Bài giảng, Công trình ngoài khơi ,Chương 1 ,Tải trọng tác dụng lên, Công trình ngoài khơi
BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM Công trình ngoài khơi TS. Nguyễn Danh Thảo ThS. Đặng Xuân Trường Liên hệ: BM Cảng – Công Trình Biển Tel: 08.3863.8431 Email: ndthao@gmail.com Email: dangxuantruong@hcmut.edu.vn Blog: dxtruong.blogspot.com CHƯƠNG II Tải trọng tác dụng lên công trình ngoài khơi BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 2 BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 3 Tải trọng tác dụng lên CTNK Dòng chảy Tải trọng khác Sóng biển Gió Công trìnhCông trình ngoài khơingoài khơi BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 4 2.1. Sóng biển Sóng trên bề mặt đại dương được hình thành do nhiều nguyên nhân như: gió, động đất, thủy triều, khí áp… nhưng sóng gió là loại sóng xảy ra thường xuyên và có tác động lớn đến công trình biển. Vì thế, trong thiết kế xây dựng công trình ngoài khơi cần xét đến tác động của sóng gió, đặc biệt là do gió bão gây nên. BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 5 2.1. Sóng biển Sóng gió thường là sóng không đều, ngắn, có tính ngẫu nhiên và có các đặc tính thay đổi theo thời gian và không gian. Hướng sóng cũng luôn thay đổi nhưng hướng chính thì luôn phù hợp với chiều gió, chỉ trừ trường hợp sóng lừng, sóng nằm ngoài phạm vi tác động trực tiếp của trường gió và khi gió chuyển hướng. BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 6 2.1. Sóng biển Sóng biển Sóng đều Sóng không đều Sóng có chiều cao và chu kì sóng không đổi Sóng có chiều cao và chu kì sóng thay đổi theo thời gian và không gian BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 7 2.1. Sóng biển Đối với sóng đều có các loại sau: Lý thuyết sóng tuyến tính (linear wave theory), Lý thuyết sóng Cnoidal (sóng nước nông), Lý thuyết sóng đơn, lý thuyết sóng đơn giản (sóng điều hòa hoặc sóng hình sin), Lý thuyết sóng Stokes (sóng nước sâu), Lý thuyết sóng hàm số dòng (Stream Function Theory)…. BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 8 2.1. Sóng biển Hình 2.1: Hình dạng sóng có chu kỳ của một số sóng BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 9 2.1. Sóng biển Hình 2.2: Phạm vi sử dụng các lý thuyết sóng BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 10 2.1. Sóng biển Các lý thuyết sóng được sử dụng nhiều trong tính toán công trình biển phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể như sau: Lý thuyết sóng Airy (lý thuyết sóng tuyến tính): sử dụng đối với mọi vùng nước có độ sâu khác nhau. Lý thuyết sóng Stokes (lý thuyết sóng có biên độ hữu hạn, từ bậc 1 đến bậc 5): thích hợp với những vùng nước có độ sâu nước hữu hạn. Lý thuyết sóng Cnoidal (bậc 1 đến bậc 3): thích hợp với sóng lan truyền trong vùng nước nông. [...]... theo công thức BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 31 Sự dịch chuyển của phần tử nước Hình 2.7: Dịch chuyển phần tử nước từ vị trí cân bằng tại vùng nước nông và nước sâu BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 32 Sự dịch chuyển của phần tử nước (2 .19 ) (2.20) Đơn giản các phương trình trên bằng các công thức (2. 21) đến (2. 31) trong tập bài giảng công trình ngoài khơi của... do đó, phương trình (2.4) và (2.5) trở thành: (2 .10 ) Và phương trình (2.6) trở thành: (2 .11 ) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 26 Đường mặt sóng (profile sóng) Đường mặt sóng có thể được biểu diễn dưới dạng: (2 .12 ) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 27 Các công thức hữu dụng Chia phương trình (2.6) cho (2 .11 ) và chia (2.7) cho (2.9) ta được: (2 .13 ) Nếu nhân... – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 24 Vận tốc, chiều dài và chu kì sóng Bảng 2 .1 Phân loại sóng theo độ sâu tương đối Phân loại Nước sâu Vùng trung gian Nước nông BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM d/L kd tanh(kd) 1/ 2 đến đến 1 1/20 đến 1/ 2 /10 đến tanh(kd) 0 đến 1/ 20 0 đến /10 kd 25 Vận tốc, chiều dài và chu kì sóng Trong vùng nước sâu, tanh(kd) tiến đến 1, ... (Chương 2) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 33 Áp suất Áp suất dưới mặt sóng là tổng hợp của hai thành phần, áp suất động và áp suất tĩnh: (2.32) Với p’ là áp suất tổng (áp suất tuyệt đối), pa là áp suất không khí, là khối lượng riêng của nước (với nước biển, = 10 25kg/m3 ) (Biến đổi các phương trình trên bằng các công thức (2.33) đến (2.37) trong tập bài giảng công trình ngoài. .. và chia (2.7) cho (2.9) ta được: (2 .13 ) Nếu nhân cả hai vế phương trình (2 .13 ) với d/L thì sẽ trở thành: (2 .14 ) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 28 Vận tốc và gia tốc của phần tử nước Thành phần vận tốc của một hạt nước theo phương ngang và phương thẳng đứng được xác định như sau : (2 .15 ) (2 .16 ) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 29 Vận tốc và gia tốc của phần... BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 12 2.2 .1 Các đặc trưng của sóng Các đặc trưng sóng đều: Đường mặt sóng η, Tốc độ truyền sóng C, Chiều dài sóng L, Tốc độ nhóm sóng Cg, Tốc độ phân tử nước u, w, Gia tốc phân tử nước ax, az, Dịch chuyển phân tử nước ξ, ζ, Áp lực sóng BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 13 2.2 .1 Các đặc trưng của sóng Quá trình truyền... hai đỉnh hoặc bụng sóng liên tiếp BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 16 2.2 .1 Các đặc trưng của sóng Ngoài ra, còn có các tham số sóng khác như: Tần số góc ω=2π/T, Số sóng k=2π/L, Vận tốc pha hay vận tốc truyền sóng: C=L/T = ω/k BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 17 2.2.2 Sóng Airy Được đề xuất bởi Airy (năm 18 45), Lý thuyết sóng Airy coi hình dạng mặt... dài sóng L và độ sâu nước d Kết quả tính đã bỏ qua các đại lượng vô cùng bé bậc 2 trở lên nên sóng Airy còn được gọi là sóng tuyến tính, hay sóng bậc 1 BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 18 2.2.2 Sóng Airy Hình 2.5: Các thông số sóng tuyến tính BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 19 2.2.2 Sóng Airy Độ lệch mặt sóng η chỉ khoảng cách từ bề mặt sóng đến mực nước tĩnh... kx-ωt θ có giá trị trong khoảng từ 0 đến 2π Một cách đơn giản, sóng chu kỳ có hình dạng cố định truyền theo phương ngang có thể được mô tả thông qua chiều cao sóng H, chiều dài sóng L và độ sâu nước d BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 14 2.2 .1 Các đặc trưng của sóng Hình 2.4: Định nghĩa các yếu tố sóng tiến đơn giản hình sin BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 15 ... (2 .15 ) (2 .16 ) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 29 Vận tốc và gia tốc của phần tử nước Gia tốc phần thử nước được tính bằng cách lấy đạo hàm phương trình (2 .15 ) và (2 .16 ) theo thời gian: (2 .17 ) (2 .18 ) BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM 30 Sự dịch chuyển của phần tử nước Các phần tử nước dịch chuyển theo quỹ đạo hình elip ở vùng nước nông hoặc vùng có độ sâu nước . dxtruong.blogspot.com CHƯƠNG II Tải trọng tác dụng lên công trình ngoài khơi BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 2 BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 3 Tải trọng tác dụng lên. trọng tác dụng lên CTNK Dòng chảy Tải trọng khác Sóng biển Gió Công trìnhCông trình ngoài khơingoài khơi BM Cảng – Công Trình Biển Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM 4 2 .1. Sóng biển Sóng trên bề mặt. xuyên và có tác động lớn đến công trình biển. Vì thế, trong thiết kế xây dựng công trình ngoài khơi cần xét đến tác động của sóng gió, đặc biệt là do gió bão gây nên. BM Cảng – Công Trình Biển Trường