thiết kế ctb trọng lực bêtong

§inh Quang Cêng thiÕt kÕ C«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

hµ néi 2015

2

§inh Quang Cêng thiÕt kÕ C«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

hµ néi 2015

3

Lêi nãi ®Çu C«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng cèt thÐp lµ d¹ng c«ng tr×nh th¸p tù ®øng

b»ng bª t«ng, ®îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng theo nguyªn lý mãng n«ng, ®øng æn ®Þnh trªn mÆt ®¸y biÓn nhê träng lîng b¶n th©n vµ träng lîng c«ng nghÖ, dïng ®Ó khoan vµ khai th¸c dÇu khÝ trªn biÓn.

Ngoµi môc ®Ých phôc vô khoan vµ khai th¸c dÇu khÝ, çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng cßn dïng ®Ó phôc vô çc dÞch vô nghiªn cøu vµ khai th¸c çc tµi nguyªn biÓn kh¸c, phôc vô ®¶m b¶o an toµn h»ng h¶i, sö dông lµm çc kÕt cÊu ®ì çc tuèc bin phong ®iÖn ë ven biÓn.

HiÖn nay m«n häc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng lµ mét trong nh÷ng m«n häc chÝnh cña çc sinh viªn ngµnh x©y dùng c«ng tr×nh biÓn vµ dÇu khÝ thuéc §¹i häc X©y dùng.

Môc ®Ých cña cuèn s¸ch nµy nh»m cung cÊp çc kiÕn thøc còng nh kinh nghiÖm thiÕt kÕ gióp çc sinh viªn vµ çc kü thiÕt kÕ cã thÓ thùc hµnh thiÕt kÕ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc.

Ngêi viÕt cuèn s¸ch nµy ®· cè g¾ng tr×nh bÇy, diÔn gi¶i nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n trªn c¬ së tham kh¶o çc kÕt qu¶ nghiªn cøu cña b¶n th©n t¸c gi¶, kÕt qu¶ mét sè ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc cÊp Nhµ níc do GS. Ph¹m Kh¾c Hïng chñ tr× vµ t¸c gi¶ lµ th ký ®Ò tµi, kÕt hîp víi çc nguån tµi liÖu quen dïng ë T©y ¢u vµ B¾c Mü, çc quy ph¹m hiÖn hµnh cña ViÖt Nam vµ çc quy ph¹m ¢u-Mü, çc ch¬ng tr×nh phÇn mÒm tÝnh to¸n kÕt cÊu quen dïng.

Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng thêng cã quy m« lín, chÞu t¶i träng m«i trêng kh¾c nghiÖt vµ x©m thùc m¹nh. Khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng thêng ph¶i thùc hiÖn mét khèi lîng tÝnh to¸n lín, ph¶i dïng çc ph¬ng tiÖn vµ phÇn mÒm tÝnh kÕt cÊu hiÖn ®¹i. PhÇn tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng trong tµi liÖu nµy ®îc tr×nh bÇy trªn nÒn cña ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, nh»m gióp ngêi ®äc cã thÓ øng dông ®îc çc ch¬ng tr×nh phÇn mÒm tÝnh kÕt cÊu viÕt theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®Ó tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng.

Nh©n xuÊt b¶n cuèn s¸ch nµy xin çm ¬n GS. Ph¹m Kh¾c Hïng. T¸c gi¶ ®· tham kh¶o bµi gi¶ng ®Çu tiªn cña GS. Ph¹m Kh¾c Hïng vÒ "C«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng" mµ GS. ®· gi¶ng cho ngµnh XD C«ng tr×nh biÓn vµ DÇu khÝ.

T¸c gi¶ çm ¬n tËp thÓ çc nhµ gi¸o cña Khoa X©y dùng C«ng tr×nh biÓn vµ DÇu khÝ vµ ViÖn X©y dùng C«ng tr×nh biÓn - §¹i häc X©y dùng ®· ®ãng gãp nh÷ng ý kiÕn quý b¸u ®Ó t¸c gi¶ hoµn thµnh cuèn s¸ch nµy./.

T¸c gi¶

4

Môc lôc Trang Lêi nãi ®Çu 3 Môc lôc 4 Ch¬ng 1: Sù ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn bª t«ng 9

1. Sù ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn bª t«ng trªn thÕ giíi 9 2. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 13

2.1. §Æc ®iÓm vÒ h×nh d¸ng kÝch thíc 13 2.2. §Æc ®iÓm vÒ vËt liÖu 13 2.3. §Æc ®iÓm vÒ t¶i träng t¸c dông 13 2.4. §Æc ®iÓm vÒ sù lµm viÖc 14 2.5. Nguyªn lý lµm viÖc chung cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc 14

3. Mét sè d¹ng c«ng tr×nh biÓn dïng nguyªn lý träng lùc vµ dïng vËt liÖu bª t«ng cèt thÐp 15

3.1. C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh bª t«ng cèt thÐp ®ì çc tuèc bin phong ®iÖn 15 3.2. Çc c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp cã sö dông mãng träng lùc 15 3.3. C«ng tr×nh giµn khoan tù n©ng cã ®Õ mãng theo nguyªn lý

träng lùc 16 4. Çc c«ng tr×nh biÓn b¸n ch×m b»ng bª t«ng cèt thÐp 17 5. Sù ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc ë ViÖt Nam 17

5.1. øng dông nguyªn lý träng lùc ®Ó gia cè çc c«ng tr×nh biÓn thÐp mãng cäc trªn nÒn san h« 17

5.2. X©y dùng Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc ®ì çc ®Ìn biÓn 18 5.3. X©y dùng Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc ®ì çc tuèc bin phong ®iÖn 19 5.4. Çc c«ng tr×nh ven biÓn sö dông kÕt cÊu thïng ch×m bª t«ng cèt

thÐp, lµm viÖc theo nguyªn lý träng lùc 20 Ch¬ng 2: CÊu t¹o chung cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 23

1. CÊu t¹o chung cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc 23 1.1. Thîng tÇng 24 1.2. KÕt cÊu ®ì thîng tÇng 25 1.3. KÕt cÊu trô ®ì 25 1.4. KÕt cÊu khèi ch©n ®Õ 27 1.4.1. Khèi ch©n ®Õ cña mét sè c«ng tr×nh biÓn träng lùc lo¹i nhá 27 1.4.2. Khèi ch©n ®Õ mét sè giµn khoan biÓn träng lùc bª t«ng 32 1.4.3. Ch©n khay 34

2. So s¸nh c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng vµ c«ng tr×nh biÓn thÐp 35 2.1. u nhîc ®iÓm cña çc c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp 35 2.2. u nhîc ®iÓm cña çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 35

3. Çc bµi to¸n c¬ b¶n trong thiÕt kÕ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 36 3.1. Chän s¬ ®å kÕt cÊu vµ quy m« çc bé phËn cña c«ng tr×nh 36

3.1.1. Çc s¬ liÖu b©n ®Çu 36 3.1.2. Chän s¬ bé kÝch thíc vµ s¬ ®å kÕt cÊu c«ng tr×nh 36

5

3.1.2.1. TÝnh chiÒu cao khèi ch©n ®Õ 37 3.1.2.2. Lùa chän s¬ bé kÝch thíc khèi thîng tÇng 37 3.1.2.3. Lùa chän s¬ bé kÝch thíc kÕt cÊu ®ì thîng tÇn 38 3.1.2.4. Lùa chän s¬ bé sè lîng vµ kÝch thíc trô ®ì 39 3.1.2.5. Lùa chän h×nh d¸ng vµ kÝch thíc khèi ®Õ 39

3.2. KiÓm tra s¬ bé kÝch thíc h×nh häc cña c«ng tr×n 39 3.2.1. KiÓm tra s¬ bé ®iÒu kiÖn æn ®Þnh vÞ trÝ - kiÓm tra ®iÒu kiÖn lËt 39 3.2.2. KiÓm tra s¬ bé c«ng tr×nh trong çc giai ®o¹n thi c«ng 40 3.2.2.1 S¬ lîc qu¸ tr×nh thi c«ng c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 40 3.2.2.2. KiÓm tra s¬ bé æn ®Þnh næi cña c«ng tr×nh trong çc giai ®o¹n

thi c«ng 46 3.3 Çc bíc tÝnh to¸n thiÕt kÕ kü thuËt c«ng tr×nh biÓn träng lùc 47 3.4 Çc bµi to¸n phôc vô thiÕt kÕ kü thuËt c«ng tr×nh biÓn träng lùc

bª t«ng 47 Ch¬ng 3: X¸c ®Þnh t¶i träng lªn c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 48

1. Çc t×nh huèng ®Ó x¸c ®Þnh t¶i träng lªn c«ng tr×nh biÓn 48 2. Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh 48

2.1. T¶i träng thêng xuyªn 48 2.2. Ho¹t t¶i 48 2.3. T¶i träng biÕn d¹ng 49 2.4. T¶i träng m«i trêng 49 2.5. T¶i träng sù cè 49 2.6. T¶i träng ®éng ®Êt 49

3. Tæ hîp t¶i träng 50 4. X¸c ®Þnh t¶i träng giã lªn c«ng tr×nh 50

4.1. BiÓu thøc tæng qu¸t tÝnh to¸n t¶i träng giã 50 4.2. TÝnh to¸n t¶i träng giã theo quan ®iÓm tiÒn ®Þnh 52

4.2.1. TÝnh t¶i träng giã theo Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCVN 2737-95 52 4.2.1.1. X¸c ®Þnh qt 52 4.2.1.2. Thµnh phÇn ®éng cña t¶i träng giã 53 4.2.2. TÝnh t¶i träng giã theo Tiªu chuÈn, Quy ph¹m kh¸c 58

5. X¸c ®Þnh t¶i träng dßng ch¶y lªn c«ng tr×nh 59 5.1. X¸c ®Þnh v©n tèc dßng ch¶y 59 5.2. X¸c ®Þnh t¶i träng dßng ch¶y 60

6. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng lªn C«ng tr×nh biÓn träng lùc 61 6.1. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh biÓn träng lùc kÝch thíc nhá 61 6.2. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh biÓn träng lùc kÝch thíc lín 62

6.2.1. §Æt bµi to¸n 62 6.2.2. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng nhiÔu x¹ t¸c dông lªn c«ng tr×nh 64

6.3. Sãng nhiÔu x¹ tac dông lªn bÓ trô ®Æt ch×m díi ®¸y biÓn 67 6.4. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng t¸c dông lªn mét nhãm trô th¼ng ®øng 70 6.5. Trêng hîp nhãm gåm nhiÒu trô ®øng xÕp nhiÒu hµng 73 6.6. TÝnh gÇn ®óng t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh kÝch thíc lín 76

6

Ch¬ng 4: TÝnh kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 78 1. M« h×nh ho¸ kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng theo

ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n 78 1.1. S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu ®ì thîng tÇng 78 1.2. M« h×nh ho¸ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ theo ph¬ng ph¸p phÇn tö

h÷u h¹n 78 2. M« h×nh ho¸ t¶i träng theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n 78

2.1. M« h×nh ho¸ t¶i träng thîng tÇng : 79 2.2. M« h×nh ho¸ t¶i träng giã 81 2.3. M« h×nh ho¸ t¶i träng sãng 82 2.4. M« h×nh ho¸ ¸p lùc thuû tÜnh 83

3. M« h×nh ho¸ nÒn ®Êt 83 3.1. S¬ ®å ngµm cøng 83 3.2. S¬ ®å liªn kÕt ®µn håi 85

4. Ph¬ng tr×nh ®éng lùc cña hÖ kÕt cÊu 88 5. Bµi to¸n dao ®éng riªng 88

5.1. Trêng hîp 1 89 5.2. Trêng hîp 2 90

6. TÝnh to¸n ®ång thêi kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc víi nÒn b»ng çc ch¬ng tr×nh tÝnh kÕt cÊu theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n 91

Ch¬ng 5: TÝnh to¸n thiÕt kÕ çc cÊu kiÖn cña kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 94

1. CÊu t¹o chung khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 94 2. TÝnh kÕt cÊu trô ®ì bª t«ng cèt thÐp tiÕt diÖn vµnh khuyªn 95

2.1. TÝnh cèt thÐp thêng trô ®ì tiÕt diÖn vµnh khuyªn 95 2.2. TÝnh cèt thÐp øng suÊt tríc trô ®ì tiÕt diÖn vµnh khuyªn 96

2.2.1. TÝnh cèt thÐp øng suÊt tríc 96 2.2.2. TÝnh çc hao tån øng suÊt tríc - quy ph¹m ViÖt Nam 99 2.2.2.1. Hao tæn do hiÖn tîng chïng øng suÊt khi c¨ng c¬ giíi 99 2.2.2.2. Hao tæn do chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a cèt thÐp c¨ng tríc vµ thiÕt

bÞ nhËn lùc c¨ng 99 2.2.2.3. Hao tæn do biÕn d¹ng cña neo ®Æt thiÕt bÞ c¨ng 99 2.2.2.4. Hao tæn do biÕn d¹ng cña neo ®Æt thiÕt bÞ c¨ng 99 2.2.2.5. Hao tæn do ma s¸t cña cèt thÐp 99 2.2.2.6. Hao tæn do biÕn d¹ng cña khu«n (dïng khu«n thÐp khi chÕ t¹o

cÊu kiÖn c¨ng tríc) 100 2.2.2.7. Hao tæn do co ngãt cña bª t«ng 100 2.2.2.8. Hao tæn do tõ biÕn nh©nh cña bª t«ng 100 2.2.2.9. Hao tæn do tõ biÕn cña bª t«ng x¶y ra sau mét qu¸ tr×nh chÞu

nÐn l©u dµi 101 2.2.2.10. Hao tæn do bª t«ng bÞ cèt thÐp vßng hoÆc cèt thÐp d¹ng lß xo Ðp

lâm xuèng 101

7

2.2.2.11. Hao tæn do biÕn d¹ng Ðp khe nèi gi÷a çc ®o¹n 101 2.3. Çc bµi to¸n kiÓm tra cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc 102

2.3.1. KiÓm tra l¹i øng suÊt trong cèt thÐp cã kÓ ®Õn çc hao tæn øng suÊt tríc trªn tiÕt diÖn ®· gi¶m yÕu 102

2.3.2. KiÓm tra l¹i øng suÊt nÐn trong bª t«ng cã kÓ ®Õn çc hao tæn øng suÊt tríc trªn tiÕt diÖn ®· gi¶m yÕu 102

2.4. T¹o øng suÊt tríc trong bª t«ng vµ cÊu t¹o kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc 103

2.4.1. Kh¸i niÖm chung 103 2.4.2. Çc biÖn ph¸p g©y øng suÊt tríc 104 2.4.3. Çc lo¹i neo vµ çch neo thÐp øng suÊt tríc vµo bª t«ng 105 2.4.4. Çc yªu cÇu cÊu t¹o c¬ b¶n 108 2.4.4.1. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu 108 2.4.4.2. Bè trÝ cèt thÐp trong cÊu kiÖn 108 2.4.4.3. CÊu t¹o thÐp khu vùc sau neo 110

2.4.4.4. Tính chiều dày hợp lí lớp bê tông bảo vệ cốt thép 113 2.4.4.5. VÝ dô vÒ cÊu t¹o cèt thÐp øng suÊt tríc c«ng tr×nh biÓn träng

lùc bª t«ng 114 2.5. Çc bµi to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc 115 2.6. TÝnh gÇn ®óng kÕt cÊu khèi ®Õ vµ kÕt cÊu dÇm trô ®ì 116

2.6.1. TÝnh kÕt cÊu dÇm trô ®ì theo s¬ ®å gÇn ®óng 116 2.6.2. TÝnh çc cÊu kiÖn ®Õ mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc 117 2.6.2.1. CÊu t¹o chung ®Õ mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc 117 2.6.2.2. Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn khèi ch©n ®Õ trong tr¹ng th¸i thi

c«ng ®¸nh ch×m 117 2.6.2.3. Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn khèi ch©n ®Õ trong tr¹ng th¸i

khai th¸c 118 2.6.2.4. S¬ ®å tÝnh gÇn ®óng çc cÊu kiÖn tÊm cña khèi ®Õ 119 Ch¬ng 6: NÒn mãng C«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 121

1. Mét sè kh¸i niÖm 121 1.1. Kh¸i niÖm chung vÒ sù lµm viÖc cña nÒn mãng c«ng tr×nh biÓn

träng lùc 121 1.2. Çc t×nh huèng t¶i träng t¸c dông lªn nÒn mãng 121

2. Bµi to¸n æn ®Þnh vÞ trÝ c«ng tr×nh biÓn träng lùc 122 2.1. Bµi to¸n æn ®Þnh lËt 122 2.2. Bµi to¸n æn ®Þnh trît ngang 123 2.3. X¸c ®Þnh ¸p lùc nÒn díi ®Õ mãng chÞu nÐn lÖch t©m 125 2.3.1. Mãng lÖch t©m bÐ 125 2.3.2. Mãng lÖch t©m lín 126

2.3.3. Dù b¸o ®é lón mãng träng lùc 127 3. TÝnh nÒn mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc theo quy ph¹m

API vµ DnV 127 3.1. TÝnh kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña nÒn 127

8

3.1.1. §iÒu kiÖn an toµn cña mãng träng lùc 127 3.1.1.1. Ñieàu kieän an toaøn cuûa moùng troïng löïc theo API 127

3.1.1.2. Ñieàu kieän an toaøn cuûa moùng troïng löïc theo DnV 128 3.1.2. TÝnh ̧ p lùc nÒn díi mãng träng lùc - diÖn tÝch hiÖu dông 128

3.1.2.1. Dieän tích hieäu duïng cuûa moùng chöõ nhaät 128 3.1.2.2. Dieän tích hieäu duïng cuûa moùng troøn 130 3.1.2.3. AÙp löïc neàn leân moùng troïng löïc theo API 130 3.1.2.4. AÙp löïc neàn leân moùng troïng löïc theo DnV 130

3.1.3. Søc chÞu t¶i cña mãng theo ®Êt nÒn 131 3.1.3.1. Söùc chòu taûi cuûa moùng theo ñaát neàn trong tröôøng hôïp moùng

chòu neùn ñuùng taâm 131 3.1.3.2. Söùc chòu taûi cuûa moùng theo ñaát neàn khi moùng chòu neùn leänh

taâm, tính theo API 132 3.1.3.3. Söùc chòu taûi cuûa moùng theo ñaát neàn khi moùng chòu neùn leänh

taâm, tính theo DnV 136 3.1.4. Søc kh¸ng trît ngang cña ®Êt nÒn 141

3.1.4.1. Søc kh¸ng trît ngang cña ®Êt nÒn theo API 141 3.1.4.2. Søc kh¸ng trît ngang cña ®Êt nÒn theo DnV 141

3.2. TÝnh chuyÓn dÞch cña nÒn vµ mãng chÞu t¶i träng tÜnh 142 3.2.1. TÝnh chuyÓn dÞch tøc thêi 142

3.2.2. TÝnh lón cè kÕt s¬ cÊp 143 3.3. Tính löïc khaùng xuyeân cuûa neàn ñaát ñoái vôùi chaân khay 144

3.3.1. Coâng thöùc toång quaùt tính löïc khaùng xuyeân ñoái vôùi chaân khay 144 3.3.2. Löïc khaùng xuyeân vôùi tröôøng hôïp chaân khay baèng theùp 144 3.3.3. Löïc khaùng xuyeân vôùi tröôøng hôïp chaân khay baèng beâ toâng 145

Tµi liÖu tham kh¶o 147

9

Ch¬ng 1 sù ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn bª t«ng ThÒm §¹i d¬ng réng lín vµ rÊt cã ý nghÜa trong viÖc cung cÊp cho con

ngêi çc nguån níc, kho¸ng s¶n, thøc ¨n, n¨ng lîng, nguyªn liÖu, nhiªn liÖu,...§Ó khai th¸c ®îc nh÷ng nguån tµi nguyªn biÓn quý gi¸ , con ngêi cÇn ph¶i cã çc ph¬ng tiÖn ®Ó chinh phôc biÓn, çc ph¬ng tiÖn ®ã lµ: çc c«ng tr×nh x©y dùng trªn biÓn, çc ph¬ng tiÖn næi,..., cµng ngµy ngêi ta cµng chinh phôc çc vïng biÓn s©u h¬n do vËy çc c«ng tr×nh biÓn ®îc x©y dùng víi quy m« ngµy cµng lín h¬n. Kü thuËt x©y dùng çc giµn khoan biÓn dïng ®Ó th¨m dß vµ khai th¸c dÇu khÝ ngµy cµng hoµn thiÖn vµ ph¸t triÓn. 1. Sù ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn bª t«ng trªn thÕ giíi

N¨m 1973, ngêi ta b¾t ®Çu chÕ t¹o vµ sö dông çc dµn khoan biÓn b»ng bª t«ng cèt thÐp theo nguyªn lý mãng n«ng, gi÷ æn ®Þnh ë vÞ trÝ x©y dùng b»ng träng lîng b¶n th©n vµ t¶i träng c«ng nghÖ vµ ®îc gäi lµ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng, H×nh 1.1.

§Õn nay cã trªn 50 c«ng tr×nh biÓn bª t«ng trªn thÕ giíi ®· ®îc x©y dùng

®Ó phôc vô khai th¸c dÇu khÝ chñ yÕu trªn biÓn B¾c, B¶ng 1.1, víi çc thµnh tùu nh sau:

* Draugen condeep: C«ng tr×nh träng lùc bª t«ng ®Çu tiªn lo¹i mét trô x©y dùng 1993 ë ®é s©u 251,3m níc, H×nh 1.1a, dïng ®Ó khoan, s¶n xuÊt, ngêi ë vµ bÓ chøa.

*Troll condeep: C«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng cña c«ng ty Shell ë biÓn s©u nhÊt thÕ giíi hiÖn nay ®îc x©y dùng n¨m 1995 t¹i má Troll A, biÓn B¾c

H×nh 1.1, Mét sè c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng lo¹i Condeep

a) b) c)

10

ë ®é s©u 303m níc, H×nh 1.1b, H×nh 1.2b. Dù ¸n c«ng tr×nh Troll condeep cho ®é s©u 350m níc t¹i má Heidrun, biÓn B¾c cña c«ng ty Conoco ®· kh«ng ®îc x©y dùng vµ thay b»ng TLP bª t«ng cèt thÐp n¨m 1995.

*Hibernia (Canada) c«ng tr×nh träng lùc bª t«ng chèng b¨ng lín nhÊt thÕ giíi dïng ®Ó khoan, s¶n xuÊt vµ chøa dÇu ë ®é s©u 80m níc, H×nh 1.2a.

H×nh 1.2, C¸c c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng lo¹i Condeep lín nhÊt

B¶ng 1.1, C¸c dù ¸n, c«ng tr×nh biÓn bª t«ng trªn thÕ giíi TT N¨m x©y dùng

Chñ ®Çu t Má Läai kÕt cÊu §é s©u (m) VÞ trÝ ThiÕt kÕ

1 1973 Phillips Ekofisk Tank - DORIS 71 North Sea (N) DORIS 2 1974 Atlantic Richfield Ardjuna Field LPG Barge 43 Indonesia Berger/ ABAM 3 1975 Mobil Beryl A Condeep 3 shafts 118 North Sea (UK) NC/ Olav Olsen 4 1975 Shell Brent B Condeep 3 shafts 140 North Sea (UK) NC/ Olav Olsen 5 1975 Elf Frigg CDP1 CGS 1 shaft, Jarlan Wall 104 North Sea (UK) DORIS 6 1976 Shell Brent D Condeep 3 shafts 140 North Sea (UK) NC/ Olav Olsen 7 1976 Elf Frigg TP1 CGS 2 shafts 104 North Sea (UK) Sea Tank 8 1976 Elf Frigg MCP-01 CGS 1 shaft, Jarlan Wall 94 North Sea (N) DORIS

9 1977 Shell Dunlin A CGS 4 shafts 153 North Sea (UK) ANDOC

a) b)

11

10 1977 Elf Frigg TCP2 Condeep 3 shafts 104 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 11 1977 Mobil Statfjord A Condeep 3 shafts 145 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 12 1977 Petrobras Ubarana-Pub 3 CGS caisson 15 Brazil ? 13 1978 Petrobras Ubarana-Pub 2 CGS caisson 15 Brazil ? 14 1978 Petrobras Ubarana-Pag 2 CGS caisson 15 Brazil ? 15 1978 TAQA Bratani Cormorant A CGS 4 shafts 149 North Sea (UK) Sea Tank 16 1978 Chevron Ninian Central CGS 1 shaft, Jarlan Wall 136 North Sea (UK) DORIS 17 1978 Shell Brent C CGS 4 shafts 141 North Sea (UK) Sea Tank 18 1981 Mobil Statfjord B Condeep 4 shafts 145 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 19 1981 Amoco Canada Tarsiut Island 4 hollow caissons 16 Beaufort Sea ? 20 1982 Phillips Maureen ALC Concrete base artic. LC 92 North Sea (UK) ? 21 1983 Texaco Schwedeneck A* CGS Monotower 25 North Sea (D) DORIS/ IMS 22 1983 Texaco Schwedeneck B* CGS Monotower 16 North Sea (D) DORIS/ IMS 23 1984 Mobil Statfjord C Condeep 4 shafts 145 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 24 1984 Global Marine Super CIDS CGS caisson, Island 16 Beaufort Sea ? 25 1986 Statoil Gullfaks A Condeep 4 shafts 135 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 26 1987 Statoil Gullfaks B Condeep 3 shafts 141 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 27 1988 Norsk Hydro] Oseberg A Condeep 4 shafts 109 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 28 1989 Statoil Gullfaks C Condeep 4 shafts 216 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 29 1989 Hamilton Bros N. Ravenspurn CGS 3 shafts 42 North Sea (UK) Arup 30 1989 Phillips Ekofisk P.B CGS Protection Ring 75 North Sea (N) DORIS 31 1996 Elf Congo N'Kossa Concrete Barge 170 Congo BOS/ Bouygues 32 1993 Shell NAM F3-FB CGS 3 shafts 43 North Sea (NL) Hollandske Bet. 33 1992 Saga Snorre Concrete Foundation

3 cells suction anchores 310 North Sea (N) NC/ Olav Olsen

12

Templates (CFT) 34 1993 Statoil Sleipner A Condeep 4 shafts 82 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 35 1993 Shell Draugen Condeep Monotower 251 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 36 1994 Conoco Heidrun Condeep 350 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 37 1996 BP Harding CGS 109 North Sea (UK) Taylor Wood Eng. 38 1995 Shell Troll A Condeep 4 shafts 303 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 39 1995 Conoco Heidrun TLP Concrete TLP 350 North Sea (N) NC/ Olav Olsen 40 1995 Norsk Hydro Troll B Semisub 325 North Sea (N) DORIS 41 1996 Esso West Tuna CGS 3 shafts 61 Australia Kinhill/ DORIS 42 1996 Esso Bream B CGS 1 shaft 61 Australia Kinhill/ DORIS 43 1996 Ampolex Wandoo CGS 4 shafts 54 Australia Arup 44 1997 Mobil Hibernia CGS 4 shafts 80 Canada DORIS 45 1999 Amerada Hess South Arne CGS 1 shaft 60 North Sea (DK) Taylor Woodrow 46 2000 Shell Malampaya CGS 4 shafts 43 Philippines Arup

47 2005 Sakhalin Energy Investment Company Ltd. (SEIC)

Lunskoye A CGS 4 shafts 48 Sakhalin (R) AK/ GMAO

48 2005 Sakhalin Energy Investment Company Ltd. (SEIC)

Sakhalin PA-B CGS 4 shafts 30 Sakhalin (R) AK/ GMAO

49 2008 Exxon Mobil Adriatic LNG LNG terminal 29 Adriatic Sea (I) AK/ GMAO

50 2008

MPU Heavy Lifter (MPU filed for bankruptcy before completion, it was thereafter demolished)

Heavy Lift Vessel LWA n/a na Olav Olsen

51 2012 Exxon Neftegas Limited (ENL) Sakhalin-1 Arkutun Dagi (Golden Eagle)

GBS 4 shafts 33 Sakhalin-1 (R) AK/ GMAO 52 2015 ExxonMobil Canada Properties Hebron GBS Monotower 109 Canada KKC/ GMAO

13

2. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 2.1 §Æc ®iÓm vÒ h×nh d¸ng kÝch thíc: Do yªu cÇu æn ®Þnh t¹i vÞ trÝ x©y dùng b»ng träng lîng b¶n th©n, do yªu cÇu chèng lËt khi khai th¸c c«ng tr×nh vµ yªu cÇu æn ®Þnh næi trong qu¸ tr×nh thi c«ng khi lai d¾t c«ng tr×nh ra vÞ trÝ x©y dùng, çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc thêng cã kÝch thíc lín. VÝ dô: C«ng tr×nh träng lùc x©y dùng ë ®é s©u 100 mÐt níc cã phÇn ®Õ gåm 7 xil« ghÐp l¹i víi ®êng kÝnh mçi xi l« lµ 26m vµ trô ®ì (trêng hîp mét trô ®ì) cã ®êng kÝnh ch©n trô lµ 26m. KÝch thíc lín ¶nh hëng ®Õn viÖc x¸c ®Þnh t¶i träng lªn c«ng tr×nh, nhÊt lµ t¶i träng sãng. 2.2 §Æc ®iÓm vÒ vËt liÖu: C«ng tr×nh biÓn träng lùc thêng ®îc chÕ t¹o b»ng bª t«ng cèt thÐp.

- Bª t«ng dïng trong c«ng tr×nh biÓn thêng lµ bª t«ng cêng ®é cao (m¸c 500, 600, 700, ....,1000 vµ cao h¬n n÷a), vµ dïng çc phô gia ®Æc biÖt ®Ó chèng x©m thùc, chèng ¨n mßn bª t«ng trong m«i trêng biÓn [61].

- Hµm lîng cèt thÐp trong bª t«ng dïng trong c«ng tr×nh biÓn thêng lín ~10% nÕu bª t«ng bÞ x©m thùc do nøt hoÆc kh¶ n¨ng chèng thÊm cña bª t«ng kh«ng cao th× cèt thÐp bÞ ¨n mßn (rØ) rÊt nhanh, khi bÞ rØ cèt thÐp t¨ng thÓ tÝch vµ ph¸ vì bª t«ng, g©y h háng c«ng tr×nh [61].

- B¶n th©n vËt liÖu bª t«ng lµ mét vËt liÖu hçn hîp, bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc lµ vËt liÖu hçn hîp ®a thµnh phÇn.

2.3 §Æc ®iÓm vÒ t¶i träng t¸c dông: Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh biÓn träng lùc bao gåm: T¶i träng cè ®Þnh (Träng lîng b¶n th©n, t¶i träng thiÕt bÞ g¾n cè ®Þnh trªn c«ng tr×nh, ¸p lùc thuû tÜnh t¸c dông lªn kÕt cÊu n»m díi mùc níc tÜnh - ¸p lùc thuû tÜnh thêng rÊt lín, tuú theo ®é s©u cña níc biÓn ¸p lùc thuû tÜnh cã thÓ ®¹t tíi trÞ sè hµng chôc thËm chÝ hµng tr¨m tÊn trªn mÐt vu«ng); Ho¹t t¶i (T¶i träng c«ng nghÖ); t¶i träng do biÕn d¹ng (øng suÊt tríc, nhiÖt ®é, tõ biÕn, co ngãt, lón kh«ng ®Òu); t¶i träng do sù cè (va ch¹m, ®éng ®Êt); t¶i träng do chÕ t¹o, vËn chuyÓn, l¾p ®Æt; t¶i träng m«i trêng (t¶i träng giã vµ t¶i träng sãng). Trong çc lo¹i t¶i träng nªu trªn, t¶i träng sãng vµ giã t¸c dông ®éng vµ lµ hai lo¹i t¶i träng nguy hiÓm nhÊt ®èi víi c«ng tr×nh.

§èi víi c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh, t¶i träng giã chiÕm mét phÇn kh«ng ®¸ng kÓ kho¶ng (~10%÷15%) trong toµn bé t¶i träng m«i trêng t¸c dông lªn c«ng tr×nh. §èi víi t¶i träng giã cho phÐp tÝnh theo tùa tÜnh [1], [54].

T¶i träng sãng t¸c dông lªn c«ng tr×nh biÓn mang tÝnh chÊt t¸c dông ®éng tréi tuyÖt ®èi vµ phô thuéc vµo h×nh d¸ng, kÝch thíc, ®é cøng cña c«ng tr×nh.

14

Khi kÝch thíc tiÕt diÖn ngang cña c«ng tr×nh trong kho¶ng 0,2<D/L<1, víi D lµ chiÒu réng mÆt ch¾n sãng cña c«ng tr×nh (D lµ ®êng kÝnh nÕu c«ng tr×nh h×nh trô) vµ L lµ chiÒu dµi sãng tíi, th× trong trêng hîp nµy, kÝch thíc c«ng tr×nh ®ñ lín ®Ó lµm thay ®æi chÕ ®é chuyÓn ®éng cña sãng, khi ®ã t¶i träng sãng t¸c dông lªn c«ng tr×nh bao gåm t¶i träng do sãng tíi vµ t¶i träng do sãng nhiÔu x¹ [54]. §èi víi t¶i träng sãng, viÖc tÝnh tùa tÜnh cha ph¶n ¸nh ®óng sù lµm viÖc thùc cña c«ng tr×nh, ®ßi hái ph¶i gi¶i bµi to¸n ®éng [54]. 2.4 §Æc ®iÓm vÒ sù lµm viÖc:

- C¸c kÕt cÊu träng lùc ®îc gi÷ æn ®Þnh b»ng träng lîng b¶n th©n vµ träng lîng c«ng nghÖ ®Ó chèng l¹i lùc ngang g©y lËt.

- Trong tr¹ng th¸i thi c«ng, c«ng tr×nh biÓn träng lùc tù næi ®Ó lai d¾t ra vÞ trÝ x©y dùng nh mét ph¬ng tiÖn næi.

- Trong tr¹ng th¸i khai th¸c, phÇn ®Õ mãng c«ng tr×nh ®îc khai th¸c nh mét hÖ thèng bÓ chøa.

- C«ng tr×nh biÓn lµm viÖc trong m«i trêng x©m thùc m¹nh. Nh vËy, khi c«ng tr×nh lµm viÖc trong tr¹ng th¸i thi c«ng còng nh khai

th¸c ®ßi hái kh¶ n¨ng chèng nøt rÊt cao. Bèn ®Æc ®iÓm c¬ b¶n nªu trªn cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng cèt

thÐp ®· thÓ hiÖn néi dung cña bµi to¸n ®éng lùc häc phi tuyÕn vËt liÖu. NÕu ¸p dông bµi to¸n ®éng lùc häc phi tuyÕn vËt liÖu ®Ó ph©n tÝch tr¹ng th¸i øng suÊt - biÕn d¹ng cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng kÝch thíc lín th× cã thÓ ph¶n ¸nh ®îc tr¹ng th¸i lµm viÖc thùc cña c«ng tr×nh. 2.5. Nguyªn lý lµm viÖc chung cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc

- C«ng tr×nh biÓn träng lùc lµ lo¹i c«ng tr×nh theo nguyªn lý mãng n«ng, ®øng æn ®Þnh trªn mÆt ®¸y biÓn nhê träng lîng b¶n th©n vµ träng lîng c«ng nghÖ.

- Mét trong nh÷ng u ®iÓm næi bËt cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc lµ toµn bé (hoÆc phÇn lín) kÕt cÊu c«ng tr×nh ®îc chÕ t¹o ë ven bê, sau ®ã lai d¾t c«ng tr×nh ra vÞ trÝ x©y dùng ®¸nh ch×m xuèng vÞ trÝ x©y dùng, gi¶m thiÓu thêi gian thi c«ng ngoµi kh¬i, tr¸nh ®îc nh÷ng rñi ro khi thi c«ng ngoµi kh¬i.

- §Ó tËn dông ®îc u ®iÓm trªn ®©y, c¸c c«ng tr×nh ph¶i ®îc thiÕt kÕ sao cho tù næi æn ®Þnh trong qu¸ tr×nh lai d¾t tõ vÞ trÝ thi c«ng ven bê ®Õn n¬i x©y dùng c«ng tr×nh. §Ó t¨ng æn ®Þnh cho c«ng tr×nh, thêng cÊu t¹o phÇn ®Õ lín ®Ó h¹ thÊp träng t©m c«ng tr×nh. Träng t©m cµng gÇn ®¸y biÓn c«ng tr×nh cµng æn ®Þnh.

15

3. Mét sè d¹ng c«ng tr×nh biÓn dïng nguyªn lý träng lùc vµ dïng vËt liÖu bª t«ng cèt thÐp

3.1. C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh bª t«ng cèt thÐp ®ì çc tuèc bin phong ®iÖn HiÖn nay trªn thÕ giíi ®ang ph¸t triÓn x©y dùng çc nhµ m¸y ®iÖn sö dông n¨ng lîng t¸i t¹o - phong ®iÖn, H×nh 1.3. Çc vïng ven biÓn cã tiÒm n¨ng phong ®iÖn rÊt lín. KÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn kiÓu träng lùc ®îc sö dông réng r·i ®Ó ®ì çc tua bin phong ®iÖn vµ ®· tá ra kh¸ hiÖu qu¶ v× cã thÓ s¶n xuÊt c«ng nghiÖp trong nhµ m¸y vµ l¾p ghÐp hµng lo¹t t¹i vÞ trÝ x©y dùng. §©y lµ c¬ héi ph¸t triÓn lín ®Ó thiÕt kÕ vµ x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc lo¹i nhá. §èi víi çc c«ng tr×nh phong ®iÖn x©y dùng ë vïng níc s©u, sö dông kÕt cÊu næi cã neo gi÷ (neo xiªn hoÆc neo ®øng), H×nh 1.3, trô ®ì b»ng bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc cã u ®iÓm vît tréi vÒ tÝnh æn ®Þnh cña c«ng tr×nh.

H×nh 1.3, Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

vµ çc c«ng tr×nh biÓn næi cã neo gi÷ ®Ó ®ì çc tua bin phong ®iÖn 3.2. Çc c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp cã sö dông mãng träng lùc Trªn thùc tÕ cã nhiÒu vÝ trÝ x©y dùng mµ nÒn ®Êt kh«ng phï hîp ®Ó thiÕt kÕ vµ thi c«ng çc lo¹i mãng s©u (cäc). Khi ®ã cã thÓ sö dông kÕt cÊu ch©n ®Õ b»ng thÐp d¹ng jacket vµ kÕt cÊu mãng khèi lín theo nguyªn lý träng lùc (mãng n«ng), H×nh 1.4. Çc ®iÒu kiÖn biªn ®Ó tÝnh néi lùc cña hÖ thèng kÕt cÊu trªn H×nh 1.4 hoµn toµn theo nguyªn lý träng lùc. Çc bµi to¸n nÒn, mãng hoµn toµn gi¶i theo nguyªn lý träng lùc. KÕt cÊu khèi ®Õ ®îc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ gièng nh

16

kÕt cÊu khèi ®Õ bª t«ng träng lùc. KÕt cÊu ch©n ®Õ (jacket) ®îc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ nh kÕt cÊu ch©n ®Õ cña c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp, víi c¸c biªn lµ liªn kÕt gi÷ ch©n ®Õ vµ ®Õ mãng thay cho liªn kÕt gi÷ ch©n ®Õ vµ cäc.

H×nh 1.4, C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp, mãng träng lùc 3.3. C«ng tr×nh giµn khoan tù n©ng cã ®Õ mãng theo nguyªn lý träng lùc

H×nh 1.5, C«ng tr×nh giµn khoan tù n©ng mãng träng lùc a) Tr¹ng th¸i di chuyÓn; b), c), d) c¸c tr¹ng th¸i khai th¸c

Trong trạng thái khai thác của giàn khoan tự nâng, khi đế chân đã được đặt ổn định xuống đáy biển và thân giàn đã được nâng cao đến vị trí thiết kế, giàn khoan tự nâng hoạt động giống như một giàn khoan cố định. Về nguyên lý, việc tính toán, thiết kế kết cấu giàn khoan tự nâng có móng trọng lực trong trạng thái khai thác giống như đối với công trình biển cố định bằng thép có nhiều chân đế trên móng trọng lực.

a)

d) c)

b)

17

4. Çc c«ng tr×nh biÓn b¸n ch×m b»ng bª t«ng cèt thÐp C«ng tr×nh næi neo ®øng (TLP) næi tiÕng thÕ giíi dïng kÕt cÊu th©n b»ng bª t«ng cèt thÐp cña c«ng ty Conoco x©y dùng t¹i má Heidrun n¨m 1995 ë ®é s©u 350m níc, H×nh 1.1c. HiÖn nay hµng lo¹t çc c«ng tr×nh biÓn b¸n ch×m dïng kÕt cÊu th©n chÝnh b»ng bª t«ng cèt thÐp ®· ®îc x©y dùng, H×nh 1.6. Çc ®iÒu kiÖn biªn ®Ó tÝnh to¸n tæng thÓ hÖ thèng kÕt cÊu çc c«ng tr×nh biÓn næi cã neo gi÷, H×nh 1.6, kh«ng gièng çc ®iÒu kiÖn biªn ®Ó tÝnh to¸n tæng thÓ hÖ thèng kÕt cÊu çc c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh kiÓu träng lùc. Tuy nhiªn sau khi ®· x¸c ®Þnh ®îc néi lùc vµ chuyÓn vÞ cña hÖ thèng th× viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ kÕt cÊu chÝnh lµ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp gièng nh tÝnh to¸n, thiÕt kÕ kÕt cÊu chÝnh cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng.

H×nh 1.6, Mét sè c«ng tr×nh biÓn b¸n ch×m dïng kÕt cÊu th©n chÝnh b»ng bª t«ng cèt thÐp

5. Sù ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc ë ViÖt Nam 5.1. øng dông nguyªn lý träng lùc ®Ó gia cè çc c«ng tr×nh biÓn thÐp mãng

cäc trªn nÒn san h« Nh÷ng n¨m 80 cña thÕ kü XX, ë ViÖt Nam ®· x©y dùng hµng chôc c«ng tr×nh thÐp, mãng cäc trªn nÒn sah h« - Çc c«ng tr×nh DKI. Sau kho¶ng 10 n¨m x©y dùng, toµn bé çc c«ng tr×nh DKI ®· bÞ rung l¾c, cã mét sè c«ng tr×nh ®· bÞ ph¸ hñy [30], [32].

18

Cã nhiÒu nguyªn nh©n dÉn ®Õn sù cè ë çc c«ng tr×nh DKI. Tuy nhiªn nguyªn nh©n c¨n b¶n lµ khi thi c«ng ®ãng çc cäc thÐp ®· ph¸ vì d¹ng tinh thÓ cña nÒn san h«. Trong qu¸ tr×nh sö dông, çc c«ng tr×nh chÞu t¶i träng ®éng do sãng biÓn, c«ng tr×nh bÞ rung l¾c m¹nh vµ theo thêi gian, ma s¸t gi÷a cäc vµ nÒn san h« gi¶m dÇn vµ dÉn ®Õn ph¸ hñy c«ng tr×nh [30], [32]. Cuèi nh÷ng n¨m 90 cña thÕ kû XX, çc c«ng tr×nh DKI trªn nÒn san h« ®· ®îc gia cè b»ng çch g¾n çc khèi bª t«ng träng lùc vµo çc kÕt cÊu chÝnh cña khèi ch©n ®Õ ®Ó thay ®æi nguyªn lý lµm viÖc cña c«ng tr×nh tõ mãng cäc sang nguyªn lý mãng träng lùc [30], [32]. 14 c«ng tr×nh DKI ®· ®îc gia cè nh H×nh 1.7. HiÖn nay çc c«ng tr×nh DKI thÕ hÖ míi còng ®ang ®îc x©y dùng theo nguyªn lý träng lùc, kÕt hîp víi khèi ch©n ®Õ b»ng thÐp.

H×nh 1.7, Dïng nguyªn lý träng lùc ®Ó gia cè çc c«ng tr×nh DKI a) S¬ ®å ghÐp çc khèi träng lùc b»ng bª t«ng; b) M« t¶ qu¸ tr×nh l¾p ghÐp; c) ¶nh chôp qu¸ tr×nh l¾p ghÐp t¹i hiÖn trêng; d) C«ng tr×nh ®· gia cè xong

5.2. X©y dùng Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc ®ì çc ®Ìn biÓn ë ViÖt Nam ®· cã nhiÒu nghiªn cøu x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc b»ng bª t«ng [4], [20]. Tõ nh÷ng n¨m 2007 ®Õn nay, ®· øng dông nguyªn lý träng lùc ®Ó x©y dùng çc kÕt cÊu ®ì ®Ìn biÓn t¹i ven çc ®¶o thuéc Trêng Sa: §¶o Trêng Sa Lín, ®¶o S¬n Ca, ®¶o Sinh Tån vµ ®¶o Nam YÕt [38]. Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng ®Ó ®ì çc ®Ìn biÓn ®îc x©y dùng ë çch bê ®¶o kho¶ng 150m trªn thÒm san h«, H×nh 1.8. §©y lµ çc c«ng tr×nh ®Çu tiªn ®îc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ hoµn toµn theo nguyªn lý träng lùc vµ øng dông x©y dùng thµnh c«ng trªn biÓn cña ViÖt Nam [34], [38].

a)

d)

c)

b)

19

H×nh 1.8, C«ng tr×nh biÓn träng lùc ®ì ®Ìn biÓn ë ven ®¶o Trêng Sa Lín [38] 5.3. X©y dùng Çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc ®ì çc tuèc bin phong ®iÖn Nh÷ng n¨m gÇn ®©y ë ViÖt Nam ®· x©y dùng çc nhµ m¸y ®iÖn sö dông søc giã. Çc c«ng tr×nh ®ì çc tuèc bin phong ®iÖn b»ng bª t«ng theo nguyªn lý träng lùc ®· ®îc x©y dùng cho vïng ven biÓn thuéc dù ¸n phong ®iÖn Ninh ThuËn, Cµ M©u, B¹c Liªu, H×nh 1.9. ViÖc ph¸t triÓn çc dù ¸n phong ®iÖn ë ven biÓn lµ tiÒm n¨ng lín ®Ó ph¸t triÓn x©y dùng çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng hoÆc çc d¹ng c«ng tr×nh biÓn bª t«ng.

H×nh 1.9, Çc cét ®iÖn giã thuéc Nhµ m¸y ®iÖn giã B¹c Liªu (nguån Internet)

20

5.4. Çc c«ng tr×nh ven biÓn sö dông kÕt cÊu thïng ch×m bª t«ng cèt thÐp, lµm viÖc theo nguyªn lý träng lùc

Nguyªn lý träng lùc cã thÓ ®îc ¸p dông ®Ó x©y dùng çc c¶ng níc s©u, çc hÇm vît s«ng,...ë ViÖt Nam cã hai c«ng tr×nh lín ®· øng dông thµnh c«ng nguyªn lý träng lùc ®Ó x©y dùng b»ng viÖc dïng çc thïng ch×m bª t«ng cèt thÐp cí lín, ®ã lµ c«ng tr×nh hÇm vît s«ng Sµi Gßn; C¶ng níc s©u Çi L©n, Qu¶ng Ninh; §ª ch¾n sãng Tiªn Sa, §µ N½ng. HÇm vît s«ng Sµi Gßn ®îc cÊu t¹o tõ bèn ®o¹n hÇm, mçi ®o¹n nÆng 27.000 tÊn, ®îc chÕ t¹o t¹i ô kh« t¹i Nh¬n Tr¹ch, §ång Nai, H×nh 1.10. Çc ®o¹n hÇm ®îc kÐo ra khái ô kh«, neo ®Ëu trªn s«ng Lßng TÇu, Nhµ BÌ chuÈn bÞ cho qu¸ tr×nh lai d¾t vÒ vÞ trÝ x©y dùng t¹i thñ Thiªm, H×nh 1.11. Çc ®o¹n hÇm ®îc kÐo 22 km trªn s«ng §ång Nai vµ ®¸nh ch×m xuèng ®¸y s«ng t¹i vÞ trÝ x©y dùng, H×nh 1.12. §êng hÇm Thñ Thiªm hoµn thµnh, H×nh 1.13, cã chiÒu dµi 1490m, réng 33m.

H×nh 1.10, Bèn ®o¹n hÇm ®îc ®óc t¹i b·i ®óc Nh¬n Tr¹ch, §ång Nai

H×nh 1.11, Çc ®o¹n hÇm ®îc neo trªn s«ng Lßng TÇu

21

H×nh 1.12, Çc ®o¹n hÇm ®îc kÐo trªn s«ng vµ ®¸nh ch×m t¹i vÞ trÝ x©y dùng a) KÐo çc ®o¹n hÇm trªn s«ng; b) §¸nh ch×m çc ®o¹n hÇm t¹i vÞ trÝ x©y dùng

H×nh 1.13, HÇm Thñ Thiªm

C¶ng níc s©u Çi L©n, Qu¶ng Ninh, H×nh 1.14, §ª ch¾n sãng Tiªn Sa, §µ N½ng, H×nh 1.15, ®îc x©y dùng theo nguyªn lý träng lùc dùa trªn viÖc l¾p ®Æt çc thïng ch×m kÝch thíc lín b»ng bª t«ng cèt thÐp, H×nh 1.16.

H×nh 1.14, C¶ng níc s©u Çi L©n a) Tæng thÓ c¶ng Çi L©n; b) Mét gãc bÕn c¶ng Çi L©n

a) b)

a) b)

22

H×nh 1.15, §ª ch¨n sãng Tiªn Sa, §µ N½ng

H×nh 1.16, Çc thïng ch×m b»ng bª t«ng cèt thÐp ®Ó x©y dùng c¶ng Çi L©n

Qu¸ tr×nh thi c«ng, chÕ t¹o çc kÕt cÊu thïng ch×m ®Ó x©y dùng çc ®êng hÇm, bÕn c¶ng, ®ª ch¾n sãng ®îc thùc hiÖn theo çc nguyªn lý thi c«ng çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc. ViÖc tÝnh to¸n kiÓm tra ®é bÒn cña kÕt cÊu çc thïng ch×m, H×nh 1.10 vµ H×nh 1.16, ®îc thùc hiÖn gièng nh tÝnh kiÓm tra ®é bÒn ®Õ mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng trong tr¹ng th¸i chÕ t¹o, h¹ thñy, vËn chuyÓn trªn biÓn, ®¸nh ch×m t¹i vÞ trÝ x©y dùng vµ khai th¸c c«ng tr×nh.

23

Ch¬ng 2 CÊu t¹o chung cña C«ng tr×nh biÓn träng lùc Bª t«ng 1. CÊu t¹o chung cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc

C«ng tr×nh biÓn kiÓu träng lùc ®îc cÊu t¹o tõ bèn phÇn, H×nh 2.1: thîng tÇng (I), kÕt cÊu ®ì thîng tÇng (II), trô ®ì (III) vµ khèi ®Õ (IV), ch©n khay (V) lµ phÇn kÐo dµi cña khèi ®Õ. PhÇn kÕt cÊu bao gåm trô ®ì vµ ®Õ mãng gäi chung lµ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ.

d d

IV

III

III

V

I

II

III

IV

V H×nh 2.1- CÊu t¹o chung cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc

a) C«ng tr×nh biÓn träng lùc lo¹i mét ®Õ; b) Giµn khoan biÓn kiÓu träng lùc I.Thîng tÇng; II. KÕt cÊu ®ì thîng tÇng; III. KÕt cÊu trô ®ì; IV. §Õ mãng; V. Ch©n khay

H×nh 2.2, C¸c hÖ thèng c«ng nghÖ cña mét giµn khoan biÓn träng lùc

Ñöôøng daàu vaøoÑöôøng daàu ra

- 140m

Ñaàu ñöa ñi baùn

-50m

Caùc lôùp caùt vaø seù t

Ñöôøng nöôùc vaøo

Truï BTCT

Ø20m

riser

Ø12

Xiloâ

Töôøng BTCT

Theùp taám

Nöôùc

Caùt daèn

Daàu

Saøn theùp cöùng

Thöôïng taàng

OÁng khai thaùc daàu

a) b)

24

1.1. Thîng tÇng Thîng tÇng cña çc c«ng tr×nh giµn khoan biÓn cè ®Þnh tríc ®©y thêng

®îc cÊu t¹o díi d¹ng çc block modul, H×nh 2.3. Mçi block modul thêng cã träng lîng phï hîp víi mét m· cÈu ®Ó dÔ dµng l¾p ghÐp trªn biÓn. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, do sù ph¸t triÓn çc thiÕt bÞ phôc vô thi c«ng, bao gåm çc cÈu lín, çc sµ lan vËn chuyÓn cì lín, çc b·i l¾p r¸p hiÖn ®¹i, cã thÓ h¹ thñy, cÈu hoÆc vËn chuyÓn çc vËt nÆng hµng chôc ngh×n tÊn. Kü thuËt thi c«ng chÕ t¹o kÕt cÊu thîng tÇng cho çc c«ng tr×nh biÓn còng ph¸t triÓn theo - kü thuËt thîng tÇng toµn khèi, H×nh 2.4.

Kü thuËt thîng tÇng toµn khèi, gép çc giµn nhá l¹i thµnh giµn nÆng, cã quy m« lín h¬n, çc giµn cßn l¹i chØ lµm nhiÖm vô ®ì ®Çu giÕng.

Çc giµn nÆng cã thîng tÇng rÊt lín, nÕu chia thµnh nhiÒu khèi nhá th× viÖc x©y l¾p trªn biÓn gÆp nhiÒu khã kh¨n v× ph¶i thi c«ng l©u trªn biÓn trong ®iÒu kiÖn biÓn lu«n lu«n ®éng. V× vËy cÇn ph¶i nhËp thîng tÇng thµnh çc khèi cã kÝch thíc vµ träng lîng lín, dïng thiÕt bÞ cÈu lín ®Ó thi c«ng, nh»m gi¶m thêi gian thi c«ng trªn biÓn.

H×nh 2.3, Thîng tÇng cña mét dµn khoan biÓn kiÓu MSP ë má B¹ch Hæ a) MÆt b»ng tÇng 2; b) MÆt b»ng tÇng 1; 124 lµ çc block m« ®un thîng tÇng

19

16

1 5

2120

87

1 7 18

12

5

13

10

11

31

9

14

24

10 12 14

13119

23

2217

20

24

24

1 3 5 7

642188

a) b)

25

HiÖn nay víi sù trî gióp cña nh÷ng thiÕt bÞ n©ng lín vµ çc sµ lan vËn chuyÓn cì lín, thîng tÇng cña çc c«ng tr×nh giµn khoan biÓn cã thÓ chØ cßn lµ mét khèi (thîng tÇng toµn khèi) ®îc vËn chuyÓn trªn hÖ thèng çc sµ lan næi vµ l¾p ®Æt trªn biÓn, H×nh 2.4. ViÖc sö dông çc thiÕt bÞ lín vµ c«ng nghÖ thîng tÇng toµn khèi ®· gi¶m ®îc thêi gian thi c«ng trªn biÓn vµ tr¸nh ®îc rñi ro.

H×nh 2.4, Thi c«ng l¾p ®Æt thîng tÇng toµn khèi §èi víi çc c«ng tr×nh dïng lµm tr¹m khÝ tîng h¶i v¨n, phôc vô môc ®Ých

nghiªn cøu biÓn hoÆc lµm çc dÞch vô ngoµi kh¬i, phÇn thîng tÇng ®îc cÊu t¹o gièng nh mét c«ng tr×nh d©n dông, tho¶ m·n çc nhu cÇu sö dông theo môc ®Ých x©y dùng c«ng tr×nh, H×nh 2.5 lµ mét d¹ng thîng tÇng cña mét tr¹m khÝ tîng h¶i v¨n ngoµi biÓn [4]. 1.2. KÕt cÊu ®ì thîng tÇng

Toµn bé phÇn thîng tÇng ®îc ®Æt tùa trªn kÕt cÊu ®ì thîng tÇng, cßn gäi lµ sµn chÞu lùc.

KÕt cÊu ®ì thîng tÇng thêng cã d¹ng sµn ph¼ng ®îc cÊu t¹o b»ng thÐp h×nh hoÆc thÐp èng - H×nh 2.6, hoÆc b»ng bª t«ng cèt thÐp, H×nh 2.7. 1.3. KÕt cÊu trô ®ì KÕt cÊu trô ®ì cã thÓ ®îc chÕ t¹o b»ng thÐp, H×nh 2.8 hoÆc b»ng bª t«ng cèt thÐp, H×nh 2.9. NÕu trô ®ì lµ kÕt cÊu bª t«ng th× thêng dïng kÕt cÊu bª t«ng øng suÊt tríc.

26

KÕt cÊu trô ®ì cã nhiÖm vô ®ì khèi thîng tÇng th«ng qua kÕt cÊu sµn thîng tÇng vµ truyÒn toµn bé t¶i träng (tÜnh t¶i vµ ho¹t t¶i) tõ thîng tÇng vµ kÕt cÊu ®ì thîng tÇng xuèng khèi ®Õ.

Tuú theo cã quy m« cña khèi thîng tÇng mµ kÕt cÊu trô ®ì cã thÓ ®îc cÊu t¹o tõ mét trô hoÆc nhiÒu trô, H×nh 2.10, H×nh 2.11 vµ H×nh 2.12.

Trô ®ì bª t«ng cèt thÐp thêng cã tiÕt diÖn vµnh khuyªn, lîi dông kho¶ng rçng bªn trong cña çc trô ®ì ®Ó ®Æt çc thiÕt bÞ khoan, èng khoan, lµm cÇu thang lªn xuèng vµ phôc vô çc ho¹t ®éng c«ng nghÖ kh¸c, H×nh 2.2. KÝch thíc mÆt c¾t ngang vµ chiÒu dÇy thµnh cña trô ®ì cã thÓ thay ®æi, H×nh 1.8.

H×nh 2.5, Thîng tÇng cña mét tr¹m khÝ tîng h¶i v¨n ngoµi biÓn 1) Líi b¶o vÖ; 2)Tr¹m khÝ tîng vµ s©n bay; 3)CÇu thang; 4) Phßng lµm viÖc; 5) Phßng sinh ho¹t chung; 6) BÕp vµ phßng ¨n; 7) Phßng Y tÕ; 8,9) Phßng ë; 10) Phßng m¸y ph¸t ®iÖn; 11) WC

b

a

b

a

6000

2500

mÆt ®øng dki

6

5 7

4000 4000

11

9

8

10

4000

4000

3000

4000

4000

4000

16000

16000 4000

b-b4

1

5000 3000

3000

5000

5000

3000

16000

3000

160005000

23a-a

27

H×nh 2.6, Mét d¹ng kÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng thÐp h×nh

H×nh 2.7, Mét d¹ng kÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng bª t«ng cèt thÐp toµn khèi 1) DÇm ®ì thîng tÇng; 2) Thµnh trô ®ì;

3) PhÇn giao nhau gi÷a c¸c dÇm ®ì thîng tÇng 1.4. KÕt cÊu khèi ch©n ®Õ

Khèi ch©n ®Õ bao gåm trô ®ì vµ ®Õ mãng. §Õ mãng bª t«ng cèt thÐp thêng cã kÕt cÊu d¹ng xil« hoÆc khèi hép (kÕt cÊu tÊm hoÆc vá) bª t«ng cèt thÐp cã sên hoÆc kh«ng cã sên, kÕt hîp víi/ hoÆc kh«ng cã hÖ thèng dÇm trô ®ì. §Õ mãng cña c¸c c«ng tr×nh träng lùc ®îc cÊu t¹o tõ bª t«ng cèt thÐp thêng hoÆc bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc. 1.4.1. Khèi ch©n ®Õ cña mét sè c«ng tr×nh biÓn träng lùc lo¹i nhá [20], [27]

Khèi ch©n ®Õ mét c«ng tr×nh biÓn träng lùc thêng bao gåm mét hoÆc nhiÒu trô ®ì vµ mét hoÆc nhiÒu ®Õ .

3

12

2

13

a)KÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng thÐp h×nh, ch©n ®Õ b»ng thÐp èng b) KÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng thÐp h×nh, ch©n ®Õ b»ng bª t«ng c) vµ d). KÕt cÊu ch©n ®Õ vµ kÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng thÐp èng

a) b)

c)

d)

28

ViÖc lùa chän sè lîng trô ®ì cho mét c«ng tr×nh phô thuéc vµo quy m« thîng tÇng.

§Ó lùa chän h×nh d¸ng, kÝch thíc khèi ch©n ®Õ cho çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng cã thÓ tham kh¶o H×nh 1.9, H×nh 1.10 vµ H×nh 1.11. Khèi ch©n ®Õ cã mét trô ®ì vµ mét ®Õ, H×nh 1.9a [27].

§èi víi çc khèi ch©n ®Õ cã nhiÒu trô ®ì vµ nhiÒu ®Õ, çc khèi ®Õ ®îc nèi víi nhau b»ng hÖ thèng dÇm hép bª t«ng cèt thÐp, H×nh 1.10, H×nh 1.11 [27].

H×nh 2.8, Mét sè d¹ng kÕt cÊu trô ®ì b»ng thÐp èng

trªn ®Õ mãng träng lùc bª t«ng cèt thÐp

H×nh 2.9, CÊu t¹o chung kÕt cÊu trô ®ì bª t«ng cèt thÐp

1 1

1 1

1 1

1 1

a) Trô trßn th¼ng ®øng, ®é dÇy thµnh kh«ng ®æi b) Trô trßn th¼ng ®øng, thay ®æi chiÒu dÇy thµnh c) Trô trßn h×nh th¸p kh«ng thay ®æi ®é dÇy thµnh d) Trô trßn h×nh th¸p thay ®æi ®é dÇy thµnh

a) b) c) d)

Dd

1-1

29

h1h2

h3H

A

b1 b2 b1 A

b

Ab1b2b1

h1h2

h3H

A1 1

b

2 2

1 1 22

b

b

B

b1

c

ac cc

A

H×nh 2.10, Khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng víi mét khèi ®Õ vµ mét trô ®ì hoÆc hai khèi ®Õ vµ hai trô ®ì

a)

b) a) Khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh träng lùc lo¹i cã mét trô ®ì. b) Khèi ®Õ c«ng tr×nh träng lùc lo¹i cã hai ®Õ vµ hai trô ®ì.

30

b1 b2 b1 B2B2

b1b2b1

h2H

h6h5

h4h3

h1

bbb

RR

h7

aa B1B2B1

A1

A 2

A 3A

A1

AA2

A3

B1A

B1

H×nh 2.11, Khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh träng lùc lo¹i cã ba trô ®ì vµ ba khèi ®Õ

31

b1b2

b1B2B2

b1b2

b1B1

AB1

B1A

B1b1 b2 b1 B2

B2b1b2b1

b3

b3

b3 b3

R R

B1 B2 B1

h7

a a

h3h1

h 2h4

h5h6

H

b b

H×nh 2.12, Khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh träng lùc lo¹i cã bèn trô ®ì vµ bèn khèi ®Õ

32

1.4.2. Khèi ch©n ®Õ cña mét sè giµn khoan biÓn träng lùc bª t«ng §Õ mãng cña c¸c dµn khoan biÓn kiÓu träng lùc bª t«ng cã thÓ bao gåm

mét hoÆc nhiÒu xi l« kÝch thíc lín, H×nh 2.13.

H×nh 2.13, CÊu t¹o tæng thÓ c«ng tr×nh giµn khoan träng lùc bª t«ng

a). Khèi ch©n ®Õ giµn khoan biÓn träng lùc bª t«ng nhiÒu trô ®ì b) CÊu t¹o tæng thÓ c«ng tr×nh giµn khoan träng lùc bª t«ng

a)

b)

33

H×nh 2.14, Khèi ch©n ®Õ (dù ¸n) c«ng tr×nh träng lùc bª t«ng mét trô ®ì ë ®é s©u 50m níc ®iÒu kiÖn má B¹ch hæ C«ng dông cña khèi ®Õ:

- Dïng chøa c¸c lo¹i vËt liÖu dÇu, chøa níc, chøa dÇu th«, v¨n phßng lµm viÖc díi ®¸y biÓn,…

34

- Gi¶m ¸p lùc lªn nÒn ®Êt. - Phôc vô thi c«ng: tù næi æn ®Þnh khi thi c«ng lai d¾t c«ng tr×nh ra vÞ trÝ

x©y dùng. - Phôc vô khai th¸c: ®Æt thiÕt bÞ khoan vµ chøa dÇu th«. Nguyªn lý cÊu t¹o khèi ®Õ: - Çc khèi ®Õ (xil«) ®îc liªn kÕt víi nhau b»ng vµnh ®ai bª t«ng cãt

thÐp thêng hoÆc bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc. - Çc khèi ®Õ (xil«) cña çc c«ng tr×nh träng lùc lo¹i nhá thêng ®îc

®Èy ra xa nhau ®Ó t¨ng æn ®Þnh cho c«ng tr×nh trong tr¹ng th¸i lai d¾t hoÆc khai th¸c, ®îc nèi cïng b»ng çc kÕt cÊu dÇm hép, H×nh 2.11 vµ H×nh 2.12.

- §¸y khèi ®Õ vµ ch©n khay lµ trô rång cã thÓ chøa khÝ nÐn t¹o ®é næi cho c«ng tr×nh khi di chuyÓn trªn biÓn, khÝ nÐn ®îc th¶i ra ngoµi khi ®¸nh ch×m c«ng tr×nh.

1.4.3. Ch©n khay

H×nh 2.15, CÊu t¹o chung mét sè lo¹i kÕt cÊu ch©n khay Ch©n khay, H×nh 2.15 lµ mét bé phËn cña khèi ®Õ nh»m çc môc ®Ých sau: - T¨ng kh¶ n¨ng chèng trît cho ®Õ mãng nhê mÆt díi cã ®é gå ghÒ do

cÊu t¹o cña ch©n khay. - T¹o thµnh çc buång ng¨n ®Ó b¬m bª t«ng lÊp ®Çy kho¶ng trèng gi÷a

mÆt díi cña ®Õ mãng vµ mÆt nÒn ®Êt lµm ph©n bæ ®Òu h¬n vµ gi¶m

20 40 60m0Tyû leä

Doris(Moû Ekofisk)

(Moû Beryl A, B, D)Condeep

(Moû Dunlin A)Andoc

(Moû Brent C)Seatank

TheùpBeâ toâng coát theùp

35

thiÓu øng suÊt côc bé do tiÕp xóc gi÷a mÆt ®Êt kh«ng ph¼ng víi ®Õ mãng.

- Lµm t¨ng chiÒu dµi tho¸t níc cña ®Êt díi ®¸y mãng, cho phÐp h¹n chÕ hiÖn tîng níc tr«i ®Êt ë hai bªn ®Õ mãng, hoÆc ®Êt bÞ ho¸ láng.

- T¹o têng ch¾n b¶o vÖ ch©n mãng. - HÖ thèng ch©n khay cã vai trß nh mét m¹ng líi dÇm t¨ng cêng lµm

kÕt cÊu ®¸y mãng ®ñ cøng kh«ng bÞ ph¸ huû trong tr¹ng th¸i thi c«ng vµ khai th¸c c«ng tr×nh. Sau khi ®¸nh ch×m ch©n khay c¾m s©u vµo nÒn nh mãng cäc.

- T¹o nªn çc khoang trèng díi ®¸y mãng cã t¸c dông nh ®Öm khÝ lµm gi¶m mãn níc khi lai d¾t c«ng tr×nh trªn biÓn.

2. So s¸nh c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng vµ c«ng tr×nh biÓn thÐp 2.1. u nhîc ®iÓm cña çc c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp

¦u ®iÓm: - KÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn b»ng thÐp lµ kÕt cÊu truyÒn thèng, ë ViÖt Nam

cã ®ñ c¬ së h¹ tÇng vµ ®· cã kinh nghiÖm thiÕt kÕ, thi c«ng, khai th¸c, b¶o dìng d¹ng c«ng tr×nh nµy.

- CÈu l¾p thuËn lîi - C«ng nghÖ kim lo¹i ®ang ph¸t triÓn, s¶n xuÊt ®îc thÐp ®Æc chñng. Nhîc ®iÓm: - §ßi hái ph¶i cã thÐp ®Æc chñng , ViÖt Nam cha s¶n xuÊt ®îc mµ ph¶i

nhËp khÈu b»ng ngo¹i tÖ, kh«ng chñ ®éng trong s¶n xuÊt x©y dùng. - Thêi gian thi c«ng ngoµi biÓn l©u do ph¶i ®ãng cäc vµ l¾p thîng tÇng

trùc tiÕp t¹i vÞ trÝ x©y dùng c«ng tr×nh v× vËy dÔ gÆp sù cè vÒ thêi tiÕt. - Kinh phÝ duy tu b¶o dìng lín v× thÐp dÔ bÞ ¨n mßn trong m«i trêng

biÓn. Kinh phÝ duy tu b¶o dìng ®èi víi c«ng tr×nh biÓn b»ng thÐp trong suèt thêi gian khai th¸c c«ng tr×nh theo th«ng kª t¬ng ®¬ng sè tiÒn ®Çu t x©y dùng ban ®Çu.

2.2. u nhîc ®iÓm cña çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng ¦u ®iÓm: - Sö dông vËt liÖu vµ nh©n c«ng ®Þa ph¬ng, tiÕt kiÖm thÐp ®Æc chñng. - Thêi gian thi c«ng trªn biÓn ng¾n, tr¸nh ®îc rñi ro vÒ thêi tiÕt. - Chi phÝ duy tu b¶o dìng Ýt, vËt liÖu bª t«ng cã ®é bÒn vµ tuæi thä cao

h¬n vËt liÖu thÐp trong m«i trêng x©m thùc m¹nh lµ níc biÓn.

36

- C«ng tr×nh biÓn träng lùc b»ng bª t«ng cã d¹ng khèi lín, chu kú dao ®éng riªng nhá, n»m kh¸ xa chu kú dao ®éng riªng cña sãng v× vËy ¶nh hëng ®éng ®èi víi çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc b»ng bª t«ng Ýt h¬n so víi çc c«ng tr×nh biÓn b»ng thÐp.

- Cã thÓ tËn dông çc phÇn rçng trong khèi ®Õ lµm nhµ ë, lµm bÓ chøa dÇu th« kh«ng ph¶i dïng tÇu chøa næi ngoµi biÓn rÊt tèn kÐm vµ kh«ng an toµn.

Nhîc ®iÓm: - Chi phÝ ban ®Çu lín nhÊt lµ c¬ së h¹ tÇng ®Ó thi c«ng ven bê nh ô kh«

hoÆc çc ®èc næi kÝch thíc lín. - Çc vÊn ®Ò kü thuËt c«ng nghÖ khi lai d¾t, ®¸nh ch×m rÊt phøc t¹p.

3. Çc bµi to¸n c¬ b¶n trong thiÕt kÕ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 3.1. Chän s¬ ®å kÕt cÊu vµ quy m« çc bé phËn cña c«ng tr×nh 3.1.1 Çc sè liÖu ban ®Çu

Çc sè liÖu ban ®Çu ®îc chñ ®Çu t cung cÊp theo yªu cÇu cña ngêi thiÕt kÕ c«ng tr×nh bao gåm:

- Sè liÖu m«i trêng biÓn t¹i n¬i x©y dùng c«ng tr×nh Sè liÖu vÒ sãng; Sè liÖu vÒ dßng ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y ®¸y; Sè liÖu vÒ thuû triÒu; §é s©u níc biÓn; Thµnh phÇn níc biÓn; §é Èm kh«ng khÝ; Sè liÖu vÒ giã - Sè liÖu ®Þa chÊt c«ng tr×nh t¹i vÞ trÝ x©y dùng c«ng tr×nh - Sè liÖu vµ çc yªu cÇu c«ng nghÖ khai th¸c c«ng tr×nh - §iÒu kiÖn, ph¬ng tiÖn vµ thiÕt bÞ thi c«ng

3.1.2 Chän s¬ bé kÝch thíc vµ s¬ ®å kÕt cÊu c«ng tr×nh - Tõ sè liÖu vµ çc yªu cÇu c«ng nghÖ khai th¸c c«ng tr×nh lµm c¬ së lùa

chän çc mÆt b»ng c«ng nghÖ vµ quy m« thîng tÇng. Th«ng thêng s¬ ®å c«ng nghÖ khai th¸c c«ng tr×nh do çc kü s c«ng nghÖ thiÕt kÕ. Ngêi kü s x©y dùng dùa vµo mÆt b»ng c«ng nghÖ ®Ó thiÕt kÕ mÆt b»ng kiÕn tróc c«ng tr×nh. VÝ dô çc mÆt b»ng kiÕn tróc khèi thîng tÇng mét c«ng tr×nh giµn khoan "MSP" t¹i B¹ch Hæ, H×nh 2.3.

37

- Chän quy m« kÕt cÊu ®ì thîng tÇng phï hîp víi quy m« vµ kÝch thíc mÆt b»ng ®¸y cña khèi thîng tÇng.

- Chän kÝch thíc mÆt trªn trô ®ì vµ sè lîng trô ®ì phï hîp víi kÝch thíc kÕt cÊu ®ì thîng tÇng.

- Chän kÝch thíc khèi ®Õ phï hîp víi ®iÒu kiÖn thi c«ng ven bê: (kÝch thíc ô kh«, kÝch thíc ®èc næi, ®é s©u ô kh« vµ c¶ng ven bê, ®é s©u luång l¹ch,…).

- Chän ®é cao khèi ch©n ®Õ ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn kh«ng ngËp níc lªn thîng tÇng.

3.1.2.1 TÝnh chiÒu cao khèi ch©n ®Õ ChiÒu cao khèi ch©n ®Õ ®îc tÝnh theo c«ng thøc sau: Hc® = dtt + Hmax + (2.1) Trong ®ã: dtt : §é s©u níc tÝnh to¸n; Hmax : ChiÒu cao sãng tÝnh to¸n; : HÖ sè tÝnh chiÒu cao vît sãng, x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn [60]; : ChiÒu cao lu kh«ng ( = 1,5m đến 2m);

dtt = do + d1 + d2 (2.2) do : §é s©u níc (cèt “0” h¶i ®å); d1: Biªn ®é triÒu d2 : Biªn ®é níc d©ng do giã HÖ sè tÝnh chiÒu cao vît sãng ®îc tÝnh theo tiªu chuÈn dùa trªn viÖc lùa chän lý thuyÕt sãng tÝnh to¸n. Lý thuyÕt sãng tÝnh to¸n dïng ®Ó thiÕt kÕ çc c«ng tr×nh biÓn thêng ®îc chän theo tiªu chuÈn API [64], dùa trªn çc th«ng sè vÒ ®é s©u níc, chiÒu cao sãng vµ chu kú sãng, H×nh 2.16. §èi víi sãng Airy cã thÓ chän =0,5. Víi sãng Stokes, cã thÓ chän =0,75, tuy nhiªn tèt nhÊt lµ gi¶i ph¬ng tr×nh sãng Stokes ®Ó chän hÖ sè phï hîp. Trong nhiÒu trêng hîp, vÞ trÝ x©y dùng n»m trong vïng sãng hµm dßng bËc cao (bËc 3 ®Õn bËc 11), H×nh 2.16, khi ®ã viÖc gi¶i ph¬ng tr×nh hµm dßng bËc N cÇn ®îc thùc hiÖn nhê mét ch¬ng tr×nh phÇn mÒm chuyªn dông [69]. 3.1.2.2. Lùa chän s¬ bé kÝch thíc khèi thîng tÇng

Tõ sè liÖu vµ çc yªu cÇu c«ng nghÖ khai th¸c c«ng tr×nh lµm c¬ së lùa chän çc mÆt b»ng c«ng nghÖ vµ quy m« thîng tÇng.

Th«ng thêng s¬ ®å c«ng nghÖ khai th¸c c«ng tr×nh do çc kü s c«ng nghÖ thiÕt kÕ. Ngêi kü s x©y dùng dùa vµo mÆt b»ng c«ng nghÖ ®Ó thiÕt kÕ mÆt b»ng kiÕn tróc c«ng tr×nh.

38

VÝ dô çc mÆt b»ng kiÕn tróc c«ng tr×nh cho mét dµn MSP t¹i B¹ch Hæ ®îc lùa chän nh H×nh 2.3 vµ H×nh 2.4. Khèi thîng tÇng cho mét tr¹m dÞch vô khÝ tîng h¶i v¨n biÓn víi môc ®Ých khai th¸c c«ng tr×nh lµ thiÕt kÕ tr¹m phôc vô cho ngêi ë vµ thùc hiÖn çc môc ®Ých nghiªn cøu biÓn, H×nh 2.5.

Chu kú biÓu kiÕn ®îc tÝnh nh sau: gd

VT

Tapp 1 (2.3) trong ®ã: T : Chu kú sãng; V: VËn tèc dßng ch¶y mÆt t¬ng øng víi híng sãng; g:Gia tèc träng trêng (g=9,8m/s2); d: §é s©u níc triÒu cao.

3.1.2.3. Lùa chän s¬ bé kÝch thíc kÕt cÊu ®ì thîng tÇng KÝch thíc kÕt cÊu ®ì thîng tÇng ®îc lùa chän phï hîp víi kÝch thíc

vµ träng lîng cña thîng tÇng. Nh÷ng thao t¸c ban ®Çu bao gåm: - Lùa chän mÆt b»ng kÕt cÊu ®ì thîng tÇng; - Lùa chän h×nh thøc cÊu t¹o kÕt cÊu ®ì thîng tÇng (bª t«ng hoÆc thÐp); - Lùa chän kÝch thíc çc cÊu kiÖn cña kÕt cÊu ®ì thîng tÇng.

H×nh 2.16, Lùa chän lý thuyÕt sãng theo tiªu chuÈn API RP2A, 2005 H:ChiÒu cao sãng tÝnh to¸n ; Tapp : Chu kú sãng biÓu kiÕn;

g:Gia tèc träng trêng (g=9,8m/s2); d: §é s©u níc triÒu cao

Nước nông, giới hạn sóng vỡ H/d=0,78

Nước sâu, giới hạn sóng vỡ: H/d=0,14

Sóng Stokes 5 Hàm dòng bậc 3

Sóng Airy Hàm dòng bậc 3 Hàm dòng

Sóng nước nông Sóng ở vùng nước trung gian

Sóng nước sâu

39

3.1.2.4. Lùa chän s¬ bé sè lîng vµ kÝch thíc trô ®ì KÝch thíc trô ®ì ®îc lùa chän phï hîp víi kÝch thíc kÕt cÊu ®ì thîng

tÇng. Nh÷ng thao t¸c ban ®Çu bao gåm: - Lùa chän sè lîng trô ®ì - tuú thuéc quy m« kÕt cÊu ®ì thîng tÇng cã

thÓ lùa chän mét hoÆc nhiÒu trô ®ì; - Lùa chän kÝch thíc mÆt trªn cña trô ®ì - phÇn liªn kÕt víi kÕt cÊu ®ì

thîng tÇng. - Lùa chän chiÒu dµi trô ®ì - liªn quan ®Õn chiÒu cao tæng thÓ cña khèi

ch©n ®Õ vµ kÝch thíc khèi ®Õ; - Lùa chän h×nh d¸ng trô ®ì: mÆt c¾t ngang kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi

theo chiÒu cao. ViÖc lùa chän sè lîng vµ kÝch thíc çc trô ®ì cÇn ph¶i phï hîp víi çc

quy ®Þnh ban ®Çu cña çc quy ph¹m hiÖn hµnh vµ phï hîp ph¬ng ¸n vµ çc ph¬ng tiÖn, thiÕt bÞ thi c«ng ®· ®îc lùa chän s¬ bé. 3.1.2.5. Lùa chän h×nh d¸ng vµ kÝch thíc khèi ®Õ

Sè lîng ®Õ ®îc lùa chän t¬ng øng víi sè lîng trô ®ì. KÝch thíc çc khèi ®Õ ®îc lùa chän ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn næi, æn ®Þnh khi

thi c«ng ë ven biÓn, thi c«ng vËn chuyÓn vµ thi c«ng ®¸nh ch×m t¹i vÞ trÝ x©y dùng ,... theo quy tr×nh thi c«ng ®· lùa chän. 3.2. KiÓm tra s¬ bé kÝch thíc h×nh häc cña c«ng tr×nh 3.2.1 KiÓm tra s¬ bé ®iÒu kiÖn æn ®Þnh vÞ trÝ - kiÓm tra ®iÒu kiÖn lËt

Sau khi lùa chän çc kÝch thíc c¬ b¶n cña c«ng tr×nh, cÇn thiÕt ph¶i x¸c ®Þnh s¬ bé çc t¶i träng t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh bao gåm:

- T¶i träng sãng vµ dßng ch¶y; - T¶i träng giã - T¶i träng b¶n th©n, t¶i träng c«ng nghÖ vµ träng lîng d»n … - Lùc ®Èy Acsimet (lùc ®Èy næi) S¬ ®å tÝnh ®Ó kiÓm tra s¬ bé ®iÒu kiÖn lËt, H×nh 2.17. §iÒu kiÖn æn ®Þnh lËt: MlËt = F.h (2.4)

Mgi÷ = (N+G).a (2.5) §iÒu kiÖn æn ®Þnh lËt: MlËt k . Mgi÷ (2.6)

Trong ®ã: k: hÖ sè an toµn; theo çc quy ph¹m, thêng chän k = 1,3 1,5 P: Hîp lùc cña çc lùc do sãng, giã, dßng ch¶y, lùc ®Èy Acsimet;

Q=N+G: Tæng träng lîng b¶n th©n vµ t¶i träng c«ng nghÖ.

40

H×nh 2.17, S¬ ®å tÝnh kiÓm tra s¬ bé ®iÒu kiÖn lËt

3.2.2. KiÓm tra s¬ bé c«ng tr×nh trong çc giai ®o¹n thi c«ng 3.2.2.1. S¬ lîc qu¸ tr×nh thi c«ng c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng [20],[27]

Qu¸ tr×nh thi c«ng chia thµnh çc giai ®o¹n nh sau: Giai ®o¹n 1: Thi c«ng mét phÇn khèi ch©n ®Õ tron ô kh«, H×nh 2.18, hoÆc trªn ®èc næi, H×nh 2.19, sau ®ã h¹ thuû phÇn khèi ®Õ ®· thi c«ng, kÝch thíc khèi ®Õ thi c«ng ë giai ®o¹n 1 ®îc lùa chän ®Ó tù næi æn ®Þnh. Giai ®o¹n 2: Thi c«ng ven biÓn: Dùa vµo kh¶ n¨ng tù næi, æn ®Þnh cña phÇn khèi ®Õ ®· ®îc h¹ thuû ë ven biÓn ®Ó thi c«ng tiÕp çc phÇn cßn l¹i cña khèi ch©n ®Õ, H×nh 2.20. Çc bíc thi c«ng trong giai ®o¹n 2 ®îc ph©n chia phô thuéc vµo kh¶ n¨ng vÒ con ngêi vµ thiÕt bÞ cña ®¬n vÞ thi c«ng. Khi thi c«ng ë ven biÓn, çc khèi ®Õ cã thÓ ®îc sù trî gióp cña phao phô. ViÖc l¾p ®Æt phao phô vµ thi c«ng víi sù trî gióp cña phao phô thÓ hiÖn trªn H×nh 2.21 vµ H×nh 2.22. Giai ®o¹n 3: L¾p ®Æt thîng tÇng ë ven biÓn: Trong trêng hîp c«ng tr×nh cã thÓ tù næi æn ®Þnh trong giai ®o¹n vËn chuyÓn ra vÞ trÝ x©y dùng, sau khi thi c«ng xong khèi ch©n ®Õ vµ kÕt cÊu ®ì thîng tÇng, khèi ch©n ®Õ ®îc h¹ thÊp b»ng çch dµn níc vµ dïng cÈu ®Ó l¾p thîng tÇng, H×nh 2.23 vµ H×nh 2.24. Sau khi l¾p ®Æt thîng tÇng, tiÕn hµnh b¬m níc d»n ra khæi khèi ®Õ ®Ó c«ng tr×nh næi lªn ë mín níc vËn chuyÓn vµ ®îc neo ë c¶ng chê xuÊt ph¸t ra biÓn. Giai ®o¹n 4: VËn chuyÓn ra biÓn nh H×nh 2.25 vµ H×nh 2.26. Giai ®o¹n 5: §¸nh ch×m c«ng tr×nh t¹i vÞ trÝ x©y dùng, H×nh 2.27 vµ H×nh 2.28.

§èi víi çc c«ng tr×nh biÓn, ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt lµ ph¶i kh¶ thi vÒ ph¬ng ¸n thi c«ng. Ngay khi lùa chän ph¬ng ¸n c«ng tr×nh, ngêi thiÕt kÕ ®· ph¶i lùa

41

chän ph¬ng ¸n thi c«ng vµ lùa chän kÝch thíc c«ng tr×nh phï hîp víi ®iÒu kiÖn thi c«ng ®· chän. C«ng tr×nh ph¶i ®îc cÊu t¹o sao cho tù næi vµ æn ®Þnh trong tÊt c¶ çc tr¹ng th¸i thi c«ng ë ven biÓn. Çc c«ng thøc tÝnh to¸n kiÓm tra ®iÒu kiÖn næi vµ æn ®Þnh ®· ®îc ®Ò cËp trong môc tiÕp theo.

H×nh 2.19, Thi c«ng ®o¹n 1 trªn ®èc næi, h¹ thuû ®o¹n 1 tõ ®èc næi b»ng çch ®¸nh ch×m ®èc næi vµ kÐo ®èc næi ra khái vÞ trÝ thi c«ng

H×nh 2.18, Thi c«ng mét phÇn khèi ch©n ®Õ trong ô kh«, h¹ thuû b»ng çch th¸o níc vµo ô kh« vµ kÐo phÇn ®Õ ®· thi c«ng ra khái ô kh«

Thi c«ng ®o¹n 1 trong ô kh« KÐo ®o¹n 1 cña khèi ch©n ®Õ ®· thi c«ng ra khái ô kh«

h1

T1 1

1

h®

1

SLMB

1

SLMB

1

SLMB T1

1 T1

SLMB

h1 h®

h1 h®

1

SLMB T

42

H×nh 2.20, C¸c bíc thi c«ng kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ ë ven biÓn

H×nh 2.21, L¾p phao phô

1 h1

hd 1 PP1 PP2

PP1

PP2

PP2

PP1

hd

h

n Tn

H

1 hd h1

T1 Z1

h2 h1 hd

hi

i Ti

zi

43

H×nh 2.22, C¸c bíc thi c«ng ven biÓn cã trî gióp cña phao phô

H×nh 2.23, CÈu l¾p thîng tÇng ë ven biÓn – thi c«ng kh«ng phao phô

TÇng Thîng

T vËn c

huyÓn

T

i

hi

hd

zi

h

hd

H

h2 h1

hd 2 Z2

44

H×nh 2.24, CÈu l¾p thîng tÇng ë ven biÓn - thi c«ng cã trî gióp cña phao phô `

H×nh 2.25, VËn chuyÓn c«ng tr×nh - kh«ng dïng phao phô

ThîngTÇng

T vËn c

huyÓn

vc

T

45

H×nh 2.26, VËn chuyÓn c«ng tr×nh - cã dïng phao phô

H×nh 2.27, C¸c bíc ®¸nh ch×m c«ng tr×nh t¹i vÞ trÝ x©y dùng

d T i

Tj

T vch

46

3.2.2.2. KiÓm tra s¬ bé æn ®Þnh næi cña c«ng tr×nh trong çc giai ®o¹n thi c«ng [52]

KÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc ph¶i ®îc kiÓm tra s¬ bé ®¶m b¶o çc ®iÒu kiÖn næi vµ æn ®Þnh trong çc giai ®o¹n thi c«ng.

§iÒu kiÖn næi: Tiz < Zi (2.7) trong ®ã: Tiz: Mín níc cña c«ng tr×nh träng giai ®o¹n thi c«ng thø i Zi: ChiÒu cao cña c«ng tr×nh träng giai ®o¹n thi c«ng thø i

§iÒu kiÖn æn ®Þnh tÜnh: hi = ri - ZiG + ZiC > 0 (2.8 ) trong ®ã: hi: ChiÒu cao æn ®Þnh ban ®Çu cña c«ng tr×nh ë giai ®o¹n thi c«ng thø i; Zic: ChiÒu cao phï t©m cña c«ng tr×nh ë giai ®o¹n thi c«ng thø i; ZiG: ChiÒu cao träng t©m cña c«ng tr×nh ë giai ®o¹n thi c«ng thø i; ri: B¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña mÆt ®êng níc ë giai ®o¹n thi c«ng thø i;

i

iyi

yi

ixi

x VJrV

Jr ; (2.9) víi: Jix vµ Jiy lµ m« men qu¸n tÝnh mÆt ®êng níc theo ph¬n x vµ ph¬ng y t¹i giai ®o¹n thi c«ng thø i; Vi lµ thÓ tÝch cho¸n n¬c cña khèi ch©n ®Õ t¹i giai ®o¹n thi c«ng thø i. NÕu çc ®iÒu kiÖn theo çc c«ng thøc (2.7) vµ (2.8) kh«ng ®¶m b¶o th× cÇn ph¶i ®iÒu chØnh kÝch thíc khèi ch©n ®Õ.

H×nh 2.28, §¸nh ch×m c«ng tr×nh dïng phao phô a) D»n níc ®Ó ®¸nh ch×m c«ng tr×nh b) Th¸o phao phô vµ hoµn thiÖn c«ng tr×nh

b

d

a T i

47

3.3. Çc bíc tÝnh to¸n thiÕt kÕ kü thuËt c«ng tr×nh biÓn träng lùc - LËp s¬ ®å tÝnh - X¸c ®Þnh t¶i träng t¸c ®éng lªn kÕt cÊu - TÝnh néi lu - Lùa chän néi lùc nguy hiÓm ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu - TÝnh kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp thêng vµ bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc - ThiÕt kÕ kü thuËt c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng Çc bíc thiÕt kÕ kü thuËt mét c«ng tr×nh biÓn träng lùc ®îc tæng kÕt

trong s¬ ®å khèi, H×nh 2.29.

H×nh 2.29, Çc bíc thiÕt kÕ s¬ bé mét c«ng tr×nh biÓn träng lùc 3.4. Çc bµi to¸n phôc vô thiÕt kÕ kü thuËt c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

Bµi to¸n 1: Bµi to¸n bÒn TÝnh to¸n thiÕt kÕ - kÕt cÊu trong tr¹ng th¸i khai th¸c c«ng tr×nh, bao gåm

viÖc x¸c ®Þnh néi lùc, chuyÓn vÞ, øng suÊt, biÕn d¹ng (nøt) cùc ®¹i hoÆc trong tr¹ng th¸i c«ng tr×nh lµm viÖc b×nh thêng (theo yªu cÇu cña chñ ®Çu t hoÆc theo quy ph¹m).

Bµi to¸n 2: Bµi to¸n mái TÝnh to¸n néi lùc, chuyÓn vÞ, øng suÊt trong mäi tr¹ng th¸i biÓn theo suèt

®êi sèng c«ng tr×nh, nh»m môc ®Ých kiÓm tra mái t¹i çc cÊu kiÖn cña kÕt cÊu c«ng tr×nh lµm c¬ së ®Ó ®¸nh gi¸ tuæi thä mái cña c«ng tr×nh.

Sè liÖu ban ®Çu Sè liÖu vÒ M«i trêng; §Þa chÊt c«ng tr×nh; Yªu cÇu c«ng nghÖ; §iÒu kiÖn thi c«ng

Lùa chän s¬ bé çc kÝch thíc h×nh häc ban ®Çu

S¬ bé kiÓm tra ®iÒu kiÖn æn ®Þnh vÞ trÝ (KiÓm tra æn ®Þnh lËt, trît) S¬ bé kiÓm tra ®iÒu kiÖn næi vµ æn ®Þnh trong çc tr¹ng th¸i thi c«ng dù kiÕn

ThiÕt kÕ kü thuËt

+ +

- -

48

Ch¬ng 3 X¸c ®Þnh t¶i träng lªn c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

1. Çc t×nh huèng ®Ó x¸c ®Þnh t¶i träng lªn c«ng tr×nh biÓn - T¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh trong giai ®o¹n chÕ t¹o. - T¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh trong giai ®o¹n vËn chuyÓn. - T¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh trong giai ®o¹n dùng l¾p. - T¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh trong giai ®o¹n c«ng tr×nh ho¹t ®éng

b×nh thêng vµ t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh trong tr¹ng th¸i b·o cùc ®¹i. - T¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh trong giai ®o¹n phôc håi hoÆc th¸o dì,

giai ®o¹n nµy bao gåm viÖc söa ch÷a phôc håi l¹i hoÆc th¸o dì, di chuyÓn kÕt cÊu.

T¶i träng sãng vµ dßng ch¶y ®îc x¸c ®Þnh víi çc mùc níc tÝnh to¸n bao gåm mùc níc cao thiÕt kÕ vµ mùc níc thÊp thiÕt kÕ [50], [61], [62], [63],[64]. 2. Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh

- T¶i träng thêng xuyªn: (P) - Ho¹t t¶i: (L) - T¶i träng do biÕn d¹ng: (D) - T¶i träng m«i trêng: (E) - T¶i träng do çc sù cè ngÉu nhiªn: (A) - T¶i träng do chÕ t¹o, vËn chuyÓn vµ l¾p ®Æt. - T¶i träng ®éng ®Êt.

Trong khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh cÇn xem xÐt tÊt c¶ çc tæ hîp t¶i träng trong çc giai ®o¹n: chÕ t¹o ; vËn chuyÓn ; l¾p dùng ; khai th¸c ; phôc håi, th¸o dì c«ng tr×nh. 2.1. T¶i träng thêng xuyªn T¶i träng thêng xuyªn lµ lo¹i t¶i träng kh«ng thay ®æi theo çc giai ®o¹n vËn hµnh. T¶i träng thêng xuyªn bao gåm:

1) Träng lîng cña çc bé phËn kÕt cÊu c«ng tr×nh trong kh«ng khÝ. 2) Träng lîng cña çc thiÕt bÞ vµ kÕt cÊu phô g¾n cè ®Þnh trªn c«ng tr×nh. 3) ¸p lùc thñy tÜnh t¸c dông lªn kÕt cÊu n»m díi mÆt níc vµ lùc ®Èy næi.

2.2. Ho¹t t¶i Lµ t¶i träng liªn quan ®Õn sù vËn hµnh vµ sö dông b×nh thêng cña c«ng tr×nh cã thÓ thay ®æi trong tõng d¹ng vËn hµnh hoÆc tõ d¹ng vËn hµnh nµy sang d¹ng vËn hµnh kh¸c. Ho¹t t¶i bao gåm:

49

1) Träng lîng cña thiÕt bÞ khoan vµ çc thiÕt bÞ s¶n xuÊt cã thÓ bæ sung hoÆc lÊy ra khái c«ng tr×nh.

2) Träng lîng cña ngêi ë, m¸y bay trùc th¨ng, çc thiÕt bÞ gióp cho cuéc sèng trªn c«ng tr×nh, çc thiÕt bÞ cøu hé, çc thiÕt bÞ lÆn, çc thiÕt bÞ phôc vô c«ng céng cã thÓ bæ sung hoÆc ®em ra khái c«ng tr×nh.

3) Träng lîng cña çc nhu yÕu phÈm, çc lo¹i dung dÞch chÊt láng trong çc bÓ chøa, xi m¨ng vµ çc vËt liÖu kh¸c.

4) Çc lùc t¸c dông lªn c«ng tr×nh do sù vËn hµnh nh khoan, vËn chuyÓn vËt liÖu, neo tÇu, m¸y bay trùc th¨ng.

5) Çc lùc t¸c dông lªn c«ng tr×nh do sö dông cÇn cÈu. 2.3. T¶i träng biÕn d¹ng

T¶i träng biÕn d¹ng bao gåm: øng suÊt tríc, nhiÖt ®é níc biÓn, nhiÖt ®é kh«ng khÝ, tõ biÕn, co ngãt, lón kh«ng ®Òu...

Gi¸ trÞ ®Æc trng cña t¶i träng biÕn d¹ng ®îc ®¸nh gi¸ trªn c¬ së dù kiÕn cho tríc hoÆc kh¶o s¸t ®o ®¹c thùc tÕ. 2.4. T¶i träng m«i trêng Lµ t¶i träng do giã, sãng, dßng ch¶y, thuû triÒu vµ çc t¸c ®éng m«i trêng kh¸c g©y ra. T¶i träng m«i trêng còng bao gåm c¶ thay ®æi ¸p lùc thñy tÜnh vµ lùc ®Èy næi t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh do cã thay ®æi ®é cao mÆt níc, do sãng vµ thñy triÒu. NÕu kh«ng cã nh÷ng gi¶ thiÕt hîp lý vÒ ®iÒu kiÖn riªng cña vïng x©y dùng c«ng tr×nh, t¶i träng m«i trêng ®îc gi¶ thiÕt t¸c dông theo mäi ph¬ng bÊt kú. 2.5. T¶i träng sù cè

T¶i träng sù cè sinh ra do va ®Ëp cña tµu, do çc vËt r¬i ... g©y ra çc biÕn d¹ng côc bé, suy yÕu tæng thÓ. 2.6. T¶i träng ®éng ®Êt

¶nh hëng cña ®éng ®Êt cÇn ®îc xem xÐt trong giai ®o¹n khai th¸c cña çc c«ng tr×nh ë khu vùc cã ®éng ®Êt. Trong nh÷ng trêng hîp riªng, ¶nh hëng cña ®éng ®Êt ®èi víi c«ng tr×nh trong giai ®o¹n chÕ t¹o trªn bê còng ®îc xem xÐt. Trong giai ®o¹n khai th¸c c«ng tr×nh hai møc ®éng ®Êt ®îc xem xÐt lµ møc thiÕt kÕ vµ møc ngo¹i lÖ [50].

- Møc thiÕt kÕ t¬ng øng víi ®éng ®Êt thiÕt kÕ, nã ®îc ®Þnh nghÜa nh ®éng ®Êt d÷ déi nhÊt cã thÓ x¶y ra ë n¬i x©y dùng trong giai ®o¹n thiÕt kÕ [50], [61], [62], [63],[64].

50

- Møc ngo¹i lÖ t¬ng øng víi ®éng ®Êt cùc ®¹i, nã cã thÓ x¶y ra ë n¬i x©y dùng c«ng tr×nh. §éng ®Êt cùc ®¹i ®îc xem xÐt nh çc t¸c ®éng do sù cè ngÉu nhiªn ( lo¹i A) [50], [61], [62], [63],[64]. 3. Tæ hîp t¶i träng TÊt c¶ çc lo¹i t¶i träng kh«ng cïng mét lóc t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh. Khi tÝnh to¸n kÕt cÊu c«ng tr×nh cÇn tæ hîp çc t¶i träng ®Ó t×m ra tr¹ng th¸i néi lùc, øng suÊt, biÕn d¹ng bÊt lîi nhÊt cña c«ng tr×nh trong çc ®iÒu kiÖn nh sau:

- §iÒu kiÖn khai th¸c - §iÒu kiÖn b·o cùc ®¹i - §iÒu kiÖn ®éng ®Êt Cã thÓ tham kh¶o b¶ng tæ hîp díi ®©y:

B¶ng 3.1: B¶ng tæ hîp t¶i träng ®Ó tÝnh kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh Tæ hîp t¶i träng Lo¹i t¶i träng TH c¬ b¶n TH1 TH2 TH3 TH ®Æc biÖt TH ®éng ®Êt T¶i träng thêng xuyªn X X X X X X

T¶i träng giã ®iÒu kiÖn khai th¸c X X X X X X T¶i träng sãng ®iÒu kiÖn khai th¸c X X X X T¶i träng dßng ch¶y ®iÒu kiÖn khai th¸c

X X X X

T¶i träng va cËp tÇu X T¶i träng do m¸y bay X T¶i träng do biÕn d¹ng X T¶i träng giã ®iÒu kiÖn cùc h¹n X T¶i träng sãng ®iÒu kiÖn cùc h¹n X T¶i träng dßng ch¶y ®iÒu kiÖn cùc h¹n

X

T¶i träng ®éng ®Êt X §èi víi çc t¶i träng cã híng: t¶i träng dßng ch¶y, t¶i träng sãng, t¶i träng giã, kÓ c¶ ho¹t ®éng cã híng cña cÇn cÈu, viÖc tæ hîp t¶i träng ®uîc thùc hiÖn lÇn lît theo çc híng cña t¶i träng. 4. X¸c ®Þnh t¶i träng giã lªn c«ng tr×nh 4.1 BiÓu thøc tæng qu¸t tÝnh to¸n t¶i träng giã

KhÝ quyÓn chuyÓn ®éng g©y ra giã cã vËn tèc v = v(t) g©y ra ¸p suÊt ®éng khÝ quyÓn hay cßn gäi lµ ¸p suÊt ®éng cña giã:

51

2)()(0 **2

1tt Vq (3.1)

Trong ®ã: : lµ khèi lîng riªng cña kh«ng khÝ trong ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn(thêng lÊy = 0,125 kGs2/m4 = 1,125 kg/m3).

16)(2

)(0tVq t (3.2)

)()( tVVtV (3.3) Trong ®ã: V lµ thµnh phÇn vËn tèc trung b×nh V(t) thµnh phÇn m¹ch ®éng cña giã Thay (3.3) vµo (3.1) Bá qua thµnh phÇn v« cïng bÐ V2(t) so víi V ta cã : )(.2)(2

22)(0 tVVVtVVq t (3.4)

Cêng ®é giã: VvI v

(3.5) - ë vïng trèng: Iv = 0,18 - ë biÓn: Iv = 0,11 )(..2

2)( tVVVq to (3.6)

odongotinhto qqq )( (3.7) - 2

21 Vq tinho kh«ng phô thuéc thêi gian, lµ thµnh phÇn tÜnh cña ¸p lùc giã.

- )(tVvq dongo lµ thµnh phÇn ®éng cña ¸p lùc giã. Khi gÆp vËt c¶n, ¸p lùc giã chuyÓn thµnh t¶i träng giã bao gåm hai thµnh

phÇn tÜnh vµ ®éng. ngodnhit QQQ ˆ~ (3.8) T¶i träng giã t¸c dông lªn kÕt cÊu liªn quan ®Õn h×nh d¸ng kÕt cÊu c«ng tr×nh

vµ diÖn tÝch bÒ mÆt høng giã, nh vËy ngoµi diÖn tÝch ®ãn giã cßn ph¶i kÓ ®Õn hÖ sè khÝ ®éng.

CAVCAqQ totinh 2

2 (3.9) )(tAVVCAqQ d

odong (3.10) Trong ®ã: C- HÖ sè khÝ ®éng phô thuéc d¹ng kÕt cÊu vµ chÕ ®é chuyÓn ®éng cña giã. A- DiÖn tÝch ®ãn giã cña kÕt cÊu vu«ng gãc víi ph¬ng giã thæi. - §îc gi¶i thÝch ë c«ng thøc (3.1)

52

4.2. TÝnh to¸n t¶i träng giã theo quan ®iÓm tiÒn ®Þnh 4.2.1. TÝnh t¶i träng giã theo Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCVN 2737-95 [49]

dt qqq (3.11) Trong ®ã: qt: NhÊt thiÕt ph¶i tÝnh víi mäi c«ng tr×nh qd: ChØ cÇn tÝnh trong trêng hîp c«ng tr×nh cã tÇn sè dao ®éng riªng T > 0,25 sec (f = 4 Hz). 4.2.1.1. X¸c ®Þnh qt

Thµnh phÇn tÜnh cña ¸p lùc giã ®îc x¸c ®Þnh theo gi¸ trÞ tiªu chuÈn [49]: Ckqqt ..0 (3.12)

Trong ®ã: q0: ¸p lùc ®éng cña giã ë ®é cao 10 mÐt so víi mèc chuÈn. k: HÖ sè kÓ ®Õn sù thay ®æi cña ¸p lùc ®éng giã theo chiÒu cao c«ng

tr×nh. C: §îc gi¶i thÝch ë c«ng thøc (3.9) vµ (3.10).

T¶i träng giã tÜnh t¸c ®éng lªn phÇn tö thø i cña c«ng tr×nh: iiiii

ti

ti ACkqAqQ .... 0 (3.13)

Trong ®ã: Ai: lµ diÖn tÝch ch¾n giã cña phÇn tö thø i

Trêng hîp kÕt cÊu bÞ che ch¾n: iii EAA 0 Aoi : lµ diÖn híng ®ãn giã cña phÇn tö i ; Ei: HÖ sè ch¾n giã

PhÇn kh«ng bÞ che ch¾n: 1iE PhÇn bÞ che ch¾n: Ei phô thuéc tû sè a/ h1:

H×nh 3.1, S¬ ®å tÝnh t¶i träng giã theo TCVN 2737-95

53

B¶ng 3.2 : B¶ng tra Ei theo a/h1 a/h1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,20 1,40 1,8 >=2,0 Ei 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1,0

Trêng hîp kÕt cÊu rçng gåm nhiÒu phÇn tö ghÐp l¹i, gi¶ sö nh phÇn tö i lµ rçng th× khi tÝnh ta sÏ coi i nh lµ phÇn tö ®Æc ®Ó tÝnh Ai sau ®ã sÏ ®iÒu chØnh rçng ë hÖ sè: ixii CC .

Trong ®ã: Cxi: HÖ sè c¶n chÝnh diÖn cña kÕt cÊu gi»ng i : Çc hÖ sè lÊp ®Çy (i < 1)

Çch tÝnh çc thµnh phÇn cña t¶i träng giã tÜnh theo TCVN. Giã ë ViÖt Nam ®îc chia thµnh çc vïng kh¸c nhau t¬ng øng víi q0 cã çc gi¸ trÞ kh¸c nhau. Trong khi ®ã nh÷ng vïng cã ¶nh hëng cña giã b·o th× ¸p lùc q0 ®îc t¨ng thªm 10 daN/m2

16)( 2

0aVq (3.14)

Víi V Lµ vËn tèc giã ë ®é cao 10 mÐt so víi mèc chuÈn lÊy gi¸ trÞ trung b×nh trong kho¶ng thêi gian 2 phót quan tr¾c, coi nh gi¸ trÞ vît trung b×nh mét lÇn trong hai n¨m. a lµ hÖ sè hiÖu chØnh vËn tèc giã lÊy kh«ng lín h¬n ®¬n vÞ.

)/5(75,0 Va (3.15) 4.2.1.2. Thµnh phÇn ®éng cña t¶i träng giã (q®)

Thµnh phÇn ®éng nµy g©y nªn bëi thµnh phÇn m¹ch ®éng cña giã, ®îc x¸c ®Þnh cho çc kÕt cÊu d¹ng ®iÓn h×nh lµ kÕt cÊu h×nh trô (nÕu cã d¹ng m¶nh hiÖu øng ®éng lµ râ rÖt, v× vËy kh«ng thÓ bá qua, nÕu bá qua sÏ cã sai sè lín.

)()( tVVtV (3.16) Çch tÝnh t¶i träng ®éng do giã g©y nªn theo nguyªn t¾c dùa vµo çc d¹ng

dao ®éng riªng cña kÕt cÊu. VÝ dô d¹ng dao ®éng riªng thø i, H×nh 3.2.

H×nh 3.2, D¹ng dao ®éng riªng thø i

54

1) GÝa trÞ giíi h¹n cña tÇn sè dao ®éng riªng fL(Hz) cho phÐp, B¶ng 3.3 B¶ng 3.3, Gi¸ trÞ giíi h¹n cña tÇn sè dao ®éng riªng fL

FL (Hz) Vïng ¸p lùc giã =0,3 =0,15 I 1,1 3,4 II 1,3 4,1 III 1,6 5,0 IV 1,7 5,6 V 1,9 5,9

- Gi¸ trÞ giíi h¹n cña tÇn sè dao ®éng riªng fL(Hz) cho phÐp kh«ng cÇn tÝnh lùc qu¸n tÝnh ph¸t sinh khi c«ng tr×nh dao ®éng theo d¹ng dao ®éng riªng t¬ng øng, x¸c ®Þnh theo b¶ng 3.3 phô thuéc vµo gi¸ trÞ ®é gi¶m cña dao ®éng riªng;

- §èi víi çc c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp vµ g¹ch ®¸, c«ng tr×nh khung thÐp cã kÕt cÊu bao che, =0,3;

- §èi víi çc c«ng tr×nh th¸p, trô, èng khãi b»ng thÐp, çc thiÕt bÞ d¹ng cét thÐp cã bÖ b»ng bª t«ng cèt thÐp, =0,15;

- §èi víi c«ng tr×nh d¹ng trô, khi f1<fL cÇn ph¶i kiÓm tra t×nh tr¹ng æn ®Þnh khÝ ®éng.

2) C«ng tr×nh vµ çc bé phËn kÕt cÊu cã cã tÇn sè dao ®éng riªng thø nhÊt f1(Hz) lín h¬n gi¸ trÞ giíi h¹n cña tÇn sè dao ®éng riªng fL quy ®Þnh trong b¶ng 3.3 trªn ®©y, ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.17):

..qQdi (3.17)

trong ®ã: - q lµ gi¸ trÞ tiªu chuÈn thµnh phÇn tÜnh cña t¶i träng giã ë ®é cao tÝnh to¸n

x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.12); - ζ lµ hÖ sè ¸p lùc ®éng cña t¶i träng giã ë ®é cao z lÊy theo b¶ng 3.4; - ν lµ hÖ sè t¬ng quan kh«ng gian ¸p lùc ®éng cña t¶i träng giã, x¸c ®Þnh

theo b¶ng 3.5. B¶ng 3.4, HÖ sè ¸p lùc ®éng cña t¶i träng giã ζ

HÖ sè ¸p lùc ®éng ζ víi çc d¹ng ®Þa h×nh §é cao z (m) A B C ≤5 0,318 0,517 0,754 10 0,303 0,486 0,684

55

20 0,289 0,457 0,621 40 0,275 0,429 0,563 60 0,267 0,414 0,532 80 0,262 0,403 0,511 100 0,258 0,395 0,496 150 0,251 0,381 0,468 200 0,246 0,371 0,450 250 0,242 0,364 0,436 300 0,239 0,358 0,425 350 0,236 0,353 0,416

≥480 0,231 0,343 0,398 B¶ng 3.5, HÖ sè t¬ng quan kh«ng gian cña t¶i träng giã ν

HÖ sè ν khi χ (m) b»ng ρ, m 5 10 20 40 80 160 350 0,1 0,95 0,92 0,88 0,83 0,76 0,87 0,56 5 0,89 0,87 0,84 0,80 0,73 0,65 0,54 10 0,85 0,84 0,81 0,77 0,71 0,64 0,53 20 0,80 0,78 0,76 0,73 0,68 0,61 0,51 40 0,72 0,72 0,70 0,67 0,63 0,57 0,48 80 0,63 0,63 0,61 0,59 0,56 0,51 0,44 160 0,53 0,53 0,52 0,50 0,47 0,44 0,38

HÖ sè t¬ng quan kh«ng gian thµnh phÇn ®éng cña ¸p lùc giã ν ®îc lÊy theo bÒ mÆt tÝnh to¸n cña c«ng tr×nh, trªn ®ã x¸c ®Þnh çc t¬ng quan ®éng. BÒ mÆt tÝnh to¸n gåm cã phÇn bÒ mÆt têng ®ãn giã, khuÊt giã, têng bªn, m¸i vµ çc kÕt cÊu t¬ng tù mµ qua ®ã ¸p lùc giã truyÒn ®îc lªn çc bé phËn kÕt cÊu c«ng tr×nh. NÕu bÒ mÆt tÝnh to¸n cña c«ng tr×nh cã d¹ng ch÷ nhËt vµ ®îc ®Þnh híng song song víi çc trôc c¬ b¶n, H×nh 3.3, th× hÖ sè ν ®îc x¸c ®Þnh theo b¶ng 3.5, phô thuéc çc tham sè ρ vµ χ. Çc tham sè ρ vµ χ ®îc x¸c ®Þnh theo b¶ng 3.6. B¶ng 3.6, Çc tham sè ρ vµ χ MÆt ph¼ng täa ®é c¬ b¶n song song víi bÒ mÆt tÝnh to¸n ρ χ

Zoy B h Zox 0,4a h Xoy b a

56

H×nh 3.3, HÖ täa ®é ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè t¬ng quan ν 3) §èi víi c«ng tr×nh (vµ çc bé phËn kÕt cÊu cña nã) cã s¬ ®å tÝnh to¸n lµ hÖ mét bËc tù do (khung ngang nhµ c«ng nghiÖp mét tÇng, th¸p níc,...) khi f1<fL, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.18).

...qQdi (3.18)

trong ®ã - ξ lµ hÖ sè ®éng lùc ®îc x¸c ®Þnh b»ng ®å thÞ H×nh 3.26, phô thuéc vµo

th«ng sè Ɛ vµ ®é gi¶m loga cña dao ®éng;

10

940.

fW (3.19)

- γ lµ hÖ sè ®é tin cËy cña t¶i träng, lÊy γ=1,2; - W0 lµ gi¸ trÞ ¸p lùc giã (daN/m2) lÊy theo b¶n ®å ph©n vïng ¸p lùc giã

trªn l·nh thæ ViÖt Nam [49]

H×nh 3.4, HÖ sè ®éng lùc ξ

- §êng cong 1 trªn H×nh 3.4 ®èi víi c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp vµ g¹ch ®¸ kÓ c¶ çc c«ng tr×nh b»ng khung thÐp cã kÕt cÊu bao che (δ=0,3);

- §êng cong 2 trªn H×nh 3.4 ®èi víi çc th¸p, trô thÐp, èng khãi, çc thiÕt bÞ d¹ng cét cã bÖ b»ng bª t«ng cèt thÐp (δ=0,15).

4) Çc c«ng tr×nh cã mÆt b»ng ®èi xøng cã f1<fL vµ mäi c«ng tr×nh cã f1<fL<f2 víi f2 lµ tÇn sè dao ®éng riªng thø hai cña c«ng tr×nh, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.20) díi ®©y:

57

yMQ jdi ... (3.20)

trong ®ã: - Mj lµ khèi lîng tËp trung t¹i ®iÓm (nót) j cña kÕt cÊu; - i lµ hÖ sè ®éng lùc; - y lµ dÞch chuyÓn ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót j; - ψ lµ hÖ sè ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.21)

n

jjj

n

jd

ij

MyQy

12

1

.

. (3.21)

trong ®ã: - Mj lµ khèi lîng tËp trung t¹i ®iÓm (nót) j cña kÕt cÊu; - y lµ dÞch chuyÓn ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót j øng víi d¹ng dao ®éng

riªng thø nhÊt; - Qid lµ thµnh phÇn ®éng ph©n bè ®Òu trªn phÇn tö thø i -(träng t©m phÇn tö

i lµ nót j)- cña c«ng tr×nh, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.17) 5) §èi víi nhµ nhiÒu tÇng cã ®é cøng, khèi lîng vµ bÒ réng mÆt ®ãn giã kh«ng ®æi theo chiÒu cao, cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸ trÞ tiªu chuÈn thµnh phÇn ®éng cña t¶i träng giã ë ®é cao z theo c«ng thøc (3.22).

hdi Qh

zQ ...4,1 (3.22) trong ®ã: Qh lµ gi¸ trÞ tiªu chuÈn thµnh phÇn ®éng cña t¶i träng giã ë ®é cao h cña ®Ønh c«ng tr×nh, x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.17).

§èi víi kÕt cÊu thîng tÇng cña çc c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh, H×nh 3.5, cã thÓ chia phÇn kÕt cÊu kh«ng ngËp níc thµnh çc d¹ng chÝnh ®Ó tÝnh t¶i träng giã nh sau:

- Lo¹i 1: C«ng tr×nh cao cã kÕt cÊu hÖ thanh kh«ng gian d¹ng th¸p (kÕt cÊu nh th¸p khoan).

- Lo¹i 2: KÕt cÊu cã bÒ mÆt sµn lín (sµn s©n bay trùc th¨ng) - Lo¹i 3: KÕt cÊu lµ d¹ng khèi lín mÆt ®ãn giã liÒn (khèi nhµ ë vµ c«ng

tr×nh c«ng nghiÖp trªn thîng tÇng). - Lo¹i 4: KÕt cÊu hÖ thanh kh«ng gian bao gåm çc dµn thÐp song song

nhau theo hai ph¬ng (kÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng thÐp, H×nh 3.5a vµ 3.5c) vµ kÕt cÊu bª t«ng khèi lín (kÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng bª t«ng cèt thÐp, H×nh 3.5b);

58

- Lo¹i 5: KÕt cÊu trô ®ì tiÕt diÖn vµnh khuyªn, H×nh 3.5a vµ 3.5b. KÕt cÊu khèi ch©n ®Õ lµ hÖ thanh kh«ng gian d¹ng th¸p, H×nh 3.5c

H×nh 3.5, Çc d¹ng kÕt cÊu ch¾n giã trªn thîng c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh 1) Th¸p khoan; 2) KÕt cÊu ch¾n cã bÒ mÆt sµn lín; 3)KÕt cÊu d¹ng khèi lín; 4a, 4c) KÕt cÊu hÖ thanh kh«ng gian gåm çc dµn thÐp song song hai phÝa; 4b) KÕt cÊu dÇm bª t«ng khèi lín; 5a, 5b) KÕt cÊu trô ®ì tiÕt diÖn vµnh khuyªn; 5c) KÕt cÊu khèi ch©n ®Õ lµ hÖ thanh kh«ng gian d¹ng th¸p. 4.2.2. TÝnh t¶i träng giã theo Tiªu chuÈn, Quy ph¹m kh¸c

HiÖn nay, trªn thÕ giíi thêng sö dông çc quy ph¹m: DnV, API, L’loyds, BV, BHC 51-3-85 (Liªn X« cò) ®Ó tÝnh to¸n t¶i träng giã:

Trong c«ng tr×nh biÓn ViÖt Nam ®Ò cËp ®Õn hai quy ph¹m th«ng dông nhÊt Mü (API) [60], [64] vµ Nauy (DnV) [62], [63].

Theo quy ph¹m API [60], [64]: ACF s

2.473,0 (3.23) trong ®ã: : VËn tèc giã trung b×nh tÝnh theo ®¬n vÞ km/h lÊy ë ®é cao 10m.

210 )10/(zz víi x lµ ®é cao ®iÓm ®ang xÐt; 10 lµ vËn tèc giã ë ®é cao 10 m.

A: DiÖn tÝch h×nh chiÕu kÕt cÊu lªn ph¬ng vu«ng gãc víi híng giã thæi. Cs : HÖ sè h×nh d¸ng hay hÖ sè khÝ ®éng. Cs = 1,5 ®èi víi kÕt cÊu cã d¹ng dÇm vµ kÕt cÊu cã d¹ng nhµ. Cs = 0,50 ®èi víi kÕt cÊu cã d¹ng trô trßn. Cs= 1,00 ®èi víi kÕt cÊu cã d¹ng sµn c«ng t¸c. Theo quy ph¹m DnV:

sin..21 2 ACVF zt ; 3/225,1 mkg (3.24)

trong ®ã: C: HÖ sè khÝ ®éng cã gi¸ trÞ nh lµ Cs cña quy ph¹m API [60], [64] A: DiÖn tÝch h×nh chiÕu kÕt cÊu lªn ph¬ng vu«ng gãc víi híng giã.

a) b) c)

59

Vzt: VËn tèc giã lÊy ë ®é cao z; vËn tèc nµy lÊy trung b×nh trong kho¶ng thêi gian t = 1phót hoÆc 3 gi©y. LÊy t =1 phót khi tÝnh t¶i träng giã ®ång thêi víi t¶i träng sãng lín nhÊt. LÊy t = 3gi©y trong trêng hîp giã giËt ®Ó tÝnh kiÓm tra vµ gi¶ thiÕt lµ kh«ng cã sãng. TÝnh so s¸nh hai trêng hîp khi t = 1phót vµ t = 3 gi©y trêng hîp nµo cho gi¸ trÞ t¶i träng lín h¬n lÊy gi¸ trÞ ®ã ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ. 5. X¸c ®Þnh t¶i träng dßng ch¶y lªn c«ng tr×nh 5.1. X¸c ®Þnh v©n tèc dßng ch¶y

Dßng ch¶y ®îc x¸c ®Þnh theo hai yÕu tè chÝnh lµ dßng ch¶y do triÒu vµ do giã: )()( giodtrieudc VVzV (3.25)

Theo qui ph¹m DnV [62], [63]: 7/1

)( )( dzdVV dc

trtrdc )0( Z (3.26)

0

00dc(gio)

-dz khi00)()(V dzkhid

zdVz odc

tr (3.27) z : Kho¶ng c¸ch tõ mÆt níc tÜnh ®Õn ®Ønh sãng, lÊy gi¸ trÞ d¬ng khi

víi nh÷ng vÞ trÝ n»m trªn mùc níc tÜnh Vdc(z): VËn tèc dßng ch¶y tæng céng t¹i cao tr×nh z;

:)(trdcV VËn tèc dßng ch¶y do triÒu t¹i mùc níc tÜnh :)(giodcV VËn tèc dßng ch¶y do gÝo t¹i mùc níc tÜnh

d : §é s©u níc tÝnh ®Õn mÆt níc tÜnh do : §é s©u t¸c dông cña giã ®Õn dßng ch¶y; do = 50m.

H×nh 3.6, S¬ ®å tÝnh to¸n vËn tèc dßng ch¶y theo DnV [62], [63]

60

Theo quy ph¹m Liªn X« cò BCH- 90:

H×nh 3.7, S¬ ®å tÝnh to¸n vËn tèc dßng ch¶y theo BCH-90 T¹i çc vïng biÓn hë, vËn tèc dßng ch¶y do giã t¹i mùc níc tÜnh, khi mµ

kh«ng cã tµi liÖu thèng kª, cã thÓ lÊy nh sau: Vdc(giã) = 0,015 V(1 giê, 10m) (3.28) V(1 giê, 10m) lµ vËn tèc giã lÊy trung b×nh trong mét giê ë ®é cao 10m trªn

mùc níc tÜnh. BCH-90 quan t©m ®Õn hai thµnh phÇn lµ v1(dßng ch¶y mÆt); v2(dßng ch¶y

®¸y), coi nh vËn tèc (v) cña dßng ch¶y biÕn ®æi bËc nhÊt vµ ®a ra mét çch tÝnh vËn tèc dßng ch¶y ë çc vÞ trÝ dao ®éng xung quanh mùc níc tÜnh, H×nh 3.7.

2,21 )( VddVVV l (3.29)

5.2. X¸c ®Þnh t¶i träng dßng ch¶y

Gi¶ thiÕt dßng ch¶y lµ dßng æn ®Þnh, chuyÓn ®éng ®Òu theo ph¬ng n»m ngang: Vdc lµ h»ng sè. X¸c ®Þnh t¶i träng dßng ch¶y trong hÖ täa ®é xyz:

)0:sin:cos( dcdcdc VVV (3.30) Khi kÝch thíc c«ng tr×nh ®ñ nhá, kh«ng g©y ra hiÖn tîng nhiÔu x¹, cã thÓ sö dông ®îc c«ng thøc cña Morison ®Ó tÝnh t¶i träng dßng ch¶y lªn c«ng tr×nh: dcmdcdcdtzdc VCVVCF ).( (3.31) Dßng ch¶y ®Òu nªn: dcV = 0 do ®ã:

dcdvDdc VVCtzF ),( (3.32)

61

6. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng lªn C«ng tr×nh biÓn träng lùc 6.1. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh träng lùc kÝch thíc nhá [1],[54]

H×nh 3.8, S¬ ®å tÝnh t¶i träng sãng lªn trô ®ì c«ng tr×nh biÓn träng lùc §èi víi c¸c c«ng tr×nh cã kÝch thíc nhá, tho¶ m·n ®iÒu kiÖn DL 0,2 víi

D lµ kÝch thíc mÆt c¾t ngang cña c«ng tr×nh vµ L lµ chiÒu dµi sãng, cã thÓ dïng c«ng thøc Morison (3-33) ®Ó x¸c ®Þnh t¶i träng sãng.

xIxxD aDCVVDCtF )4(||5,0)( 2 (3-33) Trong ®ã: F(t): t¶i träng sãng trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi cét cã ®êng kÝnh D ; Vx: vËn tèc sãng theo ph¬ng truyÒn sãng x; ax: gia tèc sãng theo ph¬ng truyÒn sãng x; CI: hÖ sè qu¸n tÝnh; CD: hÕ sè c¶n vËn tèc; : mËt ®é níc biÓn.

T¶i träng sãng tÝnh ®îc b»ng c«ng thøc Morison lµ t¶i träng tËp trung ®¹t t¹i trôc thanh. Trong nhiÒu trêng hîp víi s¬ ®å tÝnh ®¬n gi¶n, coi c«ng tr×nh nh mét thanh conson ngµm t¹i mÆt ®¸y biÓn, s¬ ®å t¶i träng sãng lªn trôc thanh ®îc ®a vÒ d¹ng ®¬n gi¶n ®Ó tÝnh to¸n néi lùc, H×nh 3.9.

D

L

d

62

H×nh 3.9, S¬ ®å t¶i träng sãng lªn trô ®ì c«ng tr×nh biÓn träng lùc a). S¬ ®å t¶i träng sãng thùc tÕ b). S¬ ®å t¶i träng sãng quy vÒ h»ng sè theo chiÒu cao c«ng tr×nh c). S¬ ®å t¶i träng tËp trung

6.2. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh träng lùc kÝch thíc lín [1], [54] 6.2.1. §Æt bµi to¸n

Víi c«ng tr×nh kÝch thíc ®ñ lín lín (0,2 DL 1,0 ), kh«ng dïng ®îc c«ng thøc Morison ®Ó tÝnh t¶i träng sãng mµ ph¶i dïng lý thuyÕt sãng nhiÔu x¹.

C¸ch tÝnh tæng qu¸t ®îc m« t¶ trªn H×nh 3.10. r2: biªn, trong vïng r2 cã ¶nh hëng nhiÔux¹ r1: biªn tiÕp xóc gi÷a vËt thÓ vµ m«i trêng níc biÓn Ngoµi r2: = 1 Gi÷a vïng r1 vµ r2 cã ¶nh hëng sãng tíi vµ sãng nhiÔu x¹ T¹i vïng gi÷a hai biªn r1 vµ r2, hµm thÕ tèc ®é sãng tíi phô thuéc kh«ng

gian, thêi gian nh sau: (x,y,z,t) = 1(x,y,z,t) + D(x,y,z,t) (3.34)

Trong ®ã: 1 : hµm thÕ tèc ®é sãng tíi D : hµm thÕ tèc ®é sãng nhiÔux¹ Gi¶ thiÕt: ChÊt láng kh«ng nhít, kh«ng xo¸y, kh«ng nÐn ®îc vµo chuyÓn

vÞ nhá. Trong ®iÒu kiÖn ®¸y biÓn b»ng ph¼ng, hµm thÕ tæng céng (x,y,z,t) ®îc x¸c ®Þnh tõ viÖc gi¶i ph¬ng tr×nh Laplace.

aaaaaaaaaaa

hinaq

qia

2aqq1a

H

qn

qi

q21qq(z)

PV PV V P

63

(x,y,z,t) = 2 (x,y,z,t) = ( 22

22

22

zyx

) (x,y,z,t) = 0 (3.35)

Víi c¸c ®iÒu kiÖn biªn: §iÒu kiÖn biªn trªn mÆt tho¸ng (z= 0)

t (x,y,z, t) + g z

(x,y,z,t) = 0 t¹i z = 0 (3.36) Díi ®¸y biÓn (®iÒu kiÖn ®¸y biÓn kh«ng thÊm níc) Khi ®é s©u níc b»ng ∞ (z = 0) Lim z

(x,y,z,t) = 0 (3.37) Khi ®é s©u níc h÷u h¹n (d = const): z

(x,y,z,t) = 0 (3.38)

H×nh 3.10, S¬ ®å tæng qu¸t tÝnh t¶i träng sãng nhiÔu x¹ lªn

c«ng tr×nh biÓn träng lùc kÝch thíc lín. T¹i mÆt tiÕp gi¸p gi÷a kÕt cÊu vµ chÊt láng (®iÒu kiÖn kh«ng thÈm thÊu,

biªn kh«ng chuyÓn vÞ) 0

n ; hay nn

ID

(3.39) §iÒu kiÖn biªn ë xa v« cïng: D 0 ë v« cïng

Lim 0)..(

Dkirr (3.40) Víi r lµ b¸n kÝnh ®éc cùc : 22 yxr Gi¶i hÖ c¸c ph¬ng tr×nh tõ (3.35) (3.40) ®Ó x¸c ®Þnh ®îc thÕ tèc ®é sãng

tíi .

r1

r1

n ri

s

i + d

d

64

6.2.2. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng nhiÔu x¹ t¸c dông lªn c«ng tr×nh Gi¶ thiÕt hµm thÕ lµ hµm ®iÒu hoµ, trêng hîp sãng ph¼ng i lµ hµm ®iÒu hoµ. Khi ®ã: )()(),(),,,( tief xpzyxtzyx (3.41) )()(),(),,,( tief xpzdyxdtzyxd (3.42)

trong ®ã: ).(

)()( dkchzdkchzd

; di (3.43) víi k lµ sè sãng; ),( yx lµ nghiÖm cña ph¬ng tr×nh Helmholz (3.44).

02 k (3.44) trong ®ã: lµ hµm thÕ sãng ph¼ng cã biªn ®é kh«ng phô thuéc thêi gian t

vµ ®é s©u níc z.

H×nh 3.11, C¸c ®iÒu kiÖn biªn ®Ó tÝnh t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh d¹ng trô ®øng Tõ c¸c ph¬ng tr×nh (2.35) (2.40) ta cã ®îc hÖ ph¬ng tr×nh.

02 dd k ; (x,y) (3.45)

rd

r 1 ; (x,y r1) (3.46)

drd ik

; (x,y r2) (3.47) VÒ b¶n chÊt (3.45): Ph¬ng tr×nh Helmholz (3.46): §iÒu kiÖn biªn trªn mÆt tiÕp xóc r1 (3.47): §iÒu kiÖn biªn ë xa v« h¹n r2 Gi¶i hÖ ba ph¬ng tr×nh tæng qu¸t (3.45), (3.46), (3.47) t×m ®îc d tøc lµ

t×m ®îc [54].

YZ

X

d

2

g

0n

0z

0

z d

0z

65

Ph¬ng tr×nh (3.44) (Helmholz) chØ cã mét sè lêi gi¶i chÝnh x¸c trong mét sè trêng hîp ®¬n gi¶n, vÝ dô khi vËt c¶n lµ trô trßn th¼ng ®øng [54] cßn çc trêng hîp kh¸c ph¶i gi¶i b»ng ph¬ng ph¸p sè, chñ yÕu b»ng ph¬ng ph¸p sè [16], [57].

Trêng hîp vËt c¶n lµ trô trßn th¼ng ®øng §èi víi vËt c¶n lµ trô trßn th¼ng ®øng, hµm thÕ d tho¶ m·n ®iÒu kiÖn

(3.45), (3.46), (3.47) cã d¹ng sau: ),,( rd = )()()2(0 inekrHgai xprr (3.48)

Víi r lµ h»ng sè x¸c ®Þnh tõ çc ®iÒu kiÖn biªn, H×nh 3.33.

)()().()( )'2(

'

kdHkdJirei

rrxp

rr (3.49)

r = 0; 1; 2; 3… trong ®ã:

H )2(r Hµm Hankel lo¹i 2 h¹ng r

H )'2(r Hµm Hankel lo¹i 2 h¹ng r ®· ®¹o hµm

Jr Hµm Bessel lo¹i 1 h¹ng r J '

r Hµm Bessel lo¹i 1 h¹ng r ®· ®¹o hµm : TÇn sè vßng cña sãng

24cos)2( 2/1

)(

nkrkrJ krr (3.50)

)22()2( 2/1)2()(

nkriekrH xpkrr (3.51) n: lµ h¹ng cña hµm t¬ng øng.

Tõ d x¸c ®Þnh ®îc d theo c«ng thøc (3.42) vµ x¸c ®Þnh ®îc theo c«ng thøc (3.41) ë d¹ng çc hµm gi¶i tÝch. KÕt qu¶ t¶i träng sãng nhiÔu x¹ t¹i bÒ mÆt cña trô nh sau: adrtsdzF

dtT

0

0),( (3.52)

Do FT lµ hîp lùc nªn thµnh phÇn ¸p lùc thuû tÜnh triÖt tiªu. DÔ nhËn thÊy hµm thÕ d cã d¹ng chuçi theo ( ,t) vµ v× vËy hµm thÕ tæng céng còng cã d¹ng chuçi theo ( ,t). )sin,(cos)(

)()(4 22),( kaHtie

kkdthgaF xp

otT (3.53)

66

H×nh 3.12, T¶i träng sãng nhiÔu x¹ lªn c«ng tr×nh d¹ng trô trßn th¼ng ®øng T¶i träng sãng ph©n bè theo trôc z: )sin,(cos)(

)()(42

1)(

kaHiwte

chkddzkch

kga xpo

ztF (3.54) FT phô thuéc t vµ cã thÓ t×m t = t0 ®Ó cã FT (max) )sin,(cos)(

1)(4 )'2(1

2)(max kaHkkdthgaF oT (3.55)

)sin,(cos)(1.)(

)(4)'2(

1),max(

kaHkdchdzkch

kgaF oz

(3.56) H )'2(

1 lµ ®¹o hµm cña hµm hankel lo¹i 2 h¹ng 1, cã thÓ tra b¶ng. Trong çc ph¬ng tr×nh trªn ®©y lµ gãc hîp bëi ph¬ng truyÒn sãng vµ

trôc X cña hÖ to¹ ®é XOY, H×nh 3.13.

H×nh 3.13, §a t¶i träng sãng vÒ hÖ to¹ ®é §Ò çc Nh vËy, viÖc tÝnh to¸n t¶i träng sãng nhiÔu x¹ lªn c«ng tr×nh cã d¹ng trô

trßn th¼ng ®øng gåm çc bíc sau:

D=2a

a a

a0 a0

P

dsX

Y

Z

Py = P*sinPx = P*cos

PPyPx

ph¬ng cña lùc sãng

Y

X

67

Bíc 1: X¸c ®Þnh çc th«ng sè ban ®Çu bao gåm çc th«ng sè: - §é s©u níc d; - B¸n kÝnh mÆt c¾t ngang c«ng tr×nh a; - Sè sãng k; - TÇn sè vßng cña sãng ; - Nöa biªn ®é sãng ao Bíc 2: TÝnh çc hµm Hankel, Bessel vµ çc ®¹o hµm cña nã. Tõ (ka) tra b¶ng ®îc gi¸ trÞ H )2(

1 (ka) ; H )'2(1 (ka)

Bíc 3: TÝnh çc gi¸ trÞ F vµ Fmax b»ng çch thay çc th«ng sè cã ®îc ë bíc 1 vµ bíc 2 vµo çc c«ng thøc (3.32), (3.33), (3.34). 6.3 Sãng nhiÔu x¹ tac dông lªn bÓ trô ®Æt ch×m díi ®¸y biÓn XÐt bµi to¸n trªn H×nh 3.14.

H×nh 3.14, Çc ®iÒu kiÖn biªn ®Ó x¸c ®Þnh t¶i träng sãng nhiÔu x¹ lªn bÓ trô ch×m §Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc t¶i träng sãng nhiÔu x¹ lªn bÓ trô ®Æt ch×m díi

®¸y biÓn, H×nh 3.14, khi gi¶i ph¬ng tr×nh Laplas 02 cÇn bæ sung thªm ®iÒu kiÖn biªn trªn n¾p bÓ (3.67)

00)()(

bb hdzhdzz zV (3.57)

Ph¬ng tr×nh thÓ sãng tæng céng [19], [54]. (x,y,z,t) = )sin,(cos)()( chkd

dzkchtkxieaigxpo

(3.58) NhËn thÊy, khi cã bÓ trô lµ vËt c¶n ngÇm díi ®¸y biÓn ®· lµm thay ®æi quü ®¹o chuyÓn ®éng cña phÇn tö níc, H×nh 3.15.

z = -dhb

bbbD=2b

z = 0z'

x'z

a0 a0

Z

X

2 0 0

68

H×nh 3.15, Quü ®¹o chuyÓn ®éng cña phÇn tö níc cã vµ kh«ng cã vËt cµn ngÇm Quü ®¹o cña phÇn tö níc t¹i ®iÓm cã ®é s©u z lµ h×nh elÝp [54], ph¬ng tr×nh (3.59) lµ ph¬ng tr×nh biÓu diÔn quü ®¹o cña phÇn tö níc. 12

2'22'

zx (3.59) trong ®ã:

x’, z’ lµ to¹ ®é cña ®iÓm xÐt t¹i ®é s©u z , lµ hai b¸n trôc cña h×nh elÝp lµ quü ®¹o cña phÇn tö níc

Theo [14] c¸c b¸n trôc ®îc tÝnh nh sau: =

kdchdzkcha

.)(0 (3.60)

kdch

dzkshao.

)( (3.61) Khi ®é s©u níc t¨ng (z t¨ng), c¸c b¸n trôc cña elÝp ( vµ ) gi¶m vµ elÝp bÑt dÇn. NÕu z=-d, khi ®ã elÝp thµnh ®êng th¼ng, chuyÓn ®éng cña chÊt láng ph¬ng x. 0 dz 1'

22

x (3.62) Chän tû lÖ hai b¸n trôc cña elÝp 20

1 , khi ®ã nÕu coi phÇn tö níc

chuyÓn ®éng ngang th× sai sè sÏ lµ 5% [62]. ChÊp nhËn sai sè 5%, tõ (3.47) vµ (3.48) ta cã:

x'z z'z'z

x'

aoao X

Z

z = 0

D=2bb bb

hbz = -d

ao ao

0

69

201)( dzkth (3.63)

Víi c¸c trÞ sè )( dzk ®ñ nhá, )()( dzkdzkth . Khi ®ã cã thÓ viÕt l¹i (3.50); kdzo 20

1 (3.64) dkzo 20

1 (3.65) Nh vËy cã thÓ t×m vÞ trÝ cã to¹ ®é z tho¶ m·n biÓu thøc (3.65) th× quü ®¹o chuyÓn ®éng cña ph©n tö níc coi lµ n»m ngang víi sai sè chÊp nhËn lµ 5%. VÝ dô theo quy ph¹m DnV [62], coi chuyÓn ®éng cña phÇn tö níc n»m ngang sai sè 5% víi k = 10-3m, khi ®ã; dddkz 50001.0*20

120

1 (3.66)

khb 201 (3.67)

NÕu chuyÓn ®éng cña níc n»m ngang th× ¸p lùc níc lªn ph¬ng ®øng kh«ng cã, nh vËy mét c¸ch gÇn ®óng cho thÊy sù cã mÆt cña bÓ ngÇm kh«ng cßn ¶nh hëng ®Õn ph¬ng truyÒn sãng n÷a.

NÕu ®ßi hái kh¾t khe h¬n, vÝ dô sai sè chÊp nhËn ®îc chØ lµ 1% , nh vËy tû sè 100

1 . Khi ®ã:

kdz 1001 (3.68)

khb 1001 (3.69)

§iÒu kiÖn (3.69) ®îc tho¶ m·n nghÜa lµ coi bÓ n»m hoµn toµn trong vïng cã quü ®¹o níc n»m ngang víi sai sè 1%, khi ®ã ¸p lùc níc lªn bÒ mÆt trªn cña bÓ ®îc coi lµ triÖt tiªu víi sai sè 1%. Sù cã mÆt cña bÓ kh«ng ¶nh hëng ®Õn chuyÓn ®éng cña sãng tíi víi sai sè chÊp nhËn lµ 1%. Tõ n¾p bÓ lªn trªn mÆt níc hµm thÕ tèc ®é sãng tíi hÇu nh kh«ng thay ®æi, kh«ng cã hiÖn tîng nhiÔu x¹ x¶y ra trong vïng cã bÓ trô ngÇm, khi chiÒu cao bÓ ngÇm tho¶ m·n ®iÒu kiÖn (3.69). NÕu tho¶ m·n diÒu kiÖn (3.67) th× sai sè lµ 5%. T¶i träng sãng nhiÔu x¹ ®îc x¸c ®Þnh nh sau: bF ( ,z,t) = )0,1()(

)()(4)'2(

1 bxpo

khHtie

chkddzkch

kag (3.70)

Cêng ®é lùc sãng theo chiÒu s©u z nh sau:

)( bhd

db

T dzFF (3.71)

70

Hîp lùc: )0,1()()()(4

)'2(1

2)(b

xpbotT khHtie

chkdkhsh

kagF

(3.72) Trong tÝnh to¸n, lùa chän t = to ®Ó cã TF ( ),( ot ) = max NÕu chiÒu cao cña bÓ ngÇm lín – kh«ng tho¶ m·n çc ®iÒu kiÖn (3.67) hoÆc (3.69), khi ®ã nÕu coi phÇn tö níc chuyÓn ®éng ngang vµ trô ngÇm kh«ng lµm ¶nh hëng ®Õn chuyÓn ®éng cña chÊt láng sÏ cã sai sè lín (sai sè lín h¬n 5%). Trêng hîp nµy ph¶i tÝnh víi quü ®¹o cña phÇn tö níc lµ h×nh elÝp, ph¶i sö dông hµm thÓ cã xÐt ®Õn lùc t¸c dông theo ph¬ng ®øng lªn bÒ mÆt bÓ ngÇm. Lùc t¸c dông lªn mét d¶i cã vi ph©n bÒ réng dx t¹i to¹ ®é x trªn mÆt bÓ trô, H×nh 3.16, nh sau:

dxZxbhdtkxiehkdchkhchagF bxpbbT

tx

22

0),,(0 )()(.1)()(2 (3.73)

Hîp lùc: ZtiekhJkdch

khchgabZbhdgF xpbbobToP

t ˆ)()()()(2ˆ)( 1

22),( (3.74)

Víi J1(kb) lµ hµm Bessel lo¹i 1. Trong ph¬ng tr×nh (3.60), ZbhdgF b

ToPt ˆ)( 2),( lµ thµnh phÇn tÜnh, do

¸p lùc thuû tÜnh, phÇn cßn l¹i lµ lùc ®éng. 6.4. X¸c ®Þnh t¶i träng sãng t¸c dông lªn mét nhãm trô th¼ng ®øng [54] XÐt bµi to¸n trªn H×nh 3.17. Çc sè liÖu ban ®Çu:

- Gäi D lµ ®êng kÝnh vµ a lµ b¸n kÝnh trô sè 1; - Gäi D’ lµ ®êng kÝnh vµ a; lµ b¸n kÝnh trô sè 2; - L lµ kho¶ng çch gi÷a hain t©m trô; - d lµ ®é s©u níc; - F 1

1 lµ lùc sãng t¸c dông lªn trô sè 1 khi ®øng ®¬n lÎ; - F1

2 lµ lùc sãng t¸c dông lªn trô sè 1 khi cã trô sè 2 ®øng gÇn; - F 2

2 lµ lùc sãng t¸c dông lªn trô sè 2 khi ®øng ®¬n lÎ; - F 2

1 lµ lùc sãng t¸c dông lªn trô sè 2 khi cã trô sè 1 ®øng gÇn; LËp tû sè )1(

2

)1(1

FF phô thuéc Lvµ F )2(

1 ; t¬ng tù víi F )1(1 , F )1(

2 … Cã hai çch gi¶i quyÕt nh sau: Çch 1: Gi¶i chÝnh x¸c

71

Gi¶i ph¬ng tr×nh tæng qu¸t 02 cña sãng nhiÔu x¹ víi c¸c ®iÒu kiÖn biªn nh sau:

- §iÒu kiÖn biªn trªn mÆt tho¸ng; - §iÒu kiÖn biªn díi ®¸y biÓn; - §iÒu kiÖn trªn biªn r2 - ®iÒu kiÖn biªn ë xa v« cïng; - §iÒu kiÖn biªn r1 : biªn r1 cã nhiÒu biªn (trêng hîp vÏ trªn H×nh 3.17, cã

hai biªn r1).

H×nh 3.16, X¸c ®Þnh lùc sãng nhiÔu x¹ lªn mÆt bÓ ngÇm

H×nh 3.17, S¬ ®å tÝnh t¶i träng sãng lªn nhãm hai trô th¼ng ®øng

dxx

TopFa

Y

a0 X

Za0

z

a 0 a 0

L

a a a ' a'

D=2a D=2a'

z = 0 z = 0

z = -d z = -d

Lùc T¬ng T¸c

72

Víi biªn r1, ngoµi lùc t¸c dông lªn mçi trô cßn cã lùc t¬ng t¸c ( F 12 vµ

F 21 ) gi÷a çc trô trong nhãm khi kho¶ng çch gi÷a çc trô ®ñ nhá. Cã thÓ nhËn

biÕt çc lùc t¬ng t¸c nh díi ®©y: Trêng hîp nhãm gåm hai trô:

22

12

21

11

FFFF (3.75)

Trêng hîp nhãm gåm ba trô:

FFFFFFFFF

33

32

31

32

22

21

31

21

11

(3.76)

§Ó gi¶i chÝnh x¸c çc hÖ ph¬ng tr×nh trªn ®©y gÆp nhiÒu khã kh¨n, thêng ph¶i dïng ph¬ng ph¸p sè [16], [57]. Çch 2: Gi¶i gÇn ®óng [1], [54] XÐt nhãm hai trô víi çc gi¶ thiÕt sau:

- Lùc t¸c dông lªn trô 1 – tÝnh theo Morison lµ 1MF

- Lùc do ¶nh hëng nhiÔux¹ tõ trô 2 g©y ra trªn trô 1 lµ 12F

Khi ®ã: 1),,( tznF = 1

MF + 12F (3.77)

)()(14

2)'2(1

212

11),,( dxkaHk

iF MxMtzx FFF

t¹i x=L (3.78)

)()(14

2)'2(1

212

11),,( dykaHk

iF MyMtzy FFF

t¹i x=L (3.79)

trong ®ã )1(

MF lµ lùc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Morrison H ka

1)(1 lµ hµm Beasel lo¹i 1 ®· ®¹o hµm, tra b¶ng theo ka

2d lµ hµm thÕ sãng nhiÔu x¹ tõ trô sè 2 lan truyÒn sang trô sè 1 ®îc lÊy t¹i to¹ ®é x = L

2d lµ ®¹o hµm cña hµm thÕ 2d theo thêi gian t F M

x , F My lµ çc lùc t¸c dông lªn trô sè 1 ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng

thøc Morrison theo ph¬ng x hoÆc ph¬ng y 2

4ki lµ thµnh phÇn lùc nhiÔu x¹ do trô 2 g©y ra trªn trô sè 1

Lùc sãng tæng céng d¹ng VÐxt¬ nh sau: )()(

142)'2(

12),,( dtkaHk

iFF Mtz

(3.80)

73

6.5. Trêng hîp nhãm gåm nhiÒu trô ®øng xÕp nhiÒu hµng [54], [59] Trêng hîp trô xÕp nhiÒu hµng, nguyªn t¾c tÝnh to¸n còng t¬ng tù nh

trêng hîp xÐt ¶nh hëng nhiÔu x¹ tõ hai trô. Gi¶ sö sãng lan truyÒn ®Õn hÖ thèng trô trßn b¸n kÝnh as, ®Æt trong m«i

trêng chÊt láng ®é s©u h÷u h¹n d, chÞu t¸c dông cña sãng lan truyÒn theo híng t¹o thµnh gãc víi híng trôc Ox.

Sö dông hÖ täa ®é ®éc cùc rs, s, hµm thÕ vËn tèc sãng tíi s (xs,ys,zs, t) ®îc x¸c ®Þnh tõ ph¬ng tr×nh Laplace, trong hÖ to¹ ®é ®éc cùc cã d¹ng:

0112

22

22

ss

sssssss zrrrrr

(3.81)

trong ®iÒu kiÖn: - T¹i ®¸y: 0

dzss

sz (3.82)

- T¹i bÒ mÆt h×nh trô: 0

ss arss

r (3.83)

- T¹i bÒ mÆt chÊt láng: ;022

sss

zgt zs =0 (3.84)

- §iÒu kiÖn bøc x¹ 0lim

ssssr ikrr

s (3.85)

ThÕ vËn tèc sãng quanh c¸c trô cã d¹ng: tiRniko eechkd

dzchkagi j ).()( (3.86) trong ®ã: j: thÕ sãng nhiÔu x¹

R : vÐct¬ b¸n kÝnh t¹i ®iÓm kh¶o s¸t Sè sãng Lk 2 ; tÇn sè vßng T

2 ; quan hÖ gi÷a vµ d ®îc liªn hÖ theo biÓu thøc: gkthkd2 (3.87) ViÕt (3.97) trong hÖ täa ®é ®éc cùc cã d¹ng:

.)( ).().( tijsrnikrniksos eechkddzchkagi sos (3.88)

§a ph¬ng tr×nh (3.88) vµo ph¬ng tr×nh (3.81), t×m ®îc thÕ vËn tèc js tháa m·n ph¬ng tr×nh HemHoltz:

74

011 22

22

js

s

jsss

jssss

krrrrr (3.89)

Bá qua ®¹i lîng tie , thÕ vËn tèc sãng cña trô bÊt kú trong hÖ to¹ ®é trô ®îc thÓ hiÖn bëi biÓu thøc:

0

)cos().( )(cos)(0

nssn

nn

ikrRnik nkrJiee sos (3.90) Trong ®ã: 10 ; 1n ; n1,2,… ThÕ vËn tèc sãng j ®îc viÕt l¹i díi d¹ng:

0

)1()()(

0 1

1

1)1(

)()(

sincos

sincos)(

n qq

nqn

qn

n

N

sq

s

qqq

snsn

snj

nnHB

CnnkrHB

C

(3.91)

Trong ®ã:

sqsq

sqnmn

qnss

sm nmnmkrHkrJm

mkrH

)sin()cos()()(sin

cos)( )1(0

)1(

sq

sqsq

sqnmnn nnm

nmkrH cos)sin(

)cos()()1( )1(

q

sqsq

sqnmnn

sqsq

snm nnmnmkrHnm

nmqkrH

sin)cos()sin()()1()cos(

)sin()( )1()1( (3.92) Khi ®ã, thÕ vËn tèc s theo (3.85) ®îc viÕt l¹i díi d¹ng:

)(cos)()(0

)cos( 00 n ssnnnikrsos nkrJiechkd

dzchkagi ss

N

sq

s

qss

n snsn

snnnkrHB

C1

1

10)1(

)()(

sincos)(

sqsq

m sqmnsmn qn

qn mnmnkrHkrJB

C)sin()cos()()(

0)1(

0 )()(

+

ssqsq

sqmnmm mmn

mnkrH cos)sin(

)cos()()1( )1(

+

s

sqsq

sqmnmm

sqsq

sqmn mmnmnkrHmn

mnkrH

sin)sin()sin()()1()sin(

)sin()( )1()1( (3.93) C¸c hÖ sè Cn vµ Bn trong c«ng thøc (3.93) trong ®iÒu kiÖn giíi h¹n (3.83)

®îc x¸c ®Þnh tõ hÖ ph¬ng tr×nh ®¹i sè tuyÕn tÝnh:

75

0)()(),()(),(1

1 1)(

msnqmqsmnqmqsmn

s

q

N

sqsn KBCC (3.94)

0)()(),()(),(1

1 1)(

ms

nq

mqs

mnq

mqs

mns

q

N

sqs

n FCBB Trong ®ã:

sqsqnmnn

sqsqnmsn

snqsmn nmkrHnmkrHkaH

kaJ )cos()()1()cos()()()( )1()1(

)1(),(

sqsqnmnnsqsqnmsn

snqsmn nmkrHnmkrHkaHkaJ )sin()()1()sin()()(

)( )1()1()1(

),(

)()1()cos()()()( )1()1(

)1(),(

, sqnmnn

sqsqnmsn

snqsnm krHnmkrHkaH

kaJ

sqsqnmnnsqsqnmsn

snqs nm nmkrHnmkrHkaHkaJ )sin()()1()sin()()(

)( )1()1()1(

),( ,

)(cos)(

)1()cos()(

snsnnnikrsn kaH

nkaJieK osos

)(sin)(

)1()cos()(

snsnnnikrsn kaH

nkaJieF osos

KÕt qu¶ gi¶i ph¬ng tr×nh (3.104) nhËn ®îc tõ çc trÞ sè Cn vµ Bn cã quan

hÖ víi çc biÕn thøc: )()1()()(

snsnsn kaHCC (3.95)

)()1()()(sn

sn

sn kaHBB (3.96)

B»ng çch gi¶i gÇn ®óng hÖ ph¬ng tr×nh (3.94) nhËn ®îc ¸p lùc thuû ®éng cña sãng t¸c ®éng lªn h×nh trô [54], [59]:

tp khi rs = sa (3.97)

hoÆc viÕt díi d¹ng:

0)1(

0)cos(s

sincos)()(cos

)()(p)()(n s

ssnCBs

n snnnikrso

nnkrHn

krJiechkddzchkga

snsn

osos

0

)1(0

)(1

1 1 )sin()cos()()(

n sqsq

sqmnm smqn

qns

q

N

sq mnmnkrHkrJB

C

sqsq

sqmnssqsq

sqmnmmmnmnkrHmmn

mnkrH

)cos()sin()(cos)sin(

)cos()()1( )1()1(

76

.sin)cos()sin()((-1)- )1(m tissq

sqsqmnm emmn

mnkrH

(3.98)

Ph¬ng tr×nh c¬ b¶n (3.98) cho biÕt lùc thuû ®éng theo híng Ox, Oy cña mét trô trong nhãm trô viÕt díi d¹ng tÝch ph©n:

d

sssssx dzdapF0

2

0)( cos

dssss

sy dzdapF

0

2

0)( sin

(3.99)

H×nh 3.18, S¬ ®å x¸c ®Þnh sãng nhiÔu x¹ trêng hîp 6 trô 6.6. TÝnh gÇn ®óng t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh kÝch thíc lín [1], [54] Trong thiÕt kÕ s¬ bé, cã thÓ tÝnh gÇn ®óng t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh

träng lùc kÝch thíc lín cã kÓ ®Õn hiÖn tîng nhiÔu x¹ b»ng c¸ch dïng c«ng thøc Morrison ®Ó tÝnh t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh kÝch thíc lín nh ®èi víi c«ng tr×nh cã kÝch thíc nhá vµ kÓ ®Õn hiÖn tîng nhiÔu x¹ th«ng qua c¸c hÖ sè nhiÔu x¹.

T¶i träng sãng ®îc tÝnh gÇn ®óng nh sau [54]: VVCVCCFFF DIhID )( (3.100)

- CI : hÖ sè qu¸n tÝnh - CD: hÖ sè c¶n v¹n tèc - V : vËn tèc cña chuyÓn ®éng sãng tíi - V : gia tèc cña chuyÓn ®éng sãng tíi - Ch: hÖ sè nhiÔu x¹ ph¬ng ngang

77

- Cv: hÖ sè nhiÔu x¹ ph¬ng ®øng Çc hÖ sè nhiÔu x¹ nh sau:

Ch = 1 + 0,75 ( aH2 )1/3 (1- 0,2 k2 a2) (3.101)

CV = 1 + 0,75 k2a2( aH2 ) khi 1,48 ka a

H2 < 1 (3.102)

CV = 1 + 0,5 ka khi 1,48 k.a. aH2 > 1 (3.103)

Çc hÖ sè trªn ®©y ®îc sö dông trong ®iÒu kiÖn 0,3 < D

H <2,3 vµ dH < 0,6 (3.104)

NÕu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn (3.90), kÕt qu¶ t¶i träng sãng tÝnh ®îc cã ai sè 5% trong ®ã: H: chiÒu cao sãng d:®é s©u níc a: b¸n kÝnh vËt c¶n k: sè sãng

Çc c«ng thøc gÇn ®óng (3.100), (3.101), (3.102), (3.103), (3.104) chØ phï hîp víi mét vËt c¶n, khi cã nhiªu vËt c¶n sai sè sÏ kh¸ lín.

78

Ch¬ng 4 TÝnh kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

1. M« h×nh ho¸ kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n [16], [57] KÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng bao gåm ba phÇn chÝnh: kÕt cÊu thîng tÇng, kÕt cÊu sµn ®ì thîng tÇng vµ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ. KÕt cÊu thîng tÇng bao gåm çc m« ®un ®îc chÕ t¹o s½n. Th«ng thêng kÕt cÊu çc m« ®un thîng tÇng ®îc tÝnh to¸n ®éc lËp nh çc hÖ kÕt cÊu phô vµ truyÒn ph¶n lùc lªn hÖ kÕt cÊu chÝnh lµ kÕt cÊu ®ì thîng tÇng. KÕt cÊu ®ì thîng tÇng cã thÓ ®îc tÝnh gÇn ®óng nh hÖ phô tùa trùc tiÕp lÕ kÕt cÊu trô ®ì. Çc s¬ ®å tÝnh gÇn ®óng kÕt cÊu ®ì thîng tÇng cho trªn H×nh 4.1. KÕt cÊu khèi ch©n ®Õ lµ kÕt cÊu chÝnh bao gåm kÕt cÊu trô ®ì vµ kÕt cÊu khèi ®Õ. Khèi ®Õ ®Æt trùc tiÕp trªn nÒn vµ g¾n chÆt vµo nÒn nhê träng lîng c«ng tr×nh vµ hÖ thèng ch©n khay. Çch m« h×nh ho¸ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ ®Ó tÝnh tÝnh to¸n theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®îc tr×nh bÇy trong çc môc tiÕp theo cña ch¬ng nµy. Trong nhiÒu trêng hîp, khi cÇn thiÕt cã thÓ tÝnh to¸n ®ång thêi kÕt cÊu çc çc m« ®un thîng tÇng víi kÕt cÊu ®ì thîng tÇng vµ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ, khi ®ã bµi to¸n kÕt cÊu sÏ cã khèi lîng tÝnh to¸n rÊt lín. 1.1 S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu ®ì thîng tÇng

KÕt cÊu ®ì thîng tÇng thêng lµ kÕt cÊu hÖ thanh. Trong nhiÒu trêng hîp kÕt cÊu ®ì thîng tÇng ®îc s¬ ®å ho¸ gÇn ®óng b»ng çch t¸ch rêi sµn chÞu lùc ®Ó tÝnh riªng víi çc gèi tùa trªn trô ®ì, H×nh 4.1.

Çc s¬ ®å tÝnh trªn H×nh 4.1 cho kÕt qu¶ ®¶m b¶o yªu cÇu thiÕt kÕ kü thuËt cã thÓ dïng ®Ó dïng ®Ó thiÕt kÕ s¬ bé. 1.2 M« h×nh ho¸ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n

KÕt cÊu ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng ®îc rêi r¹c ho¸ theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n víi çc lo¹i phÇn tö vá, çc phÇn tö khèi vµ çc phÇn tö thanh, H×nh 4.2. 2. M« h×nh ho¸ t¶i träng theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n T¶i träng sãng t¸c dông x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Moisson lµ t¶i träng tËp trung ®Æt t¹i trôc thanh, t¶i träng thîng tÇng, t¶i träng giã,...còng thêng lµ t¶i träng tËp trung. Khi tÝnh to¸n kÕt cÊu b»ng çc ch¬ng tr×nh phÇn mÒm

79

viÕt theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, cÇn thiÕt ph¶i ®a çc t¶i träng nªu trªn vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n.

H×nh 4.1 - Çc s¬ ®å tÝnh kÕt cÊu sµn chÞu lùc a) vµ b): KÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng bª t«ng vµ s¬ ®å tÝnh gÇn ®óng c) vµ d) S¬ ®å tÝnh gÇn ®óng kÕt cÊu ®ì thîng tÇng b»ng thÐp

2.1. M« h×nh ho¸ t¶i träng thîng tÇng : Mét çch gÇn ®óng cã thÓ coi t¶i träng thîng tÇng th«ng qua sµn ®ì

thîng tÇng ph©n bè ®Òu lªn mÆt tiÕp xóc gi÷a kÕt cÊu thîng tÇng vµ mÆt trªn cña trô ®ì. Khi ®ã t¶i träng nót ®îc tÝnh theo c«ng thøc (4.1), H×nh 4.3.

nGg i (4.1)

Trong ®ã G: tæng t¶i träng thîng tÇng gi: t¶i träng thîng tÇng chia vÒ nót thø i cña líi phÇn tö h÷u h¹n t¹i mÆt tiÕp xóc gi÷a trô ®ì víi kÕt cÊu ®ì thîng tÇng. n: tæng sè nót trªn thµnh biªn cña trô ®ì t¹i mÆt tiÕp xóc gi÷a trô ®ì víi kÕt cÊu ®ì thîng tÇng.

a) b)

c)

d)

80

H×nh 4.2, Rêi r¹c ho¸ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng theo m« h×nh phÇn tö h÷u h¹n

3

12

Maët 3 Maët 2

Maët 1Maët 4

Phaàn töû SHELL 4 nuùt

2

3

1

Maët 1

Maët 2

Maët 3

Phaàn töû SHELL 3 nuùt

81

H×nh 4.3, §a t¶i träng thîng tÇng vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n

2.2. M« h×nh ho¸ t¶i träng giã PhÇn trô ®ì tiÕt diÖn vµnh khuyªn kh«ng ngËp níc lµ mét mÆt c¶n giã.

T¶i träng giã lªn phÇn kh«ng ngËp níc cã thÓ ®îc tÝnh theo quy ph¹m [49] hoÆc cã thÓ tÝnh nh trong [56], H×nh 4.4.

H×nh 4.4, x¸c ®Þnh t¶i träng giã ®a vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n a) Chia ®Òu t¶i träng giã vÒ nót theo chu vi b) TÝnh t¶i träng giã trùc tiÕp t¹i nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n

b)

a)

82

innv

ni qCP .. (4.2) Trong ®ã: i

nq : ¸p lùc giã t¸c dông lªn bÒ mÆt trô ®ì ë cao tr×nh ®o¹n thø i v : HÖ sè ®éng phô thuéc bÒ mÆt kÕt cÊu

Cn: HÖ sè ®éng phô thuéc h×nh d¸ng kÕt cÊu + Víi c«ng tr×nh cã bÒ mÆt nh½n hÖ sè Cn( ) ®îc tÝnh nh sau: Cn( ) = -0,0804 +14cos +1,38cos +0,49cos3 +0,318 cos 4 (4.3) + Víi c«ng tr×nh bÒ mÆt nhãm Cn( )=-0,258+0,488 cos +0,476cos2 +0,328cos3 +0,1cos 4 (4.4) Víi lµ gãc ë t©m, H×nh 4.4a

niP trong tÝnh to¸n thùc tÕ, ®îc chia thµnh hai thµnh phÇn theo ph¬ng X vµ ph¬ng Y.

Trong nhiÒu trêng hîp, t¶i träng giã tÝnh theo TCVN-2737-1995 [49] ®a vÒ t¶i träng tËp trung cã thÓ ®a vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n, H×nh 4.4b.

nPpi (4.5)

Trong ®ã P: tæng t¶i träng giã x¸c ®Þnh theo quy ph¹m pi: t¶i träng giã chia vÒ nót thø i cña líi phÇn tö h÷u h¹n n: tæng sè nót theo chu vi cña trô ®ì

2.3 M« h×nh ho¸ t¶i träng sãng Trêng hîp 1: §èi víi c¸c trô ®ì cã kÝch thíc nhá, t¶i träng sãng t¸c dông lªn trô ®ì ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Morisson lµ lùc tËp trung ®Æt t¹i trôc thanh, (xem H×nh 3.31 ch¬ng 3). Mét c¸ch gÇn ®óng cã thÓ coi lùc ngang do sãng t¸c ®éng lªn trô ®ì ®îc ph©n bè ®Òu trªn chu vi cña trô ®ì. Khi ®ã lùc ngang t¹i nót thø i ®îc x¸c ®Þnh nh sau, H×nh 4.5a.

nQqi (4.6)

Trong ®ã: Q: t¶i träng ngang t¹i cao tr×nh thø i ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc Morisson.

qi: t¶i träng ngang chia vÒ nót thø i cña líi phÇn tö h÷u h¹n trªn biªn cña trô ®ì t¹i cao tr×nh thø i

n: tæng sè nót trªn thµnh biªn cña trô ®ì t¹i cao tr×nh thø i

83

Trêng hîp 2: §èi víi çc trô ®ì cã kÝch thíc lín (kÓ c¶ trêng hîp trô ®ì cã kÝch thíc nhá), t¶i träng sãng cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh t¹i çc nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n, H×nh 4.5b.

H×nh 4.5, x¸c ®Þnh t¶i träng sãng ®a vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n

c) Chia ®Òu t¶i träng sãng vÒ nót theo chu vi d) TÝnh t¶i träng sãng trùc tiÕp t¹i nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n

2.4 M« h×nh ho¸ ¸p lùc thuû tÜnh ¸p lùc thuû tÜnh ®îc ®a vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n díi d¹ng

çc lùc tËp trung víi trÞ sè töông öùng vôùi aùp löïc trªn dieän tích ñöôïc lùc tËp trung thay theá, H×nh 4.6.

3. M« h×nh ho¸ nÒn ®Êt 3.1. S¬ ®å ngµm cøng: Coi c«ng tr×nh ngµm vµo nÒn ®Êt ë mÆt ®¸y mãng, H×nh 4.7. Víi çc s¬ ®å tÝnh, H×nh 4.7, kÕt qu¶ tÝnh kÕt cÊu cho néi lùc t¹i ®¸y mãng, dïng kÕt qu¶ néi lùc ®¸y mãng ®Ó tÝnh to¸n kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ chuyÓn vÞ cña nÒn díi ®Õ mãng [46], [47], [60], [61], [62].

a)

b)

84

H×nh 4.6, §a ¸p lùc thuû tÜnh vÒ nót cña líi phÇn tö h÷u h¹n a) S¬ ®å tæng thÓ; b) ¸p lùc thuû tÜnh trªn chu vi;

c) Chia ¸p lùc thuû tÜnh vÒ hai ph¬ng X vµ Y

H×nh 4.7, S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu víi liªn kÕt ngµm t¹i mÆt mãng

a) S¬ ®å tÝnh víi c«ng tr×nh kÝch thíc lín b) S¬ ®å tÝnh víi c«ng tr×nh kÝch thíc nhá (c«ng x«n)

a)

b)

a)

b)

c)

85

3.2. S¬ ®å liªn kÕt ®µn håi Trêng hîp 1: Mãng tuyÖt ®èi cøng, H×nh 4.8.

§é cøng c¸c lß xo ®îc x¸c ®Þnh theo quy ph¹m DnV nh sau [61], [62] + Lß so theo ph¬ng ®øng

1..4 RGkv (4.7)

+ Theo ph¬ng ngang:

87

.)1(32 RGkH (4.8)

+ Theo ph¬ng xoay )1(3

.8 3

RGkDr (4.9) + Theo ph¬ng xo¾n:

k§T = 33

16GR (4.10)

)1(2 EG (4.11) trong ®ã:

E: M« ®un ®µn håi cña ®Êt nÒn; (T/m2) R: §êng kÝnh ®Õ mãng; (m) G: M« ®un ®µn håi trît cña ®Êt nÒn; (T/m2) : HÖ sè Poisson cña ®Êt nÒn.

H×nh 4.8, S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu liªn kÕt lß xo víi mãng tuyÖt ®èi cøng a) S¬ ®å tÝnh b) C¸c liªn kÕt lß xo

b)

a)

86

Trêng hîp 2: Mãng mÒm, H×nh 4.9.

H×nh 4.9, S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu liªn kÕt mÒm víi nÒn t¹i ®¸y mãng, mãng kh«ng tuyÖt ®èi cøng

a) S¬ ®å tæng thÓ; b) MÆt ®¸y mãng; c) Liªn kÕt lß xo t¹i çc nót

Dïng çc liªn kÕt lß xo ®Ó m« t¶ çc lß xo liªn kÕt mãng víi nÒn. §é cøng çc liªn kÕt lß xo cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh theo çc ph¬ng ph¸p sau:

X¸c ®Þnh ®é cøng lß xo theo ®é lón ®¬n vÞ cña ®Õ mãng §é cøng cña çc lß xo ®îc x¸c ®Þnh b»ng th¬ng sè cña lùc ®¬n vÞ trªn

chuyÓn vÞ cña lß xo díi t¸c dông cña lùc ®¬n vÞ. ChuyÓn vÞ cña lß xo liªn kÕt gi÷a ®¸y mãng víi nÒn ®Êt díi ®Õ mãng

cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh theo ®é lón dù b¸o ®îc cña ®Õ mãng díi t¸c dông cña ngo¹i lùc lªn c«ng tr×nh. Çch tÝnh thùc hµnh nh sau:

Bíc 1: TÝnh lón cña mãng träng lùc theo sè liÖu ®Þa chÊt c«ng tr×nh t¹i n¬i x©y dùng c«ng tr×nh [46].

Bíc 2: X¸c ®Þnh tæng ®é cøng cña lß xo liªn kÕt b»ng çch lÊy tæng lùc t¸c dông chia cho ®é lón tæng c«ng cña mãng theo dù b¸o ë bíc 1. S

PK (4.12) Trong ®ã: K: Tæng ®é cøng cña lß xo liªn kÕt (T/m) P: Lùc däc trôc g©y lón (T) S: Tæng ®é lón cña mãng theo dù b¸o (m)

a)

b)

c)

87

Bíc 3: X¸c ®Þnh ®é cøng cña çc lß xo ph©n bè V¬Ý gi¶ thiÕt mãng lón ®Òu, ®é cøng çc lß xo ph©n bè ®îc tÝnh theo

diÖn tÝch thay thÕ cña lß xo, H×nh 4.10.

H×nh 4.10, X¸c ®Þnh diÖn tÝch thay thÕ cña çc lß xo a) S¬ ®å tæng thÓ ®¸y mãng; b) DiÖn tÝch thay thÕ cña mét lß xo

§é cøng cña mét lß xo ®îc tÝnh nh sau: A

KxAik i (4.13) trong ®ã: K: Tæng ®é cøng cña lß xo liªn kÕt (T/m)

ki: §é cøng cña lß xo thø i A: DiÖn tÝch ®¸y mãng Ai: DiÖn tÝch thay thÕ cña lß xo thø i

X¸c ®Þnh ®é cøng cña lß xo ph©n bè theo hÖ sè nÒn Trong nhiÒu trêng hîp, víi h×nh d¸ng ®Õ mãng phøc t¹p viÖc tÝnh to¸n

dù b¸o ®é lón cña mãng gÆp khã kh¨n. Khi ®ã ®é cøng cña çc lß xo ph©n bè cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh theo m« h×nh nÒn b¸n kh«ng gian ®µn håi.

HÖ sè nÒn: )1( 20

oBEk (T/m3) (4.14)

Trong ®ã: k: hÖ sè nÒn (lùc/chiÒu dµi) E0: m« ®un biÕn d¹ng cña nÒn M0: hÖ sè Poisson B: bÒ réng cña mãng

§é cøng mét liªn kÕt lß xo ®îc tÝnh nh sau: ki = Ai.k (T/m) (4.15) Ai lµ diÖn tÝch thay thÕ cña lß xo thø i.

a)

b)

88

4. Ph¬ng tr×nh ®éng lùc häc tæng qu¸t Ph¬ng tr×nh ®éng lùc häc tæng qu¸t cña hÖ kÕt cÊu c«ng tr×nh ®· rêi

r¹c ho¸ theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®îc viÕt nh sau [1],[54]: )(tFKUUCUM (4.16)

trong ®ã: M: Ma trËn khèi lîng nót cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ C: Ma trËn c¶n cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ K: Ma trËn ®é cøng cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ

... ,, UUU : ChuyÓn vÞ, vËn tèc, gia tèc t¹i nót cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ F(t) : Ngo¹i lùc

5. Bµi to¸n dao ®éng riªng Gi¶i ph¬ng tr×nh thuÇn nhÊt (4.17 ) x¸c ®Þnh ®îc çc tÇn sè dao ®éng

riªng cña hÖ thèng kÕt cÊu, H×nh 4.11. Cã thÓ sö dông çc ch¬ng tr×nh phÇn mÒm [58], [69] ®Ó tù ®éng tÝnh

to¸n x¸c ®Þnh ®îc çc tÇn sè vµ chu kú dao ®éng riªng cña hÖ kÕt cÊu. 0 KUUCUM (4.17)

H×nh 4.11 - Mét sè d¹ng dao ®éng riªng ®Çu tiªn cña hÖ kÕt cÊu Chu kú dao ®éng riªng nhá nhÊt:

1

1T (4.18)

trong ®ã: T: Chu kú dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt 1 : TÇn sè dao ®éng riªng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt

6 ,2 5

6 ,2 5

U 01 2

0U

u10 u2

0

D¹ng D§R1 D¹ng D§R2

89

5.1. Trêng hîp 1 Chu kú dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt T < 3s.

Bíc 1: TÝnh hÖ sè ®éng - dùa theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña bµi to¸n dao ®éng riªng ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè ®éng.

HÖ sè ®éng ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (4.19) [1], [54].

22 )2()(11

tod U

Uk (4.19)

trong ®ã: Uo: biªn ®é chuyÓn vÞ ®éng Ut: chuyÓn vÞ cùc ®¹i do t¸c dông tÜnh cña t¶i träng g©y ra. : tÇn sè vßng cña sãng : TÇn sè dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø 1

: HÖ sè gi¶m ch©n. Thêng chän 1,005,0

(5% - 10% hÖ sè gi¶m chÊn tíi h¹n. HÖ sè gi¶m chÊn tíi h¹n 1

) : th«ng sè ®a vµo ®Ó tÝnh to¸n. Chän M

C5,0 víi hÖ sè c¶n nhít cña hÖ kÕt cÊu vµ M lµ khèi lîng cña hÖ.

§å thÞ biÓu diÔn hÖ sè ®éng cña hÖ mét bËc tù do cho trªn H×nh 4.12.

H×nh 4.12, §å thÞ biÓu diÔn hÖ sè ®éng cña hÖ mét bËc tù do

0

2

4

6

0 ,5 1 ,0 1 ,5 2 ,0

05,0

1,0

15,0

2,0

90

Bíc 2: X¸c ®Þnh néi lùc, chuyÓn vÞ tÜnh cña hÖ kÕt cÊu Bµi to¸n tùa tÜnh x¸c ®Þnh chuyÓn vÞ b»ng çch gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh (4.20).

FKU (4.20) trong ®ã:

K: Ma trËn ®é cøng cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ U : ChuyÓn vÞ nót cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ F : Lùc t¸c ®éng tÜnh lªn hÖ kÕt cÊu

Gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh (4.20) ®îc kÕt qu¶ lµ chuyÓn vÞ nót cña hÖ kÕt cÊu, tõ chuyÓn vÞ nót x¸c ®Þnh ®îc néi lùc cña hÖ kÕt cÊu. §èi víi hÖ kÕt cÊu ®· m« h×nh ho¸ theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, cã thÓ sö dông çc ch¬ng tr×nh phÇn mÒm viÕt theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n [58],[69]…®Ó x¸c ®Þnh néi lùc, chuyÓn vÞ nót cña hÖ kÕt cÊu. Bíc 3: X¸c ®Þnh néi lùc ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu Néi lùc dïng ®Ó thiÕt kÕ vµ kiÓm tra kÕt cÊu c«ng tr×nh ®îc lùa chän lµ çc néi lùc nguy hiÓm tÝnh ®îc tõ bíc 2 nh©n víi hÖ sè ®éng ®îc tÝnh to¸n ë bíc 1 cña môc nµy. 5.2. Trêng hîp 2

Chu kú dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt T > 3s. Khi chu kú dao ®éng riªng øng víi d¹ng dao ®éng riªng thø nhÊt T>3s,

theo [54] cÇn ph¶i tÝnh to¸n ®éng lùc häc kÕt cÊu c«ng tr×nh. ViÖc tÝnh to¸n ®éng ®îc thùc hiÖn b»ng çch gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh ®éng lùc häc kÕt cÊu c«ng tr×nh (4.21).

)(tFKUUCUM (4.21) trong ®ã:

M: Ma trËn khèi lîng nót cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ C: Ma trËn c¶n cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ K: Ma trËn ®é cøng cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ

... ,, UUU : ChuyÓn vÞ, vËn tèc, gia tèc t¹i nót cña hÖ trong hÖ to¹ ®é tæng thÓ F(t) : Ngo¹i lùc (lùc sãng biÓn t¸c dông ®éng lªn kÕt cÊu c«ng tr×nh). Çc ph¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n ®éng lùc häc kÕt cÊu c«ng tr×nh ®îc

tãm t¾t trªn s¬ ®å khèi h×nh 4.13 [1].

91

H×nh 4.13, Çc ph¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n ®éng lùc häc kÕt cÊu c«ng tr×nh 6. TÝnh to¸n ®ång thêi kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc víi nÒn b»ng çc ch¬ng tr×nh tÝnh kÕt cÊu theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n

Sau khi rêi r¹c kÕt cÊu, t¶i träng, nÒn ®Êt theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n nh ®· tr×nh bÇy ë çc môc trªn ®©y. Cã thÓ sö duïng chöông trình tính

keát caáu (ví duï SAP2000 [58]) ñeå tính toaùn ®ång thêi kÕt cÊu ch©n ®Õ c«ng

M« h×nh bµi to¸n

Bµi to¸n tÜnh KU = F(t) )(...

tFKUUCUM

M« h×nh tiÒn ®Þnh M« h×nh ngÉu nhiªn

Lùc ®éng tiÒn ®Þnh Lùc ®éng ngÉu nhiªn

Ph¬ng ph¸p

Lùc sãng tùa tÜnh Bµi to¸n ®éng

Ph©n tÝch theo Mode

TÝnh trong miÒn tÇn sè (HÖ tuyÕn tÝnh) TÝnh trong miÒn thêi gian (hÖ phi tuyÕn)

(PP phæ) (Winson - ; Newmark

92

tr×nh biÓn träng lùc víi nÒn. Çc phÇn tö h÷u h¹n ®îc ¸p dông lµ çc phÇn tö SELL, H×nh 4.2. Phaàn töû SHELL laø phaàn töû coù ba hoaëc boán nuùt, coâng thöùc

cuûa noù keát hôïp söï öùng xöû (caùc quan heä bieán daïng - noäi löïc) cuûa maøng vaø

taám (chòu uoán). Phaàn töû coù boán nuùt coù theå khoâng ñoàng phaúng. Neàn ñöôïc moâ

taû baèng lieân keát SPRING, ñoä cöùng cuûa SPRING töông öùng vôùi heä soá neàn

nhaân vôùi dieän tích phaàn neàn ñöôïc lieân keát SPRING thay theá. ThuËt to¸n gi¶i bµi to¸n lµm viÖc ®ång thêi kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc víi nÒn b»ng çc ch¬ng tr×nh theo ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n, H×nh 4.14.

Tính heä soá neàn

Giaûi keát caáu

Nhaäp lieân keát loø xo

Sô ñoà hình hoïcSô ñoà taûi troïng

Kieåm tra loøxo chòu keùo

Coøn loø xochòu keùo

Keát thuùc

Khoângcoøn loø xochòu keùo

Hình 4.14, Thuaät toaùn giaûi bµi to¸n lµm viÖc ®ång thêi gi÷a kÕt cÊu

khèi ch©n ®Õ víi nÒn baèng SAP2000 - baøi toaùn tuyeán tính

93

C¸c bíc tÝnh to¸n ®ång thêi kÕt cÊu ch©n ®Õ c«ng tr×nh träng lùc víi nÒn (bµi to¸n tuyÕn tÝnh): - Böôùc 1: Nhaäp sô ñoà tính, söû duïng caùc phaàn töû SHELL vaø lieân keát

SPRING ñeå moâ hình hoaù keát caáu.

- Böôùc 2: Tính toaùn öùng suaát cuûa caùc loø xo.

- Böôùc 3: Loaïi boû caùc loø xo coù öùng suaát döông (chòu keùo).

- Böôùc 4: Tính toaùn laïi, laëp laïi böôùc 2 vaø 3 cho ñeán khi naøo khoâng

coøn loø xo bò keùo nöõa.

Xaùc ñònh keát quaû tính toaùn

Sau khi giaûi xong ñöôïc keát quaû laø öùng suaát trong lieân keát SPRING.

Ñeå xaùc ñònh aùp löïc neàn leân moùng taïi moät ñieåm laáy öùng suaát lieân keát cuûa

SPRING taïi ñieåm ñoù chia cho dieän tích phaàn neàn maø SPRING ñoù thay theá.

Coøn dieän tích hieäu duïng chính laø phaàn coøn toàn taïi lieân keát SPRING.

94

Ch¬ng 5 tÝnh to¸n thiÕt kÕ çc cÊu kiÖn cña kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng 1. CÊu t¹o chung khèi ch©n ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng Khèi ch©n ®Õ cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng bao gåm trô ®ì vµ khèi ®Õ, H×nh 5.1. KÕt cÊu trô ®ì cña c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng thêng cã tiÕt diÖn vµnh khuyªn. §Õ mãng thêng cã d¹ng kÕt cÊu vá bª t«ng cèt thÐp cã sên hoÆc kh«ng cã sên, kÕt hîp víi/hoÆc kh«ng cã hÖ thèng dÇm chÞu lùc (dÇm trô ®ì). §Ó t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ kh¶ n¨ng b¸m chÆt cña c«ng tr×nh vµo nÒn ®¸y biÓn, khèi ®Õ thêng cã cÊu t¹o thªm ch©n khay (xem H×nh 2.15, ch¬ng 2, tµi liÖu nµy). HÖ thèng kÕt cÊu ®ì thîng tÇng bao gåm trô ®ì vµ ®Õ mãng ®îc gäi chung lµ khèi ch©n ®Õ cña c«ng tr×nh.

§èi víi çc c«ng tr×nh träng lùc bª t«ng lo¹i cã nhiÒu khèi ®Õ, gi÷a çc khèi ®Õ cßn cã çc khung nèi b»ng bª t«ng cèt thÐp ®Ó ®¶m b¶o sù lµm viÖc ®ång thêi gi÷a çc khèi ®Õ [27], (xem H×nh 2.11 vµ H×nh 2.12- ch¬ng 2 tµi liÖu nµy).

1 1

2 2

1 - 1

Do

Do A A

2-2

H×nh 5.1, CÊu t¹o chung cña trô ®ì vµ dÇm trô ®ì Cña mét sè c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng

Trô ®ì

DÇm trô ®ì

DÇm trô ®ì

95

2. TÝnh cÊu kiÖn trô ®ì bª t«ng cèt thÐp tiÕt diÖn vµnh khuyªn 2.1. TÝnh cèt thÐp thêng cÊu kiÖn tiÕt diÖn vµnh khuyªn

Trô ®ì cã tiÕt diÖn vµnh khuyªn cã thÓ ®îc tÝnh trªn tiÕt diÖn t¬ng ®¬ng. ViÖc tÝnh to¸n chuyÓn ®æi t¬ng ®¬ng tõ tiÕt diÖn vµnh khuyªn sang tiÕt diÖn ch÷ nhËt vµ ngîc l¹i dÉn ®Õn c¸c phÐp tÝnh lÆp kh¸ phøc t¹p ®· ®îc tr×nh bÇy trong [44]. Díi ®©y tr×nh bÇy ph¬ng ph¸p tÝnh kÕt cÊu trô ®ì trùc tiÕp trªn tiÕt diÖn vµnh khuyªn [56].

H×nh 5.2, TÝnh cÊu kiÖn trô ®ì trªn tiÕt diÖn vµnh khuyªn

H×nh 5.3, TiÕt diÖn vµnh khuyªn cã lç cöa

Tõ c¸c ph¬ng tr×nh c©n b»ng h×nh chiÕu, H×nh 5.2, trong [56] ®· ®a ra ®îc c«ng thøc tÝnh to¸n cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp tiÕt diÖn vµnh khuyªn ®Ó x¸c ®Þnh ®îc kÝch thíc vïng nÐn cña tiÕt diÖn bª t«ng th«ng qua gãc më ë t©m () vµ hµm lîng cèt thÐp () th«ng qua viÖc gi¶i hÖ hai ph¬ng tr×nh sau:

1002400211002400

224002 RrhRrhRrhN aan

(5.1)

sin200

100240042400

2 rRrhRrhM an (5.2) trong ®ã: Rn: Cêng ®é chÞu nÐn tÝnh to¸n cña bª t«ng;

Ra: Cêng ®é chÞu nÐn tÝnh to¸n cña cèt thÐp; r: B¸n kÝnh trung b×nh cña tiÕt diÖn vµnh khuyªn;

Ra

Ra

Rt

N Rc

Ra

Ra Rc

h

r

e'

96

h: ChiÒu dµy tiÕt diÖn vµnh khuyªn; N: Lùc däc t¸c dông t¹i tiÕt diÖn; M: M« men t¸c dông t¹i tiÕt diÖn; 2: Gãc ë t©m hîp bëi hai b¸n kÝnh lµ giíi h¹n vïng nÐn; : Hµm lîng cèt thÐp cÇn thiÕt ®Æt theo chu vi tiÕt diÖn.

§Æt Rr nhNA 22 (5.3)

Rr nhMB 22 (5.4)

Ta ®îc hÖ hai ph¬ng tr×nh sau:

RRn

aA 10012002

200

(5.5)

RRRR n

an

aB 100sin

10021sinsin

(5.6)

Trong ®ã: 2-Gãc hîp bëi hai b¸n kÝnh giíi h¹n lç cöa trªn tiÕt diÖn, H×nh 5.3. Gi¶i hÖ hai ph¬ng tr×nh (5.1) vµ (5.2) víi c¸c Èn sè lµ vµ , ta t×m ®îc

®é lín vïng nÐn vµ hµm lîng cèt thÐp bè trÝ trªn toµn bé tiÕt diÖn vµnh khuyªn. 2.2. TÝnh cèt thÐp øng suÊt tríc trô ®ì tiÕt diÖn vµnh khuyªn 2.2.1. TÝnh cèt thÐp øng suÊt tríc

§iÒu kiÖn ban ®Çu: ThÐp øng suÊt tríc khai th¸c trong giai ®o¹n ®µn håi. Bª t«ng øng suÊt tríc kh«ng nøt. Dïng lý thuyÕt uèn cña dÇm ®µn håi ®Ó tÝnh to¸n kÕt cÊu bª t«ng øng suÊt

tríc [53].

a a

M N Q N

M Q a

a 1

1

1-1 a a

1-1

øng suÊt do mo men: J

Mabm (5.7)

øng suÊt do lùc däc: FN

bn (5.8) øng suÊt do lùc c¨ng cña thÐp øng suÊt tríc t¸c dông lªn bª t«ng:

H×nh 5.4, S¬ ®å tÝnh dÇm bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc

97

FAss

bs (5.9)

Trong ®ã: a: Kho¶ng çch tõ trôc cÊu kiÖn ®Õn mÐp ngoµi cña tiÕt diÖn J: M« men qu¸n tr×nh cña tiÕt diÖn M: M« men ngo¹i lùc t¸c dông lªn tiÕt diÖn N: Lùc däc t¸c dông lªn tiÕt diÖn F: DiÖn tÝch mÆt ngang cña tiÕt diÖn s: øng suÊt tríc (hiÖu dông) trong thÐp øng suÊt As: diÖn tÝch thÐp øng suÊt tríc

øng suÊt tæng céng trªn tiÕt diÖn FAs

FN

JMa s (5.10)

§iÒu kiÖn bª t«ng kh«ng nøt - kh«ng xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo 0 F

AsFN

JMa s (5.11)

Tõ (5.11) nÕu chän s sÏ tÝnh ®îc diÖn tÝch thÐp øng suÊt tríc t¬ng øng As. Theo quy ph¹m [43] thêng chän øng suÊt tríc trong thÐp Rs %80 . Víi R lµ cêng ®é tiªu chuÈn cña thÐp øng suÊt tríc.

øng suÊt nÐn lín nhÊt trong bª t«ng FA

FN

JaM SS

b . (5.12)

§iÒu kiÖn ®¶m b¶o ®é bÒn vïng nÐn cña tiÕt diÖn cb 45,0 §èi víi cÊu kiÖn chÞu nÐn ®óng t©m (5.13)

cb 5,0 §èi víi cÊu kiÖn chÞu nÐn lÖch t©m (5.14) Víi c lµ cêng ®é chÞu nÐn tíi h¹n cña bª t«ng NÕu çc ®iÒu kiÖn (5.13) vµ (5.14) kh«ng ®îc tho¶ m·n, khi ®ã vïng nÐn

cña tiÕt diÖn kh«ng ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chÞu lùc. §iÒu nµy thêng x¶y ra ®èi víi çc cÊu kiÖn cña kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc. V× c«ng tr×nh biÓn träng lùc thêng chÞu t¶i träng lín, ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn (5.11) kh«ng xuÊt hiÖn vÕt nøt, cÇn thiÕt ph¶i dïng øng suÊt nÐn tríc lín v× vËy vïng nÐn cña tiÕt diÖn chÞu lùc mét øng suÊt nÐn tríc rÊt lín.

Khi çc ®iÒu kiÖn (5.13) vµ (5.14) kh«ng ®îc tho¶ m·n cã ba ph¬ng ¸n ®Ó xö lý nh sau:

- Thay ®æi (t¨ng) diÖn tÝch tiÕt diÖn bª t«ng. - §iÒu chØnh lùc c¨ng tríc trong thÐp øng suÊt tríc (Ýt dïng).

98

- Bè trÝ thªm thÐp thêng tham gia chÞu nÐn cïng bª t«ng. øng suÊt kÐo chÝnh trong bª t«ng øng suÊt tiÕp

JbQS (5.15)

trong ®ã : Q: Lùc c¾t t¹i tiÕt diÖn S: M« men tÜnh J: M« men qu¸n tÝnh B: §é dÇy tiÕt diÖn

Víi tiÕt diÖn vµnh khuyªn tJ

QS2 ; )(3

2 22

21 RRS (5.16)

trong ®ã: R1: b¸n kÝnh ngoµi R2: b¸n kÝnh trong t: ®é dÇy tiÕt diÖn vµnh khuyªn

øng suÊt ph¸p t¹i tiÕt diÖn FAs

FN

JMa s (5.17)

øng suÊt kÐo chÝnh 22

1 )2(2 c (5.18) §iÒu kiÖn ®Ó bª t«ng kh«ng bÞ ph¸ huû (kh«ng x¶y ra vÕt nøt xiªn) [53]

c 33,01 (5.19) §iÒu kiÖn chèng nøt do kÐo uèn §iÒu kiÖn ®Ó kh«ng xuÊt hiÖn vÕt nøt do uèn g©y ra lµ [48]:

kÐo 'c (5.20)

Víi 'c lµ cêng ®é chÞu kÐo cña bª t«ng,

Quy ph¹m DnV [20], [21] lÊy 'c = 0,63 '

c (Mpa) (5.21) M« men giíi h¹n ®Ó kh«ng xuÊt hiÖn vÕt nøt:

csghFAs

FN

JaM 63,0)( (5.22)

NÕu m« men ngo¹i lùc M > Mgh , tiÕt diÖn cã xuÊt hiÖn vÕt nøt. NÕu m« men ngo¹i lùc M < Mgh , tiÕt diÖn cã øng xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo

nhng kh«ng nøt.

99

2.2.2. TÝnh to¸n c¸c hao tæn øng suÊt tríc theo quy ph¹m ViÖt Nam

Trong thùc tÕ, khi thi c«ng vµ khai th¸c kÕt cÊu, øng suÊt tríc trong bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc bÞ hao tæn, c¸c hao tæn ®îc tÝnh theo tiªu chuÈn ViÖt Nam [48] nh sau: 2.2.2.1. Hao tæn do hiÖn tîng chïng øng suÊt khi c¨ng c¬ giíi

SacSch R )1,022,0( (5.23)

trong ®ã: :S øng suÊt trong bã thÐp øng suÊt tríc; :acR Cêng ®é tiªu chuÈn cña thÐp øng suÊt tríc

2.2.2.2. Hao tæn do chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a cèt thÐp c¨ng tríc vµ thiÕt bÞ nhËn lùc c¨ng

tnh 5,12 (5.24) trong ®ã: :t Chªnh lÖch nhiÖt ®é tÝnh b»ng ®é, trong trêng hîp kh«ng

®ñ sè liÖu chÝnh x¸c cã thÓ lÊy 65t ®é. 2.2.2.3. Hao tæn do biÕn d¹ng cña neo ®Æt thiÕt bÞ c¨ng

aneo EL (5.25)

trong ®ã: : Tæng biÕn d¹ng cña b¶n th©n neo, x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm,

khi thiÕu sè liÖu thùc nghiÖm cã thÓ lÊy mm2 ; :aE M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu lµm neo;

:L ChiÒu dµi bã thÐp c¨ng (mm). 2.2.2.4. Hao tæn do biÕn d¹ng cña neo ®Æt thiÕt bÞ c¨ng

aneo EL (5.26)

trong ®ã: : Tæng biÕn d¹ng cña b¶n th©n neo, ®îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm,

khi thiÕu sè liÖu thùc nghiÖm cã thÓ lÊy mm2 ; :aE M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu lµm neo;

:L ChiÒu dµi bã thÐp c¨ng (mm). 2.2.2.5. Hao tæn do ma s¸t cña cèt thÐp

)11( )( kxSms e (5.27) trong ®ã:

100

e : C¬ sè logarit tù nhiªn; k: HÖ sè tra b¶ng;

: HÖ sè tra b¶ng; :x ChiÒu dµi cña cèt thÐp tõ thiÕt bÞ c¨ng ®Õn tiÕt diÖn tÝnh to¸n; : Tæng gãc quay cña tiÕt diÖn tÝnh to¸n

2.2.2.6. Hao tæn do biÕn d¹ng cña khu«n (dïng khu«n thÐp khi chÕ t¹o cÊu kiÖn c¨ng tríc)

EaLk (5.28)

trong ®ã: tt2

1 Khi c¨ng thÐp b»ng kÝch (5.29)

tt4

1 Khi c¨ng thÐp b»ng têi (5.30) : §é dÞch gÇn cña gèi bÖ x¸c ®Þnh theo sù tÝnh to¸n biÕn d¹ng cña khu«n;

L: Kho¶ng çch gi÷a çc mÐp ngoµi cña bÖ; t: Sè lîng çc nhãm cèt thÐp ®îc c¨ng ®ång thêi. Trong trêng hîp cô thÓ, nÕu kh«ng cã sè liÖu ®Ó tÝnh to¸n , quy ph¹m

cho phÐp lÊy 3/300 cmkgk . 2.2.2.7. Hao tæn do co ngãt cña bª t«ng

Víi bª t«ng m¸c 400: 2/300 cmkgco Víi bª t«ng m¸c 500: 2/350 cmkgco

2.2.2.8. Hao tæn do tõ biÕn nhanh cña bª t«ng Hao tæn do tõ biÕn nhanh ban ®Çu cña bª t«ng x¶y ra trong trêng hîp

c¨ng tríc ngay sau khi bu«ng cèt thÐp cho nÐn bª t«ng. )/(500 2cmkgRo

btbn

khi aRob (5.31)

)/()(1000500 2cmkgaRbaob

tbn khi aRob (5.32)

trong ®ã: a,b: Çc hÖ sè phô thuéc m¸c bª t«ng, víi bª t«ng m¸c 300 th× a=0,6 vµ

b=1,5; b : øng suÊt nÐn trong bª t«ng t¹i møc cèt thÐp c¨ng;

TÝnh b cã kÓ ®Õn hao tæn øng suÊt tõ môc 2.2.2.1. ®Õn môc 2.2.2.5. Ro: Cêng ®é khèi vu«ng cña bª t«ng lóc bu«ng thÐp.

101

§èi víi bª t«ng ®îc dìng hé nhiÖt th× trÞ sè tbn ®îc nh©n víi hÖ sè 0,85. 2.2.2.9. Hao tæn do tõ biÕn cña bª t«ng x¶y ra sau mét qu¸ tr×nh chÞu nÐn l©u dµi

§èi víi bª t«ng nhÑ vµ nÆng: )/(2000 2cmkgRo

btb

khi 6,0ob

R (5.33)

)/()3,0(4000 2cmkgRkob

tbn khi 6.0ob

R (5.34)

trong ®ã: k=1 víi bª t«ng kh« cøng tù nhiªn; k=0,85 víi bª t«ng dìng hé nhiÖt;

b : øng suÊt nÐn trong bª t«ng t¹i møc cèt thÐp c¨ng; Ro: Cêng ®é khèi vu«ng cña bª t«ng lóc bu«ng thÐp.

TÝnh b cã kÓ ®Õn hao tæn øng suÊt tõ môc 2.2.2.1. ®Õn môc 2.2.2.5. 2.2.2.10. Hao tæn do bª t«ng bÞ cèt thÐp vßng hoÆc cèt thÐp d¹ng lß xo Ðp lâm

Hao tæn nµy x¶y ra trong trêng hîp c¨ng sau çc kÕt cÊu trßn cã ®êng kÝnh díi 3m.

2/300 cmkgel (5.35) 2.2.2.11. Hao tæn do biÕn d¹ng Ðp khe nèi gi÷a çc ®o¹n

Hao tæn nµy x¶y ra trong trêng hîp c¨ng sau khi kÕt cÊu ®îc ghÐp b»ng nhiÒu ®o¹n.

LEn ak

ek (5.36)

trong ®ã: nk: Sè lîng khe nèi cña kÕt cÊu; L: ChiÒu dµi cèt thÐp c¨ng : BiÕn d¹ng Ðp s¸t t¹i mçi khe;

- Víi khe ®îc nhåi b»ng bª t«ng: = 0,3mm - Víi khe ghÐp trùc tiÕp çc ®o¹n víi nhau: = 0,5mm Çc hao tæn øng suÊt nªu trªn ®©y ®îc chia thµnh hai nhãm bao gåm

nhãm çc hao tæn x¶y ra trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o ( 1h ) vµ nhãm çc hao tæn x¶y ra trong qu¸ tr×nh khai th¸c ( 2h ). Çc hao tæn nµy còng ®îc tÝnh tuú thuéc vµo c«ng nghÖ thi c«ng t¹o øng suÊt tríc.

§èi víi çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng, kh«ng dïng kÕt cÊu bª t«ng l¾p ghÐp, thêng t¹o øng suÊt tríc b»ng ph¬ng ph¸p c¨ng sau, c¨ng trùc tiÕp trªn bª t«ng, ta cã çc hao tæn ®îc tÝnh nh sau:

msneoh 1 (5.37)

102

tbcochh 2 (5.38) 2.3. Çc bµi to¸n kiÓm tra cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc 2.3.1. KiÓm tra l¹i øng suÊt trong cèt thÐp cã kÓ ®Õn çc hao tæn øng suÊt tríc trªn tiÕt diÖn ®· gi¶m yÕu [24]

0)(.. hd

hSShdhdhd

ShSShdhd F

AFN

JaM

FAA

FN

JaM (5.39)

Trong ®ã: M: M« men ngo¹i lùc t¸c dông t¹i tiÕt diÖn; N: Lùc däc t¸c dông t¹i tiÕt diÖn;

S : øng suÊt tríc; AS: Tæng diÖn tÝch thÐp øng suÊt tríc; h: Tæng øng suÊt hao ( 21 hhh );

Jhd, Fhd: M« men qu¸n tÝnh vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn ®· trõ nh÷ng vÞ trÝ gi¶m yÕu do èng ghen chøa thÐp øng suÊt tríc chiÕm chç

)( hS : øng suÊt kÐo khi thi c«ng. Nh vËy muèn cã øng suÊt tríc b»ng S th× ph¶i t¹o ra øng suÊt tríc lµ )( hS , lîng øng suÊt tríc h sÏ hao tæn sau khi bu«ng neo. 2.3.2. KiÓm tra l¹i øng suÊt nÐn trong bª t«ng cã kÓ ®Õn çc hao tæn øng suÊt tríc trªn tiÕt diÖn ®· gi¶m yÕu [24]

hdShS

hdhdb F

AFN

JaM )(. (5.40)

§iÒu kiÖn: Cb 45,0 khi tiÕt diÖn chÞu nÐn ®óng t©m Cb 5,0 khi tiÕt diÖn chÞu nÐn lÖch t©m

NÕu ®iÒu kiÖn (5.13) vµ (5.14) kh«ng ®îc tho¶ m·n vµ lùa chän gi¶i ph¸p bè trÝ thªm thÐp thêng tham gia chÞu nÐn, viÖc tÝnh to¸n thÐp chÞu nÐn ®îc thùc hiÖn theo c«ng thøc (5.41) [24].

chd

aaShShdhd

b FFA

FN

JaM 5,0)(. '' (5.41)

Trong ®ã: 'a lµ øng suÊt nÐn lªn thÐp thêng ®Æt t¹i vïng nÐn ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chÞu

nÐn cho tiÕt diÖn bª t«ng. '

aF lµ tæng diÖn tÝch thÐp thêng bè trÝ ®Òu theo chu vi tiÕt diÖn vµnh khuyªn hoÆc bè trÝ ë vïng nÐn cña tiÕt diÖn ch÷ nhËt ®Ó t¨ng cêng kh¶ n¨ng chÞu nÐn cho tiÕt diÖn bª t«ng.

Gi¶i ph¬ng tr×nh (5.41) t×m ®íc tÝch ''aa F .

103

TÝnh diÖn tÝch thÐp thêng chÞu nÐn LÊy tbcoa ' , khi ®ã tÝnh ®îc diÖn tÝch thÐp chÞu nÐn cÇn thiÕt lµ:

tbcoaaa

FF ''' (5.42)

Theo [9] chØ khai th¸c thÐp chÞu nÐn sao cho: a = co + tb (5.43) DiÖn tÝch thÐp thêng bè trÝ xung quanh tiÕt diÖn vïng khuyªn (vµ trong

vïng nÐn cña tiÕt diÖn ch÷ nhËt). NÕu diÖn tÝch cèt thÐp chÞu nÐn tÝnh ®îc theo c«ng thøc (5.42) qu¸ lín kh«ng bè trÝ ®îc trªn tiÕt diÖn bª t«ng theo quy ph¹m, khi ®ã phai t¨ng m¸c bª t«ng hoÆc thay ®æi tiÕt diÖn bª t«ng. 2.4. T¹o øng suÊt tríc trong bª t«ng vµ cÊu t¹o kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc 2.4.1. Kh¸i niÖm chung

VÒ nguyªn lý: VËt liÖu bª t«ng chÞu nÐn tèt chÞu kÐo kÐm. ViÖc bè trÝ cèt thÐp thêng trong bª t«ng ®Ó cèt thÐp chÞu kÐo vµ bª t«ng chÞu nÐn, lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc cña tiÕt diÖn bª t«ng cèt thÐp. Th«ng thêng ®Ó x¸c ®Þnh cèt thÐp chÞu kÐo trong tiÕt diÖn bª t«ng, ta coi bª t«ng bÞ nøt trong vïng kÐo vµ øng suÊt kÐo hoµn toµn do cèt thÐp chÞu. Mét vÊn ®Ò cÇn quan t©m ®èi víi c¸c c«ng tr×nh biÓn vµ mét sè c«ng tr×nh ®Æc biÖt kh¸c, yªu cÇu bª t«ng cã bÒ réng khe nøt nhá hoÆc kh«ng nøt. ViÖc dïng øng suÊt tríc- (T¹o ra øng suÊt nÐn tríc trong vïng kÐo cña tiÕt diÖn bª t«ng, sao cho khi kÕt cÊu chÞu ngo¹i lùc, øng suÊt kÐo do ngo¹i lùc sÏ c©n b»ng víi øng suÊt nÐu tríc v× vËy tiÕt diÖn bª t«ng hÇu nh kh«ng chÞu kÐo vµ kh«ng xuÊt hiÖn vÕt nøt) - lµ mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc cho kÕt cÊu bª t«ng vµ kh¾c phôc kh«ng cho bª t«ng nøt.

¦u nhîc ®iÓm cña kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc: ¦u ®iÓm:

- TiÕt kiÖm thÐp do dïng thÐp cêng ®é cao - Cã thÓ gi¶m kÝch thíc tiÕt diÖn v× vËy kÕt cÊu thanh m¶nh h¬n. - C«ng nghÖ c¨ng thÐp øng suÊt tríc kh«ng phøc t¹p. - Cã thÓ lµm cÊu kiÖn l¾p ghÐp.

Nhîc ®iÓm: - C¸c cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc cã thÓ x¶y ra nh÷ng t×nh

huèng ph¸ ho¹i trong chÕ t¹o, thi c«ng. VÝ dô, øng suÊt tríc g©y ra ®é vång lín cã thÓ ph¸ vì cÊu kiÖn bª t«ng khi bu«ng neo t¹i xëng s¶n

104

xuÊt. §èi víi ph¬ng ph¸p c¨ng sau, øng suÊt tríc cã thÓ ph¸ vì toµn bé hoÆc mét bé phËn kÕt cÊu c«ng tr×nh khi bu«ng neo.

- Trong qu¸ tr×nh sö dông cã thÓ x¶y ra sù cè tuét neo. - VËt liÖu lµm bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc ph¶i ®Æc biÖt h¬n. - ChÕ t¹o bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc ®ßi hái ph¶i cã thiÕt bÞ vµ nh©n

c«ng lµnh nghÒ. 2.4.2. Çc biÖn ph¸p g©y øng suÊt tríc

C¨ng tríc: c¨ng trªn bÖ, H×nh 5.5.

neo neo neoneo

cÊu kiÖn btct ¦stcÊu kiÖn btct ¦st

bÖ bÖ

H×nh 5.5, C¨ng tríc thÐp øng suÊt tríc trªn bÖ

Çc kÝch dïng ®Ó c¨ng øng suÊt tríc ®îc ®Æt tùa trªn çc bÖ, thÐp øng suÊt tríc ®îc c¨ng ®Õn lùc c¨ng tÝnh to¸n, çc neo ®îc ®Æt ®óng vÞ trÝ tÝnh to¸n. Sau khi c¨ng thÐp vµ ®Æt thÐp thêng theo tÝnh to¸n, tiÕn hµnh ®æ bª t«ng. Khi bª t«ng ®¹t 90% cêng ®é tÝnh to¸n, tiÕn hµnh c¾t thÐp øng suÊt tríc khái kÝch c¨ng, thÐp øng suÊt tríc co l¹i vµ t¹o ra lùc nÐn theo tÝnh to¸n lªn cÊu kiÖn bª t«ng.

C¨ng sau: C¨ng trùc tiÕp trªn kÕt cÊu KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp ®îc thi c«ng theo thiÕt kÕ. ThÐp øng suÊt tríc

®îc ®Æt s½n trong çc èng ghen (hoÆc çc r·nh) theo thiÕt kÕ. Khi bª t«ng ®¹t 90% cêng ®é tÝnh to¸n (90%R28), tiÕn hµnh c¨ng cèt thÐp øng suÊt tríc. Çc kÝch dïng ®Ó c¨ng cèt thÐp øng suÊt tríc ®îc tùa trùc tiÕp trªn kÕt cÊu bª t«ng míi ®æ, H×nh 5.6.

cÊu kiÖn btct

neokÝch

neo

cèi neo

105

H×nh 5.6, C¨ng sau thÐp øng suÊt tríc trªn kÕt cÊu

2.4.3. Çc lo¹i neo vµ çch neo thÐp øng suÊt tríc vµo bª t«ng [55]

H×nh 5.7, Mét sè lo¹i neo dïng ®Æt s½n trong bª t«ng

a) Neo chïm Preyssinet; b) Neo chïm kiÓu VSL

Lß xo

èng b¬m tr¸m

§ai thÐp Lß xo

èng b¬m tr¸m

Líi thÐp

R©u thÐp

a) b)

Neo Chu«ng neo Ãèng b¬m tr¸m

a) b)

c)

B¶n chèt neo

Bã çp Vßng ®Öm

Vá neo

Cèi neo

e)

Chèt neo

Ren ®Çu neo d)

106

H×nh 5.8, Mét sè lo¹i neo ®Ó c¨ng sau thÐp øng suÊt tríc

a),b),c) Neo mét sîi çp; d), e) Neo bã çp

H×nh 5.9, Neo nèi vµ çc biÖn ph¸p nèi thÐp øng suÊt tríc

H×nh 5.10, §Æt neo ®Ó t¹o øng suÊt tríc

Blkock nèi ChiÕu b»ng

ChiÕu ®øng

Khèi neo 1 Khèi neo 2

Khèi neo 1 Khèi neo 2

B¶n neo

§Öm neo

KC bª t«ng

Hèc neo èng b¬m tr¸m

V÷a b¬m tr¸m Chu«ng neo Bu l«ng neo

a)

b)

c)

d)

107

a) Neo ®Æt tríc; b),c),d) §Æt neo c¨ng sau

H×nh 5.11, Tæ hîp kÝch, neo vµ bã thÐp øng suÊt tríc

Sîi thÐp ¦ST

Neo t¹m

Pist«ng §Õ kÝch

Cèi neo

Neo Chèt neo

Vá neo Bã c¸p

èng ghen

B¬m thuû lùc

ThÐp gi¸

C¸p ¦ST

Chèt neo

KÝch thuû lùc KÕt cÊu bª t«ng

Ch©n kÝch

B¶n neo CÇn kÝch

KC bª t«ng

a)

b)

108

H×nh 5.12, Bè trÝ kÝch, b¬m thuû lùc ®Ó t¹o øng suÊt tríc a) Chi tiÕt bè trÝ kÝch; b) HÖ thèng b¬m, kÝch ®Ó t¹o øng suÊt tríc H×nh 5.7 ®Õn H×nh 5.12 giíi thiÖu mét sè lo¹i neo vµ çch bè trÝ neo, kÝch vµ bã thÐp ®Ó t¹o øng suÊt tríc trong bª t«ng. Trong khi thiÕt kÕ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc cÇn thiÕt ph¶i lùa chän ®îc çc lo¹i bã thÐp, çc lo¹i neo vµ ®Öm neo phï hîp. Sau khi lùa chän neo vµ çp, cÇn thiÕt ph¶i thiÕt kÕ kÕt cÊu vµ hè neo phï hîp víi lo¹i neo vµ thÐp ®· chän vµ phï hîp víi kÝch thíc thiÕt bÞ c¨ng t¬ng øng. 2.4.4. Çc yªu cÇu cÊu t¹o c¬ b¶n [48] 2.4.4.1. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu

Bª t«ng: Yªu cÇu bª t«ng nÆng m¸c 300#

Çc lo¹i v÷a: V÷a b¬m tr¸m, lÊp khe çc mèi nèi yªu cÇu m¸c 150#

V÷a b¬m vµo èng ghen, r·nh... yªu cÇu m¸c 300# - b»ng m¸c bª t«ng ThÐp Yªu cÇu thÐp cêng ®é cao. Cã ba lo¹i thÐp øng suÊt tríc bao gåm: Lo¹i 1: Bã kh«ng bÖn, bao gåm 14; 18; 24 sîi ®Æt song song, H×nh 5.13,

®êng kÝnh mçi sîi tõ 3mm ®Õn 6mm. Lo¹i nµy hiÖn nay Ýt dïng.

sîi thÐp Ust

®ai

sîi thÐp Ust

®ai

A - A

H×nh 5.13, Bã thÐp kh«ng bÖn

Lo¹i 2: Çc bã sîi thÐp bao gåm 07 sîi, h×nh 5.14, hoÆc 12 sîi,..., ®îc bÖn d¹ng xo¾n kiÓu d©y çp, ®êng kÝnh mçi sîi 1,5mm ®Õn 2mm. Lo¹i çp nµy mÒm, cêng ®é cao, hiÖn nay dïng nhiÒu.

Lo¹i 3: ThÐp thanh cã ®êng kÝnh 14mm; 16mm; 18mm,... lo¹i nµy Ýt dïng. 2.4.4.2. Bè trÝ thÐp øng suÊt tríc trong cÊu kiÖn

109

ViÖc bè trÝ cèt thep trong cÊu kiÖn ®îc tu©n theo yªu cÇu cÊu t¹o [55] vµ theo quy ph¹m hiÖn hµnh [48]. Sù lµm viÖc thùc cña thÐp øng suÊt tríc trong bª t«ng c¸ch ®Çu neo mét ®o¹n Ltr. Nh vËy ®Ó cã thÓ t¹o ®îc øng suÊt tríc t¹i tiÕt diÖn mong muèn, cÇn thiÕt ph¶i ®Æt neo tríc tiÕt diÖn ®ã mét kho¶ng Ltr, H×nh 5.15.

H×nh 5.14, Mét sè lo¹i sîi thÐp bÖn thêng dïng a), b) Sîi thÐp gåm bÈy d¶nh c) èng ghen vµ c¸c tao thÐp trong èng ghen ®· b¬m tr¸m

neo

thÐp ¦st

biÓu ®å ¦st

Vá chÊt dÎo Sîi (tao) thÐp Mì ®Öm D

èng ghen V÷a b¬m tr¸m

Tao thÐp ¦ST sau khi c¨ng

a) b)

c)

110

H×nh 5.15, VÞ trÝ ®Æt neo

C«ng thøc thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh Ltr - H×nh 5.15 - nh sau [45] dnRmL trtr )(

001 (5.44)

trong ®ã: 01: øng suÊt tríc trong thÐp ®· kÓ hao tæn x¶y ra tríc khi bu«ng neo. Ro: Cêng ®é chÞu nÐn cña bª t«ng t¹i thêi ®iÓm bu«ng neo d: ®êng kÝnh sîi thÐp øng suÊt tríc mtr; n : çc hÖ sè tra b¶ng, phô thuéc lo¹i thÐp - xem TCVN [48]

2.4.4.3. CÊu t¹o thÐp khu vùc sau neo T¹i khu vùc sau neo cã lùc neo t¸c dông tËp trung lín dÔ ph¸ vì côc bé bª

t«ng v× vËy ph¶i gia cã biÖn ph¸p kh¾c phôc nh sau: Çc biÖn ph¸p kh¾c phôc: H×nh 5.16.

- T¨ng tiÕt diÖn bª t«ng t¹i khu vùc ®Çu neo - §Æt cèt ®ai kÝn, dÇy - §Æt thªm líi thÐp gia cêng

sîi thÐp Ust H×nh 5.16, Gia cêng sau neo

Mét sè quy ®Þnh cô thÓ ®èi víi çc líi thÐp sau neo:

- §êng kÝnh thÐp lµm líi (thÐp líi ) d41 víi d lµ ®êng kÝnh sîi thÐp øng

suÊt tríc; - Sè lîng líi thÐp tõ 05 ®Õn 08 líi, kho¶ng çch gi÷a çc líi thÐp lµ

50mm ®Õn 70mm; - Kho¶ng çch cÇn gia cêng lo ®îc quy ®Þnh nh sau:

lo 2l - víi l lµ ®é lín cña neo;

111

lo 10d - víi d lµ ®êng kÝnh sîi thÐp; lo 200 mm.

Quy ®Þnh vÒ líp bª t«ng b¶o vÖ vµ kho¶ng çch gi÷a çc bã thÐp, H×nh 5.17.

ThÐp UST

H×nh 5.17, Quy ®Þnh vÒ líp bª t«ng b¶o vÖ vµ kho¶ng çch gi÷a çc bã thÐp øng suÊt tríc

R·nh ®Æt thÐp (èng ghen)

Khi 32 a0 20 ao

Khi > 32 a0 Víi lµ ®êng kÝnh ngoµi cña èng ghen (kÝch thíc r·nh)

Trêng hîp trong r·nh ®Æt thÐp cã nhiÒu sîi: mmao 801 ; mmao 602 vµ 2

2 oa Kho¶ng çch gi÷a çc bã thÐp: '

oa 'oa vµ '

oa 50mm Ngoµi ra '

oa cßn phô thuéc cÊu t¹o neo vµ ®Öm neo còng nh kÝch thíc cña thiÕt bÞ c¨ng, H×nh 5.15.

§êng kÝnh èng ghen (r·nh) thêng lín h¬n ®êng kÝnh thÐp øng suÊt tríc tõ 5mm ®Õn 15mm [48].

112

R·nh ®Æt thÐp øng suÊt tríc thêng cÊu t¹o b»ng t«n, H×nh 5.18. èng ghen thêng cÊu t¹o b»ng thÐp kiÓu ruét gµ, H×nh 5.14.

H×nh 5.18, Kho¶ng c¸ch cÇn thiÕt gi÷a c¸c bã thÐp vµ ®Öm neo

R·nh

ThÐp UST

ThÐp UST

R·nh

ThÐp UST

ThÐp UST

èng ghen

113

H×nh 5.19, CÊu t¹o r·nh, èng ghen 2.4.4.4. Chiều dày hợp lí lớp bê tông bảo vệ cốt thép

Bê tông là loại vật liệu hỗn hợp và có cấu trúc xốp. Để hạn chế các nhược điểm này và tăng thời gian thấm của các tác nhân xâm thực đến cốt thép, cần phải tính toán bề dày tối thiểu bê tông bảo vệ theo mức xâm thực của môi trường ngoài.

Việc đánh giá hệ thống các công trình bê tông cốt thép bị phá hủy đã chỉ ra khoảng 80% các trường hợp hư hỏng công trình bê tông cốt thép có nguồn gốc do lớp bê tông bảo vệ không đủ dày [67]. Bề dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép có mối liên hệ mật thiết với chất lượng bê tông. Các công trình biển bê tông xây dựng ở Biển Bắc giai đoạn 1973-1977 sử dụng bê tông có độ bền nén 45Mpa và đến năm 1993 dùng cường độ bê tông là 70-75Mpa với chiều dày bê tông bảo vệ cốt thép là 5cm [66]. Tùy theo từng nước có môi trường biển đặc trưng và chất lượng bê tông sử dụng đã đưa ra yêu cầu bề dày bê tông bảo vệ cốt thép khác nhau [67], [68] Bảng 1.3 [65] đưa ra kết quả tính toán bề dày bê tông bảo vệ có tro bay, tro sỉ và silicafun trong các môi trường ngoài có độ xâm thực khác nhau đảm bảo cho công trình biển có tuổi thọ 50-60 năm. ACI-357 [68] (hướng dẫn thiết kế và xây dựng công trình bê tông cho công trình biển) đưa ra yêu cầu lớp bê tông bảo vệ cốt thép (bê tông cốt thép thông thường, bê tông cốt thép ứng suất trước) ở các vùng chịu tác động khác nhau của môi trường biển trình bày trong Bảng 1.4 [65].

Bảng 5.1, Độ dày tối thiểu bê tông bảo vệ cốt thép trong môi trường biển khác nhau với tuổi thiết kế của công trình 60 năm

Bề dày tối thiểu đề nghị (mm) Mức độ xâm thực của môi

trường biển 75%opc/25%Pfa

50%Opc/50%ggbs

70%Opc/30%Pfa 30%Opc/70%/ggbs

90%Opc/10%Sf 100%Opc N/x= 0,45

100%Opc N/x=0,40

1 50 50 75 65 2 50 50 95 85 3 65 50 120 105 4 80 60 145 130 5 95 70 170 155 6 115 85 200 180

114

9-12 135 100 230 205 Ghi chú: Pfa: tro bay, ggbs: tro xỉ và Sf: silicafun Bảng 5.2, Yêu cầu bề dày tối thiểu lớp bê tông bảo vệ cốt thép, theo [68]

Vùng xâm lược Bề dày: bê tông bảo vệ cốt thép

thường Bề dày bê tông bảo

vệ thép ứng suất trước

Vùng khí quyển không chịu tác động té nước muối 50mm 75mm Vùng té nước và vùng khí quyển bị phun nước muối 65mm 90mm Vùng ngập sâu 50mm 75mm

2.4.4.5. VÝ dô vÒ cÊu t¹o cèt thÐp øng suÊt tríc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng [16]

115

H×nh 5.20, Mét vÝ dô vÒ cÊu t¹o bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc trô ®ì c«ng tr×nh biÓn träng lùc 2.5. C¸c bµi to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp øng suÊt tríc

Tr¹ng th¸i giíi h¹n thø nhÊt: Bµi to¸n bÒn bao gåm: B¸i to¸n 1. KiÓm tra ®é bÒn cña kÕt cÊu khi bu«ng neo B¸i to¸n 2. KiÓm tra Ðp côc bé díi neo B¸i to¸n 3. TÝnh to¸n kiÓm tra ®é bÒn cña kÕt cÊu c«ng tr×nh trong c¸c

tr¹ng th¸i (vËn chuyÓn, cÈu l¾p, khai th¸c c«ng tr×nh,...) B¸i to¸n 4. TÝnh to¸n ®é bÒn mái cña kÕt cÊu c«ng tr×nh Tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai: KiÓm tra biÕn d¹ng cña kÕt cÊu bao gåm: B¸i to¸n 1. TÝnh to¸n kiÓm tra ®é vång sau khi chÕ t¹o

ThÐp øng suÊt tríc

116

B¸i to¸n 2. TÝnh to¸n kiÓm tra chuyÓn vÞ cña kÕt cÊu c«ng tr×nh trong çc tr¹ng th¸i (vËn chuyÓn, cÈu l¾p, khai th¸c c«ng tr×nh,...)

B¸i to¸n 3. TÝnh to¸n sù më réng khe nøt VÒ nguyªn lý, çc bµi to¸n trªn gièng nh çc bµi to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu bª

t«ng cèt thÐp thêng chØ lu ý cã thªm thÐp øng suÊt tríc, trong thÐp øng suÊt tríc cã tån t¹i lùc c¨ng tríc b»ng víi lùc c¨ng ban ®Çu ®· kÓ ®Õn çc hao tæn tuú theo giai ®o¹n thi c«ng vµ sö dông.

Mét sè quy ®Þnh vÒ øng suÊt tríc trong thÐp øng suÊt tríc Ký hiÖu:

HF : DiÖn tÝch cèt thÐp c¨ng tríc ®Æt ë vïng kÐo cña cÊu kiÖn '

HF : DiÖn tÝch cèt thÐp c¨ng tríc ®Æt ë vïng nÐn cña cÊu kiÖn o : TrÞ sè øng suÊt tríc trong cèt chÞu kÐo 'o TrÞ sè øng suÊt tríc trong cèt chÞu nÐn bH : øng suÊt nÐn trong bª t«ng khi bu«ng neo cHR : Cêng ®é tiªu chuÈn cña thÐp øng suÊt tríc

Theo quy ph¹m [48]: §èi víi thÐp thanh: 0,35 C

HoocH RR 95,0)( ' (5.45)

§èi víi thÐp sîi: 0,25 CHoo

cH RR 75,0)( ' (5.46)

Khi chän );( 'oo cÇn hiÖu chØnh thªm b»ng hÖ sè mt - kÓ ®Õn sai sè cña

dông cô ®o hoÆc sai sè do thiÕt bÞ c¨ng. mt = 0,9 nÕu sù kh«ng chÝnh x¸c g©y bÊt lîi cho cÊu kiÖn mt = 1,1 nÕu sù kh«ng chÝnh x¸c g©y gi¶m bÊt lîi cho cÊu kiÖn mt = 1,0 dïng khi tÝnh hao øng suÊt tríc theo tr¹ng th¸i giíi h¹n thø hai Theo kinh nghiÖm thêng chän nh sau:

CHoo R)65,05,0()( ' (5.47)

§Ó h¹n chÕ biÕn d¹ng do tõ biÕn vµ h¹n chÕ hao tæn øng suÊt tríc, quy ®Þnh:

o

bHo

bHRR (5.48)

trong ®ã bH : øng suÊt nÐn trong bª t«ng do o, '

c g©y ra Ro: Cêng ®é cña bª t«ng t¹i thêi ®iÓm bu«ng neo

o

bHR : Tra b¶ng theo quy ph¹m [48]

117

2.6. TÝnh gÇn ®óng cÊu kiÖn khèi ®Õ vµ dÇm trô ®ì 2.6.1 TÝnh cÊu kiÖn dÇm trô ®ì theo s¬ ®å gÇn ®óng [33]

DÇm trô ®ì cã thÓ ®îc tÝnh to¸n gÇn ®óng theo s¬ ®å con s¬n (b¶n hoÆc thanh con s¬n mét hoÆc hai nh¸nh, H×nh 5.21), chÞu çc t¶i träng truyÒn tõ çc mÆt ®¸y trªn hoÆc ®¸y díi theo çc trêng hîp thi c«ng hoÆc khai th¸c.

H×nh 5.21, CÊu t¹o çc lo¹i dÇm trô ®ì vµ s¬ ®å tÝnh gÇn ®óng

2.6.2. TÝnh cÊu kiÖn ®Õ mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc 2.6.2.1. CÊu t¹o chung ®Õ mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc

c. DÇm trô ®ì 2 nh¸nh cã thanh chèng

d. DÇm trô ®ì lµ sên cña vá

a. DÇm trô ®ì d¹ng b¶n

b. DÇm trô ®ì 2 nh¸nh

S¬ ®å tÝnh gÇn ®óng




118

H×nh 5.22, Mét thÝ dô vÒ cÊu t¹o khèi ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc 2.6.2.2. Çc t¶i träng t¸c dông lªn ®Õ mãng trong tr¹ng th¸i thi c«ng ®¸nh ch×m Trong çc tr¹ng th¸i thi c«ng, ®Õ mãng chÞu t¶i träng b¶n th©n vµ t¶i träng ngoµi chñ yÕu lµ ¸p lùc thuû tÜnh lªn bÒ mÆt kÕt cÊu khèi ®Õ, H×nh 5.20. PhÝa bªn trong khèi ®Õ cßn cã mét khèi lîng d»n, ®Ó ®¶m b¶o cho khèi ®Õ ch×m xuèng vÞ trÝ x©y dùng theo mong muèn cña ngêi thiÕt kÕ. ViÖc lùa chän vÞ trÝ nguy hiÓm nhÊt ®Ó kiÓm tra kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ chÞu ¸p lùc thuû tÜnh trong tr¹ng th¸i thi c«ng phô thuéc vµo quy tr×nh thi c«ng vµ quy tr×nh d»n. Çc gi¸ trÞ t¶i träng díi ®©y ®¹t trÞ sè lín nhÊt t¬ng øng víi trêng hîp nguy hiÓm nhÊt ®Ó kiÓm tra kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ [27].

)/()([ 2211 mthhdP n (5.49)

)/()([ 211 mthdP n (5.49)

)/( 2mthP dddan (5.50) trong ®ã:

-

,

119

- P1: ¸p lùc thuû tÜnh lªn mÆt trªn cña khèi ®Õ - P2: lùc thuû tÜnh lªn mÆt díi cña ®¸y khèi ®Õ - Pd»n: ¸p lùc lªn mÆt trªn cña ®¸y khèi ®Õ g©y bëi vËt liÖu d»n - n : dung träng cña níc biÓn - d»n: dung träng cña vÆt liÖu d»n - d: ®é s©u níc t¹i vÞ trÝ x©y dùng c«ng tr×nh - : kho¶ng çch an toµn ®Ó c¨n chØnh khèi ch©n ®Õ tríc khi tiÕp ®Êt.

H×nh 5.23, Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn khèi ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc

trong tr¹ng th¸i thi c«ng ®¸nh ch×m 2.6.2.3. Çc t¶i träng t¸c dông lªn ®Õ mãng trong tr¹ng th¸i khai th¸c Trong tr¹ng th¸i khai th¸c, khèi ch©n ®Õ chÞu çc t¶i träng m«i trêng, t¶i träng c«ng nghÖ, t¶i träng b¶n th©n vµ ¸p lùc thuû tÜnh. Çc lo¹i t¶i träng ®îc tæ hîp - (xem b¶ng tæ hîp t¶i träng, B¶ng 3.1 ë ch¬ng 3 cña tµi liÖu nµy) - ®Ó tÝnh to¸n kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ vµ lùa chän ®îc tæ hîp nguy hiÓm ®Ó thiÕt kÕ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ.m«i trêng. ViÖc tæ hîp t¶i träng ®Ó tÝnh to¸n ®é bÒn kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ ®îc thùc hiÖn víi çc trêng hîp tÝnh to¸n sau:

- §iÒu kiÖn m«i trêng víi tÇn xuÊt lÆp l¹i 01 n¨m vµ çc t¶i träng c«ng nghÖ ho¹t ®éng hÕt c«ng suÊt

- §iÒu kiÖn m«i trêng cùc h¹n s¶y ra khi çc thiÕt bÞ c«ng nghÖ ngõng ho¹t ®éng.

120

- Çc t¶i träng m«i trêng vµ t¶i träng c«ng nghÖ - vÝ dô cÇn cÈu ho¹t ®éng trªn thîng tÇng - lµ çc t¶i träng cã híng v× vËy trong mäi trêng hîp ph¶i tÝnh to¸n kiÓm tra ë tÊt c¶ çc híng t¸c dông cña t¶i träng ®Ó lùa chän néi lùc nguy hiÓm dïng tÝnh to¸n thiÕt kÕ kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ.

Lu ý r»ng: trong tr¹ng th¸i khai th¸c, khi ®Õ mãng ®· tiÕp ®Êt vµ ®îc b¬m tr¸m theo thiÕt kÕ. ¸p lùc thuû tÜnh P2 trong h×nh 5.23 kh«ng cßn tån t¹i vµ mÆt díi cña ®Õ mãng khi ®ã sÏ chÞu ¸p lùc nÒn Pd1 vµ Pd2, H×nh 5.24 [27].

H×nh 5.24, Çc lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn khèi ®Õ c«ng tr×nh biÓn träng lùc

trong tr¹ng th¸i khai th¸c 2.6.2.4. S¬ ®å tÝnh gÇn ®óng cÊu kiÖn b¶n cña khèi ®Õ çc c«ng tr×nh biÓn träng lùc bª t«ng §èi víi çc khèi ®Õ cã cÊu t¹o d¹ng b¶n sên, khi x¸c ®Þnh ®îc ¸p lùc lªn bÒ mÆt cña kÕt cÊu, cã thÓ tÝnh gÇn ®óng nh hÖ thèng dÇm sµn bª t«ng cèt thÐp [9], b»ng çch ®a vÒ s¬ ®å tÝnh çc b¶n kª, H×nh 5.25 vµ dïng çc b¶ng tra ®Ó tÝnh to¸n néi lùc vµ tõ ®ã tÝnh to¸n cèt thÐp vµ kiÓm tra kÕt cÊu bª t«ng theo çc tr¹ng th¸i giíi h¹n [48]. Çc b¶n kª cã thÓ lµ h×nh thang hoÆc ch÷ nhËt, H×nh 5.25. HÖ thèng dÇm (sên) cña khèi ®Õ cã thÓ cã thÓ ®îc tÝnh theo s¬ ®å gÇn ®óng lµ hÖ thèng dÇm chÝnh vµ dÇm phô [48]

121

H×nh 5.25, S¬ ®å gÇn ®óng ®Ó tÝnh kÕt cÊu b¶n cña khèi ®Õ

çc c«ng tr×nh träng lùc bª t«ng Trong trêng hîp kÕt cÊu c«ng tr×nh biÓn träng lùc ®îc tÝnh to¸n b»ng çc ch¬ng tr×nh tÝnh kÕt cÊu. Çc cÊu kiÖn cña khèi ®Õ ®îc m« h×nh ho¸ thµnh çc phÇn tö vá, khi ®ã çc néi lùc nhËn ®îc tÝnh trªn mÐt dµi cña cÊu kiÖn. ViÖc tÝnh to¸n cÊu kiÖn tÊm bª t«ng ®îc thùc hiÖn trªn mét d¶i réng 1m [58].

121

Ch¬ng 6 NÒn mãng C«ng tr×nh biÓn träng lùc Bª t«ng

1. Mét sè kh¸i niÖm 1.1. Kh¸i niÖm chung vÒ sù lµm viÖc cña nÒn mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc

C«ng tr×nh biÓn träng lùc lµ lo¹i c«ng tr×nh theo nguyªn lý mãng n«ng, ®øng æn ®Þnh trªn mÆt ®¸y biÓn nhê träng lîng b¶n th©n vµ träng lîng c«ng nghÖ.

Träng lîng c«ng tr×nh cµng lín, träng t©m c«ng tr×nh cµng thÊp th× c«ng tr×nh cµng æn ®Þnh, ®Ó ®¹t ®îc çc môc tiªu trªn ®©y ngêi ta thêng më réng kÝch thíc ®Õ mãng cña c«ng tr×nh.

C«ng dông cña viÖc më réng ®Õ mãng: - §a träng t©m xuèng thÊp; - Gi¶m øng suÊt ®¸y mãng; - Gi¶m ®îc t¶i träng sãng lªn c«ng tr×nh (v× phÇn cã kÝch thíc lín n»m ë

díi s©u, cßn n¨ng lîng sãng tËp trung ë trªn mÆt). - Lîi dông ®îc phÇn rçng cña ®Õ mãng vµo çc môc ®Ých kh¸c. - Trong qu¸ tr×nh thi c«ng vËn chuyÓn, ®¸nh ch×m cã thÓ lîi dông ®Õ mãng

lín t¹o lùc næi vµ ®¶m b¶o æn ®Þnh næi khi vËn chuyÓn, ®¸nh ch×m.

1.2. Çc t×nh huèng t¶i träng t¸c dông lªn nÒn mãng [13], [62]

Gioù Gioù Gioù Gioù

W W W W W

VmaxPmax Vmax Pmax

Höôùng truyeàn soùng

Goùc pha soùng tôù i2

2

0 hoaëc

(a) (b) (c) (d) (e) H×nh 6.1, Çc tÝnh huèng t¶i träng t¸c ®éng lªn ®Õ mãng

Khi ñaùnh giaù söï an toaøn cuûa neàn moùng treân cô sôû xem xeùt moïi tình

huoáng khaùc nhau cuûa taûi troïng, keå caû khi bieån laëng, Hình 6.1a vaø luùc coù baõo

thieát keá (öùng vôùi boán vò trí ñaëc tröng cuûa ñænh soùng, Hình 6.1b,c,d,e).

122

Khi ñaùnh giaù khaû naêng khaùng neùn cuûa neàn, thì caàn kieåm tra vôùi caùc

tröôøng hôïp neùn ñuùng taâm, Hình 6.1b vaø caùc tröôøng hôïp neùn leäch taâm, Hình

6.1c vµ Hình 6.1e. Möïc nöôùc öùng vôùi caùc tröôøng hôïp naøy laø thaáp nhaát.

Khi xeùt khaû naêng khaùng tröôït cuûa neàn, caàn kieåm tra theo caùc tröôøng hôïp

moùng chòu löïc ngang cöïc ñaïi, cuõng chính laø caùc tröôøng hôïp chòu neùn leänh taâm

lôùn nhaát ñaõ neâu ôû treân, Hình 6.1c vaø Hình 6.1e. Möïc nöôùc öùng vôùi caùc tröôøng

hôïp naøy laø cao nhaát.

Khi kieåm tra oån ñònh choáng noåi cho coâng trình thì caàn löïa choïn caùc

tröôøng hôïp moùng chòu löïc ñöùng nhoû nhaát, Hình 6.1b. Möïc nöôùc öùng vôùi tröôøng

hôïp naøy laø cao nhaát.

Tröôøng hôïp taûi troïng ñöùng ñuùng taâm laø taûi troïng do troïng löôïng coâng

trình taùc ñoäng luùc bieån laëng, Hình 6.1a, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh bieán daïng

daøi haïn (bieán daïng tónh) cuûa neàn ñaát. Möïc nöôùc öùng vôùi tröôøng hôïp naøy laø

thaáp nhaát. 2. Bµi to¸n æn ®Þnh vÞ trÝ c«ng tr×nh biÓn träng lùc 2.1. Bµi to¸n æn ®Þnh lËt, H×nh 6.2.

H×nh 6.2, S¬ ®å tÝnh kiÓm tra æn ®Þnh lËt mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc

M« men g©y lËt: hFM l . (6.1) M« men gi÷: aGM g . (6.2) §iÒu kiÖn ån ®Þnh lËt: kM

Mlg (6.3)

trong ®ã: k: hÖ sè an toµn; k 1,3 (thêng chän k = 1,4 1,5)

123

F: Tæng lùc ngang G: Tæng lùc ®øng c«ng tr×nh A: §iÓm lËt §iÓm lËt A lµ ®iÓm n»m trªn mÐp mãng chän A sao cho a nhá nhÊt

2.2. Bµi to¸n æn ®Þnh trît ngang XÐt bµi to¸n trªn H×nh 6.3.

Fv

F H f

H×nh 6.3, S¬ ®å tÝnh kiÓm tra æn ®Þnh trît mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc Trªn H×nh 6.3, lµ ®é vïi cña mãng vµo ®Êt nÒn. NÕu ®é vïi lín, khi tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chèng trît cña mãng ph¶i kÓ

®Õn ¸p lùc cña ®Êt t¸c dông lªn thµnh bªn cña mãng. NÕu ®é vïi nhá, khi tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chèng trît cña mãng cã thÓ bá qua ¸p lùc cña ®Êt t¸c dông lªn thµnh bªn cña mãng.

§èi víi c«ng tr×nh biÓn träng lùc, ®Õ mãng thêng cã kÝch thíc lín, khi ®Õ mãng lín gÆp dßng ch¶y ®¸y, cã thÓ s¶y ra hiÖn tîng xãi ®Õ mãng, viÖc bá qua ¸p lùc cña ®Êt t¸c dông lªn thµnh bªn cña mãng khi tÝnh to¸n kiÓm tra æn ®Þnh trît thiªn vÒ an toµn. Trong tÝnh to¸n díi ®©y bá qua ¸p lùc lªn thµnh bªn cña ®Õ mãng.

øng suÊt nÐn nÐn lªn ®¸y mãng do lùc th¼ng ®øng FV, coi lùc ®øng FV ph©n bè ®Òu trªn ®¸y mãng:

AFv (5.4)

trong ®ã: : øng suÊt ®¸y mãng FV: Tæng lùc nÐn lªn ®¸y mãng A: DiÖn tÝch ®¸y mãng

øng suÊt tiÕp ®¸y mãng do lùc ngang FH - coi lùc ngang FH ph©n bè ®Òu trªn ®¸y mãng:

AFH (6.5)

124

trong ®ã: : øng suÊt tiÕp ®¸y mãng FH: Tæng lùc ngang lªn ®¸y mãng A: DiÖn tÝch ®¸y mãng

Gäi fu lµ cêng ®é chèng trît tíi h¹n cña mãng. Cêng ®é chèng trît fu ®îc tÝnh nh sau:

tgAFvCtgCfu . (6.6)

trong ®ã: C: Lùc dÝnh cña ®Êt : Gãc ma s¸t trong cña ®Êt

§iÒu kiÖn æn ®Þnh trît kfu (6.7)

víi k lµ hÖ sè an toµn ®îc x¸c ®Þnh theo quy ph¹m [60], [61]. Bµi to¸n trît víi nÒn nhiÒu líp Gi¶ sö nÒn cã ba líp ®Êt, H×nh 6.4.

F H

Fv

B B'

1

2

H×nh 6.4, KiÓm tra æn ®Þnh trît cña mãng träng lùc trªn nÒn nhiÒu líp NhiÒu trêng hîp líp ®Êt sè 1 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn chèng trît, nhng

chiÒu dÇy cña líp ®Êt sè 1 kh«ng lín. Líp ®Êt sè 2 lµ ®Êt yÕu, dÔ cã kh¶ n¨ng s¶y ra hiÖn tîng trît gi÷a líp ®Êt sè 1 vµ líp ®Êt sè 2. Khi ®ã cÇn kiÓm tra ®iÒu kiÖn trît gi÷a hai líp. øng suÊt tiÕp gi÷a hai líp ®Êt nh sau:

'2

2,1 AFH (6.8)

NÕu bá qua ¸p lùc h«ng - thiªn vÒ an toµn cã thÓ coi FH2 = FH = const. trong ®ã: 2,1 : øng suÊt tiÕp xóc gi÷a líp ®Êt sè 1 vµ líp ®Êt sè 2

125

2HF : Tæng lùc ngang t¸c dông lªn ®¸y líp ®Êt sè 1 'A : DiÖn tÝch ®¸y mãng më réng ®Õn hÕt líp ®Êt sè 1, H×nh 6.4 Thùc tÕ FH2= FH - FH1 víi FH1 lµ søc ú cña líp ®Êt sè 1.

2.3. X¸c ®Þnh ¸p lùc nÒn díi ®Õ mãng chÞu nÐn lÖch t©m [53]

Fv

F H

p min p max

p min p max

p 2

M

a

a'

H×nh 6.5, ¸p lùc nÒn díi ®Õ mãng chÞu nÐn lÖch t©m

2.3.1. Mãng lÖch t©m bÐ, H×nh 6.5a §èi víi mãng chÞu nÐn lÖch t©m bÐ, biÓu ®å øng suÊt ®¸y mãng mét dÊu,

H×nh 6.5a. C¸c gi¸ trÞ øng suÊt ®¸y mãng ®îc tÝnh nh sau: JbM

AFP V .

min (6.9)

JbM

AFP V .

max (6.10) Trong ®ã: A: DiÖn tÝch ®¸y mãng

J: M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn ®¸y mãng Trêng hîp mãng h×nh ch÷ nhËt, kÝch thíc ®¸y mãng B x L

JBM

LBFP V

2.

.min (6.11)

JBM

LBFP V

2.

.max (6.12)

a)

b)

c)

126

KiÓm tra cêng ®é ®Êt nÒn uTb qPPP 2

minmax (6.13) uqP 2,1max (6.14)

0min P (6.15) trong ®ã: qu lµ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña nÒn.

2.3.2. Mãng lÖch t©m lín, H×nh 6.5b Khi xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo díi ®¸y mãng:

02.

min JBM

BLFP V (6.16)

Trªn thùc tÕ, nÒn ®Êt kh«ng chÞu kÐo, trêng hîp xuÊt hiÖn øng suÊt kÐo díi ®¸y mãng nghÜa lµ cã mét phÇn ®Õ mãng bÞ t¸ch khái mÆt ®Êt, h×nh 5.5b. Khi ®ã øng suÊt ®¸y mãng sÏ ®îc ph©n phèi l¹i trªn vïng mãng cßn tiÕp xóc víi ®Êt vµ xuÊt hiÖn tr¹ng th¸i c©n b»ng míi, H×nh 6.5c [53].

B»ng c¸ch viÕt ph¬ng tr×nh c©n b»ng lùc vµ m« men trªn h×nh 6.5c ta cã c¸c biÓu thøc sau [53]:

23 BFMaV (6.17)

)2(31.4 2

2 MBFFP

VV (6.18)

§iÒu kiÖn ®¶m b¶o æn ®Þnh cña ®Õ mãng vµ chÞu lùc cña ®Êt nÒn Ba 6

1 (6.19)

kqP u2 (6.20)

trong ®ã k: hÖ sè an toµn qu: kh¶ n¨ng chÞu lùc cña nÒn KiÓm tra æn ®Þnh trît:

)( ktgc

kfu (6.21)

trong ®ã: Trêng hîp lÖch t©m bÐ: 2

minmax PP (6.22) Trêng hîp lÖch tÊm lín: 2

2P (6.23) c: Lùc dÝnh cña ®Êt nÒn. k: HÖ sè an toµn.

127

Mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc lµ mãng n«ng, v× vËy viÖc x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña nÒn díi mãng (qu) cã thÓ ®îc thùc hiÖn nh trong c¸c tµi liÖu [46] vµ tiªu chuÈn hiÖn hµnh cña ViÖt Nam. Ngoµi ra, viÖc tÝnh to¸n x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña nÒn díi mãng träng lùc cã thÓ thùc hiÖn theo c¸c quy ph¹m níc ngoµi [60], [61], [62], [63] nh môc 3. díi ®©y. 2.3.3. Dù b¸o ®é lón mãng träng lùc

Nh ®Þnh nghÜa ë ch¬ng 1 cña tµi liÖu nµy. C«ng tr×nh biÓn träng lùc lµ lo¹i c«ng tr×nh theo nguyªn lý mãng n«ng, ®øng æn ®Þnh trªn mÆt ®¸y biÓn nhê träng lîng b¶n th©n vµ träng lîng c«ng nghÖ. Nh vËy, viÖc tÝnh to¸n dù b¸o ®é lón cña mãng träng lùc cã thÓ thùc hiÖn theo ph¬ng ph¸p tÝnh lón céng dån ®· dîc tr×nh bÇy kü trong [46]. 3. TÝnh nÒn mãng c«ng tr×nh biÓn träng lùc theo quy ph¹m API vµ DnV 3.1. TÝnh kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña nÒn 3.1.1. §iÒu kiÖn an toµn cña mãng träng lùc

Ñieàu kieän an toaøn cuûa moùng troïng löïc ñöôïc bieåu dieãn theo khaû naêng

chòu neùn vaø oån ñònh tröôït cuûa neàn ñaát döôùi moùng troïng löïc

3.1.1.1. Ñieàu kieän an toaøn cuûa moùng troïng löïc theo API [60]

Ñieàu kieän an toaøn chòu löïc neùn DB SB DBP Q (6.24) Ñieàu kieän an toaøn chòu löïc ngang DS SS DSP H (6.25)

trong ñoù:

PDB : taûi troïng ñöùng gaây neùn moùng, xaùc ñònh theo caùc ñieàu kieän cöïc

trò hoaëc vaän haønh

PDS : taûi troïng ngang gaây maát oån ñònh tröôït moùng, xaùc ñònh theo caùc

ñieàu kieän cöïc trò hoaëc vaän haønh

QDB : Cöôøng ñoä cuûa neàn ñaát (töông ñöông qd A’trong coâng thöùc

(6.26))

HDS : Söùc khaùng tröôït cöïc ñaïi cuûa neàn ñaát

SB : Heä soá an toaøn khaùng neùn cuûa moùng (vôùi moùng noâng SB=0,67)

SS : Heä soá an toaøn khaùng tröôït cuûa moùng noâng (vôùi moùng noâng

SS=0,80).

3.1.1.2. Ñieàu kieän an toaøn cuûa moùng troïng löïc theo DnV [61], [62]

Ñieàu kieän an toaøn chòu neùn theo öùng suaát hieäu duïng

128

'v f

dF qA (6.26)

Ñieàu kieän an toaøn oån ñònh tröôït xeùt theo öùng suaát hieäu duïng

mob d (6.27)

trong ñoù:

FV : taûi troïng ñöùng ñaëc tröng taùc duïng leân neàn moùng coâng trình, xaùc

ñònh theo ñieàu kieän chòu taûi toång theå cuûa coâng trình, coù yù nghóa

töông ñöông vôùi PDB trong coâng thöùc (6.24)

A’ : dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng

f : Heä soá taûi troïng, phuï thuoäc vaøo loaïi taûi troïng vaø coù giaù trò

töø 0,7-1,3

qd : Cöôøng ñoä khaùng neùn thieát keá cuûa ñaát neàn

mob : öùng suaát tröôït trung bình cuûa ñaát, do taûi troïng ngang (FH) taùc

duïng leân moùng gaây ra treân dieän tích ñaùy moùng (A), FH coù yù

nghóa töông ñöông vôùi PDS trong coâng thöùc

d : cöôøng ñoä khaùng tröôït thieát keá cuûa ñaát neàn. 3.1.2. TÝnh ¸p lùc nÒn díi mãng träng lùc - diÖn tÝch hiÖu dông

Trong tính toaùn aùp löïc neàn leân moùng, Quy phaïm DnV [61] vaø API [60]

ñöa ra khaùi nieäm “dieän tích hieäu duïng” vaø quan nieäm moùng chòu neùn ñuùng

taâm treân dieän tích hieäu duïng, thoâng qua moät heä soá ñieàu chænh cuûa qui phaïm.

3.1.2.1.Dieän tích hieäu duïng cuûa moùng chöõ nhaät, Hình 6.6b

Vôùi moùng chöõ nhaät coù kích thöôùc BxL, coù ñoä leäch taâm 11V

Me F vaø

22V

Me F (M1, M2, Fv laàn löôït laø moâ men theo phöông 1, 2 vaø löïc doïc taùc duïng

lªn moùng), dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng (A’) ñöôïc xaùc ñònh bôûi hình chöõ

nhaät lôùn nhaát noäi tieáp hình chöõ nhaät ban ñaàu sao cho taâm taûi troïng chính laø

taâm cuûa hình chöõ nhaät hieäu duïng. Caùc ñaëc tröng hình häc cuûa dieän tích hieäu

duïng ñöôïc tính nhö sau:

129

a) Taûi troïng töông ñöông

FV

MeFV

e = MF V

2

L'

B'

B

L 1

e = M F V

F V

11

e = M 22

e1

e2

b) Dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng chöõ nhaät

L'

B'

C

DB

A

O O'

e

1

c) Dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng troøn

e = F VO'B = O'D

M 2

Hình 6.6, Sô ñoà xaùc ñònh dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng troïng löïc

130

' ' 'A B L (6.28)

1' 2L L e ; 2' 2B B e (6.29)

3.1.2.2. Dieän tích hieäu duïng cuûa moùng troøn, Hình 6.6c

Vôùi moùng troøn, ñoä leäch taâm cuûa taûi troïng V

Me F , dieän tích hieäu duïng

cuûa ñaùy moùng ñöôïc xaùc ñònh baèng hai laàn dieän tích (s) cuûa phaàn cung ABC,

trong tröôøng hôïp naøy ñaùy moùng hieäu duïng töông ñöông ñöôïc coi nhö moät hình

chöõ nhaät ' 'B L coù cuøng dieän tích hieäu duïng nhö treân:

' 2 ' 'A s B L (6.30)

trong ñoù

2 2 2 2 1

11 22

12

sin2

' 2

' '

R eS e R e R RR eL s R eR eB L R e

(6.31)

3.1.2.3. AÙp löïc neàn leân moùng troïng löïc theo API [60] AÙp löïc neàn leân moùng (q) tính theo coâng thöùc sau:

1'

DBSB

Pq A (6.32)

trong ñoù:

PDB:taûi troïng ñöùng gaây neùn moùng

A’:dieän tích hieäu duïng cuûa moùng

SB:heä soá an toaøn khaùng neùn cuûa moùng (vôùi moùng noâng SB=0,67)

3.1.2.4. AÙp löïc neàn leân moùng troïng löïc theo DnV [61],[62] AÙp löïc neàn leân moùng troïng löïc (q) tính theo coâng thöùc sau:

'VfFq A (6.33)

trong ñoù:

FH: taûi troïng ñöùng gaây neùn moùng

131

A’: dieän tích hieäu duïng cuûa moùng

f: heä soá taûi troïng, phuï thuoäc vaøo loaïi taûi troïng vaø coù giaù trò töø 0,7-1,3 3.1.3. Søc chÞu t¶i cña mãng theo ®Êt nÒn 3.1.3.1. Söùc chòu taûi cuûa moùng theo ñaát neàn trong tröôøng hôïp moùng chòu neùn

ñuùng taâm

Khi moùng chòu taûi troïng ñöùng, ñuùng taâm, thoâng thöôøng ñaát ôû döôùi ñeá

moùng coù xu höôùng bò ñaåy ra ngoaøi khu vöïc döôùi ñeá moùng. Söï phaù huyû xaûy ra

khi coù chuyeån vò khaù lôùn cuûa ñaát theo caùc maët tröôït coù sô ñoà nhö Hình 5.7.

Luùc naøy, öùng suaát tieáp taïi maët tröôït ñaït giaù trò tôùi haïn vaø tuaân theo qui luaät

ñöôïc bieåu dieãn bôûi phöông trình Coulomb. Töø ñoù cho pheùp xaùc ñònh xaáp xæ söùc

chòu taûi cöïc haïn cuûa moùng theo neàn ñaát (qu) xeùt treân moät ñôn vò dieän tích cuûa

ñeá moùng trong tröôøng hôïp moùng chòu taûi troïng neùn ñuùng taâm (FV).

Fv

qu

Hình 6.7, Sô ñoà chuyeån ñoäng phaù huyû cuûa ñaát ôû döôùi ñeá moùng

chòu taûi troïng neùn ñuùng taâm (FV)

Coâng thöùc tính qu nhö sau:

1 '2u cq N c N B (6.34)

trong ñoù:

c: Löïc dính cuûa ñaát

’: Dung troïng ñaát ñaåy noåi

B: Kích thöôùc ñaëc tröng cuûa ñeá moùng, laø caïnh cuûa moùng vuoâng,

caïnh ngaén cuûa moùng chöõ nhaät, ®êng kính cuûa moùng troøn

Nc, N: caùc heä soá phuï thuoäc vaøo goùc ma saùt höõu hieäu cuûa ñaát, coù

giaù trò nhö trong baûng 6.1.

132

3.1.3.2. Söùc chòu taûi cuûa moùng theo ñaát neàn khi moùng chòu neùn leänh taâm, tính

theo API [60]

a. Söùc chòu taûi thoaùt nöôùc

Söùc chòu taûi cuûa moùng theo neàn ñaát (qu) khi moùng chòu taûi troïng neùn

leäch taâm ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau [47], [60]:

1' ' '' 2u c c q qQq c N K X N K BN KA (6.35)

trong ñoù:

Q = PDB: taûi troïng ñöùng cöïc ñaïi gaây phaù huyû

A’: dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng, phuï thuoäc vaøo ñoä leäch

taâm cuûa taûi troïng, laø phaàân dieän tích ñöôïc coi nhö coù löïc Q taùc duïng

ñuùng taâm

c’: Löïc dính höõu hieäu

Nq: Haøm khoâng thöù nguyeân cuûa ’

'tg 2 0 'tg 45 2qN e (6.36)

N: Haøm khoâng thöù nguyeân cuûa ’

1 cotg 'c qN N (6.37)

N: Haøm thöïc nghieäm khoâng thöù nguyeân theo ’, coù theå tính gaàn

ñuùng

2 1 tg 'qN N (6.38)

’:Goùc ma saùt höõu hieäu

:Goùc ma saùt cuûa ñaát

’:Dung troïng cuûa ñaát nghaäp nöôùc

X:Ñoä saâu vuøi ñeá moùng

B:Kích thöôùc beù nhaát cuûa ñeá moùng theo phöông naèm ngang

Kc, Kq, K : caùc heä soá hieäu chænh, coù keå ñeán ñoä nghieâng cuûa taûi

troïng taùc duïng, daïng ñeá moùng, ñoä saâu vuøi moùng, ñoä nghieâng cuûa

133

maët ñaùy moùng vaø ñoä nghieâng cuûa maët neàn. Caùc chæ soá c, q vaø laø töông öùng vôùi caùc soá haïng trong coâng thöùc (6.35).

Caùc haøm Nq, Nc vaø N ñöôïc tính theo caùc giaù trò cuûa ’ vaø cho keát quaû

nhö treân baûng 6.1 (trong ñoù ’ laáy giaù trò nhö d).

Caùc heä soá hieäu chænh Kc, Kq, K thöôøng ñöôïc vieát döôùi daïng

c c c c c cq q q q q q

K i S d b gK i S d b gK i S d b g

(6.39)

trong ñoù: i : heä soá ñoä nghieâng cuûa taûi troïng

s : heä soá hình daïng moùng

d : heä soá ñoä saâu vuøi moùng

b : heä soá ñoä nghieâng cuûa maët ñaùy moùng

g : heä soá ñoä doác cuûa maët neàn

Caùc heä soá hieäu chænh ñöôïc xaùc ñònh theo caùc bieåu thöùc sau

Heä soá hieäu chænh ñoä nghieâng cuûa taûi troïng:

1

1 0tg1 0' '1 0' ' tg1 0' ' tg

qc q

c

cc

mq

m

ii i NmHi B L cN

Hi Q B L cHi Q B L c

(6.40)

trong ñoù: H = FH vaø Q = FV laø caùc thaønh phaàn löïc ngang vaø ñöùng cuûa taûi

troïng taùc duïng leân moùng.

2 2cos sinL Bm m m vôùi '2 ''1 '

L

LBm LB

vaø '2 ''1 '

B

BLm BL

(6.41)

: goùc nghieâng cuûa taûi troïng.

134

Heä soá hieäu chænh hình daïng moùng:

- Moùng chöõ nhaät

'1 ''1 tg'

'1 0,4 '

qc

c

q

NBS L NBS L

BS L

(6.42)

- Moùng troøn (khi taûi troïng ñuùng taâm)

11 tg0,6

qc

cq

NS NSS

(6.43)

Khi taûi troïng taùc ñoäng leäch taâm leân moùng troøn, heä soá hình daïng ñöôïc

tính nhö ñoái vôùi moät moùng chöõ nhaät töông ñöông.

Heä soá hieäu chænh ñoä saâu vuøi moùng:

21 2 tg 1 sin '1,0

1tg

q

qc q

c

Xd Bd

dd d N

(6.44)

Caàn chuù yù raèng vieäc vuøi moùng coù theå gaây xaùo troän tính chaát cuûa ñaát neàn

doïc beà maët tieáp xuùc giöõa ñaùy moùng vaø neàn ñaát. Trong tröôøng hôïp naøy, coù theå

phaûi giaûm hieäu öùng coù lôïi cuûa moùng vuøi ñoái vôùi cöôøng ñoä choáng tröôït cuûa ñaát.

ñeá moùng maët neàn ñaát

maët naèm ngang

d

H

Q

Hình 6.8, Ñònh nghóa caùc goùc nghieâng cuûa ñeá moùng () vaø cuûa maët neàn ()

135

Heä soá hieäu chænh ñoä nghieâng cuûa maët ñaùy moùng

21 tg 01 0tg

21 0

q

qc q

c

cc

b bbb b N

b N

(6.45)

HÖ sè hiÖu chØnh ®é dèc cña mÆt nÒn ®Êt

21 01 0tg

21 0

q

qc q

c

cc

g g tggg g N

g N

(6.46)

trong ñoù: vaø laø goùc nghieâng cuûa ñeá moùng vaø maët neàn (radian) ñöôïc

qui ñònh nhö treân Hình 6.8.

Khi öùng vôùi c = 0 (thöôøng laø caùt) vaø taûi troïng döùng ñaët ñuùng taâm ñaùy

moùng, ôû ñoù maët ñaùy moùng vaø maët neàn ñeàu naèm ngang. Luùc naøy phöông trình

(6.35) ñöôïc thu goïn laïi nhö sau:

- Ñoái vôùi moùng troøn hay vuoâng:

0,3 '

hay 0,3 'u

Qq BNAQ BN A

(6.47)

trong ñoù: Q:taûi troïng ñöùng cöïc ñaïi gaây phaù huyû neàn

A:dieän tích thöïc teá cuûa ñaùy moùng

- Ñoái vôùi moùng daïng daûi, daøi voâ haïn:

'

0'

0

0,5hay 0,5

uQq BNA

Q BN A

(6.48)

trong ñoù:

Q : taûi troïng ñöùng cöïc ñaïi taùc duïng treân ñôn vò daøi cuûa moùng gaây

phaù huyû neàn ñaát

A0 : dieän tích ñaùy moùng laáy treân ñôn vò daøi cuûa moùng

136

b. Söùc chòu taûi khoâng thoaùt nöôùc ( = 0) [47], [60]

Cöôøng ñoä khaùng neùn tôùi haïn cuûa neàn ñaát khi ñoù ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:

'd c cQq c N K XA (6.49)

trong ñoù:

Q : taûi troïng ñöùng cöïc ñaïi gaây phaù huyû neàn ñaát, töùc laø söùc khaùng

neùn cöïc ñaïi cuûa neàn ñaát khoâng thoaùt nöôùc

c : cöôøng ñoä choáng tröôït cuûa ñaát khoâng thoaùt nöôùc

: goùc ma saùt cuûa ñaát, tröôøng hôïp ñaát khoâng thoaùt nöôùc thì = 0

: troïng löôïng rieâng cuûa ñaát

A’, X vaø Kc: coù yù nghóa nhö trong coâng thöùc (6.35)

Neáu taûi troïng ñöùng taùc duïng ñuùng taâm, ñoàng thôøi maët ñaùy moùng vaø maët

neàn ñeàu naèm ngang, thì coù caùc bieåu thöùc tính cöôøng ñoä khaùng neùn cöïc haïn cuûa

ñaát qd nhö sau:

- Ñoái vôùi moùng troøn hoaëc vuoâng:

6,17hay 6,17

dQq cA

Q c A

(6.50)

trong ñoù:

Q : taûi troïng ñöùng cöïc ñaïi gaây phaù huyû neàn ñaát

A : dieän tích thöïc teá cuûa ñaùy moùng

- Ñoái vôùi moùng daûi coù chieàu daøi coi nhö voâ haïn:

00

5,14hay 5,14

dQq cA

Q c A

(6.51)

trong ñoù:

Q:taûi troïng ñöùng treân ñôn vò chieàu daøi moùng gaây phaù huyû neàn ñaát

A0:dieän tích ñaùy moùng treân ñôn vò chieàu daøi moùng

3.1.3.3. Söùc chòu taûi cuûa moùng theo ñaát neàn khi moùng chòu neùn leänh taâm, tính

theo DnV [61], [62]

137

a. Tröôøng hôïp toång quaùt

Söùc chòu taûi cuûa moùng theo neàn ñaát (qd, töông ñöông vôùi qu trong coâng

thöùc (6.35)) khi moùng chòu taûi troïng leäch taâm ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc

sau:

'0

1 ' '2d d c c q qq C N K p N K B N K (6.52)

trong ñoù:

Cd: ñoä dính thieát keát 'mc

c hay cöôøng ñoä khaùng caét khoâng thoaùt nöôùc

thieát keá umc

c

c’:ñoä dính ñaëc tröng

cu : cöôøng ñoä khaùng tröôït khoâng thoaùt nöôùc ñaëc tröng

mc : heä soá an toaøn cuûa vaät lieäu (vôùi ñaát laáy baèng 1,3)

’ : troïng löôïng rieâng cuûa ñaát ngaäp nöôùc

B’ : beà roäng hieäu duïng cuûa moùng

'0p : aùp suaát hieäu duïng cuûa ñaát ôû möùc döôùi ñaùy moùng (töông ñöông

’X trong coâng thöùc (6.35))

Kc, Kq vaø K: caùc heä soá hieäu chænh, coù keå ñeán ñoä nghieâng cuûa phöông

taûi troïng, daïng ñeá moùng, ñoä saâu vuøi moùng, ñoä nghieâng maët ñaùy

moùng vaø ñoä nghieâng maët neàn, ñöôïc tính theo coâng thöùc (5.39),

trong ñoù caùc heä soá hieäu chænh ñöôïc tính nhö sau:

- Heä soá hieäu chænh ñoä nghieâng cuûa taûi troïng

5

5

0,51 ' cotg0,71 ' cotg

0,5 0,5 1 '

HdqVd d d

HdVd d d

Hdcd

Fi F A CFi F A CFi A C

(6.53)

trong ñoù:

FHd = f FH

138

FVd = f FV

vôùi FH, FV coù yù nghóa nhö trong coâng thöùc (6.40)

A’=B’xL’ laø dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng

d ñöôïc tính ra töø coâng thöùc

tg 'tg dmf

(6.54)

mf : heä soá an toaøn cuûa vaät lieäu (vôùi ñaát laáy mf =1,2)

tg’ : heä soá ma saùt ñaëc tröng cuûa ñaát

- Heä soá hieäu chænh hình daïng moùng:

'1 sin''1 0,4 '

'0,2 1 2 '

qq d

c c

i BS Li BS L

BS i L

(6.55)

- Heä soá hieäu chænh ñoä saâu vuøi moùng:

Ñoái vôùi caùc moùng cuûa coâng trình bieån troïng löïc, thöôøng boû qua aûnh

höôûng coù lôïi cuûa söï vuøi moùng, töùc laø laáy

1,0q cd d d (6.56)

Trong tröôøng hôïp ñaëc bieät, neáu ñieàu kieän thi coâng cho pheùp, coù theå tính

dq vaø dc theo bieåu thöùc (vôùi ñieàu kieän ñoä saâu vuøi moùng X<B’):

21 1,2 tg 1 sin'

0,3arctg '

q d d

c

Xd BXd B

(6.57)

- Heä soá hieäu chænh ñoä nghieâng cuûa ñaùy moùng vaø cuûa neàn ñaát: coù

theå söû duïng caùc coâng thöùc (6.45), (6.46).

Nq, Nc vaø N laø caùc haøm phuï thuoäc vaøo goùc ma saùt cuûa ñaát (d) xaùc ñònh

theo caùc bieåu thöùc nhö ñaõ neâu trong coâng thöùc 160, trong ñoù goùc ma saùt hieäu

duïng ’ chính laø d. Caùc giaù trò cuûa Nq, Nc vaø N ñöôïc tính saün theo d, cho

treân baûng 6.1 (trong ñoù N laáy ôû coät (1)).

139

b. Caùc tröôøng hôïp rieâng cuûa coâng thöùc (6.52)

Caùc ñaïi löôïng mang chæ soá q vaø c coù moái quan heä:

1 cotgc c c c q q q q dN S d i N S d i (6.58)

Keå ñeán (6.58), coâng thöùc (6.52) ñöôïc vieát döôùi daïng ñôn giaûn hôn öùng

vôùi caùc tröôøng hôïp rieâng:

Khi 0:

'0

1cotg ' ' cotg2d d d q q d dq p C N K B N K C (6.59)

Khi = 0 (seùt khoâng thoaùt nöôùc):

1d d c c c cq C N S d i (6.60)

trong ñoù: Sc, dc vaø ic ñöôïc xaùc ñònh theo caùc coâng thöùc (6.53), (6.55),

(6.56), (6.57) öùng vôùi tröôøng hôïp d = 0.

Baûng 6.1: Caùc giaù trò cuûa Nc, Nq vaø N theo

d (’)

(ñoä) Nc Nq N (1) N (2)

0 5.14 1.00 0.00 0.00

1 5.38 1.09 0.07 0.00

2 5.63 1.20 0.15 0.01

3 5.90 1.31 0.24 0.02

4 6.19 1.43 0.34 0.05

5 6.49 1.57 0.45 0.07

6 6.81 1.72 0.57 0.11

7 7.16 1.88 0.71 0.16

8 7.53 2.06 0.86 0.22

9 7.92 2.25 1.03 0.30

10 8.35 2.47 1.22 0.39

11 8.80 2.71 1.44 0.50

12 9.28 2.97 1.69 0.63

13 9.81 3.26 1.97 0.78

140

d (’)

(ñoä) Nc Nq N (1) N (2)

14 10.37 3.59 2.29 0.97

15 10.98 3.94 2.65 1.18

16 11.63 4.34 3.06 1.43

17 12.34 4.77 3.53 1.73

18 13.10 5.26 4.07 2.08

19 13.93 5.80 4.68 2.48

20 14.83 6.40 5.39 2.95

21 15.82 7.07 6.20 3.50

22 16.88 7.82 7.13 4.13

23 18.05 8.66 8.20 4.88

24 19.32 9.60 9.44 5.75

25 20.72 10.66 10.88 6.76

26 22.25 11.85 12.54 7.94

27 23.94 13.20 14.47 9.32

28 25.80 14.72 16.72 10.94

29 27.86 16.44 19.34 12.84

30 30.14 18.40 22.40 15.07

31 32.67 20.63 25.99 17.96

32 35.49 23.18 30.22 20.79

33 38.64 26.09 36.19 24.44

34 42.16 29.44 41.06 28.77

35 46.12 33.30 48.03 33.92

36 50.59 37.75 56.31 40.05

37 55.63 42.92 66.19 47.38

38 61.35 48.93 78.03 56.17

39 67.87 55.96 92.25 66.75

141

d (’)

(ñoä) Nc Nq N (1) N (2)

40 75.31 64.20 109.41 79.54

41 83.86 73.90 130.22 95.05

42 93.71 85.37 155.54 113.95

43 105.11 99.01 186.54 137.10

44 118.37 115.31 224.64 165.58

45 133.88 134.87 271.76 200.81 3.1.4. Søc kh¸ng trît ngang cña ®Êt nÒn 3.1.4.1. Søc kh¸ng trît ngang cña ®Êt nÒn theo API [60]

Söùc khaùng tröôït ngang cöïc ñaïi cuûa neàn ñaát trong coâng thöùc (6.25) ñöôïc

xaùc ñònh bôûi caùc bieåu thöùc sau ñaây:

Tröôøng hôïp khoâng thoaùt nöôùc ( = 0)

DSH H cA (6.61)

Tröôøng hôïp coù thoaùt nöôùc

' tg 'DSH H c A Q (6.62)

trong ñoù:

c : cöôøng ñoä khaùng tröôït cuûa ñaát khoâng thoaùt nöôùc ( = 0)

A : dieän tích cuûa ñaùy moùng

c’, Q vaø ’coù yù nghóa nhö trong coâng thöùc (6.35) 3.1.4.2. Søc kh¸ng trît ngang cña ®Êt nÒn theo DnV [61], [62]

Söùc khaùng tröôït ngang cuûa neàn ñaát d nhö ñaõ neâu trong coâng thöùc (6.25)

ñöôïc xaùc ñònh theo caùc bieåu thöùc sau:

' tg ''dmc mf

c (6.63)

Trong ñoù

c’, mc, mf vaø tg’ coù yù nghóa nhö trong coâng thöùc (6.35)

' 'VFA laø öùng suaát phaùp hieäu duïng cuûa ñaùy moùng

142

A’ : dieän tích hieäu duïng cuûa ñaùy moùng

FV : taûi troïng ñöùng taùc duïng leân moùng.

Tröôøng hôïp rieâng, ñaát khoâng thoaùt nöôùc ( = 0)

udmc

c (6.64)

Trong ñoù: cu coù yù nghóa nhö trong coâng thöùc (6.52)

Theo caùch tính naøy, coâng thöùc (6.52) töông ñöông vôùi tröôøng hôïp tính

baèng coâng thöùc (6.63) vaø coâng thöùc (6.52) töông ñöông vôùi tröôøng hôïp tính

baèng coâng thöùc (6.64). 3.2. TÝnh chuyÓn dÞch cña nÒn vµ mãng chÞu t¶i träng tÜnh

Chuyeån dòch tónh cuûa neàn ñaát aûnh höôûng ñeán söï laøm vieäc cuûa keát caáu

phaàn treân, lieân quan ñeán ñieàu kieän an toaøn cuûa keát caáu cuõng nhö ñieàu kieän

khai thaùc coâng ngheä cuûa coâng trình. Do ñoù, caàn phaûi xaùc ñònh chuyeån dòch cuûa

neàn ñaát. Trong caùc chuyeån dòch, luùn laø chuyeån dòch aûnh höôûng ñeán söï laøm

vieäc cuûa keát caáu coâng trình nhieàu nhaát. Luùn cuûa neàn ñaát döôùi moùng laø do ñaát

bò neùn vaø bieán daïng tröôït. Coù hai tröôøng hôïp caàn xeùt bieán daïng:

- Tröôøng hôïp bieán daïng ngaén haïn: laø xeùt bieán daïng töùc thôøi cuøng vôùi coá

keát ban ñaàu, coù theå tính toaùn döïa treân lyù thuyeát ñaøn hoài.

- Tröôøng hôïp bieán daïng daøi haïn: neáu keå ñeán coá keát daøi haïn, laø quaù

trình suy giaûm aùp löïc loã roãng, keùo theo söï giaûm theå tích ñaát. 3.2.1. TÝnh chuyÓn dÞch tøc thêi [60]

Giaû thieát keát caáu moùng troïng löïc coù daïng troøn vaø cöùng, ñaët treân maët neàn

ñaát. Ñaát neàn ñöôïc coi laø moâi tröôøng ñoàng nhaát vaø ñaúng höôùng. Neàn ñaát chòu

taùc duïng cuûa moùng tryeàn xuoáng vôùi boán thaønh phaàn (löïc ñöùng (FV), löïc ngang

(FH), moâ men uoán (M), moâ men xoaén (T)).

Döïa treân moâ hình neàn laø moät baùn khoâng gian ñaøn hoài, chuyeån vò cuûa

moùng troïng löïc ñöôïc xaùc ñònh theo caùc coâng thöùc sau [56].

Chuyeån dòch ñöùng: 14vu FG R

(6.65)

Chuyeån dòch ngang: 7 832 1h Hu FG R

(6.66)

143

Goùc xoay: 3

3 18r MGR

(6.67)

Goùc xoaén: 33

16t TG R (6.68) trong ñoù:

R : baùn kính cuûa moùng troøn

G : moâ ñun ñaøn hoài tröôït cuûa ñaát neàn

: heä soá poisson cuûa ñaát neàn.

Ñoái vôùi moùng vuoâng, qui veà moùng troøn coù cuøng dieän tích roài söû duïng

caùc coâng thöùc (6.65), (6.66), (6.67), (6.68) ñeå tính gaàn ñuùng chuyeån vò cuûa

neàn. 3.2.2. TÝnh lón cè kÕt s¬ cÊp [60]

Luùn coá keá sô caáp cuûa moùng treân neàn ñaát laø baøi toaùn ba chieàu, trong ñoù

coù söï phaân phoái öùng suaát vaø aùp suaát loã roãng.

Baøi toaùn luùn coá keát sô caáp ñöôïc thieát laäp treân cô sôû moâ taû ñaày ñuû caùc

yeáu toá sau:

- Söï phaân phoái laïi cuûa taûi troïng

- Luùn khoâng ñeàu

- Ñieàu kieän ban ñaàu nhö aùp suaát quaù möùc ôû loã roãng

Trong tính toaùn thöïc haønh, cho pheùp ñaùnh giaù ñôn giaûn luùn coá keát sô

caáp, döïa treân giaû thieát neùn moät chieàu cuûa caùc lôùp ñaát chòu aùp suaát cöôõng böùc

theo phöông ñöùng cho keát quaû döôùi ñaây.

Theo API [60], luùn ñöùng cuûa moät lôùp ñaát do bieán daïng daøi haïn chòu taûi

troïng ñöùng ñöôïc xaùc ñònh theo theo coâng thöùc:

10log1ov

o o

q qhcu e q (6.69)

trong ñoù:

h : chieàu daøy lôùp ñaát seùt

eo : tæ soá roãng ban ñaàu cuûa ñaát

c : chæ soá neùn cuûa ñaát öùng vôùi möùc taûi troïng xeùt

qo : öùng suaát hieäu duïng ban ñaàu cuûa lôùp ñaát

144

q : öùng suaát hieäu duïng boå xung cuûa lôùp ñaát.

Tröôøng hôïp coù nhieàu lôùp ñaát thì ñoä luùn toång coäng cuûa neàn ñaát ñöôïc xaùc

ñònh baèng toång ñoä luùn cuûa töøng lôùp ñaát.

3.3. Tính löïc khaùng xuyeân cuûa neàn ñaát ñoái vôùi chaân khay

3.3.1. Coâng thöùc toång quaùt tính löïc khaùng xuyeân ñoái vôùi chaân khay [60]

Caáu taïo cuûa chaân khay nhaèm laøm taêng tính oån ñònh cuûa neàn moùng vaø

choáng xoùi. Do vaäy, muõi chaân khay phaûi ñöôïc xuyeân vaøo trong neàn ñaát tôùi moät

ñoä saâu caàn thieát. Ñeå coù theå xuyeân ñöôïc chaân khay, khi thi coâng phaûi ñaûm baûo

taïo caùc löïc lôùn hôn löïc khaùng xuyeân cuûa chaân khay.

Löïc khaùng xuyeân (R) ñöôïc tính baèng toång caùc löïc khaùng ñaàu muõi chaân

khay (Rp) vaø löïc caûn ma saùt thaønh chaân khay (Rf):

p f u p s sR R R q A f A (6.70)

hay 0

( ) ( ) ( ) ( )d

p p c s r cR k d A q d A k z q z dz (6.71) trong ñoù:

Ap : dieän tích ñaàu muõi chaân khay

As : dieän tích maët beân cuûa phaàn chaân khay xuyeân trong neàn ñaát, vôùi

ñoä saâu d

qu : söùc khaùng neùn cuûa ñaát taïi ñaàu muõi chaân khay

fs : söùc khaùng tröôït trung bình cuûa ñaát xung quanh thaønh chaân khay

d : ñoä saâu cuûa ñaàu muõi chaân khay

kp (d) : heä soá thöïc nghieäm coù quan heä vôùi söùc khaùng ñaàu muõi chaân khay

kf (z) : heä soá thöïc nghieäm coù quan heä vôùi ma saùt thaønh chaân khay

qc (z) : söùc khaùng xuyeân coân cuûa ñaát

ÔÛ ñaây laáy caùc ñaïi löôïng söùc khaùng cuûa ñaát phaûi laáy vôùi giaù trò caän treân, trong

khi tính söùc chòu taûi cuûa neàn thì laáy giaù trò caän döôùi.

3.3.2. Löïc khaùng xuyeân vôùi tröôøng hôïp chaân khay baèng theùp

Löïc khaùng xuyeân ñöôïc tính vôùi tröôøng hôïp trung bình vaø tröôøng hôïp cöïc

ñaïi. Theo [60] vôùi neàn ñaát caùt chaët hoaëc seùt cöùng, coù theå söû duïng caùc heä soá kp

vaø kf nhö cho trong baûng 6.2.

145

Baûng 6.2, Caùc giaù trò cuûa heä soá kp, vaø kf ñoái vôùi caùt chaët vaø seùt cöùng

Löïc khaùng xuyeân trung bình Löïc khaùng xuyeân cöïc ñaïi Loaïi ñaát

kp kf kp kf

Seùt 0,4 0,03 0,6 0,05

Caùt 0,3 0,001 0,06 0,003

Cuõng theo [60] vôùi lôùp ñaát ôû treân 1-1,5m thì giaù trò caùc heä soá treân laáy

giaûm ñi töø 25-50% (do chuyeån ñoäng ngang cuûa coâng trình luùc thi coâng, vaø hieän

töôïng xoùi ngaàm cuïc boä). Neáu söû duïng chaân khay coù dieän tích ñaàu muõi taêng hoaëc taêng ñoä cöùng thì

caàn phaûi giaûm giaù trò kf.

Tröôøng hôïp lôùp ñaát caùt pha seùt, coù theå söû duïng caùc giaù trò kp vaø kf noäi

suy trong phaïm vi cuûa hai haøng trong baûng treân.

3.3.3. Löïc khaùng xuyeân vôùi tröôøng hôïp chaân khay baèng beâ toâng

Cöôøng ñoä khaùng xuyeân cuûa ñaát qp ñoái vôùi chaân khay beâ toâng ñöôïc ñaùnh

giaù nhö cöôøng ñoä khaùng neùn (söùc chòu taûi cuûa moùng theo neàn ñaát) ñaõ neâu ôû

muïc 3.1.3.3 cuûa cuûa chöông 6 taøi lieäu naøy (coâng thöùc(6.52)).

Ñoái vôùi ñaát seùt:

p c uq N c (6.72)

trong ñoù: Nc coù giaù trò laáy trong baûng 5.1.

Ñoái vôùi ñaát caùt: ' ' '0

12p qq B N p N (6.73)

trong ñoù: N coù giaù trò ôû coät (1) baûng 6.1 khi tính löïc khaùng xuyeân cöïc ñaïi,

vaø laáy ôû coät (2) khi tính löïc khaùng xuyeân trung bình.

Chuù yù:

- Ñoái vôùi chaân khay beâ toâng coù ñaàu muõi roäng vaø coù ñoä xuyeân saâu ít,

löïc caûn ma saùt laø nhoû so vôùi löïc khaùng ñaàu muõi, neân thöôøng boû qua

löïc ma saùt thaønh chaân khay.

- Ñoái vôùi chaân khay thaønh beâ toâng coù ñaàu muõi nhoïn, vaø coù ñoä xuyeân

lôùn hôn 0,5m thì caàn tính caû löïc khaùng ma saùt cuûa thaønh chaân khay.

Tröôøng hôïp naøy, khi tính löïc khaùng xuyeân trung bình coù theå laáy

146

kf = 0,006 ñoái vôùi ñaát caùt vaø 0,08 ñoái vôùi ñaát seùt khi ñoä vaùt cuûa ñaàu

muõi lôùn hôn 5o. Tröôøng hôïp ñoä vaùt ôû giöõa nhoû naèm trong khoaûng 0o

vaø 5o thì noäi suy giöõa caùc giaù trò treân vaø caùc giaù trò cho trong baûng 6.2.

Khi tính löïc khaùng xuyeân cöïc ñaïi, söû duïng löïc ma saùt ñôn vò (fs) taïi muõi

nhoïn cuûa chaân khay ñöôïc xaùc ñònh theo aùp löïc bò ñoäng cuûa ñaát caùt:

'0 tgs pf K p (6.74)

trong ñoù:

Kp laø heä soá aùp löïc bò ñoäng cuûa ñaát, laø moät haøm cuûa goùc ma saùt ñaëc

tröng (’) vaø goùc ma saùt cuûa thaønh . Giaù trò cuûa Kp ñöôïc cho trong baûng 6.3.

Baûng 6.3: Heä soá aùp löïc ñaát bò ñoäng Kp

Tg’ 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

’ (ñoä) 26,6 28,8 31,0 33,0 35,0 36,9 38,7 40,4 42,0 43,5 45,0

Kp 4,1 4,7 5,5 6,3 7,3 8,6 9,9 10,7 13,2 15,3 17,8

Trong baûng 6.3 ñaõ söû duïng heä soá ma saùt thaønh chaân khay 2tg tg '3

thiết kế ctb trọng lực bêtong

Engineering