Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của liên kết đàn hồi trong phân tích động lực học kết cấu tấm nổi chịu tải trọng di động

Luận van tập trung nghiên cứu về ứng xử của kết cau nỗi siêu lớn VLFS có bố trihệ neo dan hỏi khi chịu tác động của tải trọng tập trung di động.. Tổng quan 8Ké từ trước đến nay, nhiều mô

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHI MINHTRUONG DAI HOC BACH KHOA

PHAM HONG THAI

ANH HUONG CUA LIEN KET DAN HOITRONG PHAN TÍCH ĐỘNG LỰC HOC KET CẤU TAM NOI

CHIU TAI TRONG DI DONG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng va công nghiệp

Mã số ngành: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.HCM, 12 - 2019

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc:Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS LUONG VAN HAI

3 PGS.TS NGUYEN TRONG PHUOC Uy vién (Phan bién 1)4 PGS.TS BUI CONG THANH - — Ủy viên (Phan biện 2)5 TS NGUYEN TAN CƯỜNG - Uy viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIET NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIEM VỤ LUẬN VAN THAC SĨ

Họ và tên học viên: PHẠM HỎNG THÁI MSHV: 1670586Ngày, thang, năm sinh: 09/10/1993 Noi sinh: Déng Nai

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dung và công nghiệp

Mã số: 60 58 02 08I TÊN DE TÀI: Anh hướng của liên kết đàn hồi trong phân tích động lực học

kết cau tam nồi chịu tai trọng di độngH NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Trình bay cơ sở lý thuyết tâm, liên kết đàn hồi, chất lỏng lý tưởng, phương phápphan tử hữu hạn và phương pháp phan tử biên

2 Phát triển thuật toán giải hệ phương trình tương tác giữa tam và chat lỏng trongmiễn thời gian và xây dựng chương trình Matlab mô phỏng ứng xử hệ tắm-nước.3 Kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính bang cách so sánh kết quả của chương

trình với kết quả các bài báo tham khảo.4 Tiến hành thực hiện các ví dụ số nhằm khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố quan

trọng đến ứng xử động của kết cau tim, từ đó rút ra các kết luận và kiến nghi.Ill NGAY GIAO NHIEM VU : 15/07/2018

IV NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : 10/12/2018V HO VA TEN CÁN BO HUONG DAN: PGS.TS LUONG VAN HAI

Tp HCM, ngày 10 thang 12 năm 2018CAN BO HUONG DAN BAN QUAN LY CHUYEN NGANH

(Ho tén va chir ky) (Ho tén va chir ky)

PGS.TS LUONG VAN HAI

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

(Họ tên va chữ ky)

LỜI CÁM ƠN

Luận văn Thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp năm trong hệthống bài luận cuối khóa nhăm trang bi cho học viên cao học khả năng tự nghiên cứu,biết cách giải quyết những van dé cụ thé đặt ra trong thực tế xây dựng Đó là trách

nhiệm và niêm tự hào của môi học viên cao học.

Đề hoàn thành Luận văn nay, ngoài sự có gang và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhậnđược sự giúp đỡ nhiều từ tập thể và các cá nhân Tôi xin ghi nhận và tỏ lòng biết ơntới tập thể và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó

Trước hết tôi xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thay PGS.TS Luong Văn Hải.Thay đã đưa ra gợi ý đầu tiên dé hình thành nên ý tưởng của dé tai, góp ý cho tôi rấtnhiều về cách nhận định đúng đắn trong những van dé nghiên cứu, cách tiếp cận

nghiên cứu hiệu quả.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thay Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Dai họcBách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là nhữngkiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi

Sau này.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến anh NCS Nguyễn Xuân Vũ đã giúp đỡ tôi rấtnhiều trong quá trình thực hiện Luận văn này

Lời cảm ơn sâu sắc nhất xin gửi tới Ba Mẹ, những người đã sinh ra và nuôi con ăn

học thành tài, luôn dõi theo từng bước và ủng hộ con đường của con.

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân,tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thây Cô chỉ dẫn thêmdé tôi bố sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân minh hơn

Xin trân trọng cảm ơn.

Tp HCM ngày 10 tháng 12 năm 2018

Phạm Hồng Thái

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Với tình hình gia tăng dân số hiện tại ngày cảng nhanh, quỹ đất đai sử dụng ngàycàng thu hẹp dân Vì thế những quốc gia có đường bờ bién dải hay những đảo quốcđã triển khai những dự án lan biển hoặc sử dụng những kết cấu nổi dé giải quyết nhucầu về chỗ ở cho người dân cũng như phát triển hạ tầng đô thị Để giải quyết vẫn đềtrên, các nhà nghiên cứu, kỹ sư đã đưa ra một giải pháp thay thế mới hiệu quả hơn,đó là xây dựng một hệ thống kết cau nồi siêu lớn (Very Large Floating Structures,

VLFS).

Luận van tập trung nghiên cứu về ứng xử của kết cau nỗi siêu lớn (VLFS) có bố trihệ neo dan hỏi khi chịu tác động của tải trọng tập trung di động Trong Luận văn tậptrung khảo sát ảnh hưởng của liên kết đàn hỏi lên ứng xử của hệ kết cau tam nồi Phankết cầu tâm được phân tích theo lý thuyết tam Reissner — Mindlin, mô hình tính toánbăng phương pháp phan tử hữu hạn (FEM) sử dụng phan tử tứ giác 9 nút Phần nướcbiển được mô hình tính toán bằng phương pháp phan tử biên (BEM) với miễn chấtlỏng có kích thước lớn gấp đôi so với kết cau tam nổi bên trên Phan chất lỏng đượcmô phỏng gồm các biên giới hạn: Biên mặt dưới tắm (Hull Bed), biên mặt thoángchất lỏng (Free Surface), biên mặt đáy biến (Sea Bed) và biên vô cực (Far Region).Phần nước chuyển động bên dưới tắm được đại diện bởi một thé vận tốc gọi là @.Chuyến động của nước biển được giả thiết là nhỏ dé xây dựng phương trình chuyểnđộng cho chất lỏng dựa trên lý thuyết sóng tuyến tính Sự tương tác giữa kết cau vàphan chat lỏng bên dưới thể hiện thông qua điều kiện động học tại mặt tiếp xúc củatắm và chất lỏng: Vận tốc của tâm và chất lỏng tại mọi vi trí tiếp xúc luôn bang nhau,nghĩa là không có khoảng cach giữa bề mặt tắm va chất lỏng

Phần tính toán của Luận văn được mô phỏng băng phần mềm Matlab R2015b, kếtquả chương trình Matlab được kiểm chứng với kết quả nghiên cứu của Ismail [10].Sau đó tiễn hành khảo sát mức độ ảnh hưởng của hệ neo đàn hồi lên tam khi thay đổi

các thông số như vận tốc, vị trí và độ cứng hệ neo Kết quả khảo sát cho thay hệ

neo dan hồi có xu hướng làm giảm lực cản và dao động của kết cấu tâm nổi Tuynhiên, cần nhiều nghiên cứu hon dé tận dụng tối da ảnh hưởng của hệ neo dan hồi lên

tâm.

SUMMARY

With the current population increase, the land fund is gradually narrowed Socountries with long coastlines or island nations have implemented projects toencroach on the sea or use floating structures to address the need for accommodationfor people as well as urban infrastructure development To solve this problem,researchers and engineers have come up with a new, more efficient alternative, tobuild a very large floating structure system (Very Large Floating Structures, VLFSs).The thesis focuses on studying the behavior of very large floating structure (VLFSs)with an arrangement of elastic anchor system when under the influence of movingconcentrated load Besides, the thesis investigates the effect of elastic moring on thebehavior of the floating plate structure The plate structure is analyzed according toReissner - Mindlin plate theory, the model is calculated by finite element method(FEM) using quadrilateral elements with 9 nodes The seawater is modeled byboundary element method (BEM) with the liquid area which is twice as large as thefloating plate structure above The fluid portions are composed of boundaryboundaries: Hull-Bed, liquid surface boundary (Free Surface), Sea-Bed boundary andinfinity margin (Far Region).

The moving water below the plate is represented by a velocity potential called ¢ Themotion of seawater is assumed to be small to establish the equations of motion forliquids based on linear wave theory The interaction between the structure and theliquid portion is shown through the kinetic conditions at the contact surface of theplate and the liquid: The velocity of the plate and the liquid at all contact points isalways equal, it means there is no a gap between the plate surface and the liquid.The calculation part of the Thesis is simulated by Matlab R2015b software, Matlabprogram results are verified with Ismail's research results [10] Then survey theinfluence of the elastic anchor system on the plate when changing parameters such asvelocity, position and anchor system stiffness, etc The survey results show that theelastic anchor system tends to reduce resistance and vibration of the floating platestructure However, more research is needed to make the most of the effect of elasticanchors on the plate.

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn củaThây PGS.TS Lương Văn Hải

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bồ ở các nghiên

cứu khác.Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của minh.

Tp HCM, ngày T0 tháng 12 năm 2018

Phạm Hồng Thái

MỤC LỤCNHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ -¿-©- +52 SE E2 1215111215151 11111, iLOL CAM 90 iTOM TAT LUẬN VAN THAC SỈĨ - 5-5: E221 E212 1E1511111111511 1111 11Etk iiLOI CAM DOAN ooiecccccccccccsescssssesscscsssscscsvsscsvsssscscsssacsvsssscsssssscsvsssscsvsesstavseeseavseeseaes iii

10900922 iv

DANH MỤC CAC HINH VẼ SE S2 SE 1 E1 111515111111 111111 111111511111 xe viiDANH MỤC CAC BANG BIÊU - 2 - 522 E3 E9 1 3215152111111 11 1E cxe, xiiiMOT SO KY HIEU VIET TẮTT 52 G- 52562 E323 E SE E121 1111 Erkd xivCHƯƠNG 1 TONG QUAN St E51 515151515111515151515111 111111115111 Erkd |

1.1 Giới thiệu chung - 00100010101 111111111111 11990351 1111 kg ng vớ |

1.1.1 Lịch sử phát triỂn - k1 #E# 9E SE nnngegreg |1.2 Tình hình nghiên cứu va tính cấp thiết của dé tài - s55 s+s+csrsreced 51.2.1 Các công trình nghiên cứu trên thé giới -¿-¿- ss+x+x+x+esesesese 5

1.2.2 Các nghiên cứu trong ƯỚC c5 5 S22 222333113335535155511111EEEsseree 111.3 Mục tiêu và hướng nghiÊn CỨU - 5-55 2111111111111 13

1.4 Cau tric du kién trong Luận văn «<< -c c1 111311111111 11855333111 11111 k2 13CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LY THUYET , 5-5252 SE SEEE5EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrrrred 142.1 Mô hình cấu trúc chất long và các điều kiện biên - - + 5s s se: 142.1.1 Mô hình cau trúc chất lỏng - + + xxx ‡EeEeEeEeEersrerereree 142.1.2 Điều kiện biên - - ¿+ SE E9 SE 15111111511 117115 1511111511111 T1 152.2 Hệ neo đàn hồi ¿5221 E1 E1 E511 1 1511111111115 1115110111511 11 111k l62.3 Lý thuyết tam Reissner — Mindlin chịu uốn - - + + ss+s+E+EsEsEererxe 172.4 Phương pháp phan tử hữu hạn áp dụng cho tam dày Mindlin 202.4.1 Mô hình phan tử hữu han cho kết câu tấm 5 +c+e+esesescse 20

2.4.2 Hệ tọa độ địa phương của phan tử tham chiếu ©) 212.5 Tích phân số - Phép cầu phương Gauss cccscscsecssssssesssssscessssessverevevereeees 242.6 Thiết lập ma trận kết cầu tam Mindlin trên nền đàn nhớt sử dụng phương phápphân tử hữu hạn FEMM - k1 E19E9E9E5 E1 xưng HH1 10 ro 252.7 Phương pháp phan tử biên - + sex Sx SE SxSkSkSESkEEEEEEEESESEEEsEerrererers 322.7.1 Lý thuyết chất lỏng lý tưởng - - 6xx #E#ESESESEEkrkrkrkrkeeeed 322.7.2 Phương trình thuỷ động lực của chất lỏng trên miễn thời gian 33

2.7.3 Phương pháp BEM áp dụng cho bài toán 3Ì -<++++2 34

2.7.4 Phương pháp phan tử biên tuyến tính - -s- +s+s+x+x+x+xeeeeeesese 372.7.5 Phương pháp phan tử biên cho bài toán Hydroelastie 382.8 Phương trình dao động của hệ tâm — nƯỚC ¿- + + +E+£E+E+EsEereEererees 402.9 Phương pháp giải hệ phương trình chuyển động + + 2 + + xe: 412.10 Lưu d6 tính toán -c:-5cc tt 43CHƯƠNG 3 CÁC VI DỤ SỐ 5c 2ct 2 tre 453.1 Bai toán 1: Kiểm chứng chương trình phân tích hydroelastic của tam tự do sovới kết quả của tác giả Ismail [1 ] - - «<< SE #E£EEEeEeEeEEkrkrerererees 46

3.1.1 Mô hình thí nghiỆm -Ă G5 E3 3323311111113388566611 111111111 eerrree 46

3.1.2 Kết cầu tâm nỗi ¿-c:5+tct2 t2 r2 483.1.3 Vùng chất lỎnng k9 1111111115111 11131111 rki 48

3.1.4 Tai trong ố 48

3.1.5 Kiểm chứng két quả - «<3 EEEESES SE cưcưgggccvcei 493.2 Bài toán 2: Kiểm chứng độ tin cậy của bai toán với kết quả của phương phápphan tir hitu han 0 503.3 Bài toán 3: Khảo sát ứng xử tam khi thay đối vận tốc tải trọng di động 523.4 Bài toán 4: Khảo sát ứng xử tam khi thay đổi vị trí neo và số lượng hệ neo của

733.5 Bai toán 5: Khảo sát ứng xử tam khi thay đối độ cứng hệ neo - 99

3.6 Bai toán 6: Khao sát ứng xử tam khi thay đối độ sâu đáy bién 105CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, ¿2-5 2 S<+E+E2£E£EzEzrreerred 1144.1 KẾ luận -¿- - SE E5 1 11151121515 11115111115 1111111111151 1111110101011 g0 114"z6 ¡nh 115TÀI LIEU THAM KHẢO c5 SE 1 E3 15111121515 211111 2111511111111 te 116

PHU LUC wiiceececcccscccsssssscscsecscsscscsscscsscsssecscsscscsecsssessssscavsecansesavsnsatsecsnsscacessecensneasees 120

Hinh 1.1.Hinh 1.2.Hinh 1.3.Hinh 1.4.Hinh 1.5.Hinh 1.6.Hinh 1.7.Hinh 1.8.Hinh 1.9.Hinh 1.10.Hinh 1.11.Hinh 1.12.Hinh 1.13.Hinh 1.14.Hinh 2.1.Hinh 2.2.Hinh 2.3.Hinh 2.4.Hinh 2.5.Hinh 2.6.Hinh 2.7.Hinh 2.8.Hinh 2.9.Hinh 2.10.

DANH MUC CAC HINH VE

Các thành phan của kết cầu NOi cccccceccessesssscsesesescscscecessssvevevevecevees 2Kết cấu giàn khoan ni - - -sstEE ST 111151115111 3Kết cấu sân bay nổi siêu lớn ở Vịnh TokkyO - 5 cscsceesesesrererees 3Sân nay quốc té Kansai — Nhật Bản + cv +vexeEeeeeeree 3Đường băng nỗi của sân bay quốc tế KitaKyushu - 555656: 4

San bay trên đảo nhân tạo tại Vinh Osaka — Nhật Bản 4

Cầu nỗi tại Seattle — Hoa KKỳ - - - + ke ekekersreresree 5

Trạm cứu hộ tại Vinh TOKO << < G55 13333333133 115985555155115EExerrree 5

Tính uốn của kết cầu phao (Pontoon) cececccssessesesesesesesesesesececscecssesesevens 6Tính uốn của kết cầu tam nồi (VILESS) - 5 St exeEekeeeree 7So đồ phan ứng toàn phan của kết cau nổi - 2 - se +x+x+xeEeesesese 7Mô hình tâm nổi tiết điện tròn [1 5] - - 66+ t£eEeEeEeEsEsEsesesesesed 8Hệ đập chắn sOng v.c.ccccccscscscsccssssscessssssscscscsescsesecscececassvevacsvavavsvevsvseee 11Liên kết đàn hồi với đáy DIGI cece esesesecscscecesssssseeveestsestseeeenene 11Kết cấu nỗi và hệ tọa độ - - to Hn n1 TS 1S 1 1111111111111 sererd 15Các loại kết cầu neo thông thường - - - - sx+k+E£E#E+EeEeEererererees 17

Mô hình hệ neo - CC 22213113311 HH nh ve 17

Mô hình tắm dày Mindlin — ReiSSner - - - xxx ‡EeEeEeEersrererees 18Hai vi trí b6 trí neo trong mô hình wo eescececcececscesesesssesereteeeeeeeee 20Phan tử tứ giác 9 nút trong hệ tọa độ địa phương - ¿5 se: 22Phần tử tứ giác 9 nút trong hệ tọa độ tự nhiên -<<<55- 22Mô hình tính cản của tắm trên nền dan hồi - - + + + +eses£srecee: 29Sự biến đối của ty số dao động can và tần số dao động riêng 30

Miên khảo sát và mặt biên tròn, nửa đường tròn <- 34

Hinh 2.11.Hinh 2.12.Hinh 2.13.Hinh 2.14.Hinh 3.1.Hinh 3.3.Hinh 3.4.Hinh 3.5.Hinh 3.6.Hinh 3.7.Hinh 3.8.Hinh 3.2.Hình 3.9.

Hình 3.10.

Hình 3.11.Hình 3.12.Hình 3.13.Hình 3.14.Hình 3.15.Hình 3.16.Hình 3.17.Hình 3.18.Hình 3.19.

Hàm Green G(P,)) - - - GG 001 000111111111199333 10111111 1n ng ng v2 35

Phần tử panel 4 nÚI - - - s19 5E x1 H11 111111111 37Rời rac hóa miền tính foán ¿- tcSe te E+ESEE9E+ESEESEtEEEEerrsrereesersrd 39Luu d6 (0: PP 44Các thông số mô hình tâm khảo sat - - - + + k+E£E#E+E+EeEsrerererees 45Kích thước tam dùng kiểm chứng thí nghiệm của Ismail 47Lưới mesh FEM mô hình tam nổi của Ismail - - 2-25 +s+s+zee: 48Hệ tọa độ và lưới BEM mô hình tắm nỗi -:-cc5ccscccsrxce 48So sánh chuyển vị tam của Matlab và nghiên cứu của Ismail [10] 50Mô hình tam và tải trong tĩnh trong phần mềm SAP2000 5]Kết quả chuyền vị tĩnh kiểm chứng giữa Luận văn và SAP2000 51Kích thước tâm khảo sát theo mô hình của Endo [6] -<- 53

Biểu đồ sự thay đổi độ sâu vùng lõm so với vận tốc tải trọng trong

nghiên cứu của Takizawa [2Š] - 5552333 S S3 3335555111xxrree 54

Biểu đồ sự thay đối bề rộng vùng lõm so với vận tốc tải trọng trong

nghiên cứu của Takizawa [2Š] - 5552333 S S3 3335555111xxrree 55

Vị trí neo khảo sát cho trường hợp vận tốc thay đồi -: 55Chuyến vị tại điểm Z1 khi W = 5zm/'s -.- 2 22©c+c£e+e+£ecszce 57Chuyến vị tại điểm Z1 khi V = IÖzw/'s - - 2 scc+cscs+cc 57Chuyén vi tại điểm Z1 khi V = I5zw/2s - - + 2 s+esreceeese 58Chuyến vị tại điểm Z1 khi V = 20 m/s - 2-22 <+c2£s+e+£ecszcz 58Chuyén vi tại điểm Z1 khi V = 25 m/s 2 ++s+s+Eeck+EsEerkexse 59Chuyến vị tại điểm Z1 khi V =30 m/s -¿-2-c+c2cs+esrceece 59Chuyến vị tai điểm Z3 khi V =S m/s 2 2-2 +e+k+e+Esrererereee 60Chuyên vị tại điểm Z3 khi W = 10/0/s - +c<cs+cecs+cscseẻ 60

Hình 3.20.Hình 3.21.Hình 3.22.Hình 3.23.Hình 3.24.Hình 3.25.Hình 3.26.Hình 3.27.Hình 3.28.Hình 3.29.Hình 3.30.Hình 3.31.Hình 3.32.

Hình 3.33.Hình 3.34.

Hình 3.35.

Hình 3.36.Hình 3.37.Hình 3.38.Hình 3.39.Hình 3.40.Hình 3.41.Hình 3.42.

Chuyến vị tại điểm Z3 khi V = I5zw/s . - - 2©5+c<cscseẻ 61Chuyên vi tai điểm Z3 khi V = 20/8 cccccccccscsscscssescssssssssesesesseseeseseeees 61Chuyến vị tại điểm Z3 khi V = 25 m/s vicccccccccscssssssssssssssesssesseseeeseeees 62Chuyên vi tại điểm Z3 khi V = 30/8 -.- 5c s+cccscreceee 62

Chuyến vị tam với vận tốc V =10m/s khi không bồ trí hệ neo 63

Chuyến vị tam với vận tốc V =10m/s khi bồ trí hệ neo - 63

Biểu dé chuyển vị tam tại điểm Z1 trong ¢ = 10s với V = 201/ 65

Biéu dé chuyén vị tam tại điểm Z1 trong ¢ = 10s với V = 701/s 66

Biéu dé chuyén vị tam tại điểm Z3 trong ¢ = 10s với V = 201/ 66

Biéu dé chuyén vị tam tại điểm Z3 trong ¢ = 10s với V = 701/s 67

Biéu dé chuyén vị tam tại điểm Z5 trong ¢ = 10s với V = 201/ 67

Biéu dé chuyén vị tại điểm Z5 trong t= 10s với V = 70m/S 68

Sự thay đôi chuyén vị của các điểm khảo sát khi có liên kết đàn hồitại vận tỐc TOM/S - is tt St 111131911818 15111 111111111 15511 15511151511 Ee xe 70Mô hình khảo sát trong nghiên cứu của Kashiwaghi [20] 70

Chuyén vi của các điểm trên tam khi máy bay ha cánh (Tham khảoKashiwaghi [20]]) - c1 11111111111 1100211111111 khe 71Chuyén vị tam khi van tốc tai trọng lớn hơn vận tốc giới hạn (Thamkhảo Takizawa [2Š ] - c5 1 1110103011013 30 32 72Lực cản tác dụng lên tắm khi V = 20m/% - 22s se SsEse se £szsesez 73Lực cản tác dụng lên tắm khi V = 7Ũm/% 22s se SE se s£szsesez 73Hai mô hình khảo sát ảnh hưởng của vị trí neo lên tắm 74Lực cản tâm theo phương X khi ƒ = IŨim/S - 5-5 +s+c+s+£+sssse 76Lực cản tâm theo phương X khi ƒ = IÕm/S - 5-5 +s+c+s+£+sssse 77Lực cản tâm theo phương X khi W = 2lm/S 5-5-5 +s+c+s+e+escse 78Lực cản tâm theo phương X khi W = 24im/S - 5-5 +s+c+s+e+essse 79

Hình 3.43.Hình 3.44.Hình 3.45.Hình 3.46.Hình 3.47.Hình 3.48.Hình 3.49.Hình 3.50.Hình 3.51.Hình 3.52.Hình 3.53.Hình 3.54.Hình 3.55.Hình 3.56.Hình 3.57.Hình 3.58.Hình 3.59.Hình 3.60.

Hình 3.61.

Hình 3.62.

Hình 3.63.Hình 3.64.Hình 3.65.

Lực cản tam theo phương X khi V = 34im/S + + sex 80Lực cản tam theo phương Y khi V = IŨm/S + + s sex: 81Lực can tam theo phương Y khi V = IÕim/S - - - + s sex: 82Lực can tam theo phương Y khi V=21m/s eccceccecseessesesseseseeeeeeeeee 82Lực cản tam theo phương Y khi V = 24m/S w.cccccccesssseseeseseseeeeeeeeee 83Lực can tâm theo phương Y khi V = 34mm/S ccccesesseseeseseseeeseeeeee 83Chuyén vi tam khi bồ trí hệ neo ngang tam ở vận tốc V =24m/s 84Chuyén vị tam khi tải trọng di chuyển đến giữa tam với V = 10m/s 85Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến giữa tam với V = 16m/s 85Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến giữa tam với V = 21m/s 86Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến giữa tam với V = 24m/s 86Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến giữa tam với V = 34m/s 86Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến cuối tâm với V = 10m/s 87Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến cuối tam với V = 16m/s 88Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến cuối tam với V = 21m/s 88Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến cuối tam với V = 24m/s 88Chuyến vị tam khi tải trọng di chuyển đến cuối tam với V = 34m/s 89Biểu đồ xem xét ảnh hưởng theo phương dọc của vị trí neo lên tam

Hinh 3.66.Hinh 3.67.

Hinh 3.68.Hinh 3.69.Hinh 3.70.Hinh 3.71.

Hinh 3.72.Hinh 3.73.Hinh 3.74.Hinh 3.75.Hinh 3.76.Hinh 3.77.

Hinh 3.78.

Hinh 3.79.Hinh 3.80.Hinh 3.81.

Hinh 3.82.Hinh 3.83.Hinh 3.84.Hinh 3.85.

Hinh 3.86.

Khoảng anh hưởng của hệ neo lên tâm 5 + +e+Esesesrererees 93Mô hình tam khảo sát khi tăng chiều dài từ vị trí tải trọng dừng lại

đến hệ neo ccc tt S133 191181815111 18 1111111151181 E11 1111111115115 exee, 95

Biểu đồ so sánh chuyền vị tam khi chiều dài tam #=320(m) 95

Biểu đồ so sánh chuyền vị tam khi chiều dài tam =340(m) 95

Biểu đồ so sánh chuyền vị tam khi chiều dài tam =360(m) 96

Khảo sát chuyển vị tam tại điểm Z3 khi tăng số hệ neo theo phươngi10 97Chuyén vị tam tại thời gian 3.13(s) khi tăng số hệ neo 98

Chuyén vị tam tại thời gian 4.5(s) khi tăng số hệ neo 98

Chuyén vị tam tại thời gian 6.26(s) khi tăng số hệ neo 98

Biéu đồ chuyền vi điểm Z1 khi # tăng từ 10000 (KN/m) 102

Biểu đồ chuyền vị điểm Z3 khi # tăng từ 10000 (KN/m) 102

Chuyén vị tam với độ cứng k = 60000 (KN/m) khi tai di chuyển đếnVAN Án 103

Biểu đồ nội lực Mxx_ max khi # tăng từ 10000 (KN/m) 104

Biểu đồ nội lực Mxx_ min khi & tăng từ 10000 (kN/m) 105

So sánh chuyển vị tam giữa hệ không neo và hệ có độ cứng hệ neo¬ -¬ LAaAaa 105

Chuyén vi tam tại điểm Z1 ứng với các độ sâu đáy biến 107

Chuyén vị tam tại điểm Z5 ứng với các độ sâu đáy biến 108

Chuyến vị tam tại điểm Z5 tại thời điểm tải giữa tâm 108

Sự thay đổi dao động tam theo độ sâu trong nghiên cứu của Qiur6 109

Hình 3.87.Hình 3.88.Hình 3.89.Hình 3.90.Hình 3.91.Hình 3.92.

Chuyển vị điểm Z1 khi độ sâu biển H = 20 (m) 5555: 110Chuyển vị điểm Z1 khi độ sâu biển H = 58.5 (m) - -cs¿ 110

Chuyén vị tam tại điểm Z5 ứng với các độ sâu /#= 10m 111

Chuyén vi tam tại điểm Z5 ứng với các độ sâu H= 20m 111

Chuyén vi tam tại điểm Z5 ứng với các độ sâu /#= 30m 112

Chuyén vi tam tại điểm Z5 ứng với các độ sau H= 40m 112

Bảng 2.1.Bảng 3.2.Bảng 3.3.

Bảng 3.4.Bảng 3.1.Bảng 3.5.Bảng 3.6.Bảng 3.7.Bảng 3.8.

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Điểm Gauss và ham trong long wees sesscsesesesescecececsssseveveveveveeeeees 25Bang thông số kết cầu tam theo mô hình của Ismail [10] 46Bảng thông số tam dùng để so sánh kết quả giữa Luận van và

SAP2000 02 50

Bang so sánh kết quả chuyền vị giữa Luận văn và SAP2000 51Bang thông số kết cầu tam theo mô hình của Endo [6] - 52Bang so sánh chuyền vi của tam khi xét đến hệ neo - 5-5: 90Giá trị chuyền vị tam khi thay đổi chiều dài tâm - - +: 94Gia tri chuyén vi diém Z3 khi tang số hệ NCO cccsescssssesesesseseseseesesceseseess 96

Bảng so sánh chuyển vị điểm Z1 và Z3 giữa các độ cứng hệ neo

s14 100

MOT SO KY HIỆU VIET TAT

Chữ viết tắtVLFSs Kết cau nồi siêu lớn (Very Large Floating Structures)Q9 Phan tử tứ giác 9 nút (Quadrilateral nine-node element)Q4 Phan tử tứ giác 4 nút (Quadrilateral four-node element)FEM Phương pháp phan tử hữu han (Finite Element Method)FEM-3 Phương pháp phan tử hữu han sử dung phan tử 3 nútFEM-9 Phương pháp phan tử hữu hạn sử dụng phan tử 9 nút

DOF Bac tu do (Degree of Freedom)

BEM Phuong phap phan tir bién (Boundary Element Method)

J Ma trận Jacobi

Ma trận khối lượng phan tửMa trận cản phần tử

Ma trận độ cứng phan tửMa trận khối lượng hiệu dụng

Ma trận tải trọng hiệu dụng

Ma trận độ cứng hiệu dụng

Ma trận độ cứng đây nỗiVéctơ thế vận tốc

Vécto tải trọng tổng thé của hệVéctơ chuyền vị nút phần tử

Chiều dai tam theo phương xChiều dài tam theo phương yModule đàn hồi của vật liệuModule chồng cắt đàn hồi của vật liệuHệ số poisson của vật liệu

Trọng lượng riêng của vật liệu tắmChiều day tam

Góc xoay của tam quay quanh trục y

Thời gian

Độ sâu đáy biếnMặt biên đáy biếnMặt bên kết cau nồiMat đáy kết cau nỗiMặt thoáng chất lỏngBiên mặt chất lỏng ở vô cực

Khối lượng riêng tương đươngPhần chìm trong nước

Chiêu dài đặc trưng

Gia tri tai trọng

Vận tốc tải trọng

Phân chìm két cau trong nước

Tổng quan |

CHUONG 1.

TONG QUAN

1.1 Gidi thiệu chung

1.1.1 Lich sir phat triểnHệ thống kết cau nỗi siêu rộng (VLFSs) là một đảo nhân tao, được xây dựng dé dựnglên các kết cau như sân bay nổi, cầu, đê chăn sóng, cầu cảng và bến cảng, các kho lưutrữ (như dầu và khí đốt), các thiết bị điện gió hoặc điện năng lượng mặt trời cho mụcđích dân sự Kết cau nổi có thé tao ra những không gian rộng lớn như khu côngnghiệp, cơ sở y tế, văn hóa như casino, bệnh viện, công viên giải tri và các kết cau diđộng ngoài khơi Hiện nay, do quỹ đất xây dựng ngày cảng thu hep va sự bùng nỗcủa sự gia tăng dân số, nhiều ý tưởng được dé cập cho việc xây dựng những thànhphố trên mặt nước hoặc những khu phức hợp không 16 Một số nước trên thế giới đãbắt đầu xây dựng và đã đạt được hiệu quả nhất định

Hệ kết cau nỗi có những ưu điêm so với ket câu cô định truyện thông, như những ket

cầu có thé mở rộng từ bờ biển vào những vùng nước mở.e Không gây phá hoại hệ sinh thái biến

e Không gây lang bùn ở vị trí các cảng sâu.e Không làm gián đoạn dòng hải lưu biểne Dễ dàng xây dung, vì đa số các kết cầu được chế tạo sẵn và lắp dựng.e Không ảnh hưởng nhiều khi xảy ra động dat

Tận dụng được lực đây nôi của nước biên.

Một hệ thống kết câu nồi được trình bày như Hình 1.1 gồm các thành phần chính vàđược xây dựng cho nhiều mục đích khác nhau

loại kêt câu này.

Ngược lại, cau trúc phao (Pontoon) năm trên mực nước biển như một tam khong 16trôi nổi trên mặt nước Cau trúc nổi dạng Pontoon thích hop để sử dung trong cácvùng nước tĩnh lặng, thường nam trong vịnh, đầm và gan bờ biển Các kết cau nồi

Pontoon siêu lớn thường được gọi là Mega-Float Trong phạm vi Luận văn này, họcviên chủ yêu dé cập đền kêt cau nôi siêu lớn VLFSs dạng Pontoon.

Ké từ năm 2002, kết cau ngoài khơi lớn nhất được xây dựng như một tắm nồi lớn, làmột sân bay nồi đầu tiên được xây dựng trên vịnh Tokyo từ năm 1998 đến năm 1999,Sân bay có chiều dài Ikm, được xây dựng chủ yếu dé thí nghiệm các phương tiện,nghiên cứu các phản ứng của hệ kết cấu dưới tác dụng của các loại tải trọng Dự ánnày được thay thế như một dự án để nghiên cứu thông tin kỹ càng cho một đườngbăng nổi được dé xuất tại sân bay Kansai, nhưng kết quả chọn xây dựng đảo dé hỗtrợ đường băng mà không làm đường băng nỗi Hình 1.2 đến Hình 1.8 thé hiện mộtsố công trình trên thế giới sử dụng kết cau VLFSs

Hình 1.2 Kết cau giàn khoan nổi Hình 1.3 Kết cấu sân bay nỗi siêu lớn

ở Vịnh Tokyo

Kansai International Airport (KIX)

_— RunwayA~ (3400m

: Intemational Car

T Trad « North Pac

Runway 6 %3

4 /V% i000m!

(4 ,QUWN\)

Hình 1.4 Sân nay quốc tế Kansai — Nhật Ban

Tổng quan 4

Tổng quan 6

day rất nhiều, dẫn đến VLFSs rất dễ uốn so với các kết cau ngoài khơi khác, dẫn đếnsự biến dạng đàn hồi sẽ vượt trội hơn so với chuyển động của tâm cứng Vì vậy tươngtác giữa áp lực động của sóng nước và bién dang đàn hồi hay còn gọi là hydroelasticgiữ vai trò chủ yếu trong ứng xử động lực học Hình 1.9 và Hình 1.10 mô tả tính uốncủa kết cầu Pontoon và kết cầu VLFSs

Về phan kết cau, kết câu nổi thường là kết cấu bê tông và kết cấu thép Chúng đượckhảo sát như một tắm đàn hồi tuyến tính với các cạnh biên là cạnh tự do Chuyểnđộng theo phương ngang của hệ kết cấu là nhỏ nên chỉ xem xét chuyên động theophương đứng Đồng thời, khi khảo sát ứng xử hydroelastic, lực cản nhớt giữa mặtnước và kết cau thường rất nhỏ so với lực cản tong quát do quá trình tạo sóng trong

một chu kỳ đặc trưng của sóng nên được bỏ qua.

Mặt khác nếu áp lực thay đôi chuyển động của kết cau nổi cũng bị ảnh hưởng Mốiquan hệ tương hỗ nay được gọi là sự tương tác của cau trúc chất lỏng Nếu chuyểnđộng của vật thé nỗi bao gồm các biến dạng dan hồi, tương tác kết cầu — chất lỏngđược gọi là hydroelastic Với tỷ số giữa chiều dày và kích thước theo phương ngangnhỏ và kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng của sóng biển, ứng xử của VLFSstác động đáng ké đến áp lực chất lỏng xung quanh Do đó phân tích hydroelastic làcần thiết dé đánh giá ứng xử của một VLFSs

Khác với những con tàu và kết cau nổi ngoài khơi, kết cấu VLFSs có ứng xửhydroelastic là chủ yếu Sự so sánh ứng xử này khi chịu tải trọng tập trung được minhhọa theo sơ đồ trong Hình 1.9 và Hình 1.10 như là một biện pháp hợp lý để phân biệtVLESs với các tàu thuyền thông thường dưới dạng ứng xử toan phan, một chiều dai

đặc trưng là đã được đề xuất 4, bởi Suzuki va Yoshida

Chiêu dài két cau

N

(

VLFSs

Chuyén động củavật thể cứng

Tổng quan 8

Ké từ trước đến nay, nhiều mô hình đã được ứng dụng dé phân tích kết cầu VLFSs.Có thé kế đến như mô hình dam nổi được trình bày trong nghiên cứu của T.L

Khabakhpasheva [25], mô hình Sandwich-Grillage cua Masahiko Fujikubo [18] mô

hình VLFSs như một hệ gồm các dầm gân ở giữa va hai mặt của tam được mô phỏngbang phan tử mang mỏng (Membrane) Ngoài ra còn có Masashi Kashiwagi [19]dùngmô hình tam mỏng Kirchoff dé phân tích kết cầu tam, Le Thi Thu Hang [15] dùngmô hình tam day Mindlin phân tích kết cau tam nỗi tiết diện tròn dé có thé kế đến

biên dạng cat ngang của tam.

được khảo sát bởi Kim va Webster [14], Ohmatsu [22] đã đưa ra một phương pháp

tính dựa trên chuyên đổi Fourier, sử dụng ham ứng xử miền tần số dé phân tích ứngxử của kết cau tam nỗi của tải trọng bất kỳ Endo và Yago [6] đã đề nghị phươngpháp thay thế, biểu diễn áp lực thủy động lực học dựa trên kết quả miền tần số Sauđó giải phương trình đạo hàm riêng mô tả chuyển động của kết cấu nồi trong miềnthời gian băng phương pháp phan tử hữu hạn Kashiwagi [19] đã mô phỏng ứng xửtức thời của kết câu nổi trong trường hợp nâng hạ cánh của máy bay Phương pháptọa độ suy rộng miễn thời gian đã được Kashiwagi áp dụng dé tính toán lực cản phátsinh trong quá trình cất cánh của máy bay Phương pháp BEM (bậc thấp) là một trongnhững phương pháp được sử dụng, trong phương pháp này bề mặt tiếp xúc của kếtcau nỗi và nước được chia thành những phan tử nhỏ và thé vận tốc được giả thuyết làhăng trên mỗi phan tử Vì bước sóng của sóng tới nhỏ hơn kết cau rất nhiều, do đócần phân chia ra nhiều phần tử để đảm bảo độ chính xác cao, bài toán có quá nhiềuân số ảnh hưởng đến vẫn dé thời gian Newman and Lee [11] đưa ra hai phương phápđể giải quyết vẫn dé nay Một là sử dụng phan tử biên bậc cao dé chia bề mặt kết cau,điều nay giúp giảm số lượng phan tử biên nhưng van đảm bao tính chính xác Phươngpháp phan tử biên bậc cao cũng được dùng bởi Wang and Meylan [1] Lee và Choi(2003) đã phát triển một phương pháp kết hợp FEM-BEM để phân tích phản ứng danhồi tức thời của VLFSs Kashiwagi [13] đã sử dụng phương pháp tổ hop mode daođộng của ông để mô phỏng số phản ứng tức thời của sân bay nỗi khi máy bay cất vàhạ cánh sử dụng số liệu thực tế từ máy bay Boeing 747-400 Liuchao and Hua [23]dé xuất phương pháp phan tử hữu han trong miễn thời gian ba chiều dé phân tích phảnứng đàn hồi tức thời của VLFSs chịu tai trọng ngoài biến đổi Qiu (2009) đưa raphương pháp phân tử hữu hạn kết hợp miễn thời gian để phân tích phản ứng thủyđộng lực học của dam nỗi với tải trọng di chuyên Endo [9] đã ứng dụng phương pháptính toán miễn thời gian của ông để mô phỏng máy bay cất và hạ cánh có xét tới sóngbiển Wang và Tay [3] giới thiệu công thức toán học cho phân tích hydroelastic củaVLFSs dang pontoon trong miền tần số Họ đã sử dụng kết hợp hai phương pháp

Tổng quan 10

FEM-BEM để giải quyết bài toán: tâm - nước Cheng và cộng sự [4] đề xuất phươngpháp mở rộng miễn thời gian trực tiếp dé tính toán phan ứng tức thời của VLFSs chịuđồng thời sóng tới và tải ngoài bao gồm vật nặng rơi tự do hay máy bay cất và hạ

cánh.

Ngoài các phương pháp số, các phương pháp giải tích như phương pháp tô hợp modedao động cũng được nhiều tác giả thực hiện Trong phương pháp này, toàn bộ miềnchất lỏng được chia thành 2 miền bao gồm một miễn được bao phủ bởi tắm và mộtmiền bên ngoài Thế vận tốc trong mỗi miền được xấp xỉ bằng các hàm riêng trựcgiao Kashiwagi [19] đã sử dụng phương pháp tổ hợp mode dao động dé phân tíchsự chuyên động của chất long Tích phân mặt của lực thủy động lực học duoc chuyểnđối thành tích phân đường giúp giảm đáng kế thời gian tính toán Kim và Ertekin [12]đã đề xuất phương pháp t6 hop mode cho vùng chất lỏng bên dưới VLFSs Họ đã tậndụng một cách hiệu quả nghiệm của phương trình Helmholtz cho miền chữ nhật.Chuyển động của chất lỏng cũng được tính toán bằng phương pháp Phan tử hữu han(FEM) dựa trên nguyên lý biến phân Kashiwagi [13] dé xuất mô hình này trong đócác hệ số thủy động lực học được tính toán chính xác dựa trên kết quả miền tần số vàbăng phương pháp xấp xỉ B-spline Galerkin Ismail [10] đã phát triển phương phápkết hợp FEM-BEM theo miễn thời gian trong không gian ba chiều để phân tích phảnứng tức thời của kết câu chịu tải trọng thay đổi

Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để phân tích ứng xử của VLESs trong điều kiệnkhác nhau Hamamoto va Fujita [8], phát triển phương pháp hỗn hợp phan tử biên —phan tử hữu hạn (BE-FE) để xét đến liên kết giữa các module của VLFSs Wang vàcộng sự [2] so sánh ứng xử của VLFSs khi liên kết giữa các module là khớp, báncứng, hoặc cứng Gao Ruiping nghiên cứu để tối ưu hóa vị trí liên kết giữa cácmodule Wen và Shinozuka [29] xem xét VLFSs dưới tác động của sóng bién phituyến gây ra bỏi gió hoặc sóng thần Bên cạnh đó, một số phương pháp được đề xuấtđể giảm ứng xử của VLFSs như: sử dụng tường chan nước (breakwater) như Hình1.13, sử dụng các thiết bị chống chuyển động, thiết bi này dùng dé phản héi sóng vàva chỉ một phần sóng nước truyền bên dưới kết cấu Khabakhpasheva và Korobkin[25] đã sử dụng liên kết đứng đàn hồi để liên kết kết câu nồi và đáy biến dé giảm ứngxử hydroelastic của kết cấu nỗi được mô tả trong Hình 1.14 Gần đây, H.P Nguyenvà cộng sự [7] đã nghiên cứu ứng xử của tam nồi dạng Pontoon dưới sự tác động của

tải trọng sóng biên.

Hình 1.14 Liên kết đàn hồi với đáy biển

1.2.2 Các nghiên cứu trong nước

Trong nước hiện nay chưa có nhiều bài nghiên cứu chuyên sâu về VLFSs, chỉ một sốtác giả có sự nghiên cứu tong quát về kết cấu này Hòa [35] đã nghiên cứu động lựchọc giữa sóng biến và công trình biến nổi Trong luận án của mình, phương phápBEM đã được tác giả áp dụng để giải quyết bài toán tương tác động lực học giữa côngtrình biển nổi chuyên dụng, có kích thước lớn, hình dạng bất kỳ, với sóng bién theomô hình không gian của vật thể Sao và cộng sự [38] nghiên cứu mô hình vật lý hiệuquả giảm sóng của đê chắn sóng nổi hình hộp, cho khu tránh trú bão tàu thuyên Kếtquả nghiên cứu cho thấy hiệu quả giảm sóng của dé là đáng kể Chình [31] nghiêncứu động lực học về kết cau công trình biển trên nên san hô chịu tác dụng của tảitrọng sóng biến va gió Hòa (2013) nghiên cứu ảnh hưởng của độ sâu mực nước đến

mô men uôn doc và lực cat do sóng của kho chứa nỗi Hậu và cộng sự [34] đã nghiên

Tổng quan 12

cứu dự báo và đánh giá ảnh hưởng của khoảng tĩnh không đối với các công trình biểnnoi có kế đến hiệu ứng phi tuyến bậc hai của tải trọng sóng Trong những năm ganđây có nhiều nghiên cứu hơn về kết cau tâm nổi Có thé kế đến như nghiên cứu củaVũ và cộng sự [40] về kết câu tam nổi VLFSs chịu tải trọng sóng va tải trọng di độngsử dụng phương pháp phan tử chuyển động (MEM), nghiên cứu của Hải va cộng sự[33] về kết cầu VLESs chịu tác động của tải trọng sóng sử dụng kết hợp hai phươngpháp phan tử biên (BEM) và phương pháp phan tử hữu han (FEM) Thời gian gầnđây cũng có nhiều Luận văn nghiên cứu về kết cau nỗi siêu lớn VLESs như nghiêncứu của Kiéu [36] đã nghiên cứu ứng xử tam trực hướng chịu tải trọng di động, nghiêncứu của An [30] về ứng xử tam nổi chịu tải trọng di động điều hòa biến đổi theo thờigian, nghiên cứu của Phương [37] về ảnh hưởng của lực sóng và dòng chảy đến ứngxử động học tam nổi, Trường [39] nghiên cứu về kết cau nối siêu lớn chịu tải trọngxung Những nghiên cứu kể trên đều sử dụng phương pháp kết hợp BEM-FEM đểkhảo sát ứng xử động kết cau tam nổi siêu lớn VLESs khi thay đối một số thông số

như giá tri tải trọng, chiêu dày tâm, vận tôc tải trọng, độ sâu đáy biên

Với tính ứng dụng rộng rãi của mô hình kết cầu nỗi chịu tải trọng di động, vì thế córất nhiều nghiên cứu về ứng xử của tam chịu tải trọng di động Tuy nhiên các nghiêncứu trước đây hầu hết các lời giải số đạt được bằng phương pháp phân tử hữu hạn,phương pháp này đưa ra lời giải số bang cách rời rac hóa phần tử tam thành các phầntử hữu hạn Ma trận phan tử được tính toán dựa trên một số giả thiết về các hàm dạngchuyển vị và được kết hợp để tạo thành ma trận tong thé kết cấu Tuy nhiên phươngpháp trên đều tập trung nghiên cứu ứng xử tâm trên nền đàn hồi, hoặc mô phỏng tambang mô hình dầm nổi không đúng với thực tế làm việc của kết cầu tam nỗi Ngoàira, đa số các nghiên cứu trước đây đều xem xét tam nỗi tự do trên mặt nước Do đóLuận văn này tập trung nghiên cứu kết hợp phương pháp phan tử biên (BEM) vaphương pháp phan tử hữu han (FEM) trong van dé “Ảnh hưởng của liên kết đàn hồilên kết câu tam nỗi chịu tải trọng di động” góp phan đưa ra kết quả chính xác so vớithực tế Từ đó rút ra kết luận về ứng xử kết cau nỗi liên kết đàn hồi với đáy biển dướisự thay đổi vận tốc, độ cứng liên kết dan hỏi, vị trí đặt liên kết, độ sâu biến băngphương pháp BEM-FEM, góp phan làm rõ thêm ứng xử của kết cấu tam nỗi khi có

xét dén ảnh hưởng của hệ neo đàn hồi.

Tổng quan 13

1.3 Muc tiêu và hướng nghiên cứu

Mục tiêu chính của Luận văn nay là phân tích ứng xử động lực học của kết cau tamliên kết đàn hôi với đáy biên chịu tải trọng sóng và tải trọng di động

" Trinh bày cơ sở lý thuyết, thiết lập các ma trận khối lượng, ma trận độ cứng cho

phan tử tam, ma trận độ cứng liên kết đàn hồi va cách ghép ma trận sử dụng phươngpháp phan tử hữu han

= Trinh bay cơ sở lý thuyết về phân tích hydroelastic miền thời gian bang phươngpháp kết hợp giữa phan tử hữu hạn va phan tử biên cho tắm nổi

= Phát triển thuật toán, lập trình tính toán bang chuong trinh Matlab

" Kiêm tra độ tin cậy cua chương trình tinh băng cách so sánh kêt qua của chươngtrình với kêt quả đã công bô trước đó Tiên hành thực hiện các ví dụ sô nhăm khảosát ảnh hưởng của các nhân tô quan trọng dén ứng xử động của kêt câu tam, từ đó rútra kêt luận và kiên nghị.

1.4 Cau trúc dự kiến trong luận văn

Nội dung Luận văn được trình bày như sau:

Chương 1: Giới thiệu tong quan về kết cau tâm nồi chịu tải trọng hãm va hệ neo liênkết đàn hỏi, tình hình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, mục tiêu vàtính cấp thiết của đề tải

Chương 2: Các cơ sở lý thuyết của phương pháp phan tử biên, phương pháp phan tử

hữu han dé phân tích ứng xử động lực học của kết câu tâm nôi.

Chương 3: Phân tích động lực học kết cau tam nỗi liên kết đàn hồi với đáy biến chịu

tải trọng di động.Chương 4: Các ví dụ sô nhăm khảo sát ảnh hưởng của các nhân tô đên ứng xử độngcua ket câu tam nôi, từ đó rút ra các kêt luận và kiên nghị.

Tài liệu tham khảo.

Phụ lục: Một số đoạn mã lập trình Matlab

cầu tam nổi, J z là biên ở mặt thoáng chất lỏng, I’, là biên mặt chất lỏng giả định

tại vô cực Tam nồi được giả thuyết là hoàn toàn phang va cac canh tua tu do Vatliệu của tam là đăng hướng va tuân theo định luật Hooke

Đối với việc phân tích ứng xử của kết câu VLFSs phố biến nhất là lý thuyết tamMindlin hay Reissner — Mindlin Tam Mindlin có khả năng cung cấp các kết quả vadự đoán kết quả chính xác hơn vì có xét đến ảnh hưởng của biến dạng trượt trong tâmđàn hôi chịu uốn Chuyén động của tam dày Mindlin được biểu diễn thông qua chuyềnvị đứng là W, góc quay quanh trục I là , và trục y là p, Trong phan tichhydroelastic, có các giả thiết sau:

e Chất lỏng không nén, không nhớt và chuyển động không xoáy.e Biên độ của sóng biến và chuyển động của VLFSs đều nhỏ và chỉ xem xét

chuyển động theo phương đứng.e Mặt dưới của tâm tiếp xúc với chất lỏng tại tat cả các vị trí vi vậy không có

khoảng cách giữa tâm và vùng chât lỏng bên dưới nó.

Cơ sở lý thuyết 15

P1Z

BAN, (2.1)

Cơ sở lý thuyết l6

Diéu kiện động học tại mặt tiép xúc của kêt cau và chát lỏng:Gia thiệt răng kết cau nỗi siêu lớn VLFSs tiép xúc với nước ở tat cả các điềm Vi vậy,không có khoảng cách giữa bê mặt tâm và chât lỏng hay nói cách khác vận tôc củatâm va chat lỏng tại vi trí tiêp xúc luôn băng nhau:

Số —0 By xy 500 (23)3x Oy

2.2 Héneo dan hồiHệ neo dan hồi là một kết cau cần thiết dé giữ VLFSs cố định tại một vị trí Với mộthệ thống neo, phan ứng của VLFSs dưới tác động của tải trọng sóng biến không chibao gồm chuyển động theo phương đứng ma còn phải xét đến chuyến động theophương ngang và các phản lực của các hệ thống neo Nghiên cứu VLFSs có xét đến

ảnh hưởng của hệ neo được trình bày bởi Maeda [17], Shimada va Miyajima [24],

Takagi [26], [27] nghiên cứu chuyển vị đàn hồi va nội lực trong hệ thống neo củaVLESs chịu tải trọng sóng sử dụng cả mô phỏng lý thuyết và thực nghiệm

Hệ thống kết cấu neo giữ có thé được chia thành hai nhóm chính: Kết cấu neo dangdây thép (Hình 2.2- a,b) và kết cau dạng giếng chìm hoặc bãi cọc với hệ thống cao suchắn giữ (Hình 2.2- c) Các loại vật liệu được dùng để neo như xích, thanh cáp, thanhsợi tổng hợp v.v

Cơ sở lý thuyết 17

(a) (b) (Cc)

Hình 2.2 Cac loại kết cầu neo thông thườngTheo T I Khabakhpasheva [25], hệ neo được mô phỏng như một lò xo đàn hồi tuyếntính, có độ cứng được tính toán dựa trên các thông số của vật liệu cau tạo thành Matrận độ cứng hệ neo được kết nối với ma trận độ cứng tắm băng ma trận chỉ số Cácthông số của hệ neo trong Luận van được tham khảo từ các nghiên cứu của T I

Khabakhpasheva [25] và nghiên cứu của H P Nguyen [7].

Hình 2.3 Mô hình hệ neo

2.3 Lý thuyết tam Reissner — Mindlin chịu uốnTheo mô hình Reissner — Mindlin, các mặt cat tiết diện vẫn phăng nhưng không cònvuông góc với mặt trung bình, và các góc xoay bị thay đối một lượng bang biến dạngtrượt trung bình gây ra bởi lực cất Vì thế góc xoay tổng gồm hai thành phan, phanthứ nhất do độ võng của tâm khi các pháp tuyến vẫn còn vuông góc với mặt trungbình, phan thứ hai là do bién dạng trượt trung bình gây ra trên Hình 2.4

trong đó s và n biểu thị hướng tiếp tuyến và thông thường đôi với mặt cắt ngang của

tâm.Tâm được neo giữ với đáy biên băng các hệ neo tại các góc của tâm Hệ neo được mô

phỏng băng các liên kêt đàn hồi theo phương đứng có độ cứng É„ Tại các góc của

tắm, moment uốn triệt tiêu nhưng lực cắt không triệt tiêu và có giá tri bằng:

O.=k,,w tại x=0,y=+B/2

@,=-k„w tại x= L,y=+B/2 (2.10)

O,=k,,w tại x={0,L},y=— B/2