Upload
robinking277
View
294
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
PH N THUY T MINH Đ ÁN CTBCĐ-IẦ Ế Ồ
Nội dung đồ án : Tính toán thiết kế kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép ( CTBCĐBT ) trong giai đoạn khai thác.
-------- Nhóm 7 -------
Chương 1 : GIỚI THIỆU ĐỒ ÁNI. GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH
Công trình biển bằng thép là công trình có vật liệu làm chủ yếu làm bằng
thép. Công trình làm việc như một khung không gian, các tải trọng được
truyền vào nền đất thông qua các móng cọc đóng sâu vào nền đất .
- Ưu điểm :
+ Thép là loại vật liệu có cường độ cao kích thước tương đối nhỏ, vì vậy
kết cấu có trọng lượng và kích thước tương đối nhỏ dẫn đến tải trọng sóng
tác động lên công trình nhỏ.
+ Khả năng cấu tạo và liên kết của thép là rất linh hoạt.
+ Có thể áp dụng cho phần lớn các điều kiện địa chất.
+ Thời gian thi công nhanh nhưng đòi hỏi về phương tiện và bến bãi thi
công trên bờ.
- Nhược điểm :
+ Thép là loại vật liệu đắt tiền.
+ Đòi hỏi phải duy tu và bảo dưỡng thường xuyên để khắc phục hậu quả
do ăn mòn và nứt do mỏi.
+ Thời gian thi công ngoài biển kéo dài và đòi hỏi phải có nhiều thiết bị
chuyên dụng của ngành. Phải trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 là thi công lắp
giáp , giai đoạn 2 là vận chuyển hạ thuỷ đánh chìm và cố định ngoài biển.
Do đó tồn tại nhiều rủi ro khi thi công.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 1
II. SỐ LIỆU ĐẦU VÀO1. Đặc điểm công trình :
Kích thước khung đỡ
Thượng tầngSố ống chính PA thi công PA móng
Độ sâu
nước (m)
Trọng lượng
Hình dáng/kích
thước/số giếng
44x20m30000
kN
Tứ giác 52x36x30m
8 giếng
8 ống chính Launching Cọc váy
88
2. Số liệu khí tượng hải văn tại vị trí xây dựng công trình :
Các thông số đề bài 4
Biên động triều lớn nhất d1 ( m ) 1.8
Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2 ( m ) 1.2
Độ sâu nước d0 ( m ) 88
3. Số liệu vận tốc gió :
Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW
Vận tốc gió trung bình đo trong 2 phút
100 38.4 46.1 0.0 20.8 2.0 35.7 34.2 33.5
50 36.2 45.0 9.1 19.2 1.4 33.4 32.7 31.8
25 34.2 40.6 7.4 18.2 0.4 31.5 30.4 29.2
10 30.6 37.5 6.3 16.8 9.2 28.2 27.5 26.5
5 28.5 34.6 5.2 15.5 8.4 26.2 25.2 21.3
1 23.0 26.0 2.0 12.7 6.0 21.0 20.0 18.0
Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW
Vi n Công Trình Bi nệ ể 2
Vận tốc gió trung bình đo trong 1 phút
100 39.7 47.1 1.0 21.4 2.7 36.9 35.3 34.6
50 37.4 46.5 0.1 19.8 22.1 34.5 33.8 32.8
25 35.3 41.9 28.3 18.8 21.1 32.5 31.4 30.2
10 31.6 38.7 27.2 17.4 19.8 29.1 28.4 27.4
5 29.4 35.7 26.0 16.0 19.0 27.1 26.0 22.0
1 23.8 26.9 22.7 13.1 16.5 21.7 20.7 18.6
Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW
Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây
100 44.7 58.1 4.9 24.2 5.6 41.6 39.8 39.0
50 42.1 52.4 33.9 22.3 24.9 38.9 38.1 37.0
25 39.8 47.3 31.9 21.2 23.7 36.7 35.4 34.0
10 35.6 43.7 30.6 19.6 22.4 32.8 32.0 30.8
5 33.2 40.3 29.3 18.0 21.4 30.5 29.3 24.8
1 26.8 30.3 25.6 14.8 18.6 24.4 23.3 21.0
4. Số liệu sóng thiết kế :
Chu kỳ lặp Hướng N NE E SE S SW W NW
Vi n Công Trình Bi nệ ể 3
100 Năm H, m 10.8 16.1 9.9 6.2 8.6 12.2 9.3 7.4
T, s 10.3 14.1 11.6 10.8 12.4 12.5 12.0 12.3
50 Năm H, m 9.7 15.6 9.2 5.6 8.0 12.4 8.8 6.9
T, s 10.0 14.1 11.5 10.5 12.1 12.4 11.9 11.7
25 Năm H, m 8.8 14.7 8.7 5.2 7.7 11.1 8.5 6.5
T, s 9.9 14.3 11.4 10.2 11.8 12.4 11.8 11.7
5 Năm H, m 5.6 13.7 6.8 3.8 6.2 9.7 7.1 4.8
T, s 9.4 13.9 11.0 9.4 10.6 12.1 11.6 11.0
1 Năm H, m 2.6 11.8 4.8 2.4 4.6 7.3 5.8 3.0
T, s 9.1 13.3 10.5 9.1 9.2 11.7 11.3 9.9
5. Vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất ( chu kỳ lặp 100 năm ):
Các thông số Hướng sóng
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc
(cm/s)
93 131 100 173 224 181 178 121
Hướng (độ) 240 241 277 41 68 79 78 134
6. Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất ( chu kỳ lặp 100 năm ):
Các thông số Hướng sóng
Vi n Công Trình Bi nệ ể 4
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc
(cm/s)
68 111 90 102 182 137 119 97
Hướng (độ) 2 301 60 295 329 53 329 197
7. Số liệu hà bám :
Phạm vi hà bám tính từ mực nước trung bình trở
xuống
Chiều dày hà bám
Từ mực nước trung bình 0 (m) đến -4 (m) 80 mm
Từ -4 (m) đến -8 (m) 87 mm
Từ -8 (m) đến -10 (m) 100 mm
Từ -10 (m) đến đáy biển 70 mm
Trọng lượng riêng hà bám : γ=1600 kG/m3
8. Số liệu địa chất công trình :
Đề số 1 :
Các thông số đề bài Tên lớp đất
Lớp đất số 1 Lớp đất số 2 Lớp đất số 3
Vi n Công Trình Bi nệ ể 5
1 Mô tả lớp đất Á cát dẻo mềm Á cát dẻo chặt Sét nửa cứng
2Độ sâu đáy lớp đất(tính từ đáy biển trở xuống)
h 1= 11m h 2=31m h 3= V ô h ạn
3 Độ ẩm W ( %) 27.3 22.6 24.4
4 Giới hạn chảy LL 32.2 31.7 41.9
5 Giới hạn dẻo PL 17.6 18.6 21.2
6 Chỉ số chảy LI 14.6 13.1 20.7
7 Độ sệt PI 0.66 0.31 0.15
8 Trọng lượng γ (g/cm3) 2.0 2.03 2.01
9 Tỷ trọng Δ (g/cm3 ) 2.75 2.74 2.78
10 Hệ số rỗng e 0.75 0.65 0.72
11 Lực dính c ( kN/m2) 43 51 67
12 Cường độ kháng nén
không thoát nước cu
(kN/m2)25 75 150
13 Góc ma sát trong ψ , độ 14 22 25
9. Số liệu về vật liệu :
Số liệu về quy cách thép ống ( lấy theo quy cách thép ống của API )
+ Vật liệu thép : - Loại thép A3
Vi n Công Trình Bi nệ ể 6
Đặc trưng cơ lý của vật liệu thép :
-Khối lượng riêng =7.85 ( T/m3 )
-Cường độ chảy = 3450 ( kG/m2 ) với D> 520 mm
= 2150 ( kG/m2 ) với D< 520 mm
- Cường độ tính toán R = 2700 kG/cm2
- Cường độ chịu cắt Rc = 1550 kG/cm2
- Cường độ chịu ép mặt Rem = 1350 kG/cm2
- Mô đun đàn hồi E = 2.1x106 kG/cm2
Chương 2 : THIẾT KẾ KẾT CẤU CHÂN ĐẾ
I. THIẾT KẾ TỔNG THỂ1. Phân tích lựa chọn các thông số môi trường để thiết kế.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 7
a ) Xác định mực nước tính toán
+ Mực nước triều cao: MNTC = = 88 + 1.8 = 89.8 (m).
+ Mực nước trung bình: MNTB =
+ Mực nước tính toán: MNTT = = 88 + 1.8 + 1.2 = 91 (m).
b) Phân tích, tổng kết các số liệu môi trường, vẽ hoa gió, hoa sóng.
* Xác định hướng tác dụng:
Chọn 2 hướng sóng tác động vào công trình để tính toán và kiểm tra kết cấu chân
đế.
+ Hướng 1 : là hướng có chiều cao sóng lớn nhất NE ( hướng chính).
+ Hướng 2 : là hướng N.
Hướng Hmax( m) T ( s)
Đông Bắc 16.1 14.3
Bắc 10.8 10.3
* Xác định huớng tác dụng của dòng chảy:
Hướng tác dụng của dòng chảy chọn theo 2 hướng tác dụng của sóng.
+ Dòng chảy mặt lớn nhất:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 8
+ Dòng chảy đáy lớn nhất:
* Xác định huớng gió tác dụng:
- Trong đồ án, thiết kế khối chân đế thì dùng số liệu gió giật trong vòng 1 phút với
chu kỳ lặp 100 năm, đo ở độ cao 10m so với mực nước chuẩn sử dụng trong thiết
kế.
- Trong thiết kế đồ án, ta sử dụng số liệu của 2 hướng gió chủ đạo tương ứng với 2
hướng sóng là hướng Đông Bắc (NE) và hướng Bắc (N).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 9
Các thông sốHướng sóng
NE N
Vận tốc (cm/s) 131 93
Hướng (độ) 241 240
Các thông sốHướng sóng
NE N
Vận tốc (cm/s) 111 68
Hướng (độ) 301 2
Hướng NE NV ( m/s ) 47.1 39.7
Nv=39.7m/s
NEv=47.1m/s
Ev=1.0m/s
SEv=21.4m/s
Sv=2.7m/s
SWv=36.9m/s
Wv=35.3m/s
NWv=34.6m/s
H×nh1: Hoa giã.
c) Lựa chọn hướng đặt công trình.
- Công trình đặt theo hướng có chiều cao sóng lớn nhất NE.
2. Xây dựng phương án kết cấu chân đế.
Phương án kết cấu chân đế phụ thuộc vào các yếu tố :
+ Địa chất công trình
+ Độ sâu nước thiết kế , mực nước cao nhất
+ Phương pháp thi công và các thiết bị thi công trên bờ và ngoài khơi
Vi n Công Trình Bi nệ ể 10
a) Xác định các kích thước tổng thể của kết cấu.
+ Kích thước đỉnh của kết cấu chân đế : 44x20 (m)
+ Xác định chiều cao công trình :
_ Chiều cao công trình ( Từ đáy biển đến vị trí sàn không cho phép ngập nước)
được xác định sao cho mặt dưới của sàn công tác không bị ngập nước, có kể đến
một khoảng cách an toàn ∆ (∆ được gọi là độ tĩnh không của công trình). Do vậy
chiều cao công trình là khoảng cách từ mặt đáy biển đến sàn công tác.
Trong đó :
: Chiều cao khối chân đế.
MNCN : Mực nước cao nhất ( MNCN = MNTT)
H : Chiều cao sóng, H = Hmax = 16.1 m.
: Độ tĩnh không, >= 1.5m, ở đây lấy = 1.73.
: là hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng.
- Xác định Lý thuyết sóng với : d = MNTT = 91 (m) ; H = 16.1(m) ;
*Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp : do d/gT2 = 0.045 > 0.01 nên tra bảng theo API, với V1/gT = 1.31/(9.81x14.3) =0.0093.
Trong đó : V1 : vận tốc mặt lớn nhất ứng với hướng sóng chủ đạo NE.
Tra bảng ta được : Tapp/T = 1.06 => Tapp = 15.158 (s).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 11
Tra bảng với :
Thuộc Lý thuyết sóng Stokes bậc 5.
Khi đó
Với : k= ; ( giải bằng phương pháp lặp).
k =
Vậy :
+ Xác định cao trình Diafragm D1 (diafragm trên cùng): Trường hợp dùng
cho khung sàn chịu lực.
= 89.8 + 2 = 91.8 (m)
: Khoảng cách đảm bảo thi công để thi công lắp đặt khung sàn chịu
lực . Trong đồ án chọn
+ Xác định chiều cao chân đế (khoảng cách từ mặt đáy biển đến điểm W.P
Vi n Công Trình Bi nệ ể 12
(working point).
HCĐ = HD1 + Z2
Z2 : Khoảng cách sao cho đảm bảo gia công nút liên kết khung sàn chịu lực vào
khối chân đế, trong đồ án Z2 = 2m.
HCĐ = 91.8 + 2 = 93.8 (m)
+ Xác định chiều cao khung sàn chịu lực.
HSF = HCT - HCĐ = 105.5 – 93.8 = 11.7 (m)
+ Xác định bề rộng đáy trên, bề rộng đáy dưới của khối chân đế.
-Bề rộng đáy trên
Chọn độ dốc ống chính φ =1/10
Suy ra bề rộng đáy dưới Bd = Bt + 2xHCĐx1/10 = 44 + 2x93.8x1/10 = 62.76 m. + Xác định cao độ giao điểm giữa ống chính và thanh xiên dưới cùng của khối chân đế ( chi tiết 2).
>= ( 25cm ; D/4 )
là khoảng cách đảm bảo thi công nút
D : Đường kính ống chính
Chọn D = 1.219 (m) = 1 (m).
b) Xác định sơ bộ phương án kết cấu sàn chịu lực.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 13
A) CHIỀU CAO KHUNG KHÔNG LỚN
B) CHIỀU CAO KHUNG LỚN
_ Khung sàn chịu lực là phần kết cấu nối và truyền tải trọng từ thượng tầng xuống
kết cấu chân đế. Các thanh trong mặt đứng được bố trí theo kiểu chữ K, các thanh
trong mặt ngang được bố trí như các thanh trong Diafragm.
HÌNH 2 : Một số hình thức khung sàn chịu lực.
MÔ TẢ SƠ ĐỒ TỔNG THỂ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 14
ỐNG CHÍNH
ỐNG NHÁNH
THANH NGANG
DIAFRAGM
YORK PLATE
PILE SLEEVE
Vi n Công Trình Bi nệ ể 15
2
1
Vi n Công Trình Bi nệ ể 16
W.P
DIAFRAGM D1ỐNG CHÍNH
THANH NGANG
CỦA KHUNG SÀN CHỊU LỰC
THANH ÐỨNG
*Sơ đồ mặt bằng tổng thể công trình :
Vi n Công Trình Bi nệ ể 17
c) Sơ đồ bố trí các mặt ngang, cấu tạo các mặt ngang .
d) Sơ đồ bố trí các các thanh xiên.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 18
Vi n Công Trình Bi nệ ể 19
e) Xác định sơ bộ kích thước các thanh ống, ống chính, ống nhánh.
-TiÕt diÖn c¸c thanh ®îc lùa chän dùa trªn ®iÒu kiÖn ®é m¶nh cho phÐp.§é m¶nh cho phÐp phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña thanh (chÞu kÐo hay nÐn).
Dùa trªn ®iÒu kiÖn ®é m¶nh cho phÐp, lùa chän s¬ bé tiÕt diÖn cña thanh. Tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n, lùa chän l¹i tiÕt diÖn ®Ó phï hîp víi ®Æc ®iÓm cña t¶i träng t¸c dông.
Theo sæ tay”Applied Offshore Structural Engineering ” cña Teng H.Hsu, khi thiÕt kÕ s¬ bé c¸c kÕt cÊu ch©n ®Õ trong ®iÒu kÖn biÓn ë khu vùc §«ng Nam ¸, cã thÓ chän gi¸ trÞ ®é m¶nh (Kl/r) = 110 lµm c¨n cø ®Ó lùa chän s¬ bé tiÕt diÖn.
C«ng thøc tÝnh ®é m¶nh nh sau:
= k.l/r
Trong ®ã :
k: hÖ sè kÓ ®Õn mÊt æn ®Þnh cña thanh phô thuéc vµo liªn kÕt 2 ®Çu; k 1.
l:chiÒu dµi phÇn tö ( kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m nót ). r: b¸n kÝnh tiÕt diÖn phÇn tö.
* : Là bán kính quán tính của tiết diện.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 20
Lo¹i phÇn tö k
thanh èng chÝnh 1,0
thanh xiªn, ngang 0,7
thanh chÝnh chÐo 0,8
Trong đó : J : là mômen quán tính của tiết diện ống .
A : Diện tích mặt cắt ngang của ống .
Ta có bảng chọn sơ bộ tiết diện thanh, và kết quả kiểm tra độ mảnh của các thanh
như sau:
Thứ tự
Tên Tiết diệnL
max(m)D-2t D A J r k λ
1 OCH11321x25.
420.36 1.2762
1.321
0.10386
0.0220.4602
71
44.2346
2 OCH21219x30.
218.15 1.1682
1.219
0.09525
0.01697
0.4221 142.999
6
3 N1 559x25.4 20.53 0.5482 0.580.0281
80.0011
20.1995
20.7
42.0283
4 N2 660x20.6 28.29 0.6188 0.660.0413
80.0021
20.2261
80.7
67.5544
5 N3 812x25.4 26.77 0.5482 0.580.0281
80.0011
20.1995
20.8 77.338
6OVA
Y1422x25.
42.000 0.6188
1.422
0.4138 0.0212 0.618 0.8 10.52
f)Lựa chọn sơ bộ kích thước cọc: 1219x30.2
Kết quả thiết kế sơ bộ:
- Số ống chÝnh: 8 ống với hai loại tiết diện 1321x25.4mm và 1219x30.2mm
- Đường trượt kÝch thước 20m, hai đường trượt cã tiết diện 1321x25.4mm
- Chiều cao KCĐ: 93.8m
- KÝch thước đỉnh: 20x44m
- KÝch thước đ¸y:38.76x62.76m
- Sè Diaphragm: 6
- Chọn sơ bộ 4 loại tiết diện ống.
- Chiều dài c¸c thanh được chọn sơ bộ từ điều kiện độ mảnh.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 21
II. TÍNH TOÁN PHẢN ỨNG CỦA KẾT CẤU KHỐI CHÂN ĐẾ
+ §Ó x¸c ®Þnh c¸c ph¶n øng cña tæng thÓ c«ng tr×nh cña c¸c thµnh phÇn, phÇn tö kÕt cÊu ph¶i sö dông ®Õn ph¬ng ph¸p sè, cïng víi sù hç trî cña c¸c ph¬ng tiÖn tÝnh to¸n; trong ®ã ph-¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®îc sö dông hÇu hÕt c¸c bµi to¸n kªt cÊu,bµi to¸n tÜnh, bµi to¸n ®éng, c¸c bµi to¸n tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn, nã còng gi¶i quyÕt nhiÒu mèi t¬ng t¸c gi÷a kÕt cÊu vµ m«i trêng kÕt cÊu.
1. Lập sơ đồ tính toán kết cấu:
* Sơ đồ hình học từ sàn thượng tầng trở xuống ( sàn thượng tầng, khung nối,
chân đế, cọc ).
Như hình vẽ đã trình bày ở trên.
* Mô hình hóa các phần phụ trợ ( Các Conductor, giá cập tàu,…).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 22
* Mô hình hóa cọc trong ống váy và liên kết nối đất.
Quan niệm kết cấu chân đế ngàm với nền đất tại độ sâu cách mặt đáy biển khoảng ∆o (∆o gọi là chiều sâu ngàm giả định).
Ở đây ta lấy: ∆o = 6D
Trong đó : D - đường kính cọc.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 23
2. Tính toán các loại khối lượng.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 24
a) Xác định khối lượng thượng tầng.
Khối lượng thượng tầng là toàn bộ khối lượng của các trang thiết bị như máy
khoan, khối lượng bản thân của các block,…, được tính từ trọng lượng thượng
tầng. ta có
Tổng tải trọng thượng tầng : G = 3000(T)
Từ tải trọng thượng tầng, ta chia cho gia tốc trọng trường, ta được khối lượng
thượng tầng, ở đây lấy gia tốc trọng trường bằng 10m/s2, từ khối lượng thượng
tầng ta chia cho các đẩu ống chính của khối chân đế. Cụ thể là tại 4 ống trong ta
gán mỗi ống là 50T, còn 4 ống ngoài thì ta cho mỗi ống 25T.
b) Xác định khối lượng bản thân (các kết cấu chính, kết cấu phụ), hà bám.
- Khèi lîng b¶n th©n cña mét thanh lµ :
mbt(i) =s. As. Li
Trong ®ã:
+ s - Träng lîng riªng cña vËt liÖu lµm thanh kÕt cÊu, víi vËt liÖu thÐp s = 7.850 T/m3.
+ Asi - diÖn tÝch tiÕt diÖn cña thanh thø i , m2 .
Víi Asi = [.( Di2 -(Di - 2.i)2)]/4
Víi Di , i - ®êng kÝnh ngoµi vµ bÒ dÇy cña thanh thø i .
+ Lij - chiÒu dµi thanh thø i , ( m )
Dùng chương trình Sap ta có tổng khối lượng bản thân khối chân đế là: 3082T
c) Khối lượng hà bám :
Vi n Công Trình Bi nệ ể 25
X¸c ®Þnh khèi lîng hµ b¸m cña thanh tÝnh tõ MNTB xuèng ®¸y biÓn .
§Ó ®¬n gi¶n ta gi¶ thiÕt tÝnh hµ b¸m theo c¸ch tÝnh trung b×nh: ChiÒu dµy hµ b¸m t¹i cao ®é cña ®Çu i lµ t1 ,t¹i ®Çu j lµ t2. ChiÒu dµy hµ b¸m trung b×nh lµ t=0.5(t1+t2)
+ Khèi lîng hµ b¸m t¹i thanh thø i lµ :
mh (i) = h.Ahi.Li
h – khèi lîng riªng cña hµ b¸m (h = 1.600 t/m3).
Ahi –DiÖn tÝch hµ b¸m ë mét mÆt c¾t ngang thanh
Khèi lîng hµ b¸m quy vÒ 2 nót víi gi¶ thiÕt khèi kîng hµ b¸m ph©n
bè ®Òu
trªn chiÒu dµi thanh. KÕt qu¶ hµ b¸m quy vÒ c¸c nót, từ đó ta tính
được tổng khối lượng hà bám là : 1717T
Bảng tính cụ thể được thể hiện ở phụ lục cuối thuyết minh.
d) Xác định khối lượng nước kèm ( chỉ tính cho các thanh ngập nước).
X¸c ®Þnh khèi lîng níc kÌm tÝnh tõ MNTB (calm sea) xuèng ®¸y biÓn.
Khèi lîng níc kÌm quy ®æi t¹i nót thø i lµ:
mnk(i) = n.Cam.Vi
Trong ®ã:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 26
+ n - mËt ®é cña níc biÓn = 1,025 t/m3.
+ C am - hÖ sè níc kÌm, Cam = 0,2.
+ Vi - thÓ tÝch èng phÇn ngËp níc, tÝnh víi ®êng kÝnh míi cã c¶ chiÒu dµy hµ b¸m.
Khèi lîng níc kÌm ®îc quy vÒ nót theo nguyªn t¾c cña dÇm
®¬n gi¶n, từ đó ta tính được tổng khối lượng nước kèm là: 136.2T
Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở phần phục lục cuối thuyết minh.
e) Xác định khối lượng nước trong ống.
TÝnh khèi lîng níc trong èng víi MNTB .
Ta chØ tÝnh khèi lîng níc trong èng ®èi víi c¸c èng chÝnh.
Khèi lîng níc trong èng lµ:
mn«(i) = n. Ani. Li
Trong ®ã:
+ n - mËt ®é cña níc biÓn 1025 kg/m3.
+ Ani - DiÖn tÝch tiÕt diÖn phÇn rçng (phÇn chøa níc) cña cäc ngËp trong níc.
An(i)= [.(Di - 2.i)2)]/4
+ Di - §êng kÝnh ngoµi cña cäc .
+ i – ChiÒu dµy cäc.
Từ đó ta tính được tổng khối lượng của nước trong ống là : 787.2T
Vi n Công Trình Bi nệ ể 27
Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở mục lục cuối thuyết minh.
f) Khối lượng vữa trám .
Vữa trám là lớp vữa liên kết giữa cọc và ống váy, khối lượng vữa trám được
tính theo công thức:
mv(i) = v[.((Doc - 2.oc)2)- D2cọc ))/4].Li
Trong đó :
v - Khối lượng riêng của vữa bơm trám (v= 1800 kg/m3)
Doc,oc – Đường kính ngoài và chiều dày ống váy.
Dcọc : Đường kính cọc.
Li : Chiều dài ống váy i, ở đây các ống váy có chiều dài bằng nhau.
Từ đó ta tính được tổng khối lượng vữa trám là : 16.65T
Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở mục lục cuối thuyết minh.
g) Khối lượng cọc.
mc(i) =c. [.(D2cọc - (Dcọc - 2cọc)2)/4].Li
Trong đó :
c : Khối lượng riêng của cọc (c = thép =7850 kg/m3).
Dcọc ,cọc : Đường kính và chiều dày cọc.
Li : Chiều dài cọc thứ i.
Từ đó ta tính được tổng khối lượng cọc là : Sẽ được tính sau khi tính toán nội lực.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 28
Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở mục lục cuối thuyết minh.
3. Xác định các loại tải trọng tác động lên công trình.
a) Tải trọng thượng tầng.
Tæng céng tÊt c¶ c¸c t¶i träng ®øng cña phÇn thîng tÇng cã gi¸ trÞ lµ P, t¶i träng P ®îc ph©n cho 8 nót t¹i 8 ®Ønh èng chÝnh, ph¬ng t¸c dông híng xuèng, t¶i träng nµy t¸c dông lªn c«ng tr×nh lµ t¶i träng tÜnh:
Nót 147 149 146 152
Pi (T) 250 250 250 250
Nót 145 150 148 151
Pi (T) 500 500 500 500
b) Tải trọng đẩy nổi.
+/ T¶i träng ®Èy næi lµ t¶i träng theo ph¬ng th¼ng ®øng do
níc t¸c dông lªn c«ng tr×nh khÝ ®Æt trong m«i trêng níc,cã gi¸
trÞ chÝnh b»ng träng lîng cña phÇn níc bÞ c«ng tr×nh chiÕm chỗ.
+/ Khi tÝnh t¶i träng ®Èy næi c¸c èng ngang vµ èng xiªn ®îc
xem lµ kÝn 2 ®Çu,c¸c èng chÝnh cÇn xÐt ®Õn lîng níc trong èng.
C«ng thøc x¸c ®Þnh t¶i träng ®Èy næi:
F®n =
Trong ®ã:
F®n: Lùc ®Èy næi (T).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 29
Ai: diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña phÇn tö.
Ai=π . Di
2
4
víi Di lµ ®êng kÝnh ngoµi cña phÇn tö thø i cã kÓ ®Õn hµ b¸m. §èi víi èng chÝnh cã níc trong èng, A lµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang.
li: ChiÒu dµi phÇn tö thø i.
Träng lîng riªng ®Èy næi : dn = 1.025 (T/m3),
Từ đó ta tính được tải trọng đẩy nổi là : 4376.73T
Bảng tính toán cụ thể được trình bày ở mục lục cuối thuyết minh.
c) Tải trọng gió. Cơ sở lý thuyết :
T¶i träng giã ®îc tÝnh to¸n theo tiªu chuÈn API (Recommended Practice for Planning, Designing and Contructing Fixed Offshore PlatformsWorking Stress Design), theo 2 híng t¬ng øng víi 2 híng sãng ®· chän:
Híng 1: §«ng B¾c.
Híng 2: B¾c.
TÝnh t¶i träng do giã t¸c dông lªn phÇn c«ng tr×nh n»m phÝa trªn mùc níc tÜnh SWL. B¶n chÊt cña t¶i träng giã lµ ®éng, nhng trong tÝnh to¸n t¶i träng giã lµ tÜnh.
* C«ng thøc x¸c ®Þnh t¶i träng giã theo API:
F=0 .0473.Vz2.C s . A .
Vi n Công Trình Bi nệ ể 30
Trong ®ã:
F: lµ lùc giã t¸c dông lªn kÕt cÊu (N).
Vz: VËn tèc giã trung b×nh ®o trong 1 giê t¹i ®é cao z so víi mùc níc
tÜnh (km/h).
V z=V 10 .( Z10 )
1n .
Quy ®æi vËn tèc giã trung b×nh ®o trong 3s sang vËn tèc giã trung b×nh ®o trong 1h.
V t ( z)=β . V 10 .( Z10 )
α
.
V 10
: VËn tèc giã trung b×nh ®o trong 1 giê t¹i ®é cao 10m so víi mùc níc tÜnh (km/h).
Z : §é cao cÇn x¸c ®Þnh vËn tèc (m).
n : LÊy tõ 7 ®Õn 13, ë ®©y lÊy 1/n = 0.15.
A: H×nh chiÕu diÖn tÝch cña vËt c¶n lªn ph¬ng vu«ng gãc h-íng giã (m2).
, : HÖ sè luü thõa, hÖ sè giËt cña giã ë ®é cao 10 m.
Trong ®å ¸n cho vËn tèc giã trung b×nh ®o ë 3s nªn
= 0.1.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 31
= 1,33.
Cs : HÖ sè khÝ ®éng (x¸c ®Þnh theo qui ph¹m).
Lo¹i kÕt cÊu Cs
KÕt cÊu dÇm, nhµ têng ®Æc
1,5
KÕt cÊu trô trßn 0.5
Sµn c«ng t¸c 1.0
Tính toán tải trọng gió:
- VËn tèc giã quy ®æi trong 1h :
N 44,7 (m/s)160,9
2(km/h)
NE 58,1 (m/s)209,1
6(km/h)
-PhÇn m« t¶ s¬ ®å tÝnh t¶i träng giã:
Gåm t¶i träng giã lªn kÕt cÊu ch©n ®Õ trªn mùc níc tÜnh vµ t¶i träng giã lªn phÇn thîng tÇng.
Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cña ®å ¸n nhãm sö dông phÇn mÒm SAP2000 tù ®éng tÝnh to¸n t¶i träng giã t¸c ®éng lªn KC§.
Sau khi tÝnh ®îc t¶i träng giã ë c¸c phÇn kÕt cÊu Fi cña thîng tÇng ta qui ®æi chóng thµnh c¸c lùc tËp trung (Fxi , Fyi) tËp trung t¹i 8 ®Ønh khèi ch©n ®Õ vµ mét m«men Mg ®îc quy thµnh c¸c cÆp ngÉu lùc t¹i 8 ®Ønh khèi ch©n ®Õ (Pi , Pi).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 32
B¶ng tæng hîp t¶i träng giã cña phÇn thîng tÇng quy vÒ c¸c ®Çu èng chÝnh cña KC§ :
Híng
giã
Nót 147 149 148 145 150 151 146 152
Giã NE
Fxi(T) -42 42 42 -42 -42 42 42 42
Fyi(T) 0 0 0 0 0 0 0 0
Pi(T) 34 34 -16 16 16 -16 -34 -34
Giã N Fxi(T) -29.2
-29.2
29.2 -29.2
-29.2
29.2 29.2 29.2
Fyi(T) -29.2
-29.2
29.2 -29.2
-29.2
29.2 29.2 29.2
Pi(T) 35.2 35.2 -22 22 22 -22 -35.2
-35.2
d) Tải trọng sóng và dòng chảy : +/ Cơ sở lý thuyết :
Xác định lý thuyết sóng tính toán:
Theo phần trên ta có sóng lan truyền ở công trình là sóng Stock bậc 5, nên ta chọn lý thuyết sóng Stock bậc 5 để tính toán.
Tính toán với sóng theo hướng NE và hướng N với chu kỳ lặp 100 năm.
Lý thuyết sóng Stock bậc 5. a) Chọn hệ trục tọa độ.
-Trục 0z thẳng đứng và trùng với trục của khối chân đế.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 33
-Trục 0x nằm ngang, trùng với phương gió thổi và chuyển động sóng – dòng chảy.
-Trục 0y nằm ngang, vuông góc với trục 0x.
-Gốc tọa độ 0 tại mặt đáy biển.
b) Các thành phần vận tốc, gia tốc.
* Theo lÝ thuyÕt sãng Stokes bËc 5, khi sãng cã chiÒu cao H, sè
sãng k vµ tÇn sè vßngω lan truyÒn theo chiÒu d¬ng cña trôc x,
th× ®é d©ng cña bÒ mÆt chÊt láng so víi mÆt níc tÜnh cã thÓ
biÓu diÔn díi d¹ng :
η=1
k∑n=1
5
Fn cosn (kx−ωt )
Trong ®ã : F1 = a ; F2 = a2.F22 + a4.F24 ; F3 = a3.F33 +
a5.F35 ;
F4 = a4.F44 ; F5 = a5.F55 .
* C¸c th«ng sè h×nh d¸ng cña sãng F22, F24 ... ( phô thuéc vµo kd
= 2d/L ; ®îc x¸c ®Þnh theo b¶ng tra ), vµ th«ng sè chiÒu cao
sãng H quan hÖ víi nhau bëi biÓu thøc :
k . H=2 . [a+a3 . F33+a5 . (F35+F55) ]
* Thµnh phÇn vËn tèc theo ph¬ng ngang Vx vµ ph¬ng ®øng Vz
cña phÇn tö chÊt láng cã täa ®é ( x,z ) g©y nªn bëi sù la truyÒn
sãng bÒ mÆt trong vïng cã ®é s©u d, cã thÓ nhËn ®îc tõ biÓu
thøc :
V x=
ωk∑n=1
5
Gnchnkzshnkd
cosn (kx−ωt )
Vi n Công Trình Bi nệ ể 34
V z=
ωk∑n=1
5
Gnshnkzshnkd
cos n ( kx−ωt )
Trong ®ã : G1 = aG11 + a3G13 + a5G15 ; G2 =2( a2G22+ a4G24 ) ;
G3=3(a3G33+ a5G35 ) ; G4 =4 a4G44 ;
G4 =5 a5G55 .
ë ®©y G11 , G13 ... lµ c¸c th«ng sè sãng phô thuéc vµo k.d ( tra
b¶ng ).
* Các thành phần gia tốc theo phương ngang và phương đứng tại điểm có tọa độ
(x,z) trong vùng nước có độ sâu nước d được xác định như sau:
ax= kc 2
2∑n=1
5
Rnsin n (kx−ωt )
az= kc 2
2∑n=1
5
Sncos n (kx−ωt )
Trong ®ã :
R1 = 2U1 - U1U2 - U2U3 - V1V2 - V2V3 ;
R2 = 4U2 – U12 + V1
2 – 2U1U3 -2V1V3 ;
R3 = 6U3 – 3U1U2 + 3V1V2 – 3U1U4 - 3V1V4;
R4 = 8U4 – 2U22 + 2V2
2 – 4U1U3 + 4V1V3;
R5 =10U4 – 5U1U4 – 5U2U3 + 5V1V4 + 5V2V3;
S1 = 2V1 - 3U1V2 - 3U2V1 – 5U1V3 – 5U3V2 ;
S2 = 4V2 - 4U1V3 - 4U3V1 ;
S3 = 6V3 - U1V2 + U2V1 – 5U1V4 – 5U4V1 ;
S4 = 8V4 - 2U1V3 + 2U3V1 + 4U2V2 ;
S5 = 10V5 - 3U1V4 +3U4V1 - U2V3 + U3V2 ;
Các giá trị Un (n=1..5) và Vn (n=1..5) tính theo biểu thức:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 35
* Quan hÖ gi÷a tÇn sè vßng vµ tÇn sè sãng cã d¹ng :
ω2=gk (1+a2C1+a4 C2) . thkd
* VËn tèc truyÒn sãng c:
c=[ g
k (1+a2 C1+a4 C2 ) thkd ]1/2
Trong đó: C1, C2 – thông số sóng, phụ thuộc vào tỷ số d/L, tra bảng.
*Nhận xét : T¸c ®éng cña dßng ch¶y lªn c«ng tr×nh ®îc biÓu diÔn bëi yÕu tè vËn tèc. VËn tèc dßng ch¶y, trong thùc tÕ tÝnh to¸n ®îc xem lµ mét ®¹i lîng kh«ng thay ®æi theo thêi gian. V× vËy khi chØ cã t¸c ®éng cña dßng ch¶y (kh«ng kÓ sãng) th× t¶i träng do dßng ch¶y g©y ra ®îc coi lµ t¶i träng tÜnh. Khi tÝnh ®ång thêi t¸c ®éng cña sãng vµ dßng ch¶y, th× ¶nh hëng cña dßng ch¶y ®îc bæ sung vµo thµnh phÇn vËn tèc cña t¶i träng sãng. V× thµnh phÇn t¶i träng do vËn tèc g©y ra cã chøa b×nh ph¬ng vËn tèc, nªn sù tham gia cña dßng ch¶y lµm t¨ng ®¸ng kÓ cho t¶i träng sãng.
T¸c ®éng cña sãng lªn c«ng tr×nh biÓn mang b¶n chÊt ®éng vµ lµ tréi tuyÖt ®èi trong tæng t¶i träng ngang t¸c dông lªn kÕt cÊu khèi ch©n ®Õ.
Tïy theo tÝnh chÊt cña lùc sãng t¸c dông mµ c¸c phÇn tö cña kÕt cÊu ngoµi biÓn ®îc chia thµnh vËt thÓ m¶nh vµ vËt thÓ cã kÝch thíc lín. §èi víi vËt thÓ m¶nh th× lùc qu¸n tÝnh vµ lùc c¶n cña
Vi n Công Trình Bi nệ ể 36
z
y
x
v
v
n
sãng lµ ®¸ng kÓ, cßn ®èi víi vËt thÓ lín th× ¶nh hëng cña nhiÔu x¹ l¹i ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh.
C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp kÕt cÊu kiÓu Jacket lµ c«ng tr×nh tæ hîp bëi c¸c phÇn tö cã kÝch thíc nhá (xÐt tØ sè D / L < 0.2), t¶i träng cña sãng vµ dßng ch¶y t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh mµ cô thÓ lµ c¸c thanh ®îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc Morison d¹ng chuÈn t¾c.
§Ó tæng qu¸t cho thuËt to¸n ta xÐt mét thanh xiªn bÊt k× trong hÖ täa ®é xyz nh sau:
Tõ h×nh vÏ trªn x¸c ®Þnh ®îc c¸c cosin chØ ph¬ng cña thanh
trong hÖ täa ®é nh sau:
c x=sin ϕcos ϕ=x2−x1
L
c y=sin ϕsin θ=y2− y1
L
c z=cosϕ=z2−z1
L
Trong ®ã: L – chiÒu dµi thanh ®îc tÝnh nh sau:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 37
L=√(x2−x1)2+( y2− y1)
2+(z2−z1)2
.
Gi¶ sö híng lan truyÒn sãng trïng víi trôc x, chuyÓn ®éng cña níc cã liªn quan ®Õn sãng vµ dßng ch¶y ®îc ®Æc trng bëi c¸c thµnh phÇn vËn tèc, gia tèc theo ph¬ng ngang (vx,ax), (vy,ay) vµ theo ph¬ng ®øng (vz,az). Tøc lµ thµnh phÇn vect¬ vËn tèc vµ gia tèc cña chuyÓn ®éng níc t¹i mét ®iÓm lµ:
v⃗= v⃗ x+ v⃗ y+ v⃗ z
a⃗= a⃗x+a⃗ y+ a⃗z
Ph©n tÝnh v vµ a theo c¸c thµnh phÇn ph¸p tuyÕn vµ tiÕp tuyÕn so víi trôc cña thanh, ta cã:
v⃗= v⃗n+ v⃗ τ
.
a⃗= a⃗n+ a⃗τ
.
ë ®©y ta chØ quan t©m ®Õn c¸c thµnh phÇn vn vµ an lµ g©y ra t¶i träng sãng .
X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn vn nµy nh sau:
vn=√vx2+v y
2+v z2−(cx v x+c y v y+c z v z)
2
.
vnx=v x−cx (c x v x+c y v y+cz v z).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 38
vny=c y−c y (cx vx+c y v y+c z v z ).
vnz=v z−c z (c x v x+c y v y+cz v z).
X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn an nµy nh sau:
an=√ax2+az
2+a y2−(cx ax+c y a y+cz az )
2
.
anx=ax−cx (cx ax+c y a y+c z az ).
any=a y−c y (c x ax+c y a y+c z az).
anz=az−c z (cx ax+c y a y+c z az ).
§Õn ®©y lµ ®ñ c¸c ®¹i lîng ®Ó sö dông c«ng thøc Morison tÝnh t¶i träng ph©n bè t¸c dông lªn thanh xiªn trªn, c«ng thøc x¸c ®Þnh nh sau:
qx=0,5 .wg
. Cd . D .|vn|vnx+ρ . Ci . A .anx
. (N/m)
q y=0,5 .wg
. Cd . D .|vn|v ny+ρ .Ci . A . any
. (N/m)
qz=0,5 .wg
.Cd . D .|vn|vnz+ρ .C i . A .anz
. (N/m)
Vi n Công Trình Bi nệ ể 39
w =10250 N/m3 - MËt ®é níc biÓn
Sau khi t×m ®îc c¸c lùc ph©n bè q theo c¸c ph¬ng, tiÕn hµnh tæng hîp lùc ®Ó quy vÒ nót, viÖc nµy ®îc lµm trªn c¬ së lý thuyÕt cña C¬ Häc KÕt CÊu.
Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cña ®å ¸n nhãm sö dông phÇn mÒm SAP2000 tÝnh to¸n tù ®éng t¶i träng dßng ch¶y trªn c¬ së lý thuyÕt trªn.
+/ Trình tự tiến hành :
XÐt trêng hîp tæng qu¸t híng sãng lÖch víi híng trôc X c«ng tr×nh mét gãc nµo ®ã, híng dßng ch¶y còng lÖch so víi híng sãng, ®Ó ¸p dông ®îc c«ng thøc Morison ta tiÕn hµnh nh sau:
TiÕn hµnh xoay trôc täa ®é OXY cña c«ng tr×nh sao cho OX trïng víi trôc cña híng sãng.NghÜa lµ ta tiÕn hµnh chuyÓn trôc täa ®é OXY thµnh hÖ täa ®é oxy nh h×nh vÏ trªn. c«ng thøc chuyÓn trôc lµ:
x=x’.cos + y’.sin; y= -x’.sin+ y’cos;z= z’
L¹i cã: x’=X; y’= Y; Z’ = Z-d.
Suy ra: x=X.cos + Y.sin; y= -X.sin+ Y.cos ; z =Z-d
+ Nh vËy ta chän ®îc hÖ täa ®é xoz nh trªn (trôc x híng theo phÝa lan truyÒn sãng, trôc z híng th¼ng ®øng tõ díi lªn; gèc täa ®é ®Æt trªn mÆt níc).
Thùc hiÖn tuyÕn tÝnh hãa hÖ ph¬ng tr×nh ®éng lùc häc sãng (bá qua c¸c sè h¹ng phi tuyÕn vµ c¸c v« cïng bÐ bËc cao), sau mét sè phÐp biÕn ®æi ta x¸c ®Þnh ®îc biªn ®é cña mÆt sãng so víi mùc níc tÜnh (S.W.L) biÓu diÔn díi d¹ng:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 40
(x,t) =
1k
Sn cos[n.(kx-t)], gäi lµ ph¬ng tr×nh sãng bÒ mÆt.
Trong ®ã:
+ vµ k lµ tÇn sè vßng vµ sè sãng cã liªn quan víi chu kú T (kho¶ng thêi gian mµ hai ®Ønh sãng kÕ tiÕp nhau ®i qua trôc th¼ng ®øng cè ®Þnh) vµ chiÒu dµi sãng L (qu·ng ®êng mµ sãng truyÒn ®îc trong mét chu kú T) nh sau :
k =
2 πL
.
=(g.k.(1+a2.C1+a4C2).th(k.d))1/2.
Trong ®ã C1 vµ C2 lµ c¸c th«ng sè tÇn sè cña sãng.
C¸c thµnh phÇn vËn tèc theo phph¬ng th¼ng ®øng (theo trôc z) cña phÇn tö chÊt láng cã täa ®é (x,z) ®îc x¸c ®Þnh tõ c¸c c«ng thøc sau:
vx =
ωk∑ Gn
ch (kz)sh( nkd )
.cos(n(kx-t)).
vz =
ωk∑ Gn
sh( nkz )sh( nkd )
.sin(n(kx-t)).
+ VËn tèc lan truyÒn sãng kh«ng ®æi gäi lµ vËn tèc pha:
c =(g/k.(1+a2.C1+a4C2).th(k.d))1/2.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 41
+ C¸c thµnh phÇn gia tèc chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö chÊt láng cã täa ®é (x,z) theo ph¬ng ngang vµ ph¬ng ®øng cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh sau :
ax =
k .C2
2.∑1
nRn
.sin(nkx-t)).
az =
k .C2
2.∑1
nSn
.cã (nkx-t)).
Tæng hîp vËn tèc sãng, dßng ch¶y:
+ TiÕn hµnh chiÕu vËn tèc dßng ch¶y theo c¸c ph¬ng ox vµ oy cña hÖ trôc täa ®é míi oxy.
+ Thµnh phÇn vËn tèc tæng hîp sãng vµ dßng ch¶y x¸c ®Þnh theo c«ng thøc céng vËn tèc, chiÕu:
v⃗= v⃗ dc+v⃗ s.
a⃗= a⃗ dc+a⃗ s.
Theo ba ph¬ng x, y, z ta ®îc ba thµnh phÇn vËn tèc tæng hîp nh sau:
VËn tèc: Vx= Vdcx+ Vs
x;
Vy= Vdcy;
Vz= Vsz.
Gia tèc: ax= asx;
Vi n Công Trình Bi nệ ể 42
ay= asy= 0;
az= asz.
Chó ý: dßng ch¶y gi¶ thiÕt ®Òu nªn adc= 0.
¸p dông ph¬ng tr×nh Morison tÝnh t¶i träng sãng. ( Phương tr×nh ®· nªu ë phÇn lý thuyÕt tÝnh to¸n).
TiÕn hµnh xoay l¹i hÖ trôc täa ®ộ:
FX=Fx.cos - Fy.sin; FY= Fx.sin+ Fycos;FZ= Fz
Trong ph¹m vi §å ¸n tÝnh to¸n víi hai híng sãng lµ NE lµ híng sãng chñ ®¹o vµ mét híng kh¸c lµ híng N.
Trong thùc hµnh tÝnh to¸n cña ®å ¸n nhãm sö dông phÇn mÒm SAP2000 tÝnh to¸n tù ®éng t¶i träng sãng trªn c¬ së lý thuyÕt trªn.
4. Tổ hợp tải trọng.
HÖ sè tæ hîp t¶i träng:
Do qu¸ tr×nh chÕ t¹o, còng nh sö dông c«ng tr×nh ph¸t sinh nhiÒu yÕu tè bÊt lîi cho c«ng tr×nh mµ ngêi thiÕt kÕ ®¸nh gi¸ ch-a hÕt. V× vËy, khi thiÕt kÕ ta ®a vµo c¸c hÖ sè t¶i träng.
Trong cïng mét thêi ®iÓm, c«ng tr×nh cã thÓ chÞu nhãm c¸c tæ hîp t¶i träng kh¸c nhau t¸c dông lªn nã, ®iÒu nµy phô thuéc vµo tõng lo¹i t¶i träng trong nhãm, tõng lo¹i t¶i träng dùa vµo c¸c kh¶ n¨ng xÈy ra ®ång thêi hay kh«ng ®ång thêi cña c¸c t¶i träng. Dùa trªn ®¸nh gi¸ ®é tin cËy, ngêi ta ®a ra c¸c tæ hîp t¶i träng. Trong ph¹m vi ®å ¸n lấy tÊt c¶ c¸c hÖ sè tæ hîp ®Òu b»ng 1.
C¸c tæ hîp t¶i träng:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 43
Ta cã c¸c tæ hîp t¶i träng ®Ó tÝnh to¸n nh sau:
COMBO1: BT + SãngNE + GiãNE + §N + HB + TT.
COMBO 2: BT + Sãng N + Giã N+ §N + HB + TT.BAO COMBO1+COMBO2
5. Kết quả nội lực và chuyển vị.
Sau khi ®· lùa chän ®îc ph¬ng ¸n thiÕt kÕ, x¸c ®Þnh ®îc t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh, tiÕn hµnh x¸c ®Þnh néi lùc trong c¸c phÇn tö cña hÖ kÕt cÊu b»ng phÇn mÒm SAP2000.
Trong ®å ¸n nµy nhãm chØ xuÊt ra néi lùc lín nhÊt cña c¸c d¹ng thanh ®iÓn h×nh ®Ó tiÕn hµnh kiÓm tra bÒn, kÕt qu¶ néi lùc t¹i 4 nót ®Ó tiÕn hµnh kiÓm tra chäc thñng øng víi hai híng sãng NE vµ N. KÕt qu¶ chuyÓn vÞ t¹i ®Ønh KC§ theo hai híng sãng. (Xem kÕt qu¶ xuÊt néi lùc ë phô lôc)
Giá trị nội lực theo hướng NE :
Giá trị nội lực max của các thanh chịu nén uốnLoại ống N (T) V (T) M2 M3
N559x254 -54.5817 -13.1818 -13.1823 -33.4734N660x206 -435.445 -19.671 -20.1291 -47.3141N812x254 -241.491 -146.479 -86.1587 -210.698
OCH1 -908.76 -71.872 -60.8444 -207.661OCH2 -1070.73 -92.9011 -51.1425 -248.73
O.VAY -1379.27 -223.697 -686.337 -1082.75Giá trị nội lực max của các thanh chịu kéo uốn
Loại ống N (T) V (T) M2 M3N559x254 66.9167 11.7927 22.45493 32.49939N660x206 247.5577 19.5468 21.29103 50.8814
Vi n Công Trình Bi nệ ể 44
N812x254 181.5261 137.1968 68.61509 144.5644OCH1 107.5504 84.6347 60.84442 386.2715OCH2 19.9022 102.0264 51.12929 469.0074
O.VAY -0.1312 90.4866 685.3002 777.068
+/ giá trị chuyển vị lớn nhất là :
Các giá trị chuyển vị lớn nhấtU1 U2 U3 R1 R2 R3m m m Radians Radians Radians
0.05906 -0.039140.00775
70.0025 0.00444 0.000359
Giá trị nội lực theo hướng N :
Giá trị nội lực max của các thanh chịu nén uốnLoại ống N (T) V (T) M2 M3
N559x254 -69.6217 -12.9229 -14.9324 -35.40389N660x206 -425.0015 -19.439 -21.4739 -49.09008N812x254 -226.9698 -166.0276 -38.0741 -202.3068
OCH1 -1085.235 -86.0421 -42.9995 -223.178OCH2 -1104.867 -99.6372 -74.6432 -266.3469
O.VAY -1490.803 -175.9197 -625.334 -767.2628Giá trị nội lực max của các thanh chịu kéo uốn
Loại ống N (T) V (T) M2 M3N559x254 56.1277 12.0179 18.9054 32.56254N660x206 245.0709 22.1857 20.55756 54.22797N812x254 211.9893 94.9169 45.12613 157.47284
OCH1 109.1408 93.1766 42.99946 430.12862OCH2 17.8297 109.4083 74.64315 503.5352
O.VAY -0.1312 85.0721 673.3524 695.33382
Vi n Công Trình Bi nệ ể 45
+/ giá trị chuyển vị lớn nhất là :
Các giá trị chuyển vị lớn nhấtU1 U2 U3 R1 R2 R3m m m Radians Radians Radians
-0.03990.01248
10 0.001578 0.004216 0.000568
Nhận xét: Từ bảng giá trị chuyển vị ở trên ta thấy chuyển vị lên xuống theo phương z là rất nhỏ. Còn các chuyển vị ngang thì ở tổ hợp theo hướng NE thì lớn hơn hướng N, kiểm tra các chuyển vị max đó ta thấy nó là các nút ở các đầu ống trên cùng.
Chương 3 : KIỂM TRA CẤU KIỆN
ViÖc kiÓm tra c¸c phÇn tö kÕt cÊu ®îc thùc hiÖn dùa trªn tiªu
chuÈn thiÕt kÕ API. VÒ nguyªn t¾c cÇn kiÓm tra toµn bé c¸c
phÇn tö cña hÖ, nhng trong ph¹m vi ®å ¸n nµy ta chØ tiÕn hµnh
kiÓm tra cho mét sè phÇn tö. ViÖc kiÓm tra ®îc thùc hiÖn trªn
c¸c phÇn tö kÕt cÊu cã néi lùc lín nhÊt trong sè c¸c phÇn tö cã
cïng d¹ng liªn kÕt, cïng tiÕt diÖn vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc. H¬n
n÷a viÖc kiÓm tra ®îc thùc hiÖn trªn tiÕt diÖn nguy hiÓm nhÊt.
I. Kiểm tra bền phần tử thanh theo tiêu chuẩn API.
a) Cơ sở lý thuyết. Trạng thái chịu lực của các thanh trong kết cấu khối chân đế :
Vi n Công Trình Bi nệ ể 46
KÕt qu¶ ph©n tÝch kÕt cÊu ch©n ®Õ cho thÊy r»ng tr¹ng th¸i
chÞu lùc cña c¸c phÇn tö thanh trong kÕt cÊu ch©n ®Õ lµ tr¹ng
th¸i chÞu lùc phøc t¹p,bao gåm:
- C¸c thanh chÞu nÐn + uèn ®ång thêi
- C¸c thanh chÞu kÐo + uèn ®ång thêi
- C¸c thanh chÞu nÐn + uèn +¸p lùc thñy tÜnh côc bé
- C¸c thanh chÞu kÐo + uèn +¸p lùc thñy tÜnh côc bé
KÕt cÊu lµm viÖc theo s¬ ®å 3D tæng thÓ ,v× vËy khi chÞu
m«men , ®Ó tiÖn cho viÖc kiÓm tra ,m«men uèn trong thanh ®îc
ph©n tÝch thµnh 2 thµnh phÇn : M«men uèn trong mÆt ph¼ng
vµ m«men uèn ngoµi mÆt ph¼ng.
Kiểm tra khả năng chịu lực:
+/ Phần tử chịu nén :
Ứng suÊt cho phÐp Fa ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (3.2.2-1)
tiªu chuÈn API cho c¸c phÇn tö cã tû sè D/t 60:
Fa =
[1−(kl /r )2
2 CC2 ] . F y
53+
3(kl /r )8CC
−(k .l /r )3
8 .C3c
.
víi kl/r < Cc (3.2.2-1)
Fa=
12 π 2 E
23 (kl /r )2
víi kl/r >= Cc (3.2.2-2)
Trong ®ã:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 47
Cc = √12. π2 . E
F y
.
E: M«®un ®µn håi cña vËt liÖu (MPa).
k : Lµ hÖ sè ®iÓu chØnh chiÒu dµi cña thanh
r : B¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn thanh (m).
l: ChiÒu dµi thanh (m).
Fy: Giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu (MPa).
+/ Phần tử chịu uốn:
Ứng suÊt do uèn cho phÐp Fb ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
Fb = 0.75Fy víi
Dt≤10340
F y
(MPa) . (3.2.3-1a)
Fb =
[0 .84−1 .74F y . D
E . t ]. F y
víi
10340F y
<
Dt
20680F y
. (3.2.3-1b)
Fb =
[0 .72−0 .58F y . D
E .t ] . F y
víi
206800F y
<
Dt 300 . (3.2.3-1c)
Trong ®ã:
D : §êng kÝnh ngoµi cña thanh (m)
t : ChiÒu dµy cña thanh (m)
+/ Phần tử chịu cắt:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 48
Ứng suÊt cho phÐp chÞu c¾t : FV = 0.4.Fy (Mpa)
Ứng suÊt do lùc c¾t : fy = V
0 .5 A (Mpa)
A : Lµ diÖn tÝch mÆt c¾t (m2)
V : lùc c¾t
+/ Phần tử chịu xoắn:
Ứng cho phÐp chÞu c¾t : Fvt= 0.4.Fy.
Ứng suÊt do m«men xo¾n Mt :
f y=M t ( D /2 )
I p
(Mpa)
Ip : M«men qu¸n tÝnh chèng xo¾n (m4)
+/ Phần tử thanh chịu lực phức tạp :
ViÖc kiÓm tra phÇn tö chÞu nhiÒu tr¹ng th¸i øng suÊt thêng
phøc t¹p vµ cÇn ph¶i cã qui ph¹m cô thÓ hoÆc ph¬ng ph¸p luËn
®Ó ®¸nh gi¸ ®óng sù lµm viÖc cña kÕt cÊu.Trong ph¹m vi ®å ¸n
nµy, ta chØ kiÓm tra phÇn tö chÞu øng suÊt do lùc däc vµ m«men
uèn g©y ra.
Phần tử thanh chịu nén uốn:
§iÒu kiÖn kiÓm tra nh sau:
f a
Fa
+Cm√ f bx
2 + f by2
(1− f a
Fe' ). Fb
≤1,0 .
(1)
Vi n Công Trình Bi nệ ể 49
f a
0 .6 . Fa
+√ f bx
2 + f by2
Fb
≤1,0 .
(2)
Fe '=12 π2 E
23 ( Kl /r )2
( Ứng suất Ơle)
Khi fa/Fa < 0,15, th× cã thÓ thay thÕ hai c«ng thøc trªn c«ng thøc sau.
f a
Fa
+√ f by
2 + f bz2
Fb
1,0 (3)
Trong ®ã:
Fa: øng suÊt nÐn cho phÐp do lùc däc ®îc tÝnh theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh tæng thÓ.
fbx, fby: øng suÊt do moment uèn Mü vµ My , trong vµ ngoµi mÆt ph¼ng g©y ra.
fa: øng suÊt trong thanh do lùc nÐn (N ) g©y ra.
HÖ sè Cm ®îc lÊy nh sau :
+ 0.85
+ 0.6 – 0.4
( M 1
M 2), nhng kh«ng nhá h¬n 0.4, kh«ng lín h¬n
0.85.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 50
+ 1 – 0.4
( Fa
Fe ' ) , ho¨c 0.85 lÊy gi¸ trÞ nhá h¬n.
Phần tử thanh chịu kéo uốn:
§iÒu kiÖn kiÓm tra nh sau:
f a
0 .6 Fa
+√ f
bx2+ fbzy2
Fb
≤1,0 .
(4) .Trong ®ã: fa lµ øng suÊt do lùc kÐo g©y ra.
b)Tính toán.
Nhận xét : Trong ph¹m vi ®å ¸n, néi lùc tÝnh to¸n cã thÓ lín
hay nhá h¬n thùc tÕ tuú thuéc vÞ trÝ thanh ®ã trong thùc tÕ so
víi khi miªu t¶ trong tÝnh to¸n kÕt cÊu, do ®ã ph¶i cã sù ®iÒu
chØnh néi lùc Nhng ë ®©y do sè lîng c¸c thanh lín, sù ®iÒu
chØnh l¹i kh«ng thÓ theo quy luËt nhÊt ®Þnh. Vµ theo kÕt qu¶
kiÓm tra sau nµy ®a sè c¸c thanh ®Òu ë møc an toµn cao, do ®ã
trong phÇn kiÓm tra thanh xin ®îc bá qua sù ®iÒu chØnh néi lùc
( Trong phÇn kiÓm tra nót sÏ cã sù ®iÒu chØnh cô thÓ), ë ®©y
lÊy hÖ sè ®iÒu chØnh b»ng 1.03
Kết quả kiểm tra :
* Theo hướng NE :
ỨNG SUẤT(T/m2)ỨNG SUẤT CHO
PHÉP(T/m2) ĐIỀU KIỆN KIỂM TRAFram
e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) NÉNUỐN CẮT
Vi n Công Trình Bi nệ ể 51
348 N559X25.4 -2072 -3790 -9626 -1000 16452 30307 17920 0.45 0.42 ÔD ÔD
228 N660X206 -10838 -3232 -7597 -979 13712 30480 17920 1.78 0.67 KÔD ÔD
322 N812X25.4 -5123 -9447 -23103 -6215 16123 29947 17920 1.30 1.02 KÔD ÔD
520 OCH1 -9053 -1907 -6510 -1432 21897 29373 17920 0.65 0.57 ÔD ÔD
156 OCH2 -9778 -1610 -7831 -1696 22092 30018 17920 0.71 0.63 ÔD ÔD
ỨNG SUẤT(T/m2)ỨNG SUẤT CHO
PHÉP(T/m2) ĐIỀU KIỆN KIỂM TRAFram
e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) KÉOUỐN CẮT
391 N559X25.4 2540 6457 9345 895 16452 30307 17920 0.70 0.47 ÔD ÔD
252 N660X206 6162 3418 8169 973 13712 30480 17920 -0.21 0.52 ÔD ÔD
338 N812X25.4 3851 7523 15851 5821 16123 29947 17920 1.68 0.73 KÔD ÔD
107 OCH1 1071 1907 12109 1686 21897 29373 17920 0.43 0.46 ÔD ÔD
363 OCH2 181 1609 14767 1863 22092 30018 17920 0.43 0.50 ÔD ÔD
* Theo hướng N :
UNG SUAT(T/m2)UNG SUAT CHO
PHEP(T/m2) DIEU KIEN KIEM TRAFram
e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) NEN UON CAT520 N559X254 -2643 -4294 -10181 -981 16452 30307 17920 0.52 0.46 ÔD ÔD
146 N660X206 -10578 -3447 -7882 -967 13712 30480 17920 1.73 0.68 KÔD ÔD
264 N812X254 -4815 -4174 -22182 -7044 16123 29947 17920 1.16 0.93 KÔD ÔD
419 OCH1 -10812 -1348 -6996 -1714 21897 29373 17920 0.75 0.64 ÔD ÔD
268 OCH2 -10089 -2350 -8386 -1819 22092 30018 17920 0.76 0.67 ÔD ÔD
UNG SUAT(T/m2)UNG SUAT CHO
PHEP(T/m2) DIEU KIEN KIEM TRAFram
e Loại ống fa fb2 fb3 fv Fa Fb Fv VT(1) VT(2) KEO UON CAT520 N559X254 2131 7046 12137 912 16452 30307 17920 0.57 0.54 ÔD ÔD
42 N660X206 6100 4266 11255 1104 13712 30480 17920 1.04 0.62 KÔD ÔD
224 N812X254 4497 6441 22478 4027 16123 29947 17920 1.155472 0.9 KÔD ÔD
252 OCH1 1087 1763 17638 1856 21897 29373 17920 0.573008 0.6 ÔD ÔD
423 OCH2 162 3057 20625 1998 22092 30018 17920 0.599434 0.7 ÔD ÔD
Từ bảng tính toán ở trên ta thấy điều kiện thanh chịu kéo uốn và nén uốn có một số tiết diện không thỏa nên ta cần có biện pháp gia cố cho các tiết diện đó, bằng
Vi n Công Trình Bi nệ ể 52
cách tăng tiết diện hoặc lắp đầy đủ các thanh ở các panel. Ta thấy nội lực theo hướng gió NE mất ổn định hơn.
II. Kiểm tra nút theo tiêu chuẩn API.
a) Cơ sở lý thuyết.
C¸c ph¬ng ph¸p kiÓm tra
KiÓm tra sù lµm viÖc cña nót theo qui ph¹m API thùc chÊt lµ
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a c¸c thanh víi nhau. Ta ph¶i tÝnh to¸n,
kiÓm tra c¸c bµi to¸n sau:
– KiÓm tra ®iÒu kiÖn bÒn, chäc thñng èng chÝnh.– KiÓm tra ®iÒu kiÖn bÒn èng nh¸nh t¹i nót
– KiÓm tra ®êng hµn.
Trong ®å ¸n nµy nhãm chØ tiÕn hµnh kiÓm tra chäc thñng cho nót ®¬n gi¶n:
§iÒu kiÖn kiÓm tra nh sau:
Vp = .f.sin.
Trong ®ã:
: Gãc hîp bëi èng chÝnh vµ èng nh¸nh.
f : øng suÊt däc trôc, øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng vµ
ngoµi mÆt ph¼ng trong èng nh¸nh (tÝnh riªng cho tõng trêng hîp
t¶i träng-®· ®iÒu chØnh ¶nh hëng do lÖch t©m)
= t/T víi T lµ bÒ dµy èng chÝnh, t lµ bÒ dµy èng nh¸nh.
øng suÊt chäc thñng cho phÐp:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 53
Vpa = Qq. Qf.
F yc
0,6 . γ
Trong ®ã:
Fyc: giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu thanh chñ.
=
D2T
, D lµ ®êng kÝnh ngoµi cña èng chÝnh.
Qq: hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh hëng cña lo¹i t¶i träng vµ cÊu t¹o h×nh häc.
Qf : hÖ sè kÓ ®Õn sù xuÊt hiÖn øng suÊt däc trôc danh nghÜa trong èng chÝnh.
Qf = 1- .A2 .
Trong ®ã:
= 0.03 ®èi víi øng suÊt däc trôc cña èng nh¸nh.
= 0.045 ®èi víi øng suÊt uèn trong trong mÆt ph¼ng èng nh¸nh.
= 0.021 ®èi víi øng suÊt uèn n»m ngoµi mÆt ph¼ng èng nh¸nh.
A =
√ f AX2 + f IPB
2 + f OPB2
0 .6 . F yc
f AX , f IPB , f OPB
: øng suÊt däc trôc, øng suÊt uèn trong mÆt ph¼ng vµ uèn ngoµi mÆt ph¼ng èng chÝnh.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 54
Qf = 1.0 khi tÊt c¶ øng suÊt thí ngoµi cña èng chÝnh lµ øng suÊt kÐo.
Gi¸ trÞ cô thÓ ®îc tra trong b¶ng 4.3.1-1 trang 49 – API.
§iÒu kiÖn ®Ó thanh kh«ng bÞ chäc thñng:
§Ó thanh kh«ng bÞ chäc thñng ph¶i tháa m·n ®ång thêi 2 bÊt ph¬ng tr×nh sau:
[ V p
V pa]inp
2
+[ V p
V pa]outp
2
≤1
. (1).
[ V p
V pa]AX
+ 2π
arcsin √[ V p
V pa]inp
2
+[ V p
V pa]outp
2
≤1
. (2).
b) Tính toán.
+/ Xác định các thành phần nội lực trong và ngoài mặt phẳng uốn :
Chọn 2 nút để kiểm tra( 2 nút mà thanh có nội lực lớn đâm vào).
NÚT Ống chính Nhánh
150 520 115
92 156 136
H ướ ng NE:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 55
Nội lực ống chính Nội lực ống nhánh
Frame N,T MIP,Tm MOP,Tm Thanh N,T MIP,Tm MOP,Tm
520 -908.8 -60.84 -207.7 115 -54.58 -13.18 -33.47
156 -1071 -51.14 -248.7 136 -435.4 -20.13 -47.31
H ướ ng N:
Nội lực ống chính Nội lực ống nhánh
Frame N,T MIP,Tm MOP,Tm Thanh N,T MIP,Tm MOP,Tm
520 -1085 -43 -223.2 115 -69.62 -14.93 -35.4
156 -1105 -74.64 -266.3 136 -425 -21.47 -49.09
TiÕn hµnh kiÓm tra cho 4 nót theo hai híng sãng NE vµ N.c) Kết quả kiểm tra.
+/ Hướng NE:
NÚTloại nút
ứng suất chọc thủng cho phép ứng suất chọc thủng kiểm trakết luậnVpa(AX) Vpa(IPB) Vpa(OPB) Vp(AX)
Vp(IPB)
Vp(OPB) VT(1)VT(2)
150T&Y
1829.98 2359.02404 4329.46 -1220.4 -1544.1 -3920.8 1.2 >1 tm
92T&Y
2409.59 3458.44603 5563.26 -8781.6 -2126.5 -4998.4 1.1 >1 tm
+/ Hướng N:
NÚT
loại nút
ứng suất chọc thủng cho phép ứng suất chọc thủng kiểm trakết luậnVpa(AX
)Vpa(IPB
)Vpa(OPB
)Vp(AX
)Vp(IPB) Vp(OPB) VT(1)
VT(2)
150 T&Y 2985.33 8207.19 5725.26 -495.53 -1749.0 -4146.9 0.57 0.7 tm92 T&Y 3683.3 9906.61 7093.95 -2728.2 -2268.5 -5186.1 0.58 1.29 ktm
Vi n Công Trình Bi nệ ể 56
KÕt luËn : C¸c nót ®îc kiÓm tra chäc thñng thì có một số nút không
ổn định, khi đó ta có một số biện pháp gia cường nút như sau:
+/ Tăng cường độ thép làm ống( dùng thép cường độ cao hơn).
+/ Tăng chiều dày ống chính và ống nhánh.
Chương 4 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC
I. Lý thuyÕt tÝnh to¸n mãng cäc:Cäc trong KCCĐ CTBCĐBT lµm b»ng thÐp èng, ®îc tæ hîp tõ
nhiÒu ®o¹n cäc, ph¬ng ph¸p h¹ cäc b»ng bóa thñy lùc.
Nguyªn lý lµm viÖc cña mãng cäc dùa trªn ma s¸t gi÷a bÒ mÆt
cäc vµ ®Êt nÒn (cäc ma s¸t) hoÆc ma s¸t gi÷a cäc víi ®Êt nÒn
céng víi søc kh¸ng mòi cäc.
Sù lµm viÖc cña cäc trong èng trong ®Êt lµ rÊt phøc t¹p do c¸c
nguyªn nh©n:
- Quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng cña nÒn lµ phi
tuyÕn
- TÝnh chÊt c¬ lý cña ®Êt lµ kh«ng ®ång nhÊt, thêng
thay ®æi theo ®é s©u
Trong ph¹m vi ®å ¸n nµy ta chØ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cho tr-
êng hîp cäc chÞu nÐn vµ cäc chÞu nhæ. Tuy nhiªn trªn thùc tÕ víi
c«ng tr×nh biÓn cäc kh«ng chØ chÞu t¶i träng däc trôc mµ cßn
chÞu c¶ t¶i träng ngang.
II. Bµi to¸n søc chÞu t¶i däc trôc:Trong phÇn nµy chØ tÝnh cäc chÞu t¶i träng däc trôc.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 57
S¬ ®å chÞu t¶i cña cäc trong ®Êt nh sau:
+ XÐt s¬ ®å chÞu t¶i cña cäc trong ®Êt nh sau:
Hình 5: S¬ ®å chÞu t¶i cña cäc trong ®Êt.
ChiÒu s©u thùc tÕ cña cäc trong ®Êt kh«ng ph¶i lµ chiÒu
s©u tõ mÆt ®¸y biÓn xuèng mòi cäc, mµ lµ chiÒu s©u mµ tån t¹i
ma s¸t gi÷a ®Êt vµ th©n cäc. Nh v©y chiÒu dµi thùc tÕ lµm viÖc
cña cäc trong ®Êt ®îc tÝnh b»ng phÇn chiÒu dµi cña cäc tÝnh tõ
®¸y biÓn xuèng ®Õn mòi cäc trõ ®i phÇn Z0 lµ phÇn chiÒu dµi
cäc kh«ng lµm viÖc do kÓ ®Õn:
+ Vïng ®Êt mÆt bÞ ph¸ ho¹i do qu¸ tr×nh thi c«ng hoÆc do
t¸c dông cña t¶i träng ngang.
+ HiÖn tîng xãi mßn.
ë ®©y Z0 ®îc lÊy nh sau:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 58
+ Z0 min = Dcäc
+ Z0 max = 6.Dcäc;
C¸c cäc trong c«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh lµ c¸c cäc vµnh
khuyªn, ®îc thi c«ng b»ng ph¬ng ph¸p ®ãng; v× vËy khi tÝnh
to¸n cÇn x¸c ®Þnh ®îc lµ trêng hîp nµy cäc coi nh bÞt ®Çu hay
kh«ng bÞt ®Çu. Nh h×nh vÏ trªn, trêng hîp 1 cäc bÞt ®Çu, trêng
hîp 2 cäc kh«ng bÞt ®Çu.
1. Trường hợp cọc chịu nén.
Søc chÞu t¶i tæng thÓ cña cäc chÞu nÐn:
Qd=Qf +min (QP 1 ,QP 2)−W '
Trong ®ã:
Qf: søc kh¸ng bªn do lùc ma s¸t g©y ra, ®îc x¸c ®Þnh nh sau:
Q f=∑i=1
n
f oi .uo
i
Trong ®ã:
f oi
: ma s¸t ®¬n vÞ thµnh ngoµi cäc
uoi
: diÖn tÝch xung quanh thanh ngoµi cña cäc trong ph©n tè ®Êt thø i
+ QP1: søc kh¸ng mòi tÝnh víi s¬ ®å (1)-Gi¶ thiÕt cäc bÞt kÝn ®Çu.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 59
QP 1=q . AP
Trong ®ã:
Ap = Awp + Asp
Ap: tæng diÖn tÝch tiÕt diÖn t¹i mòi cäc.
Awp: diÖn tÝch mÆt c¾t tiÕt diÖn cäc.
Asp: diÖn tÝch tiÕt diÖn lâi ®Êt (®Êt trong cäc).
+ QP2: søc kh¸ng mòi tÝnh víi s¬ ®å (2) – s¬ ®å cäc hë ®¸y.
QP 2=qp Awp+∑i=1
n
f ii. ui
i ' .
Trong ®ã :
f ii
: ma s¸t ®¬n vÞ trong thµnh cäc.
ui
i
: diÖn tÝch xung quanh thµnh trong cña cäc trong ph©n tè ®Êt thø i
+ W’: träng lîng cña cäc chiÕm chç ®Êt.
W '=∑i=1
n
Awp (γ p−γ s) ΔL .
Trong ®ã :
p : träng lîng riªng cña vËt liÖu lµm èng.
s : träng lîng riªng cña ®Êt.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 60
§iÒu kiÖn ®Ó cäc ®ñ søc chÞu t¶i:
Qd
SF≥N
−max'
N -
max : lùc nÐn lín nhÊt t¹i ®Çu cäc
SF : hÖ sè an toµn (SF =1.5 - 2)
Tãm l¹i:
Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khi chÞu nÐn cÇn x¸c ®Þnh cho
®óng trêng hîp cäc bÞt ®Çu hay kh«ng bÞt ®Çu.
+ Cäc ®îc coi lµ bÞt ®Çu khi Qp1< Qp2.
+ Cäc ®îc coi lµ kh«ng bÞt ®Çu khi Qp1> Qp2.
2. Trường hợp cọc chịu kéo.
Søc chÞu t¶i tæng thÓ cña cäc chÞu kÐo:
Qd=Qf +W ''
Trong ®ã:
W ''=∑i=1
n
[Awp (γ p−γw )+A s γ b ]. ΔL
+ W’’: träng lîng cäc ®· trõ ®i ®Èy næi céng víi toµn bé lâi ®Êt trong cäc.
b: träng lîng riªng ®Èy næi, ®îc x¸c ®Þnh nh sau :
γ b=
( Δ−1 ) γ w
1+e
Vi n Công Trình Bi nệ ể 61
w : träng lîng riªng cña níc
tû träng cña ®Êt ; e : hÖ sè rçng cña ®Êt
NÕu chØ cã mét líp ®Êt ®ång nhÊt vµ tiÕt diÖn cäc kh«ng thay ®æi ta cã :
W ''=Awp (γ p−γ w ). L+A sp . γ b .l
+ Qf : ®îc x¸c ®Þnh theo (3.2)
Q f=∑
z=zo
l
f 0 . U0
Trong ®ã:
fo: ma s¸t ®¬n vÞ thµnh ngoµi cäc (®îc x¸c ®Þnh ë môc V.1.2).
l : chiÒu dµi lµm viÖc cña cäc .
U0: diÖn tÝch xung quanh mÆt ngoµi cña cäc (mÆt bªn).
§iÒu kiÖn ®Ó cäc ®ñ søc chÞu t¶i:
Qd
SF≥N
+max'
N+
max : lùc kÐo lín nhÊt t¹i ®Çu cäc
SF : hÖ sè an toµn (SF =1.5 - 2)
3. Xác định các đại lượng phục vụ tính toán.
a) Lùc ma s¸t ®¬n vÞ gi÷a thµnh cäc vµ nÒn ®Êt:
+ §èi víi ®Êt dÝnh:
f = .Cu
Trong ®ã:
: hÖ sè kh«ng thø nguyªn.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 62
Cu: cêng ®é kh¸ng nÐn kh«ng tho¸t níc.
– HÖ sè kh«ng thø nguyªn ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
=
12.√Ψ
(nÕu 1.0)
=
1
2.4√Ψ
(nÕu >1.0)
§iÒu kiÖn khèng chÕ <1 (nÕu >1 th× lÊy =1)
– Gi¸ trÞ cña ®îc tÝnh nh sau:
= tÝnh cho ®iÓm ®ang xÐt.
p0=i.Hi
Trong ®ã:
p0( ): lµ ¸p lùc ®Êt hiÖu qu¶ t¹i vÞ trÝ tÝnh to¸n.
i: träng lîng riªng ®Èy næi cña líp ph©n tè ®Êt thø i.
Hi: chiÒu dµy líp ®Êt thø i.
Víi ®Êt dÝnh th× ma s¸t ®¬n vÞ trong thµnh cäc vµ ngoµi thµnh cäc b»ng nhau (fi=fo).
+ §èi víi ®Êt rêi:
f = K.p0.tg
Vi n Công Trình Bi nệ ể 63
Trong ®ã :
K : hÖ sè ¸p lùc ngang cña ®Êt vµo cäc, víi cäc ®ãng kh«ng bÞt ®Çu k = 0.8 ; víi cäc ®ãng bÞt ®Çu k = 1.
p0: ¸p lùc hiÖu qu¶ t¹i ®iÓm ®ang xÐt.
: gãc ma s¸t gi÷a thµnh cäc vµ ®Êt.
Cã thÓ tÝnh s¬ bé : =ϕ−50
( ϕ :
lµ gãc ma s¸t trong cña ®Êt ).
fo: kh«ng vît qu¸ fgh, nÕu vît qu¸ th× lÊy fo = fgh.
b) Lực kháng mũi đơn vị ở đầu cọc:
Trêng hîp cäc chÞu nÐn:
+ §èi víi ®Êt dÝnh:
q= 9.Cu
Trong ®ã:
Cu
: cêng ®é kh¸ng nÐn kh«ng tho¸t níc.
+ §èi víi ®Êt rêi:
q=p0.Nq
Trong ®ã:
Nq: HÖ sè kh«ng thø nguyªn phô thuéc vµo gãc ma s¸t ; tra b¶ng 6.4.3 -1 trang 59 – qui ph¹m API
Gãc ma s¸t gi÷a cäc vµ
Gi¸ trÞ lín nhÊt cña lùc ma s¸t bÒ mÆt
Gi¸ trÞ
Gi¸ trÞ lín nhÊt cña lùc kh¸ng
Vi n Công Trình Bi nệ ể 64
®Êt nÒn (®é)
fgh
(KPa)Nq
mòi cäc(KPa)
15 47.8 8 1.9
20 67.0 12 2.9
25 81.3 20 4.8
30 95.7 40 9.6
35 114.8 50 12.0
Trêng hîp cäc chÞu nhæ:
C¸ch tÝnh t¬ng tù nh ®èi víi cäc chÞu nÐn nhng kh«ng kÓ ®Õn lùc chèng ®Çu cäc.
III. X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i cña cäc:
X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i cña cäc theo nÒn ®Êt :
Víi ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt khu vùc c«ng tr×nh th× tÝnh to¸n thÊy cäc trong trêng hîp nµy lµ cäc bÞt ®Çu.
TiÕt diÖn cäc D = 1,219(m), t =25,4(mm).
KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho thÊy c«ng tr×nh cã 6 cäc chÞu nÐn,2cäc chÞu nhæ.
Cäc chÞu nÐn cã lùc nÐn lín nhÊt lµ N = -1490.803(T) øng víi híng sãng N.
Cäc chÞu nhæ cã lùc kÐo lín nhÊt lµ N = 109.1408(T) øng víi híng sãng N.
Các thông số đầu vào: (đơn vị : T-m).
Vi n Công Trình Bi nệ ể 65
LỚP hi W (%) LL PL LI PI γ Δ e c cu ϕ
111
27.3 32.2 17.6 14.60.66
2 2.75 0.754.3 2.5 14
231
22.6 31.7 18.6 13.10.31
2.03 2.74 0.655.1 7.5 22
3
24.4 41.9 21.2 20.70.15
2.01 2.78 0.726.7 15 25
LỚP tc γc γn Zo Asp Awp Ap γdn Dc
1 0.0254 7.85 1.025 7.314 1.07183 0.09525 1.16707 1.025 1.219 2 1.08091 3 1.06076
Do cọc được ngàm cách mặt đất một đoạn là 6D, nên ta chọn đoạn chiều dài từ mặt đất đến mặt phẳng ngàm của cọc là 6m. Khi đó, giá trị áp lực đất hiệu quả tại vị trí mặt phẳng ngàm là : Po = γdn.h= 1.025.6 = 6.15(T/m2).
Lớp Zi li Ui Cu p'o Ψ α f fi
Lớp 1
1 1 3.8296 2.5 7.1750.3484
30.6507
91.6269
71.6269
7
3 2 7.6592 2.5 9.225 0.2710.9604
72.4011
72.4011
7
5 2 7.6592 2.5 11.2750.2217
31.0618
4 2.6546 2.6546Lớp 2
7 2 7.6592 7.5 13.3250.5628
50.6664
64.9984
44.9984
4
9 2 7.6592 7.5 15.375 0.48780.7158
95.3691
85.3691
8
11 2 7.6592 7.5 17.4250.4304
20.7621
25.7159
35.7159
3
13 2 7.6592 7.5 19.4750.3851
10.8057
16.0428
26.0428
2
15 2 7.6592 7.5 21.5250.3484
30.8470
5 6.3529 6.3529
17 2 7.6592 7.5 23.5750.3181
30.8864
76.6485
46.6485
4
19 2 7.6592 7.5 25.6250.2926
80.9242
16.9315
96.9315
920 1 3.8296 7.5 26.65 0.2814
30.9425
17.0688
67.0688
6
Vi n Công Trình Bi nệ ể 66
22 2 7.6592 7.5 28.70.2613
20.9780
9 7.3357 7.3357
24 2 7.6592 7.5 30.75 0.24391.0124
27.5931
77.5931
7
26 2 7.6592 7.5 32.80.2286
61.0456
37.8421
97.8421
9
28 2 7.6592 7.5 34.850.2152
11.0778
18.0835
58.0835
5
30 2 7.6592 7.5 36.90.2032
51.1090
5 8.3179 8.3179
32 2 7.6592 7.5 38.950.1925
51.1394
48.5458
38.5458
3
34 2 7.6592 7.5 410.1829
31.1690
58.7678
48.7678
4
36 2 7.6592 7.5 43.050.1742
21.1979
18.9843
68.9843
6
Lớp 3
38 2 7.6592 7.5 45.1 0.1663 1.2261 18.3916 18.391640 2 7.6592 7.5 47.15 0.15907 1.25366 18.8049 18.804942 2 7.6592 7.5 49.2 0.15244 1.28062 19.2094 19.209444 2 7.6592 7.5 51.25 0.14634 1.30703 19.6055 19.605546 2 7.6592 7.5 53.3 0.14071 1.33292 19.9937 19.993748 2 7.6592 7.5 55.35 0.1355 1.35831 20.3746 20.374650 2 7.6592 7.5 57.4 0.13066 1.38323 20.7485 20.748552 2 7.6592 7.5 59.45 0.12616 1.40772 21.1158 21.115854 2 7.6592 7.5 61.5 0.12195 1.43178 21.4767 21.476756 2 7.6592 7.5 63.55 0.11802 1.45545 21.8317 21.831758 2 7.6592 7.5 65.6 0.11433 1.47874 22.1811 22.181159 2 7.6592 7.5 67.65 0.11086 1.50167 22.525 22.52561 2 7.6592 7.5 69.7 0.1076 1.52425 22.8637 22.863763 2 7.6592 7.5 71.75 0.10453 1.5465 23.1975 23.197565 2 7.6592 7.5 73.8 0.10163 1.56844 23.5266 23.5266
Lớp U'i Q1 qp Qp1 Qp2 W' W'' Qn Qk
Lớp 1
3.67001
6.2306622.5 26.2591
8.114020.5571
81.74867 13.7875 7.97933
7.34002
24.621722.5 26.2591
25.73871.6715
55.24601 48.6888 29.8677
7.34002
44.953822.5 26.2591
39.25242.7859
28.74335 68.427 53.6971
Lớp 2 7.34002
83.2378 67.5 78.7773 62.6024 3.90028
12.2407 141.94 95.4785
Vi n Công Trình Bi nệ ể 67
7.34002
124.36267.5 78.7773
82.52755.0146
515.738 198.124 140.1
7.34002
168.14167.5 78.7773
87.7946.1290
219.2354 240.789 187.376
7.34002
214.42467.5 78.7773
92.73847.2433
922.7327 285.958 237.157
7.34002
263.08267.5 78.7773
97.41388.3577
526.23 333.502 289.312
7.34002
314.00567.5 78.7773
101.869.4721
229.7274 383.31 343.732
7.34002
367.09567.5 78.7773
106.10710.586
533.2247 435.286 400.32
3.67001
394.16667.5 78.7773
83.249811.143
734.9734 461.8 429.14
7.34002
450.35267.5 78.7773
86.216 12.258 38.4707 516.871 488.823
7.34002
508.50967.5 78.7773
116.00713.372
441.9681 573.914 550.477
7.34002
568.57467.5 78.7773
119.72514.486
845.4654 632.865 614.04
7.34002
630.48867.5 78.7773
123.32415.601
148.9627 693.664 679.451
7.34002
694.19667.5 78.7773
126.81616.715
552.4601 756.258 746.656
7.34002
759.65167.5 78.7773
130.20917.829
955.9574 820.598 815.608
7.34002
826.80567.5 78.7773
133.51218.944
259.4547 886.638 886.26
7.34002
895.61867.5 78.7773
136.7320.058
662.9521 954.337 958.57
Lớp 3
7.34002
1036.48 67.5
78.7773
207.369
21.17366.449
41094.0
91102.9
37.3400
21180.5
1 67.578.777
3279.45
222.287
369.946
81237
1250.46
7.34002
1327.64 67.5
78.7773
285.455
23.4017
73.4441
1383.02
1401.09
7.34002
1477.867.5
78.7773
291.331
24.5161
76.9414
1532.07
1554.75
7.34002
1630.94 67.5
78.7773
297.088
25.6304
80.4388
1684.09
1711.38
7.3400 1786.9 67.5 78.777 302.73 26.744 83.936 1839.0 1870.9
Vi n Công Trình Bi nệ ể 68
2 9 3 4 8 1 3 37.3400
21945.9
1 67.578.777
3308.27
327.859
287.433
51996.8
32033.3
47.3400
22107.6
4 67.578.777
3313.71
328.973
590.930
82157.4
42198.5
77.3400
22272.1
4 67.578.777
3319.05
930.087
994.428
12320.8
32366.5
67.3400
22439.3
5 67.578.777
3324.31
431.202
397.925
52486.9
22537.2
77.3400
22609.2
4 67.578.777
3329.48
432.316
6101.42
32655.7
2710.66
7.34002
2781.76 67.5
78.7773
334.572
33.431 104.922827.1
12886.6
87.3400
22956.8
8 67.578.777
3339.58
334.545
4108.41
73001.1
13065.3
7.34002
3134.55 67.5
78.7773
344.519
35.6597
111.915
3177.67
3246.47
7.34002
3314.75 67.5
78.7773
349.385
36.7741
115.412
3356.75
3430.16
Theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n ở trên ta cã : C¸c cäc chÞu nÐn ,chÞu nhæ
®Òu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn søc chÞu t¶i ë ®é s©u h¹ cäc 65+6
=71 (m) lµ tho¶ m·n.
Với hệ số an toàn SF = 2, ta có:
Trêng hîp chÞu nÐn: Søc chÞu t¶i cña cäc lµ 3356.75 T > N-
max=1490.803 TTrêng hîp cäc chÞu nhæ :Søc chÞu t¶i cña cäc lµ 3430.16T >
N+max= 109.1408T
Chương 5 : NHẬN XÉT KẾT QUẢ
Nhận xÐt:
- KÕt qu¶ thu ®îc ë ®©y lµ gÇn ®óng do khi tÝnh to¸n ta ®· m« h×nh ho¸ s¬ ®å tÝnh bá qua sù lÖch t©m t¹i nót.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 69
- ViÖc qui t¶i träng thîng tÇng vÒ t¶i träng tËp trung ë ®Ønh KC§ ®· bá qua sù lÖch t©m.
- ViÖc m« pháng c¸c lo¹i t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh chØ ë møc ®é gÇn ®óng
Kết luận :
- KCĐ được thiết kế sơ bộ đảm bảo chịu lực trong điều kiện m«i trường biển cực hạn.
- C¸c kÝch thước tiÕt diÖn được chọn là tương đối hợp lý, đảm bảo tÝnh khả thi trong thi c«ng
KiÕn nghÞ:
- ViÖc sö dông phÇn mÒm trong thùc hµnh tÝnh to¸n gióp t¨ng ®é chÝnh x¸c trong kÕt qu¶ tÝnh,tèc ®é tÝnh to¸n nhanh h¬n rÊt nhiÒu.
- Trong ®å ¸n nhãm ®· sö dông phÇn mÒm Sap vµo thùc hµnh gi¶i néi lùc, nhng viÖc sö dông cßn gÆp nhiÒu khã kh¨n do bµi to¸n thiÕt kÕ CTBC§BT lµ yªu cÇu sù am hiÓu rÊt s©u vÒ phÇn mÒm .V× vËy ®Ò nghÞ c¸c thÇy c« híng dÉn viÖc sö dông phÇn mÒm cho sinh viªn s©u h¬n.
* Bổ sung chu kỳ dao động riêng:
T1 (s) T2 (s) T3 (s) T4 (s) T5 (s) T6 (s) T7(s) T8(s) T9 (s) T10 (s) 1.95
21.569 1.53 1.19 1.178 1.079 0.939 0.874 0.562 0.423
Nhận xét : Ta thấy chu kỳ dao động riêng cơ bản của kết cấu Tmax = 1.952s,
nhỏ hơn 3s, nên ta có thể tính toán công trình theo phương pháp tựa tĩnh, và
điều chỉnh kết quả thông qua hệ số động Kđ xác định theo công thức sau:
Vi n Công Trình Bi nệ ể 70
K® =
Trong ®ã:
uo : biªn ®é cña chuyÓn vÞ ®éng.
ut : chuyÓn vÞ cùc ®¹i do t¸c dông tÜnh cña t¶i träng.
: hÖ sè gi¶m chÊn.
TP : Chu kỳ của lực kích thích, lấy bằng chu kỳ của sóng max
T: Chu kỳ dao động riêng của hệ.α : Hệ số cản,
Theo Động Lực Học Công Trình của PGS.TS.Phan Ý Thuận, (trang 21), ta chọn:
đối với các kết cấu bê tông cốt thép.
Thay sè tÝnh ®îc: K® =
Tµi liÖu tham kh¶o
1.Tiªu chuÈn API RECOMMENDED PRACTICE 2A- WSD ( RP 2A
– WAD 2000 ).
2.Bµi gi¶ng C«ng tr×nh biÓn cè ®Þnh b»ng thÐp.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 71
3. Gi¸o tr×nh M«i trêng biÓn t¸c ®äng lªn c«ng tr×nh.
( PGS.TS Vò UyÓn DÜnh ).
4. B¸o c¸o héi nghÞ khoa häc c«ng nghÖ – lÇn thø XV QuyÓn
IV X©y Dùng C«ng Tr×nh BiÓn; X©y Dùng C«ng Tr×nh
Thñy- Trêng §¹i Häc X©y Dùng.
Vi n Công Trình Bi nệ ể 72
Vi n Công Trình Bi nệ ể 73