Bài tập công trình ngoài khơi - chương 2

Tính: a Dịch chuyển lớn nhất theo phương ngang và theo phương đứng của phần tử nước so với vị trí cân bằng khi z  0 và z  d.. c Với điều kiện tương tự như câu b, chứng minh rằng dịch

CÔNG TRÌNH NGOÀI KHƠI BÀI TẬP CHƯƠNG 2

2.1 Một sóng có chu kỳ T=10s truyền vào bờ qua một mái dốc đều từ độ sâu d=200m

đến d=3m

- Tính vận tốc sóng C và chiều dài sóng L tương ứng tại vị trí có độ sâu d=200m và d=3m

2.2 Sóng có chu kỳ T=8s, độ sâu nước d=15m, chiều cao sóng H=5.5m

- Tính vận tốc phần tử nước theo phương ngang u và theo phương đứng w, gia tốc x

 và  z tại vị trí có z   5m dưới mực nước tĩnh khi  2 x L2 t T  3

2.3 Sóng tại vị trí có độ sâu nước d=12m, chiều cao sóng H=3m, chu kỳ sóng T=10s

Chiều cao sóng nước sâu của con sóng kể trên là H0  3 13m Tính:

(a) Dịch chuyển lớn nhất theo phương ngang và theo phương đứng của phần tử nước so với vị trí cân bằng khi z  0 và z  d

(b) Dịch chuyển lớn nhất của phần tử nước tại độ sâu z   7 5m khi sóng trong vùng nước rất sâu

(c) Với điều kiện tương tự như câu (b), chứng minh rằng dịch chuyển của phần tử nước là nhỏ so với chiều cao sóng khi z L0 2

2.4 Áp suất lớn nhất trung bình 2

/

124KN m

p  đo được cách đáy biển 0.6m tại vị trí có

độ sâu nước là d=12m Tần số sóng trung bình f 0.06667Hz

Tính chiều cao sóng H theo lý thuyết sóng tuyến tính

Gợi ý: T 1 f

2.5 Bài tập ví dụ tính toán sóng Stokes:

Sóng có chiều cao H=10.7m, L=115m, độ sâu nước d=23m

Yêu cầu: Xác định dạng đường mặt sóng và tính toán lại chiều cao sóng, xác định

thành phần vận tốc của hạt nước theo lý thuyết sóng Stokes

Hướng dẫn:

Đầu tiên ta xác định tham số chiều cao sóng a

Từ công thức (2.49):  5 35 55 

33 3

33 3

kH

Sử dụng phương pháp thử dần (lặp) để tính a

Ở đây: 0.20

115

23





L

d

0546 0 115

14 3 2 2





L

=> 0.292

2 

kH

Tra Bảng 2.3 tìm các tham số sóng: F 33 = 0.996; F 35 = 3.679; F 55 = 1.734

Tính lặp cho kết quả a = 0.267

Từ đó ta có công thức tính độ lệch của mặt sóng từ mực nước tĩnh là:











4,84cos 1,32cos2 0,44cos3 0,116cos4 0,0427cos5

Với góc  kx t

Giá trị cực trị của độ lệch  phụ thuộc vào :

Khi   0: max  6 76m

Khi   : min 3.90m

Chiều cao sóng tính toán: H tt 6.76m3.90m10.66m

2.6 Bài tập ví dụ 2:

Xác định tải trọng lớn nhất và momen của nó tại chân 1 tháp trụ đường kính

m

D 1 22 dưới tác dụng của sóng có chiều cao H  10 7m; chiều dài L 115m; lan truyền ở vùng có độ sâu d  23m Giả thiết C D 1; C M 2

Gợi ý:

Mặc dù trong trường hợp này, chiều cao sóng là khá lớn, nhưng có thể dùng lý thuyết sóng Airy để đánh giá gần đúng tải trọng sóng

Tính k,

Vì tỷ số giữa chiều cao sóng và đường kính cột lớn hơn 1 nên không thể bỏ qua thành phần vận tốc của tải trọng sóng

Tính thành phần vận tốc và thành phần gia tốc của hợp lực tải trọng sóng tác dụng

lên trụ theo công thức (2.60) và (2.61) với H cos .t

Dùng phép phân tích số hoặc dùng máy tính để tính toán ứng với các giá trị khác nhau để tìm ra giá trị cực đại của F và độ lệch mặt sóng Từ đó có thể dễ dàng tính được momen tải trọng sóng và cánh tay đòn của hợp lực

Đáp số: Fmax  223 9 (KN), M 3991(KN.m), cánh tay đòn b 17.8(m)

2.7 Bài tập ví dụ 3:

Một kết cấu giàn khoan đơn giản gồm 4 trụ, nối nhau bằng liên kết ngang và chéo, các mặt là như nhau (Hình 2.14) Hãy xác định tổng tải trọng sóng theo phương nằm ngang

tác dụng lên giàn (theo lý thuyết sóng Airy) với các thông số sau đây: H = 6m; L = 90m;

d = 24m, đường kính trụ D = 1,22m, đường kính phần tử liên kết D ’ = 0,61m

Giả thiết C D 1; C M 2

Hình 2.14: Kết cấu chân đế giàn khoan (a) Mặt bên, (b) Mặt trước

Tải trọng sóng nằm ngang lớn nhất được xác định bằng cách tính toán với những giá trị khác nhau của .t Để đơn giản hóa việc tính toán, ta sử dụng lý thuyết sóng Airy

Với trụ thẳng đứng, sử dụng công thức (2.59), (2.60), (2.61) Khi trụ nằm tại mặt

cắt x = 0 (tức là trụ 1-3), tải chỉ phụ thuộc vào .t

Khi tính cho trụ 4-6 (x = 15m) tại cùng thời điểm .t thì tải sóng phụ thuộc

 t k.x Cụ thể:

- Trụ 1-3: x = 0; 1

07

3

/

1026kg m



kz kz

cos cos

2 2 sinh 92

.

1

3









Với: zd243cos .t

- Trụ 4 -6:

kz kz

15 cos 15 cos

2 2 sinh 92 1

6













Với: zd243cos.t15k

Vậy tải trọng tính cho cả 4 trụ đứng là: F  2F13F46

Với , giá trị tổng tải trọng do sóng tác dụng lên 4 trụ đứng là:

F  2 67 5  69 5  274