ĐỒ án tính toán thiết kế kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép ( CTBCĐBT ) trong giai đoạn khai thác

Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh ĐỒ ÁN Tính toán thiết kế kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép ( CTBCĐBT ) trong giai đoạn khai thác. Viện Công Trình Biển 1 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh Chương 1 : GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN I. GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH Công trình biển bằng thép là công trình có vật liệu làm chủ yếu làm bằng thép. Công trình làm việc như một khung không gian, các tải trọng được truyền vào nền đất thông qua các móng cọc đóng sâu vào nền đất . - Ưu điểm : + Thép là loại vật liệu có cường độ cao kích thước tương đối nhỏ, vì vậy kết cấu có trọng lượng và kích thước tương đối nhỏ dẫn đến tải trọng sóng tác động lên công trình nhỏ. + Khả năng cấu tạo và liên kết của thép là rất linh hoạt. + Có thể áp dụng cho phần lớn các điều kiện địa chất. + Thời gian thi công nhanh nhưng đòi hỏi về phương tiện và bến bãi thi công trên bờ. - Nhược điểm : + Thép là loại vật liệu đắt tiền. + Đòi hỏi phải duy tu và bảo dưỡng thường xuyên để khắc phục hậu quả do ăn mòn và nứt do mỏi. + Thời gian thi công ngoài biển kéo dài và đòi hỏi phải có nhiều thiết bị chuyên dụng của ngành. Phải trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 là thi công lắp giáp , giai đoạn 2 là vận chuyển hạ thuỷ đánh chìm và cố định ngoài biển. Do đó tồn tại nhiều rủi ro khi thi công. II. SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 1. Đặc điểm công trình : Kích thước khung đỡ Thượng tầng Số ống chính PA thi công PA móng Độ sâu nước (m) Trọng lượng Hình dáng/kích thước/số giếng 44x20m 30000 kN Tứ giác 52x36x30m 8 giếng 8 ống chính Launching Cọc váy 88 2. Số liệu khí tượng hải văn tại vị trí xây dựng công trình : Viện Công Trình Biển 2 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh Các thông số đề bài 4 Biên động triều lớn nhất d 1 ( m ) 1.8 Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d 2 ( m ) 1.2 Độ sâu nước d 0 ( m ) 88 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 Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW 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 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 Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW Viện Công Trình Biển 3 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh 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 Hướng 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 ( chu kỳ lặp 100 năm ): Các thông số Hướng sóng Viện Công Trình Biển 4 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh N NE E SE S SW W NW Vận tốc (cm/s) 93 131 100 173 224 181 178 121 Hướng (độ) 240 241 277 41 68 79 78 134 6. Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất ( chu kỳ lặp 100 năm ): Các thông số Hướng sóng N NE E SE S SW W NW Vận tốc (cm/s) 68 111 90 102 182 137 119 97 Hướng (độ) 2 301 60 295 329 53 329 197 7. Số liệu hà bám : Phạm vi hà bám tính từ mực nước trung bình trở xuống Chiều dày hà bám Từ mực nước trung bình 0 (m) đến -4 (m) 80 mm Từ -4 (m) đến -8 (m) 87 mm Từ -8 (m) đến -10 (m) 100 mm Từ -10 (m) đến đáy biển 70 mm Trọng lượng riêng hà bám : γ=1600 kG/m 3 8. Số liệu địa chất công trình : Đề số 1 : Viện Công Trình Biển 5 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh 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 = 11m h 2 =31m h 3 = V ô h ạn 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 lượng γ (g/cm 3 ) 2.0 2.03 2.01 9 Tỷ trọng Δ (g/cm 3 ) 2.75 2.74 2.78 1 0 Hệ số rỗng e 0.75 0.65 0.72 11 Lực dính c ( kN/m 2 ) 43 51 67 1 2 Cường độ kháng nén không thoát nước c u (kN/m 2 ) 25 75 150 1 3 Góc ma sát trong ψ , độ 14 22 25 Viện Công Trình Biển 6 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh 9. Số liệu về vật liệu : Số liệu về quy cách thép ống ( lấy theo quy cách thép ống của API ) + Vật liệu thép : - Loại thép A3 Đặc trưng cơ lý của vật liệu thép : - Khối lượng riêng t γ =7.85 ( T/m 3 ) - Cường độ chảy y F = 3450 ( kG/m 2 ) với D> 520 mm = 2150 ( kG/m 2 ) với D< 520 mm - Cường độ tính toán R = 2700 kG/cm 2 - Cường độ chịu cắt R c = 1550 kG/cm 2 - Cường độ chịu ép mặt R em = 1350 kG/cm 2 - Mô đun đàn hồi E = 2.1x10 6 kG/cm 2  Chương 2 : THIẾT KẾ KẾT CẤU CHÂN ĐẾ Viện Công Trình Biển 7 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh I. THIẾT KẾ TỔNG THỂ 1. Phân tích lựa chọn các thông số môi trường để thiết kế. a ) Xác định mực nước tính toán + Mực nước triều cao: MNTC = 1o d d + = 88 + 1.8 = 89.8 (m). + Mực nước trung bình: MNTB = 1 1.8 88 88.9( ) 2 2 o d d m+ = + = + Mực nước tính toán: MNTT = 1 2o d d d + + = 88 + 1.8 + 1.2 = 91 (m). b) Phân tích, tổng kết các số liệu môi trường, vẽ hoa gió, hoa sóng. * Xác định hướng tác dụng: Chọn 2 hướng sóng tác động vào công trình để tính toán và kiểm tra kết cấu chân đế. + Hướng 1 : là hướng có chiều cao sóng lớn nhất NE ( hướng chính). + Hướng 2 : là hướng N. Hướng H max ( m) T ( s) Đông Bắc 16.1 14.3 Bắc 10.8 10.3 * Xác định huớng tác dụng của dòng chảy: Viện Công Trình Biển 8 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh Hướng tác dụng của dòng chảy chọn theo 2 hướng tác dụng của sóng. + Dòng chảy mặt lớn nhất: Các thông số Hướng sóng NE N Vận tốc (cm/s) 131 93 Hướng (độ) 241 240 + Dòng chảy đáy lớn nhất: Các thông số Hướng sóng NE N Vận tốc (cm/s) 111 68 Hướng (độ) 301 2 * Xác định huớng gió tác dụng: - Trong đồ án, thiết kế khối chân đế thì dùng số liệu gió giật trong vòng 1 phút với chu kỳ lặp 100 năm, đo ở độ cao 10m so với mực nước chuẩn sử dụng trong thiết kế. Viện Công Trình Biển 9 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh - Trong thiết kế đồ án, ta sử dụng số liệu của 2 hướng gió chủ đạo tương ứng với 2 hướng sóng là hướng Đông Bắc (NE) và hướng Bắc (N). Hướng NE N V ( m/s ) 47.1 39.7 N v=39.7m/s NE v=47.1m/s E v=1.0m/s SE v=21.4m/s S v=2.7m/s SW v=36.9m/s W v=35.3m/s NW v=34.6m/s H×nh1: Hoa giã. c) Lựa chọn hướng đặt công trình. Viện Công Trình Biển 10 [...]... Loại kết cấu Kết cấu dầm, nhà tờng đặc 0.5 Sàn công tác - 1,5 Kết cấu trụ tròn Cs 1.0 Tớnh toỏn ti trng giú: Vận tốc gió quy đổi trong 1h : N 44,7 (m/s) 160,92 (km/h) NE 58,1 (m/s) 209,16 (km/h) -Phần mô tả sơ đồ tính tải trọng gió: Gồm tải trọng gió lên kết cấu chân đế trên mực nớc tĩnh và tải trọng gió lên phần thợng tầng Trong thực hành tính toán của đồ án nhóm sử dụng phần mềm SAP2000 tự động tính. .. sau: vx = ch(kz ) Gn sh(nkd ) k cos(n(kx-t )) sh( nkz ) G n sh(nkd ) k vz = sin(n(kx-t )) + Vận tốc lan truyền sóng không đổi gọi là vận tốc pha: c =(g/k .(1 +a2.C1+a4C 2). th(k.d )) 1 /2 + Các thành phần gia tốc chuyển động của các phần tử chất lỏng có tọa độ (x,z) theo phơng ngang và phơng đứng có thể xác định gần đúng nh sau : ax = k C 2 n 1 Rn 2 sin(nkx-t )) k C 2 n 1 Sn 2 az = có (nkx-t )) Tổng hợp... định các phản ứng của tổng thể công trình của các thành phần, phần tử kết cấu phải sử dụng đến phơng pháp số, cùng với sự hỗ trợ của các phơng tiện tính toán; trong đó phơng pháp phần tử hữu hạn đợc sử dụng hầu hết các bài toán kêt cấu, bài toán tĩnh, bài toán động, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, nó cũng giải quyết nhiều mối tơng tác giữa kết cấu và môi trờng kết cấu 1 Lp s tớnh toỏn kt cu: Vin... hởng của nhiễu xạ lại đóng vai trò quyết định Công trình biển cố định bằng thép kết cấu kiểu Jacket là công trình tổ hợp bởi các phần tử có kích thớc nhỏ (xét tỉ số D / L < 0. 2), tải trọng của sóng và dòng chảy tác động lên công trình mà cụ thể là các thanh đợc tính toán theo công thức Morison dạng chuẩn tắc Để tổng quát cho thuật toán ta xét một thanh xiên bất kì trong hệ tọa độ xyz nh sau: z y x Vin... thẳng đứng cố định) và chiều dài sóng L (quãng đờng mà sóng truyền đợc trong một chu kỳ T) nh sau : k= Vin Cụng Trỡnh Bin 2 L 34 B mụn: KTCTB v OBC GVHD: Mr.V an Chnh =(g.k .(1 +a2.C1+a4C 2). th(k.d )) 1 /2 Trong đó C1 và C2 là các thông số tần số của sóng Các thành phần vận tốc theo phơng ngang (theo trục x) và phơng thẳng đứng (theo trục z) của phần tử chất lỏng có tọa độ (x,z) đợc xác định từ các công thức... Từ kết quả tính toán, lựa chọn lại tiết diện để phù hợp với đặc điểm của tải trọng tác dụng Theo sổ tayApplied Offshore Structural Engineering 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 Công thức tính độ mảnh nh sau: = k.l/r Trong đó : k: hệ số kể đến mất ổn định. .. thuyết tính toán) Tiến hành xoay lại hệ trục tọa đ: FX=Fx.cos - Fy.sin; FY= Fx.sin+ Fycos;FZ= Fz Trong phạm vi Đồ án tính toán với hai hớng sóng là NE là hớng sóng chủ đạo và một hớng khác là hớng N Trong thực hành tính toán của đồ án nhóm sử dụng phần mềm SAP2000 tính toán tự động tải trọng sóng trên cơ sở lý thuyết trên 4 T hp ti trng Hệ số tổ hợp tải trọng: Do quá trình chế tạo, cũng nh sử dụng công. .. mv(i) = v[ .(( Doc - 2.oc) 2)- D2cc )) /4].Li Trong ú : v - Khi lng riờng ca va bm trỏm (v= 1800 kg/m 3) Doc,oc ng kớnh ngoi v chiu dy ng vỏy Dcc : ng kớnh cc L i : Chiu di ng vỏy i, õy cỏc ng vỏy cú chiu di bng nhau T ú ta tớnh c tng khi lng va trỏm l : 16.65T Bng tớnh toỏn c th c trỡnh by mc lc cui thuyt minh g) Khi lng cc mc(i) =c [.(D2cc - (Dcc - 2cc) 2)/ 4].Li Trong ú : c : Khi lng riờng ca cc (c... trọng gió là động, nhng trong tính toán tải trọng gió là tĩnh * Công thức xác định tải trọng gió theo API: 2 F = 0.0473.Vz Cs A Trong đó: F: là lực gió tác dụng lên kết cấu (N) Vz: Vận tốc gió trung bình đo trong 1 giờ tại độ cao z so với mực nớc tĩnh (km/h) 1 Z n V z = V 10 10 Quy đổi vận tốc gió trung bình đo trong 3s sang vận tốc gió trung bình đo trong 1h Z V t ( z ) = V 10 10 V 10... dòng chảy làm tăng đáng kể cho tải trọng sóng Tác động của sóng lên công trình biển mang bản chất động và là trội tuyệt đối trong tổng tải trọng ngang tác dụng lên kết cấu khối chân đế Tùy theo tính chất của lực sóng tác dụng mà các phần tử của kết cấu ngoài biển đợc chia thành vật thể mảnh và vật thể có kích thớc lớn Đối với vật thể mảnh thì lực quán tính và lực cản của sóng là đáng kể, còn đối với . ĐOBC GVHD: Mr.Vũ Đan Chỉnh ĐỒ ÁN Tính toán thiết kế kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép ( CTBCĐBT ) trong giai đoạn khai thác. Viện Công Trình Biển 1 Bộ môn: KTCTB và ĐOBC GVHD:. hà bám tính từ mực nước trung bình trở xuống Chiều dày hà bám Từ mực nước trung bình 0 (m) đến -4 (m) 80 mm Từ -4 (m) đến -8 (m) 87 mm Từ -8 (m) đến -10 (m) 100 mm Từ -10 (m) đến đáy biển 70. ngoài khơi a) Xác định các kích thước tổng thể của kết cấu. + Kích thước đỉnh của kết cấu chân đế : 44x20 (m) + Xác định chiều cao công trình : _ Chiều cao công trình ( Từ đáy biển đến vị trí