Hướng dẫn sử dụng sacs 5.6 v8i sách công trình biển

Hướng dẫn sử dụng sacs 5.6 v8i sách công trình biển

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

SACS 5.6 V8I

Sách Công trình Biển

Th.S Tô Văn Tình 7/1/2014

TÁC GIẢ: ThS TÔ VĂN TÌNH

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH SACS V5.6

PHẦN 1 – GIỚI THIỆU CHUNG

PHẦN 2 – MÔ HÌNH KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG

PHẦN 3 – HƯỚNG DẪN PHÂN TÍCH LIFTING

PHẦN 4 – HƯỚNG DẪN PHÂN TÍCH LOAD-OUT

PHẦN 5 – HƯỚNG DẪN PHÂN TÍCH TRANSPORTATION

II XEM XÉT, PHÊ DUYỆT

III SỬA ĐỔI

LẦN

SỬA ĐỔI NỘI DUNG SỬA ĐỔI SỬA ĐỔI TRANG HIỆU LỰC NGÀY

MỤC LỤC

Trang LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 7

I.1 CÔNG TRÌNH BIỂN KẾT CẤU JACKET VÀ TOPSIDE 7

I.1.1 Khái niệm 7

I.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SACS 8

PHẦN II: MÔ HÌNH KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG 11

II.1 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 11

II.1.1 Thông số đầu vào 11

II.1.2 Vật liệu 11

II.1.3 Tải trọng thiết kế 12

II.2 LẬP MÔ HÌNH TÍNH (STRUCTURAL MODELING) 14

II.2.1 Bước 1/Step 1: Khởi động Chưong trình 14

II.2.2 Bước 2/Step 2: Lựa chọn đơn vị 15

II.2.3 Bước 3/Step 3: Tạo modeler 16

II.2.4 Bước 4/Step 4: Chọn phương pháp modeler 17

II.2.5 Bước 5/Step 5: Nhập thông tin hình dạng kết cấu 18

II.3 MỘT SỐ THAO TÁC CƠ BẢN TRONG SACS 23

II.3.1 Phím tắt trong sacs 24

II.3.2 Vẽ đường thẳng 25

II.3.1 Cách tạo điểm 26

II.3.1 Đổi tên Joint 28

II.3.2 Tùy chỉnh đổi màu màn hình 28

II.3.3 Tùy chỉnh khung nhìn 31

II.3.4 Lưu khung nhìn 35

II.3.5 Chia nhỏ member 37

II.3.6 Offset member 38

II.3.1 Combination hai model 42

II.4 ĐỊNH NGHĨA TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TIẾT DIỆN PHẦN TỬ 43

II.4.1 Định nghĩa member group 43

II.4.2 Định nghĩa member tiết diện đơn giản 44

II.4.1 Định nghĩa member có tiết diện phức tạp 47

II.4.1 Định nghĩa chiều dài làm việc thực tế (Ly, Lz,Lb) 51

II.1 ĐỊNH NGHĨA TẢI TRỌNG 53

II.1.1 Tải trọng bản thân 53

II.1.2 Tải trọng tại nút 55

II.1.3 Tải trọng tại phần tử 56

II.1.4 Tải trọng thiết bị 57

II.1.5 Nhập tải trọng anode 58

II.1.6 Tải trọng môi trường 59

II.1.7 Tổ hợp tải trọng 62

II.1.8 Lựa chọn các tổ hợp cho phân tích 63

II.1.9 Phân khoảng chỉ tiêu kiểm tra kết cấu 63

II.1.10 Hệ số ứng suất cho phép 64

II.2 PHÂN TÍCH KIỂM TRA KẾT CẤU 64

PHẦN III: TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng II.1 Steel Properties 11

Bảng II.2 Timber Properties 11

Bảng II.3 Grout Properties 11

Bảng II.4 : Equipment Loads 12

Bảng II.5 : Marine growth 13

Bảng II.6 : Current velocity 13

Bảng II.7 : Wind velocity 13

Bảng II.8 : Wave velocity 13

Bảng II.9 : Joint Numbering Definition 27

Bảng II.10 : Bảng định nghĩa tên tiết diện 43

Bảng II.11 Thông số về thông tin group hiển thị dạng text 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình I.1 Công trình Biển Jacket và Topside dạng Điển hình 7

Hình I.2 Chức năng phần mềm SACS 8

Hình I.3 Một số tính năng phân tích Sacs 9

Hình I.4 Một số tính năng phân tích – bài toán thi công 9

Hình I.5 Cấu trúc chương trình SACS 10

Việc thiết kế và thi công chế tạo công trình dạng WHP đòi hỏi phần mềm chuyên dụng, SACS (Structural Analysis Computer System) là một trong những phần mềm khá phổ biến được sử dụng rộng rãi ở những báo cáo tính toán Công trình biển hiện nay trong và ngoài nước

Tuy nhiên, số người Việt sử dụng thành thạo phần mềm Sacs chưa nhiều Từ thực tế

đó, tác giả giới thiệu cuốn hướng dẫn sử dụng SACS5.6 như một bước đi đầu tiên nhằm nâng cao kỹ năng sử dụng và khai thác phần mềm Sacs trong các thiết kế và thi công công trình biển dạng Wellhead Platform tại Việt Nam

Tài liệu trình bày các hướng dẫn sử dụng Sacs5.6 dựa trên những cuộc thảo luận

trong “Diễn đàn Kỹ sư Công trình biển (offshore.vn)” và từ kinh nghiệm sử dụng

của nhóm tác giả trong quá trình tham gia các dự án thiết kế và triển khai thi công chế tạo tại Việt Nam giai đoạn 2010 – 2014, các bài toán được tập trung giới thiệu bao gồm:

Mọi góp ý xin vui lòng gửi về địa chỉ email: tinhtv@offshore.vn

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

I.1 CÔNG TRÌNH BIỂN KẾT CẤU JACKET VÀ TOPSIDE

I.1.1 Khái niệm

Hình I.1 Công trình Biển Jacket và Topside dạng Điển hình

Công trình biển cố định dạng Jacket bao gồm 03 phần chính:

• Phần Thượng Tầng (topside): chứa các máy móc thiết bị phục vụ quá trình khoan và khai thác dầu khí

• Phần Chân Đế (Jacket): Là kết cấu đỡ thượng tầng dạng giàn, chịu tác động trực tiếp môi trường biển

• Phần móng (Foundation Pile): là phần kết cấu giúp cố định giàn và truyền tải trọng từ thường tầng xuống nền đất

Một công trình biển cố định dạng Jacket điển hình có dạng như hình 1-1

I.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SACS

SACS là viết tắt của cụm từ Structures Analysis Computer System là phần mềm chuyên dụng phục vụ tính toán thiết kế công trình biển cố định bằng thép Bản quyền thuộc về công ty Bently

Dưới đây là những giới thiệu sơ bộ và ngắn gọn nhất bằng hình ảnh về các tính năng cũng như công dụng của phần mềm Sacs

Hình I.2 Chức năng phần mềm SACS

NHỮNG ỨNG DỤNG CHÍNH

Hình I.3 Một số tính năng phân tích Sacs

Hình I.4 Một số tính năng phân tích – bài toán thi công

ÁP DỤNG CHO CÁC BÀI TOÁN TỪ KHI CHẾ TẠO TỚI VẬN HÀNH

PHÂN TÍCH VẬN CHUYỂN

Cấu trúc phần mềm Sacs gồm 03 phần cơ bản:

1 Nhập mô hình và tải trọng đầu vào

2 Phân tích các bài toán liên quan

3 Phân tích và kiểm tra kết quả

Hình I.5 Cấu trúc chương trình SACS

PHẦN II: MÔ HÌNH KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG

II.1 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

II.1.1 Thông số đầu vào

Chi tiết xem phụ lục 1: Bản vẽ kết cấu

Coefficient of thermal expansion

Friction coefficient (steel to steel)

Dynamic Friction coefficient (steel

to greased timber)

Static Friction coefficient (steel to

greased timber)

7850 kg/m³ 205,000 MPa 80,000 MPa 0.3

11.7 X 10-6 /° C 0.2

0.1 0.2

Bảng II.2 Timber Properties

Timber Density (Keruing)

Allowable Bending Stress (Keruing) along the fibre

Allowable Shear Stress Density (Selangan Batu ) Allowable Bearing Stress (Selangan Batu) Allowable Shear Stress

740.0 kg/m³ 11.0 MPa 6.0 MPa 960.0 kg/m³ 13.0 MPa 6.5 MPa

Bảng II.3 Grout Properties

II.1.3 Tải trọng thiết kế

Equipment loads:

Có 04 cụm thiết bị (Equipment Skids) đặt trên sàn, vị trí và kích thước xem chi tiết ở phụ lục 1: bản vẽ kết cấu, với các thông số chính như sau:

Bảng II.4 : Equipment Loads

No Equipment ID Weight (kN) C.G Height (*)

Tải trọng phân bố đều Main deck: 0.75 kN/m2

Tải trọng phân bố đều Cellar deck: 0.50 kN/m2

Live loads

Là tải trọng kể tới các hoạt động trên topside trong quá trình hoạt động

Tải trọng phân bố đều Main deck: 5.00 kN/m2

Tải trọng phân bố đều Cellar deck: 2.50 kN/m2

Appurtenant Load

Là tài trọng kết tới các kết cấu trên giàn không được mô hình hóa bằng modell, tải trọng này chính bằng khối lượng bản thân kết cấu đang xét ví dụ: anode, padeye, closure plate…

Evironmental loads:

Độ sâu nước thiết kế : 79.5m

Thủy chiều : 1.50m

Bảng II.5 : Marine growth

No k/c từ mudline (m) Thickness (cm) Dry density (T/m3)

Bảng II.6 : Current velocity

II.2 LẬP MÔ HÌNH TÍNH (STRUCTURAL MODELING)

LẬP MÔ HÌNH TÍNH: STRUCTURAL MODELING

II.2.1 Bước 1/Step 1: Khởi động Chưong trình

Khởi động chương trình bằng việc kích đúp vào biểu tượng Sacs5.6 trên màn hình desktop

B1) Double kích vào biểu tượng Sacs trên màn hình

II.2.2 Bước 2/Step 2: Lựa chọn đơn vị

Kiểm tra hệ thống đơn vị trong Sacs, vào Home/Sacs Settings/Sacs System Configuration, đưa đơn vị về dạng Metric kN Force

1 Chọn Sacs settings

2 Chọn Units Stettings

3 Chọn Metric kN Force

II.2.3 Bước 3/Step 3: Tạo modeler

Kích vào biểu tượng Modeler/Create new model để bắt đầu công việc dựng modeling

1 Chọn Modeler

2 Chọn Create new model

3 Chọn OK để tiếp tục

II.2.4 Bước 4/Step 4: Chọn phương pháp modeler

Màn hình hiện ra các thông tin lựa chọn, có 02 lựa chọn

1 Chọn Start blank model màn hình sẽ hiện ra dạng đen trắng, khi đó bạn có thể vẽ các dạng kết cấu với các thao tác trực tiếp trong khung nhìn

2 Chọn Start Structure Definition Wizard màn hình sẽ hiện ra một công cụ hỗ trợ giúp việc modeling Jacket nhanh và chính xác hơn

Tài liệu sẽ tập trung giới thiệu tới bạn đọc lựa chọn số 2 để mô hình kết cấu Jacket

1 Chọn Start Structure Definition Wizard

2 Chọn Metric with kN force để định nghĩa đơn vị, sau đó OK để tiếp tục

II.2.5 Bước 5/Step 5: Nhập thông tin hình dạng kết cấu

Định nghĩa Jacket và Cọc theo các thông tin ở bản vẽ kết cấu trong phụ lục 1

Elevation:

Độ sâu nước : 79.5 m

Working Point Elevation : 4.0 m

Pile Connection Elevation: 3.0 m

Mudline elevation, pile stub elevation và đoạn chân cọc dưới mudline: -79.5m

Other Elev: -50.0, -21.0, 2.0, 15.3 (cellar deck), 23.0 (Main deck)

Chi tiết xem hình dưới đây:

Lưu ý: Giữ tích note Generate Seastate hydrodynamic data để tạo thông tin về môi trường biển

1 Chọn Elevation

2 Chọn Nhập các thông tin kích thước Jacket

3 Chọn OK để tiếp tục

Legs:

Tích vào tab tiếp theo để điền thông tin chân kết cấu

Number of legs: 4

Leg type: Ungrouted

Leg spacing at working point: X1=15m, Y1=10m

Row labeling: Định nghĩa ký hiệu các Row theo bản vẽ kết cấu (Phụ lục 1)

Pile/leg batter:

Row 1 (Leg 1 and leg 3, 1st Y row) is single batter in Y

Row 2 (Leg 2 and leg 4, 2nd Y Row) is double batter

Chi tiết xem ở hình đính kèm

1 Chọn tab Legs

2 Chọn Leg spacing at working Point

3 Nhập thông tin kích thước khoảng cách giữa các trục Jacket

4 Kích Ok để tiếp tục

Dưới đây là hình ảnh liên quan tới cách nhập độ xiên của ống chính (chân Jacket)

(Hình chỉ mang tính chất minh họa, trong ví dụ mô hình mà chúng ta đang xây dựng, giá trị Y batter là “10”)

Step 19) Press OK button

Global Z-X plane

Example: Bottom Row Left Leg

X batter is 0

Y batter is 8

Global Z-Y plane

Conductors:

Tích vào tab tiếp theo để điền thông tin conductors kết cấu

One conductor well bay that has four conductors

The top conductor elevation: 15.3m

First conductor number: 5

Number of conductors in X direction: 2

Number of conductors in Y direction: 2

The location of first conductor (LL): X= -4.5m, Y= -1.0m

The distance between conductors: 2.0m in both X and Y directions

Disconnected elevations: -79.5m, 3.0m, and 4.0m

1 Chọn tab Conductors

2 Chọn Add/Edit Conductor Data

3 Nhập thông tin về sô cụm ống Conductor (Number of conductor well bays

4 Nhập thông tin conductors theo bản vẽ

5 Chọn Apply để chấp nhận thông tin đã nhập

6 Kích Ok để tiếp tục

Sau đó nhấn apply/ok sẽ được mô hình sơ bộ dưới đây

Chú ý: khuyến cáo người dùng sử dụng chức năng Start Structure Definition

Wizard đến đây, sau đó chuyển sang cách nhập tay thông thường

II.3 MỘT SỐ THAO TÁC CƠ BẢN TRONG SACS

Trong quá trình dựng mô hình người dùng sẽ cần sử dụng một số tính năng thao tác

cơ bản của Sacs như:

a Phím tắt trong sacs

b Vẽ đường thẳng từ hai điểm cho trước

c Các tạo điểm mới

d Tùy chỉnh đổi mầu màn hình

e Tùy chỉnh khung nhìn (plan, side view…)

II.3.1 Phím tắt trong sacs

Sử dụng các phím tắt trong thao tác sẽ giúp người dùng tiết kiệm được khá nhiều thời gian, sau đây là một số phím tắt thường dùng trong sacs

F1: Xem nội dung hướng dẫn

F2: Restart view (làm mượt chế độ xem)

F4: Pan View (di chuyển màn hình bằng bàn tay)

F5: Orbit Virew (Xoay hình 3D trong Sacs)

F6: Zoom Window (phóng to màn hình nhìn)

F8: Show Soild Elements (xem mô hình dạng 3D full tiết diện)

F9: Select Item/ Chọn hạng mục

F10: Select Window/Chọn cửa sổ nhìn

Ctrl+R: Run file (Chạy/phân tích chương trình)

Ctrl+A: Chọn toàn bộ đối tượng trong khung nhìn

II.3.2 Vẽ đường thẳng

Hình ảnh minh hoạ cách vẽ đường thẳng/phần tử bằng thao tác thông thường:

1 Chọn tab members

2 Chọn biểu tượng Add

3 Chọn điểm đầu phân tử

4 Chọn điểm kết thúc phần tử

5 Chọn Apply để kết thúc

Noted: trong phần mềm sacs phần tử được định nghĩa bằng 02 điểm, điểm đầu ký hiệu là A, và điểm kết thúc ký hiệu là B, sau khi định nghĩa member được hiểu là đoạn thẳng AB Việc biết/nhớ được điểm đầu và điểm cuối giúp người dùng có những thao tác nhanh gọn liên quan tới member ví dụ như: member nhiều segment, chia nhỏ memner với khoảng cách cho trước từ điểm đầu (A) hoặc cuối (B)…

II.3.1 Cách tạo điểm

Hình ảnh minh hoạ cách tạo điểm mới từ một khoảng cách cho trước so với điểm có sẵn (exist joint):

1 Chọn tab Joints

2 Chọn biểu tượng Relative

3 Chọn điểm có sẵn exist joint

4 Đặt tên cho điểm mới (notes 1)

5 Nhập khoảng cách so với điểm cho trước (notes 2)

6 Chọn Apply để kết thúc

Notes 1: Trong tab Joint có khá nhiều lựa chọn tạo điểm mới như: giao điểm hai đường thẳng hoặc bốn điểm khác nhau đồng phẳng (intersection), tạo điểm mới bằng cách chia đều hai điểm khác nhau bằng các khoảng bằng nhau (a long line), tạo điểm theo cao độ hoặc chiều dài từ đường thẳng cho trước (relative to a line)… tùy vào mục đích sử dụng, người dùng lựa chọn thao tác thích hợp, trong giáo trình tác giả chi trình bày cách tạo điểm mới từ điểm có sẵn và một khoảng cách cho trước (relative)

Notes 2: Việc đặt tên Joint nhằm giúp bạn đọc kiểm soát các vị trí trên kết cấu, để phục vụ cho các mục đích kiểm tra và refer nhanh trong phân tích kết quả sau này Bạn đọc tham khảo bảng II.9 về cách định nghĩa và đặt tên joint thường dùng

Bảng II.9 : Joint Numbering Definition

Description Joint Number

Flare/Vent Boom F001 - F999 Telecom Mast T001 -T999

Notes 3: Tùy bản vẽ thiết kế, vị trí điểm mới và hệ trục tọa độ trong Sacs mà giá trị này được nhập trong ô X relative, Y relative hoặc Z relative tương ứng

II.3.1 Đổi tên Joint

Việc biết tên Joint rất quan trọng như đã trình bày ở trên, trong trường hợp tên Joint không đúng với yêu cầu, người dùng có thể đổi tên theo thao tác đơn giản dưới đây:

1 Chọn tab Joint

2 Chọn Rename/Merge

3 Chọn joint cần đổi tên

4 Nhập tên joint theo yêu cầu

http://offshorevn.com/showthread.php?2854-Huong-dan-II.3.2 Tùy chỉnh đổi màu màn hình

Mặc định màu nền màn hình (background) của Sacs là màu đen, điều này khá bất tiện khi đưa vào báo cáo tính toán (report analysis), nhất là khi in để thảo luận hoặc làm các việc liên quan Để khắc phục người dùng có thể sử dụng tùy chọn điều chỉnh màu như trình bày dưới đây

1 Chọn biểu tượng Sacs Settings

2 Chọn Interactive programs

3 Tùy chỉnh màu theo yêu cầu

4 Chọn restore defaults nếu muốn trở lại màu mặc định trong sacs

5 Chọn Apply để kết thúc quá trình

Bạn đọc cũng có thể thay đổi mầu nền trực tiếp trong màn hình Modeler theo các thao tác sau đây:

1 Chọn biểu tượng Sacs ở góc trái phía trên màn hình

2 Chọn Precede Settings

3 Chọn tùy chỉnh màu theo sở thích

4 Chọn tab Ok hoặc Apply để hoàn thành

II.3.3 Tùy chỉnh khung nhìn

Trong các dự án lớn, model kết cấu thường rất phức tạp với nhiều hạng mục và dung lượng lớn, để thao tác với toàn bộ model đòi hỏi cấu hình máy mạnh và quá trình thao tác thường tốn nhiều thời gian, để khắc phục người dùng có thể tùy chỉnh view nhìn những member hoặc khung nhìn liên quan Dưới đây là 02 cách giúp giải quyết vấn đề

Tạo view nhìn mặt phẳng

1 Chọn tab Display

2 Chọn biểu tượng Plane

3 Lựa chọn các option tương ứng (ví dụ mặt phẳng OXY)

4 Nhập cao độ Z của mặt phẳng (hoặc kích vào điểm thuộc mặt phẳng)

5 Chọn Ok để hoàn thành

Kết quả các bạn sẽ được một khung nhìn ở mặt phẳng có cao độ 15.3 như sau:

Tạo view nhìn hình khối

1 Chọn tab Display

2 Chọn biểu tượng Volumes

3 Nhập thông khung nhìn theo trục X, Y, Z (Ví dụ khung nhìn cao độ Z)

4 Chọn điểm có cao độ nhỏ nhất

5 Chọn điểm có cao độ lớn nhất

6 Chọn Apply để hoàn thành