VIỆN xây DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN đồ án CTB cố ĐỊNH i

Nhãm 5_líp 52cb2 gvhd:th.s vò ®an chØnh 1 ViÖn x©y dùng c«ng tr×nh biÓn ®å ¸n: ctb cè ®Þnh i VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN: CTB CỐ ĐỊNH I PHầN a : I.giới thiệu chung về công trình biển cố định bằng thép Trên thế giới công trình biển cố định bằng thép(CTBCDBT) là thế hệ công trình biển đầu tiên và đã đợc sử dụng nhiều nhất để phục vụ khai thác dầu khí ngoài biển.trên thế giới đã xây dựng khoảng 7000 CTBCD,phần lớn ở độ sâu nớc trong vòng 300mở vùng biển sâu trên 1000 ft(304,8m),hiên nay chỉ có 7 công trình(đều thuộc vùng biển của Mỹ),trong đó dàn BULLVINKLE ở độ sâu lớn nhất 412m,vịnh MEXICO. Việt Nam hiện nay đã thiết kế xây dựng các loại CTBCDBT với độ sâu nớc biển 50-60m,đạt tiêu chuẩn quốc tế.Việc xây dựng các công trình biển ở độ sâu từ 100-200m là nhu cầu trớc mắt ở nớc ta. Trong đồ án này thực hiện tính toán thiết kế kết cấu chân đé công trình biển cố định bằng thép trong giai đoạn khai thác ở độ sâu nớc xấp xỉ 100m theo tiêu chuẩn thiết kế API 2A RP-WSD 2000. Ii. PHƯƠNG áN THI CÔNG Dự KIếN - Thi công trên bờ: phơng pháp quay lật panel - Hạ thủy,vận chuyển trên biển bằng xà lan mặt boong 12000T của XNLD.VSP và - đánh chìm bằng đờng trợt. iiI.các số liệu đầu vào 1) đặc điểm công trình công trình biển cố định bằng thép phục vụ khai thác dầu khí với các số liệu: kích thớc đỉnh:22x48(m) chức năng thợng tầng: dàn MSP Trọng lợng thợng tầng:4300T Số ống chính:8 ống kích thớc thợng tầng:30x56x25(m) 2)Số liệu khí tợng hải văn tại vị trí xây dựng công trình Các thông số đề bài 3 Biến động triều lớn nhất d 1 (m) 1.3 Nớc dâng tơng ứng với bão thiết kế d 2 (m) 0.8 Độ sâu nớc d 0 (m) 80 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 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 Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 2 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i 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 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 Hớng N NE E SE S SW W NW 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 tơng ứng với Hớng sóng tính toán (Chu kỳ lặp 100 năm) Các thông số Hớng sóng N NE E SE S SW W NW Vận tốc (cm/s) 93 131 100 173 224 181 178 121 Hớng (độ) 240 241 277 41 68 79 78 134 Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 3 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i 6)Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất tơng ứng với Hớng sóng tính toán (Chu kỳ lặp 100 năm) Các thông số Hớng sóng N NE E SE S SW W NW Vận tốc (cm/s) 68 111 90 102 182 137 119 97 Hớng (độ) 2 301 60 295 329 53 329 197 7) Số liệu hà bám Phạm vi hà bám tính từ mực nớc trung bình trở xuống Chiều dày hà bám (mm) Từ mực nớc trung bình (0m) đến -4m 80 mm Từ - 4m đến -8m 87 mm Từ -8m đến -10m 100 mm Từ -10m đến đáy biển 70 mm + Trọng lợng riêng hà bám: = 1600kG/m 3 8)Bảng số liệu địa chất Các thông số đề bài Tên lớp đất Lớp đất số 1 Lớp đất số 2 Lớp đất số 3 1 Mô tả lớp đất á cát dẻo mềm á cát dẻo chặt Sét nửa cứng 2 Độ sâu đáy lớp đất (tính từ đáy biển trở xuống) h 1 = 19m h 2 = 39m h 3 = Vô hạn 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 lợng , g/cm 3 2.0 2.03 2.01 9 Tỷ trọng. g/cm 3 2.75 2.74 2.78 10 Hệ số rỗng e 0.75 0.65 0.72 11 Lực dính c, kN/m 2 43 51 67 12 Cờng độ kháng nén không thoát nớc c u , kN/m 2 60 20 120 13 Góc ma sát trong , độ 14 22 25 Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 4 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i 9) Số liệu về quy cách thép ống STT Đờng kính ngoài D Chiều dày t (mm) (mm) 1 1422 31.8 2 1422 30.2 3 1321 30.2 4 1321 25.4 5 1219 30.2 6 1219 25.4 7 1067 25.4 8 1067 20.6 9 812.8 25.4 10 812.8 20.6 11 660 20.6 12 610 15.6 13 559 20.6 14 508 15.6 15 482.6 15.6 16 355.6 15.6 Vật liệu ống: X65 có Fy = 448 Mpa IV. thiết kế tổng thể 1. chức năng công nghệ của dàn: -Loại giàn: MSP -Chức năng: khoan khai thác và sơ chế sản phẩm dầu khí 2. Phân tích lựa chọn các thông số môi trờng để thiết kế: a. Xác định các mực nớc tính toán: - Mực nớc triều cao: MNTC = d 0 +d 1 = 80 + 1,3 = 81,3 (m) - Mực nớc cao nhất: MNcn = d 0 +d 1 +d 2 = 80 + 1,3 + 0,8 = 82,1 (m) - Mực nớc trung bình: MNTB = d 0 +d 1 /2 = 80 + 1,3/2 = 80,65 (m) b. Xác định hớng sóng tác động lên công trình: Chọn 2 hớng sóng tác động lên công trình để tính toán kiểm tra kết cấu bao gồm: Hớng 1: hớng có chiều cao sóng lớn nhất hớng NE Hớng 2: hớng tác dụng theo phơng chéo của diafrargm hớng N Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 5 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i 3. Xây dựng phơng án kết cấu chân đế a. Nguyên tắc xây dựng phơng án: + Phải phù hợp với tính chất làm việc, chức năng của thợng tầng, yêu cầu sử dụng của công trình . + Phơng án phải phù hợp với số liệu môi trờng, khả năng tính toán thiết kế và tính khả thi của công trình. Phơng án lựa chọn để thi công phải thỏa mãn hai yêu cầu : + Yêu cầu kĩ thuật: - Đảm bảo độ bền, độ ổn định, tuổi thọ.dới tác dụng của tải trọng công nghệ và tải trọng môi trờng trong suốt đời sống công trình. - Đảm bảo chiều cao sóng thiết kế không chạm sàn công tác. + Yêu cầu về kinh tế: Cần có biện pháp giảm giá thành hợp lý, cụ thể là: - Giảm chi phí về vật liệu, tận dụng vật liệu có sẵn. - Giảm thời gian thi công, đặc biệt là thi công trên biển. Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 6 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i - Tận dụng các trang thiết bị, phơng tiện thi công sẵn có, hạn chế tối đa việc mua, thuê Mục tiêu của phơng án lựa chọn là: + Giảm thiểu giá thành xây dựng bằng cách giảm khối lợng vật liệu. + Giảm thời gian thi công + Có thể thi công với những thiết bị sẵn có + Giảm thiểu chi phí vận hành + Dễ dàng tháo dỡ. + Có khả năng tái sử dụng. b. Lựa chọn hớng đặt công trình: Việc lựa chọn hớng công trình phụ thuộc nhiều yếu tố: hớng sóng,công nghệ khai thác trong đồ án này công trình đặt theo hớng có chiều cao sóng lớn nhất là hớng NE. c. Xác định các kích thớc tổng thể : * Vùng áp dụng lý thuyết sóng : Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp gd V T T app +=1 Trong đó : T : chu kỳ sóng T=14.1s V : vận tốc dòng chảy ứng với hớng sóng V =1.31m/s g = 9.81m/s2 d=81.3m = app T 14.1*(1+ 3.81*81.9 31.1 ) = 14.75(s) = 2 app gT H 0.008 và = 2 app gT d 0.038 Từ hai cặp số trên tra đồ thị 2.3.1-3 trang 14 tiêu chuẩn API RP2A WSD Suy ra vùng áp dụng lý thyết sóng Stockes bậc 5 Chiều cao công trình (Từ đáy biển đến vị trí sàn không cho phép ngập nớc) đợc xác định sao cho mặt dới của sàn công tác không bị ngập nớc, có kể đến một khoảng cách an toàn 0 ( 0 đợc gọi là độ tĩnh không của công trình). H CD =MNCN+ . H + 0 . Trong đó : Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 7 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i H = Hmax = H 1 = 16,1 m. = 0,7.(tính với lts stockes bậc 5) 0 1,5 m, ở đây lấy 0 = 1.5 m. H CD =82,1 + 0,7.16,1 + 1.5 = 94,87 (m). Chọn H CD =95m Cao trình Diafragm trên cùng D1: H D1 = H CD -1= 95 -1= 94 m. Xác định kích thớc đỉnh và đáy của KCĐ: Kích th ớc đỉnh 22x48 (m) Chọn độ dốc ống chính nghiêng i = 1/10 = 0,1. Tính toán đ ợc kích th ớc đáy:35,5(m) x 61,5(m) Xác định cao độ giao điểm giữa ống chính và thanh xiên dới cùng của khối chân đế Z d >= (25cm , D/4) Z d là khoảng cách đảm bảo thi công nút D là đờng kính ống chính Chọn Z d = 1m d. Lựa chọn tiết diên các thanh -Tiết diện các thanh đợc lựa chọn dựa trên điều kiện độ mảnh cho phép.Độ mảnh cho phép phụ thuộc vào điều kiện làm việc của thanh(chịu kéo hay nén) Dựa trên điều kiện độ mảnh cho phép,lựa chọn sơ bộ tiết diện của thanh.Từ kết quả tính toán ,lựa chọn lại tiết diện để phù hợp với đặc điểm của tải trọng tác dụng. Theo sổ tayAOSE của Teng H.Hsu ,khi thiết kế sơ bộ các kết cấu chân đế trong điều kện biển ở khu vực Đông Nam á ,có thể chọn giá trị độ mảnh(Kl/r)=110 làm căn cứ để lựa chọn sơ bộ tiết diện: Trong đó k: hệ số kể đến mất ổn định của thanh phụ thuộc vào liên kết 2 đầu l:chiều dài phần tử(khoảng cách giữa 2 tâm nút) r: bán kính tiết diện phần tử Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 8 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i Công thức tính độ mảnh nh sau: = k.l/r Trong đó: k : hệ số quy đổi chiều dài: k 1, đã nêu ở trên. l :chiều dài của phần tử, đợc xác định bằng khoảng cách giữa hai tâm nút. r :bán kính quán tính tiết diện phần tử. Do phơng án chọn là dạng kết cấu chop cụt nhóm dự kiến phơng án kết cấu chân đế đỡ trực tiếp thợng tầng không dùng khung sàn chịu lực. Vị trí mặt D1 bố trí cách đỉnh chân đế 1m. Cao độ mặt Dia Fragm D8 cách đáy biển 1.0m. DIAFRAGM Cao trinh so vi ay biờn (m) D6 1.0 D5 21.0 D4 40.0 D3 59.0 D2 77.0 D1 94.0 Từ sơ đồ hinh học của khối chân đế đã chọn ta có tìm ra đợc chiều dài lớn nhất ứng với mỗi loại tiêt diện thanh.Lấy chiều dài đó tính toán kiểm tra độ mảnh của các thanh với các lựa chọn kích thớc tiết diện thanh qua bảng thể hiện ở phục lục. Kết quả tính toán và kiểm tra cho thấy thanh tất cả các thanh đều thỏa mãn điều kiện độ mảnh và sử dụng kích thớc tiết diện đó để tính toán kết cấu công trình . Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 9 loại phần tử k thanh ống chính 1,0 thanh xiên,ngang 0,7 thanh chính chéo 0,8 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i D1 Nhãm 5_líp 52cb2 gvhd:th.s vò ®an chØnh 10 ViÖn x©y dùng c«ng tr×nh biÓn ®å ¸n: ctb cè ®Þnh i [...]... Khi tính t i trọng đẩy n i các ống ngang và ống xiên đợc xem là kín 2 đầu,các ống chính cần xét đến lợng nớc trong ống II.2.2 .Công thức tính toán Công thức xác định t i trọng đẩy n i: Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 25 Viện xây dựng công trình biển Fđn = A l i i nn đồ án: ctb cố định i i Trong đó: Fđn: Lực đẩy n i (T) Ai: diện tích tiết diện ngang của phần tử Di2 v i Di là đờng kính ngo i. .. tơ chuyển vị của kết cấu (t i các nút) F(t): Véc tơ t i trọng sóng Để gi i b i toán tựa tĩnh kết cấu chân đế công trình biển, ta gi I phơng trình K.U=F các phơng pháp để giả hệ phơng trình trên nh phơng pháp Gauss, phơng pháp Cholesky Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 14 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i Còn đ i v i b i toán động để gi i hệ phơng trình cân bằng động tổng quát... 0.7987 Tổng kh i lợng hà bám 315,76 tấn Kết quả tính toán chi tiết thể hiện ở phần phụ lục Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 20 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i 4 Xác định kh i lợng nớc kèm của các thanh ngập nớc: Xác định kh i lợng nớc kèm tính từ MNTB xuống đáy biển Kh i lợng nớc kèm quy đ i t i nút thứ i là: mnk (i) = n.Cam.Vi Trong đó: + n - mật độ của nớc biển = 1,025 t/m3... lo i t i trọng dựa vào các khả năng xẩy ra đồng th i hay không đồng th i của các t i trọng Dựa trên đánh giá độ tin cậy, ng i ta đa ra các tổ hợp t i trọng Trong phạm vi đồ án láy tất cả các hệ số tổ hợp đều bằng 1 Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 33 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i Các tổ hợp t i trọng: Ta có các tổ hợp t i trọng để tính toán nh sau: COMBO1: BT + SóngNE + GióNE... Pi (T) 716.7 716.7 716.7 716.7 2 Xác định kh i lợng bản thân kết cấu quy đ i: Kh i lợng bản thân của một thanh là : mbt (i) =s As Li Trong đó: + s - Trọng lợng riêng của vật liệu làm thanh kết cấu, v i vật liệu thép s = 7.850 t/m3 + Asi - diện tích tiết diện của thanh thứ i , m2 V i Asi = [.( Di2 -(Di - 2 .i) 2)]/4 V i Di , i - đờng kính ngo i và bề dầy của thanh thứ i + Lij - chiều d i thanh thứ i. .. tử thứ i có kể đến hà bám Đ i v i ống Ai = 4 chính có nớc trong ống, A là diện tích mặt cắt ngang li: Chiều d i phần tử thứ i nn = 1.025 (T/m3), Trọng lợng riêng đẩy n i Trong thực hành tính toán của đồ án nhóm sử dụng phần mềm SAP2000 tính toán tự động t i trọng đẩy n i trên cơ sở lý thuyết trên III.3.Xác định t i trọng gió: II.3.1.Cơ sở lý thuyết T i trọng gió đợc tính toán theo tiêu chuẩn API (Recommended... bền,khi chu kỳ dao động của công trình Tkc . chØnh 1 ViÖn x©y dùng c«ng tr×nh biÓn ®å ¸n: ctb cè ®Þnh i VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐỒ ÁN: CTB CỐ ĐỊNH I PHầN a : I. gi i thiệu chung về công trình biển cố định bằng thép Trên thế gi i công trình. - Giảm th i gian thi công, đặc biệt là thi công trên biển. Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 6 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i - Tận dụng các trang thiết bị, phơng tiện. diafrargm hớng N Nhóm 5_lớp 52cb2 gvhd:th.s vũ đan chỉnh 5 Viện xây dựng công trình biển đồ án: ctb cố định i 3. Xây dựng phơng án kết cấu chân đế a. Nguyên tắc xây dựng phơng án: + Phải