Tài liệu ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM pot

VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU TIỂU LUẬN CÔNG TRÌNH BIỂN MỀM & PT NỔI • ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM. I. Các số liệu đầu vào: - Các giá trị H i : H i = a i . Ho, với a i được lấy theo các giá trị dưới đây : a i = 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,35; 0,3; 0,25; 0,2; (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên trái trục tung) a i = 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0. (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên phải trục tung) - Giá trị H o , q, d : N hóm H o (k N) d (m) q (N/m)- Cáp (trong nước) q (N/m) - xích (trong nước) 1 40 90 350 Trong đó: + H o (kN) = T 0 - lực căng ban đầu (chưa chịu tải trọng) của dây neo tại đáy biển (trạng thái dây căng tới hạn); + d (m) - độ sâu nước biển; + q (N/m) - cường độ trọng lượng bản thân của đây neo trong nước biển. II. Xác đinh các thông số ban đầu. a) Đặt bài toán: SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 1 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Xét một công trình nổi được neo giữ bằng một dây neo OBA (OA là đoạn dây ảo, BA là đoạn dây thật) (Hình 1). Tại điểm A dây neo gắn với kết cấu nổi có góc xiên , còn tại điểm B dây neo nối với neo có góc xiên . Hình 1. Sơ đồ bài toán tĩnh lực học đường dây neo đơn Trong đó: : thành phần lực nằm ngang của lực căng dây = H 0 : góc xiên tại điểm B, θ O =0 : chiều dài dây neo nằm giữa điểm A và điểm B. b) Giải bài toán: q là trọng lượng trên một đơn vị chiều dài dây neo nằm trong nước. Đặt ký hiệu: chiều dài L = L OA , trọng lượng dây neo: P = q.L. Giả sử kéo dài đoạn dây từ điểm B đến điểm O để tiếp tuyến của dây neo là một đường thẳng nằm ngang. Việc kéo dài này không ảnh hưởng đến nội lực trong dây. SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 2 A θ B θ o T B θ AB L VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Các phương trình cân bằng của đường dây neo: Theo phương trục x: ⇒ = H 0 Theo phương trục z: ⇒ = T A sinθ A Lực căng trong dây neo tại điểm A: . Xét một đoạn dây có chiều dài s Ta có: dx=ds.cosθ Hoành độ của điểm A được xác định bằng công thức sau: (L A =L OA ) Ta có: ; Đặt V=s.q, . To T V H q O S O Suy ra : đặt ; ; SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 3 X ∑ = 0 H T A o = 0 Z = ∑ V q L P A = = . T T V H A A A = = + 2 2 ∫∫ θ== AA L 0 L 0 A ds.cosdxx θ+ =θ 2 tg1 1 cos tg V H θ = H T o = tg qs T o θ γ= = d q T ds o γ = ds T q d o = . γ VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Vậy với Chú ý tới biểu thức , ta nhận được: . Suy ra Tương tự ta cũng có: (với L B =L OB ) Vậy chiều dài của dây neo giữa điểm A và B là : Tương tự ta có: Vậy phương trình đường dây neo là : )1( += A o o A z T q Arch q T x Trong phần diễn giải ở trên đã sử dụng các công thức toán sau: SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 4 x T q d A o A = + ∫ 1 1 2 0 γ γ γ γ A o A q T L = dx x Arshx C 1 2 + = + ∫ x T q Arsh q T L A o o A = ( ) L T q sh q T x A o o A = ( ) L T q sh q T x B o o B = ( )       −==−= )x T q (sh)x T q (sh q T LLLL B o A o BAAB ∫∫ θ== AA L 0 L 0 A ds.sindzz ]1)x T q (ch[ q T z A o o A −= VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU ; ; . c) Chiều dài tối thiểu của đường dây neo. Chiều dài tối thiểu của đường dây neo tức là chiều dài dây neo khi tiếp tuyến với đường dây neo tại vị trí dây liên kết với neo là đường nằm ngang. Trường hợp lực căng tới hạn, điểm O trùng với điểm B, tức là , . Khi đó: Quan hệ giữa lực căng dây và chiều dài dây: . Suy ra min ( ) o A o T q L sh x q T = Ta lại có: ⇒ Mặt khác : SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 5 2 1 cos.tgsin γ+ γ =θθ=θ ∫ γ+= γ+ γγ 2 2 1 1 d γ+=γ 22 sh1ch 0x B = 0z B = )x T q (sh q T L A o o AB = )L T q (Arsh q T x o o A = ]1)x T q (ch[ q T z A o o A −= qdTq.zT)x T q (chT 0A0A 0 0 +=+= )]L T q (Arsh q T T q [chT)x T q (ch q T qdT o o o oA o o o ==+ VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU (*) (**) Tu (*) va (**) ⇒ (1) và (2) Từ biểu thức (2) suy ra: (3) Từ biểu thức (3) suy ra: . Vậy ta có:  L min = 3 2.40.10 90. 1 169,33 350.90 m+ = Từ đó => =135.37m & V A = 59264N SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 6 2 0 0 2 o o )L T q (1T])L T q (1Arch[chT +=+±= ])L T q (1[T)qL(TTVT 2 o 2 o 2 2 o 2 o 2 A 2 +=+=+= 2 o 2 )qdT(T += 22 o 2 A 2 2 o )qL()Tqd(VTT −+=−= )d d L ( 2 q T 2 o −= 1 qd T2 d L o += 1 qd T2 dL o min += )L T q (Arsh q T x o o A = VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Vậy, các ta có các giá trị ban đầu như sau: Lmin, m XAo,m VAo,N 169.3 3 135.37 59264 III. Lập đường cong quan hệ H(x) với x <0 của dây neo 1 phía: (Kết cấu nổi di chuyển sang bên trái) 1. Đặt bài toán. Khi điểm A dịch chuyển từ vị trí ban đầu A 0 sang bên trái tới các vị trí , , , , , thì dây neo bị chùng dần và chiều dài đoạn dây neo tiếp đất tăng dần lên. d X-1 Ao A- 1 Bo x Z X B1 X A-1 X Ao B 1 To V A Hình 2. Trường hợp điểm A dịch chuyển sang trái. Trong đó: Tại vị trí ban đầu: . SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 7 1 A − 2 A − 3 A − n A − 0 2 00 LLBA == VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Các số liệu ban đầu là: ; và q. Khi A dịch đến thì và . 2. Giải bài toán. Từ các thông số ban đầu như đã tìm ở trên như : L o = L min = 169.33m ; X Ao = 135.37m ; V Ao = 59264N ; H o = T o = 40000N Ta chọn giá trị , tính được các giá trị sau: X -1 = X Ao – (X A-1 + X B-1) SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 8 0 LL = 0 A zd = 1 A − 01 LL < − o1 HH < − 01 LL < − 11 qLV −− = )d d L ( 2 q H 2 1 1 −= − − )1d H q (Arch q H x 1 1 1A += − − − )x H q (sh q H L 1A 1 1 1 − − − − = 11B LLX −− −= VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU - Thực hiện các bước tính toán trên cho trường hợp điểm A dịch chuyển đến vị trí A -2 , A -3 , , A -n xác định được các giá trị , ,…, . Khi điểm A đạt tới vị trí thì . Hoành độ của điểm sẽ là : , và điểm A dịch chuyển đi một đoạn là : Cuối cùng ta vẽ được đồ thị quan hệ H=f(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển về bên trái. 3. Tính toán cụ thể. a) Xác định các giá trị H -i : ai 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 H-i, N 36000 32000 28000 24000 20000 16000 14000 12000 10000 8000 b) Tính 10 giá trị x A-i : i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 XA-i,m 127.71 119.58 110.9 101.5 6 91.36 9 80.07 5 73.89 67.248 60.04 52.105 c) Tính 10 giá trị L -i = L imin ứng với H -i : i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 L-i,m 163.14 156.71 150 142.98 135.59 127.78 123.69 119.46 115.08 110.52 d) Tính 10 giá trị x B-i = L 0 - L i : SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 9 2 A x − 3 A x − n A x − n A − dL n = − n B − dLx 0B n −= − )dL(xx 0An 0 −−= − VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 XB-i,m 6.187 5 12.619 19.32 6 26.34 8 33.73 2 41.54 3 45.63 3 49.86 3 54.249 58.808 e) Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo: x -i = x A0 – (x A-i + x B-i ) i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X-i,m 1.4806 3.1756 5.1434 7.4671 10.272 13.756 15.85 18.262 21.084 24.46 f) Xác định độ dịch chuyển đầu trên của dây neo khi dây trùng hoàn toàn : X -n = X Ao –( L o – d) = 56.05m => H -n = 0 N. g) Lập đường cong quan hệ H(x) với x <0 của dây neo 1 phía. Với X o = 0 m => H o = 40000N IV. Lập đường cong quan hệ H(x) với x >0 của dây neo 1 phía: (Kết cấu nổi di chuyển sang bên phải) 1.Đặt bài toán: Giả sử từ vị trí cân bằng ban đầu A 0 điểm A dịch chuyển sang bên phải tới các vị trí , , , , , tức là sự dịch chuyển của kết cấu nổi làm cho dây neo bị căng và góc θ B ≠0. SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 10 1 A 2 A 3 A n A [...]... dịch chuyển của đầu trên của dây neo khi dây căng hoàn toàn: L2 − d 2 − X Ao o Xn = = 8.054m + Lập đường cong quan hệ H(x) với x >0 của dây neo 1 phía : Cuối cùng ta vẽ được đồ thị quan hệ H=f(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển theo phương ngang như sau : V Lập đường cong quan hệ H(x) của cặp dây neo : Ghép đường cong H(x) với đầu trên của dây neo 1 phía di chuyển cả 2 phía, và sử dụng tính chất đối... tải ngang R) của cặp dây neo, ta được 2 được cong H1(x) và H2(x) của cặp dây neo VI Lập đường cong quan hệ R(x) Công thức tính lực môi trường tác dụng lên 1 cặp dây neo: SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 15 68 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU R(x) = H1(x) - H2(x) H Dây 2 Dây 1 H1(x) 1 Ho R(x) H2(x) X X-n Ứng với mỗi thời điểm ta tính được 1 lực R(x), từ đó ta vẽ được 1 đường cong tác dụng của lực môi... có phương trùng với 1 cặp dây neo và chuyển vị của kết cấu nổi là bé để cho phép phương của cặp dây không đổi +/ Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa R và X cũng là quan hệ phi tuyến +/ Kết hợp với lực kéo đứt cho phép của dây, ta có thể tính được hệ số hiệu quả của một cặp dây neo, được xác định bằng biểu thức sau: e= R [T] SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 19 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2... hệ R(x ): VII 1 Nhận xét kết quả của các đồ thị : Một số nhận xét của bài toán dịch chuyển ngang +/ Từ đồ thị ta có thể thấy quan hệ giữa Hi và X là quan hệ phi tuyến +/ Từ đồ thị ta có thể tính được độ cứng của dây thông qua biểu thức sau: SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 17 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN ki = TS.PHẠM HIỀN HẬU ∆H i H i − H i −1 = ∆X i X i − X i −1 - Khi điểm A dịch chuyển sang trái thì ki giảm (dây. ..VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Xn Z X1 Ao A1 An d A1 ZB1 Z Z1 B x B1 XB1 x1 XAo XA1 Hình 3 Trường hợp điểm A dịch chuyển sang phải Trong đ : - Chiều dài của dây neo L 0 = L min , - Góc tiếp tuyến của dây neo với phương ngang tại điểm neo θB≠0, - Lực căng ban đầu: Ho=To , - Chiều cao điểm A0 so với đáy biển: d = z A 0 = const , - Trọng lượng của dây neo nằm trong nước trên đơn vị chiều dài : q... nằm trong nước trên đơn vị chiều dài : q 2 Giải bài toán: - Chọn L1 > L 0 (ký hiệu , hay kéo dài dây neo đến điểm B1 sao cho L A 1 B 1 = L1 ) - Xác định tung độ của điểm B1 (tính zB1 ): SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 11 θB1 = 0 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN Xét đoạn dây Xét đoạn dây TS.PHẠM HIỀN HẬU B 1B 0 B 1A 1 c : (a) 2 q (L − L 0 ) H1 = [ 1 − z B1 ] 2 z B1 c : (b) 2 q (L ) H1 = [ 1 − z A 1 ] 2 z A1 với z A1... thì ki tăng( dây căng) H X Ho X-n Xn H Xi X-n +/ Tại mỗi vị trí, ta có thể tính được lực căng tại đầu dây neo và từ đó kiểm tra độ bền của dây tại vị trí đó Ti = Vi 2 + H i2 < [ T ] ≈ TBR [T] ≤ Hoặc : Ti [ SF ] Với Vi=q.Li Trong đó : qi - Lực phân bố của khối lượng dây SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 18 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Vi Ai 2 Ti Hi Nhận xét về lực môi trường R(x) +/ Để tính được lực... thị của lực môi trường tác dụng lên 1 cặp dây Có 2 cách vẽ : +/ Cách 1: Vẽ trực tiếp trên đồ thị quan hệ H(x) của 1 cặp dây, nhưng sau khi tính được lực môi trường thì ta phải dóng xuống trục x 1 đoạn H2(x), bằng đúng giá trị R(x) Lần lượt tính các điểm khác, ta sẽ vẽ được đường R(x), lấy tối thiểu là 5 điểm +/ Cách 2: Vẽ R(x) sang một đồ thị mới • Tính toán cụ thể như sau: Từ các thời điểm lực căng của. .. vào (a), xác định VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN x B1 = TS.PHẠM HIỀN HẬU H1 q H q Arsh( L B 1 ) = 1 Arsh[ ( L1 − L 0 )] q H1 q H1 - Xác định hoành độ điểm A 1: x A1 = - Xác định hoành độ H1 q Arch( z A 1 + 1) q H1 x1 : x1 = x A 1 − ( x A 0 + x B 1 ) - Trạng thái dây căng hoàn toàn xảy ra khi: x n = L2 − d 2 − x A 0 0 3 tính toán cụ th : a) Ứng với mỗi lực căng Hi ban đầu, bằng phương pháp tính lặp ta tìm được độ... H2(x), khi dây neo 2 dịch chuyển sang SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 16 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU trái Khi đó ta giả sử H2(x) rồi tính để tìm ra Xi, sao cho Xi tìm ra bằng Xi ban đầu, và giá trị H2(x) đó là giá trị tương ứng với H1(x) ở cùng một thời điểm Xi Sau khi tìm được các cặp H(x), ta sẽ tìm được các lực môi trường R(x) tương ứng Sau khi tính toán ta có bảng giá trị R(x) như sau: i X1, . VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU TIỂU LUẬN CÔNG TRÌNH BIỂN MỀM & PT NỔI • ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM. I bài toán: SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 1 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TS.PHẠM HIỀN HẬU Xét một công trình nổi được neo giữ bằng một dây neo OBA (OA là đoạn dây