550 501- 550 CH1 TUB 76.20 2.500 K CHD 6.30 5.27 5.27 2.94 5.98 .2149478 BL 93.04582

550 550- 565 CD3 TUB 50.80 1.500 K BRC 6.30 5.00 3.65 3.65 2.50 3.79 .91331-3 TR 21898.29

550 501- 550 CH1 TUB 76.20 2.500 K CHD 6.30 3.83 3.83 2.54 4.31 .15323-2 TR 13052.39

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

501 501- 550 CH1 TUB 76.20 2.500 TK BRC 38.09 10.00 4.58 4.58 2.50 4.00 .2133271 BR 93.75275

501 501- 601 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.68 3.68 2.50 3.74 .1492945 BR 133.9634

501 501- 565 CH1 TUB 76.20 2.500 TK BRC 38.09 23.67 4.68 4.68 2.50 4.00 .0101758 BR 1965.440

501 501- 601 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.73 3.73 2.50 3.74 .56294-2 BR 3552.771

501 501- 455 X22 TUB 76.20 3.000 TK BRC 38.09 10.00 4.74 4.74 2.50 2.93 .0518552 TL 385.6897

501 301- 501 LG2 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.87 3.87 2.50 3.17 .0344610 TL 580.3655

501 501- 655 X31 TUB 66.00 3.000 TK BRC 38.09 10.00 3.93 3.93 2.50 2.50 .0173290 TR 1154.137

501 501- 601 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.17 3.17 2.50 2.50 .0151105 TR 1323.581

501 501- 465 Y22 TUB 76.20 3.000 TK BRC 38.09 23.67 4.05 4.05 2.50 2.50 .0107542 TR 1859.738

501 301- 501 LG2 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.34 3.34 2.50 2.78 .80234-2 TR 2492.722

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

501 501- 665 Y31 TUB 66.00 3.000 TK BRC 38.09 23.67 3.47 3.47 2.50 2.50 .0228734 TL 874.3774

501 501- 601 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 2.89 2.89 2.50 2.50 .0196815 TL 1016.181

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

562 561- 562 CD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.37 11.21 11.21 2.58 7.19 .0507279 BL 394.2607

562 551- 562 CD3 TUB 50.80 1.500 T CHD 2.37 13.98 13.98 3.19 9.08 .1454913 BL 137.4653

562 562- 563 CD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.37 11.27 11.27 2.59 7.18 .0753825 BL 265.3136

562 551- 562 CD3 TUB 50.80 1.500 T CHD 2.37 14.18 14.18 3.19 9.11 .2110294 BL 94.77351

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

665 511- 665 Y33 TUB 64.80 1.400 T BRC 20.66 2.61 2.61 2.50 2.77 .1432645 BL 139.6019

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

665 501- 665 Y31 TUB 64.80 2.400 T CHD 20.66 2.57 2.57 2.50 2.70 .1243805 BL 160.7969

665 701- 665 Y34 TUB 64.80 1.400 T BRC 20.66 2.62 2.62 2.50 2.79 .1985614 TL 100.7245

665 711- 665 Y32 TUB 64.80 2.400 T CHD 20.66 2.57 2.57 2.50 2.71 .1755131 TL 113.9516

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------655 503- 655 X33 TUB 64.80 1.400 Y BRC 23.41 2.66 2.66 2.50 2.91 .1513625 TL 132.1331

655 703- 655 X32 TUB 64.80 2.400 Y CHD 23.41 2.60 2.60 2.50 2.80 .1289704 TL 155.0743

655 701- 655 X34 TUB 64.80 1.400 Y BRC 23.41 2.66 2.66 2.50 2.90 .1835449 BL 108.9651

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

655 501- 655 X31 TUB 64.80 2.400 Y CHD 23.41 2.59 2.59 2.50 2.80 .1571942 BL 127.2312---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

675 513- 675 Y33 TUB 64.80 1.400 T BRC 20.66 2.63 2.63 2.50 2.83 .1397062 BR 143.1576

675 503- 675 Y31 TUB 64.80 2.400 T CHD 20.66 2.58 2.58 2.50 2.74 .1150910 BR 173.7756

675 703- 675 Y34 TUB 64.80 1.400 T BRC 20.66 2.64 2.64 2.50 2.84 .1798345 TR 111.2134

675 713- 675 Y32 TUB 64.80 2.400 T CHD 20.66 2.58 2.58 2.50 2.75 .1548095 TR 129.1911---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

503 503- 555 CH1 TUB 76.20 2.500 TK BRC 38.09 10.00 4.72 4.72 2.50 4.00 .1210990 BL 165.1541

503 503- 603 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.79 3.79 2.50 3.74 .0793300 BL 252.1114

503 503- 575 CH1 TUB 76.20 2.500 TK BRC 38.09 23.67 4.95 4.95 2.50 4.00 .0164967 BL 1212.365

503 503- 603 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.93 3.93 2.50 3.74 .0128418 BL 1557.413

503 503- 455 X21 TUB 76.20 3.000 TK BRC 38.09 10.00 4.61 4.61 2.50 2.93 .0412229 TR 485.1671

503 303- 503 LG2 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.80 3.80 2.50 3.17 .0230137 TR 869.0473

503 503- 655 X33 TUB 66.00 3.000 TK BRC 38.09 10.00 4.00 4.00 2.50 2.50 .0250389 BL 798.7574

503 503- 603 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.23 3.23 2.50 2.50 .0181696 BL 1100.739

503 503- 475 Y22 TUB 76.20 3.000 TK BRC 38.09 23.67 4.11 4.11 2.50 2.50 .37790-2 TL 5292.359---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

503 303- 503 LG2 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.41 3.41 2.50 2.78 .23406-2 TL 8544.767

503 503- 675 Y31 TUB 66.00 3.000 TK BRC 38.09 23.67 3.45 3.45 2.50 2.50 .0195583 TR 1022.586

503 503- 603 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 2.88 2.88 2.50 2.50 .0143166 TR 1396.984---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

588 587- 588 CD4 TUB 32.30 1.200 T BRC 2.12 10.57 10.57 2.50 7.34 .0422549 TL 473.3178

588 582- 588 CD3 TUB 50.80 1.500 T CHD 2.12 12.00 12.00 3.22 8.84 .1197302 TL 167.0423---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

513 513- 575 CH1 TUB 76.20 2.500 TK BRC 38.09 23.67 4.87 4.87 2.50 4.00 .0351072 BR 569.6844

513 513- 613 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.88 3.88 2.50 3.74 .0204962 BR 975.7910

513 541- 513 CH3 TUB 76.20 2.500 TK BRC 38.09 10.00 4.68 4.68 2.50 4.00 .0930458 BR 214.9479

513 513- 613 LG3 TUB 188.00 6.000 TK CHD 38.09 3.74 3.74 2.50 3.74 .0565588 BR 353.6142


-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

Chi tiết nút 741 như sau:

Fatigue Life results at Joint 741

Brace 741-8907 Chord 741- 745

Fatigue Life (years) 11.255 SCF Method Det Norske Verte

Design Life (years) 20.000 Life Safety Fact 2.000

Maximum Damage 1.776935 Location Top Left

Brace-Chord Angle (deg) 89.998 Connection Type T

*** Brace and Chord Properties ***

S-N Type AXP -API X Prime Curve with Thickness Correction

Member Chord Diameter Thick *** Stress Concentration Factors ***

Brace ( Cm) ( Cm) Ax-Crn Ax-Sdl IP-Mom OP-Mom

______________________________________________________________________

741- 745 Chord 61.000 3.000 5.646 5.646 2.500 3.667

741-8907 Brace 32.300 1.570 7.435 7.435 2.500 3.913

*** Damage and Fatigue Life Details ***

****** CHORD ****** ****** BRACE ******

Position Damage Life Damage Life

-----------------------------------------------------------

Top .1476-4 1355.+3 .1483-4 1349.+3

Top Left 1.10658 18.0736 1.77694 11.2553

Left .447564 44.6864 .754144 26.5202

Bottom Left .430176 46.4926 .712352 28.0760

Bottom .1464-4 1366.+3 .1468-4 1363.+3

Bottom Right .835693 23.9322 1.05664 18.9280

Right .311352 64.2359 .433385 46.1483

Top Right .281010 71.1718 .426652 46.8766

-----------------------------------------------------------

Maximum 1.10658 18.0736 1.77694 11.2553

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

IV.2.7 Nhận xét, kiến nghị

- Qua phân tích tuổi thọ mỏi kết cấu chân đế giàn Sư Tử Trắng bằng phương

pháp phổ ta thấy được những nút nhạy cảm với hiện tượng mỏi như nút: 741,

645.

- Kết quả mỏi ở trên chỉ mang tính chất tương đối do còn phụ thuộc vào nhiều

yếu tố như: lí thuyết tính mỏi, đường cong mỏi áp dụng, tiêu chuẩn tính hệ số

tập trung ứng suất SCF.v.v… Do đó kết quả chỉ là cơ sở để hoạch định kế

hoạch khảo sát kiểm tra định kì và bảo dưỡng công trình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. API RP 2A – WSD Recommended Practice for Planning, Designing and

Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design (21st Edition)

[2]. DNV RP-C203 – Fatigue Design of Offshore Steel Structures

[3]. Bài giảng “Công trình biển cố định bằng thép“ – Viện xây dựng công trình biển –Đại học Xây dựng

[4]. Môi trường biển tác dụng lên công trình – PGS.TS VŨ UYỂN DĨNH

[5]. Bài giảng “Động lực học công trình biển", “Lí thuyết độ tin cậy", – Viện xây dựng

công trình biển – Đại học Xây dựng

[6]. Sức bền vật liệu – LÊ NGỌC HỒNG

[7]. Bài báo khoa học ‘‘Phương pháp phổ tính toán tuổi thọ mỏi của kết cấu chân đế công

trình biển cố định bằng thép chịu tải trọng sóng‘‘ – Thầy Mai Hồng Quân –Viện xây dựngcông trình biển- Đại học Xây Dựng

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




CERATMER

ICOFFSHORE

PHỤ LỤC

graduation report final 02-02-2012(use for print)

Documents