Câu 1: Xác định tải trọng động gió 1.1 Phân biệt khác cách tính tải trọng gió tác động lên kết cấu thượng tầng (Topside) kết cấu chân đế (Jacket); - Hầu hết tính tốn cho chân đế coi tải trọng gió tĩnh - Với thượng tầng kể đến yếu tố động tải trọng gió hiệu ứng động tải trọng gió lên kết cấu đáng kể ( tháp khoan, cần đốt, cầu thép nối giàn …) Hình 1: Giàn khoan cố định ngồi khơi chịu tải trọng gió 1.2 Xác định hiệu ứng động có chu kỳ dịng gió qua kết cấu mảnh; - Xét vận tốc gió qua phần tử trụ, mảnh Gồm trường hợp sau: a Trường hợp dao động ngang dịng gió - Tần số dao động: FL = St ×v D - Trường hợp tiết diện tròn: 11800 ≤ Re ≤ 19100 ⇒ St = 0.2 0.2v v ⇒ FL = = D 5D - Lực dao động ngang dịng gió: FL ( t ) = ρC Lv A sin ( 2π ft + ε L ) Hình 2: Dao động ngang dịng gió b Trường hợp cộng hưởng ngang dịng ⇒ FL = FN = v 5D Trong đó: FL : Tần số dao động lực ngang dòng FN : Tần số dao động kết cấu Vậy điều kiện cộng hưởng ngang dòng: vcrit = Df N vcrit ( reduce ) = vcrit =5 Df N Tiêu chuẩn DnV đưa miền cộng hưởng ngang dòng: 4.7 ≤ vcrit ( reduce ) ≤ 8.0 c Trường hợp dao động dọc dịng gió ρ CD 'v A sin ( 2π f D ' + ε L ) 2 St ×v fD' = fL = D FD ' = Với tiết diện tròn: St = 0.2 ⇒ FD ' = v 2.5 D ' Các hệ số CD ; CL , CD tra theo đồ thị phụ thuộc hệ số Reynolds 1.3 Mô tả thống kê mạch động gió tải trọng mạch động gió thượng tầng a Mơ tả thống kê mạch động gió Gió cấu tạo hai thành phần: trung bình mạch động: v ( t ) = v + vtub ( t ) Trong đó: : Vận tốc gió trung bình (khơng đổi giá trị hướng) : Turbulent wind vector Trục x: ; Trục x: ; Trục x: vtub ( t ) = u ( t ) + v ( t ) + ω ( t ) Véc tơ có thành phần: vx ( t ) = v + u ( t ) vy ( t ) = v ( t ) vz ( t ) = ω ( t ) Hình 3: Hệ trục Hình 4: Thành phần vận tốc gió Hình 5: Thành phần vận tốc gió hướng x Hình 6: Thành phần vận tốc gió hướng y Hình 7: Thành phần vận tốc gió hướng z b Tải trọng mạch động gió lên kết cấu thượng tầng Công thức Morison: F= ρ Cd Dv + ρ Cm Av& Trong đó: : Lực đơn vị dài kết cấu : Mật độ dòng : Hệ số vận tốc : Vận tốc dòng : Hệ số khối lượng : Diện tích phần tử kết cấu : Gia tốc Giả sử luồng gió x, có , ta được: vx ( t ) = v + u ( t ) vy ( t ) = v ( t ) vz ( t ) = ω ( t ) Cuối ta có lực tác dụng lên kết cấu: ( ) ( d ρ Cd v + u ( t ) + ρ Cm A v +u( t) dt d Fy ( t ) = ρ Cd v ( t ) + ρ Cm A v ( t ) dt d Fy ( t ) = ρ Cd ω ( t ) + ρ Cm A ( ω ( t ) ) dt Fx ( t ) = ) Câu 2: Tính tốn kết cấu thượng tầng chịu tải trọng gió 2.1 Các loại kết cấu thượng tầng cần tính tốn với tải trọng động mạch động gió - Một số phận kết cấu thượng tầng có chu kỳ dao động 1-2s (hoặc lớn) gây tượng cộng hưởng gió động có chu kỳ khoảng 3s : mask, tower, flare boom… Bảng 1:Các loại kết cấu thượng tầng cần tính tốn với tải trọng động mạch động gió Dynamic response unimportant (T < 0.5s) - Building - Most bridges (ví dụ: cầu bê tông) Dynamic response important (T > 0.5s) - Masts - Towers - Flare booms - Some bridge (ví dụ : cầu treo dài…) 2.2 Xác định phản ứng động kết cấu mảnh - Hầu hết tính tốn cho khối chân đế đề coi tải trọng gió tĩnh, thượng tầng cần kể đến yếu tố động tải trọng gió (Bảng 1) - Các phương pháp tính ảnh hưởng động gió: phương pháp tĩnh, phương pháp tĩnh có kể đến hệ số động, phương pháp tính động (ngẫu nhiên) - Các tốn có đầu vào (tải trọng gió) khác phụ thuộc vào: + Bài tốn gió cực đại: tốn bền (ULS) + Bài tốn gió bình thường: tốn mỏi (FLS) - Các loại gió mạnh để xác định loại tải trọng gió tương ứng + Gió mùa bão: phổ biến châu Á + Gió tạo nên áp suất khí phạm vi hàng trăm km + Gió cục hiệu ứng nhiệt độ cục bộ, địa hình cục núi đồng 2.3 Xác định phản ứng động kết cấu mảnh Bước 1: Xác định vận tốc: v ; vx ; v y ; vz Bươc 2: Xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu theo yêu cầu toán bền mỏi Bước 3: Giải toán động lực học theo phương pháp phổ (bài toán bền mỏi) Bước 4: Xác định phổ ứng suất dựa kết toán kiểm tra bền mỏi - Bài toán bền: phổ ứng suất cho đánh giá điều kiện an tồn khơng bị phá hủy với điều kiện mơi trường cực đại - Bài toán mỏi: phổ ứng suất cho đánh giá tuổi thọ điểm xét kết cấu Câu 3:Tính tốn kết cấu cơng trình biển kiểu Jacket chịu tải trọng động đất 3.1 Định nghĩa phân loại độ mạnh trận động đất a Định nghĩa Hiện tượng dao động mạnh đất xảy nguồn lượng lớn giải phóng thời gian ngắn Do rạn nứt hay đứt gãy đột ngột phần vỏ hay phần áo đất Một số nguyên nhân gây động đất: • Nguyên nhân nội sinh: −Động đất sụp lở hang động ngầm mặt đất động đất vụ trượt lở đất đá tự nhiên với khối lượng lớn (loại động đất thường làm rung chuyển vùng hẹp chiếm khoảng 3% tổng số trận động đất giới) −Động đất núi lửa, chủ yếu liên quan với hoạt động phun nổ núi lửa (loại động đất không mạnh –chiếm khoảng 7%) −Động đất kiến tạo (chiếm 90%) liên quan với hoạt động đứt gãy kiến tạo, đặc biệt đứt gãy rìa mảng thạch quyển, vận động kiến tạo đới hút chìm; liên quan đến hoạt động macma xâm nhập vào vỏ trái đất làm phá vỡ trạng thái cân áp lực có trước đá vây quanh làm đá phát sinh ứng suất bị đứt vỡ xảy động đất; liên quan đến biến đổi tướng đá từ dạng tinh thể sang dạng tinh thể khác gây co rút dãn nở thể tích đá làm biến đổi lớn thể tích gây động đất • Ngun nhân ngoại sinh: gồm động đất thiên thạch va chạm vào trái đất • Nguyên nhân nhân sinh: động đất xảy hoạt động làm thay đổi ứng suất đá gần bề mặt đặc biệt vụ thử hạt nhân, nổ nhân tạo lòng đất tác động áp suất cột nước hồ chứa nước, hồ thủy điện b Phân loại độ mạnh trận động đất * Theo thang cường độ động đất Dựa theo cảm giác người mức độ tàn phá nhìn thấy chúng Bảng 2: Thang cường độ Mercalli (MM) Cường Gia tốc cực đại gần Mô tả tác động động đất đất (g) độ I MM Con người không cảm nhận được, có địa I chấn kế ghi nhận Một số người sống ỏ tầng nhà cảm nhận hoạt động địa chấn Các vật treo II