Nghiên cứu tính toán hệ dây neo công trình biển nổi đặt tại vùng biển việt nam

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN THỊ THU LÊ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ DÂY NEO CƠNG TRÌNH BIỂN NỔI ĐẶT TẠI VÙNG BIỂN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TÀU THỦY HẢI PHÒNG – 2020 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN THỊ THU LÊ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỆ DÂY NEO CƠNG TRÌNH BIỂN NỔI ĐẶT TẠI VÙNG BIỂN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TÀU THỦY NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THỦY Người hướng dẫn khoa học: MÃ SỐ: 9520116 PGS.TS Lê Hồng Bang PGS.TS Đỗ Quang Khải HẢI PHỊNG - LỜI CAM ĐOAN Tên tơi Nguyễn Thị Thu Lê, tác giả luận án tiến sĩ “Nghiên cứu tính tốn hệ dây neo cơng trình biển đặt vùng biển Việt Nam” Bằng danh dự tơi xin cam Ċoan Ċây cơng trình nghiên cứu thực Ċồng thực hướng dẫn tập thể cán hướng dẫn PGS.TS Lê Hồng Bang PGS.TS Đỗ Quang Khải Để hồn thành luận án này, tơi dùng tài liệu Ċã ghi mục tài liệu tham khảo mà khơng dùng tài liệu khác Khơng có chép, gian lận kết cơng trình nghiên cứu tác giả khác Hải phòng, ngày 12 tháng 02 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thị Thu Lê i LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hoàn thành luận án tiến sĩ với Ċề tài: “Nghiên cứu tính tốn hệ dây neo cơng trình biển đặt vùng biển Việt Nam” tác giả Ċã nhận Ċược nhiều giúp Ċỡ từ tổ chức cá nhân Tác giả xin chân thành cảm ơn: Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Khoa Đóng tàu, Bộ mơn Lý thuyết thiết kế, Bộ mơn Cơng nghệ Vật liệu, Viện Cơ khí Ċã tạo Ċiều kiện mặt thời gian công tác chuyên môn Ċể tác giả tập trung vào công việc nghiên cứu; Công ty cổ phần Ċầu tư kỹ thuật phát triển công nghệ biển Việt Nam VIMARTEC, Công ty Cổ phần MARITECHS Ċã giúp Ċỡ tác giả số liệu thực tế, phân tích kết Ċóng góp ý kiến cho luận án; Tập thể cán hướng dẫn PGS.TS Lê Hồng Bang, PGS.TS Đỗ Quang Khải thầy Khoa Đóng tàu Ċã Ċịnh hướng, hướng dẫn giúp Ċỡ Ċể tác giả tiếp cận tốt với phương pháp nghiên cứu hồn thành luận án Gia Ċình bạn bè Ċã Ċộng viên, khích lệ Ċể tác giả hồn thành tốt luận án Trân trọng cảm ơn! Tác giả Nguyễn Thị Thu Lê ii MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Lời cam Ċoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt ký hiệu vii Danh mục bảng xi Danh mục hình xiii Mở Ċầu 1 Lý nghiên cứu Ċề tài Mục Ċích Ċề tài 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ċề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận án Chương Tổng quan tính tốn hệ dây neo cơng trình biển 1.1 Giới thiệu cơng trình biển 1.2 Phân loại hệ thống neo cơng trình biển 12 iii 1.2.1 Dạng neo Ċơn 12 1.2.2 Dạng neo chùm 19 1.2.3 Dạng neo Ċầu cuối 20 1.2.4 Nhận xét công trình biển Việt Nam 20 1.3 Tổng quan tính tốn hệ dây neo cơng trình biển 21 1.3.1 Các nghiên cứu tính tốn dây neo cơng trình biển nước ngồi 21 1.3.2 Tính tốn dây neo cơng trình biển Ċang áp dụng Việt Nam 26 1.3.3 Đánh giá tính tốn hệ dây neo Việt Nam 35 Chương Cơ sở lý thuyết 39 2.1 Mơ hình hóa tốn tính hệ dây neo theo mơ hình khơng gian 39 2.1.1 Phân tích dây neo hệ 40 2.1.2 Phân tích phần tử dây neo 41 2.1.3 Điều kiện biên hệ 44 2.2 Cơ sở lý thuyết 44 2.2.1 Phân tích dây neo chịu tải trọng thân 44 2.2.2 Công thức Morrison 48 2.2.3 Cơ sở lý thuyết sóng 51 2.2.4 Lý thuyết dịng chảy 61 iv 2.2.5 Phương trình dao Ċộng tổng quát hệ 63 2.2.6 Xác Ċịnh véc tơ tải trọng nút theo phương pháp PTHH 65 2.2.7 Phương pháp tích phân trực tiếp phương trình vi phân theo Newmark 69 2.2.8 Mối liên hệ lý thuyết 72 Chương Xây dựng thuật tốn tính tốn hệ dây neo cơng trình biển theo mơ hình khơng gian 73 3.1 Cơ sở phương pháp xây dựng thuật toán 73 3.2 Đặc Ċiểm vùng biển sóng biển Việt Nam 74 3.2.1 Vùng biển Việt Nam 74 3.2.2 Sóng biển Việt Nam 75 3.3 Dạng phổ thích hợp Ċể mơ tả sóng vùng biển Việt Nam 76 3.4 Thuật toán thiết lập mặt sóng ngẫu nhiên tính tốn thơng số Ċộng học sóng vùng biển Việt Nam 79 3.5 Thuật tốn tính dây neo Ċơn chịu tải trọng thân 82 3.6 Thuật tốn tính hệ dây neo theo mơ hình khơng gian 85 3.6.1 Thuật tốn quy tải trọng nút phần tử dây neo 85 3.6.2 Thuật toán xác Ċịnh ma trận Ċộ cứng, ma trận khối lượng, véc tơ tải trọng nút, ma trận cản nhớt kết cấu 89 3.7 Thuật giải phương trình vi phân dao Ċộng hệ dây neo 98 3.8 Thuật tốn tính tốn tĩnh lực học hệ dây neo theo mơ hình khơng gian 99 3.9 Thuật tốn tính tốn Ċộng lực học hệ dây neo theo mơ hình khơng gian 103 v Chương Lập chương trình máy tính kiểm nghiệm thuật tốn tính tốn hệ dây neo theo mơ hình khơng gian 4.1 Tổng quan cơng trình thực tế - FSO Rạng Đơng 111 111 4.1.1 Mô tả chung 111 4.1.2 Số liệu môi trường phân tích thiết kế neo 113 4.1.3 Hệ thống neo chằng buộc 114 4.2 Thiết lập mặt sóng ngẫu nhiên vùng biển mỏ Rạng Đông 116 4.2.1 Số liệu chương trình thiết lập mặt sóng ngẫu nhiên vùng biển mỏ Rạng Đơng 116 4.2.2 Kết tính tốn 116 4.3 Tính tốn hệ dây neo theo mơ hình khơng gian 120 4.3.1 Số liệu Ċầu vào 120 4.3.2 Các thơng số kết tính tốn 124 4.4 Tính tốn phần mềm OCARFLEX 133 4.4.1 Số liệu Ċầu vào 133 4.4.2 Kết tính tốn phần mềm OCARFLEX 137 4.5 Đánh giá kết tính toán lực căng chuyển vị dây neo Kết luận 140 142 Kết Ċóng góp luận án 142 Nhận xét kiến nghị 144 Tài liệu tham khảo 145 Danh mục cơng trình Ċã cơng bố luận án Phụ lục vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích Ký hiệu Biên Ċộ sóng Bước thời gian CALM Catenary Anchor Leg Mooring Chỉ số chuẩn phổ CTBN Cơng trình biển H Chiều cao sóng Hs Chiều cao sóng Ċáng kể  Chiều dài sóng L Chiều dài dây neo Chiều dài giới hạn Ċường dây neo Chiều dài phân Ċoạn dây neo Tm Chu kỳ sóng Tz Chu kỳ cắt khơng TP Chu kỳ Ċỉnh phổ DNV-GL Det Norske Veritas - Germanischer Lloyd D Đường kính dây neo  Độ lệch profil sóng so với mặt nước lặng d Độ sâu nước Độ nhám phần tử FSO Floating Storage and Offloading FPSO Floating Production, Storage and Offloading vi FPDSO Floating Production, Drill, and Storage Offloading g Gia tốc trọng trường ax Gia tốc phần tử nước theo phương ngang az Gia tốc phần tử nước theo phương Ċứng Giá trị Ċiều kiện cân nút Góc lệch pha ngẫu nhiên Góc nghiêng dây neo ̅ Góc phương vị Góc hợp trục phần tử véc tơ vận tốc phần tử nước  Hàm vận tốc Ca Hệ số khối lượng CD Hệ số lực cản Hệ số lực cản phụ thuộc Ċộ nhám Hệ số lực cản pháp tuyến CDt Hệ số lực cản tiếp tuyến Hệ số cản vật liệu Hệ số dòng theo Hệ số lực qn tính SF Hệ số an tồn lấy theo quy phạm Hướng sóng Khối lượng riêng vật liệu dây neo Khối lượng riêng nước biển T Lực căng dây neo Tđ Lực kéo Ċứt vật liệu dây neo vi