Nghiên cứu dao động cầu cảng Thọ Quang, thành phố Đà Nẵng khi chịu va đập của tàu thủy

Header Page of 126 B GIO DC V O TO I HC NNG Cụng trỡnh ủc hon thnh ti I HC NNG NG NGUYN UYấN PHNG NGHIấN CU DAO NG CU CNG TH QUANG, THNH PH NNG KHI CHU VA P CA TU THU Ngi hng dn khoa hc: TS NGUYN XUN TON Phn bin 1: TS TRN èNH QUNG Phn bin 2: TS NG VIT DNG Chuyờn ngnh : Xõy dng cụng trinh thy Mó s : 60.58.40 Lun ủc bo v ti Hi ủng chm lun tt nghip Thc s K thut, hp ti i hc Nng vo ngy 19 thỏng 10 nm 2012 TểM TT LUN VN THC S K THUT Cú th tỡm hiu lun ti: Nng - Nm 2012 Footer Page of 126 - Trung tõm Thụng tin - Hc liu, i hc Nng - Trung tõm Hc liu, i hc Nng Header Page of 126 M U lc hc tr cu cng di tỏc dng ca ti trng va chm ca tu thu cp bn l mt ni dung quan trng v cp thit Tớnh cp thit ca ủ ti Bi toỏn phõn tớch dao ủng ca kt cu cụng trỡnh núi chung di tỏc dng ca ti trng ủng ủó thu hỳt ủc s quan tõm ca nhiu nh khoa hc nhiu nc trờn th gii c bit xu th phỏt trin, h thng ngnh xõy dng ca cỏc nc trờn th gii núi chung v ca Vit Nam núi riờng ngy cng hin ủi mi mt Cỏc phng tin ti trờn ủng thy cng tng nhanh, dng, phc tp, nhiu chng loi, lng v tc ủ di chuyn ngy cng cao Tỏc ủng ca chỳng lờn cụng trỡnh cng tr nờn phc theo chiu hng bt li Vỡ vy bi toỏn phõn tớch cỏc hiu ng ủng lc hc kt cu cu cng di tỏc dng ca ti trng va chm ca tu thy cp bn l mt ni dung quan trng v cp thit S lm vic phc ca tr cu cng nờn ủ thit k kt cu hp lý l rt quan trng cú ý ngha nhiu mt nh: kh nng chu lc, tit kim chi phớ, tui th kt cuvv c bit nghiờn cu s lm vic ca kt cu cu cng di tỏc dng ca lc va chm tu cp bn l rt cn thit Trong lun ny hc viờn mun ủ cp ủn ni dung nghiờn cu theo mụ hỡnh tng tỏc ủng lc gia ti trng va chm ca tu thu vi kt cu tr cu cng p dng nghiờn cu dao ủng cu cng Th Quang thnh ph Nng chu va ủp ca tu thu Cng Th Quang ủc xõy dng ủ tip nhn, khai thỏc cỏc tu du cú trng ti ln cú th t 3000DWT ủn 10000DWT, chu lc va s lan du 300DWT, tip nhn ti trng khai thỏc trờn bn 1T/m2, Mc tiờu nghiờn cu Trong lun ny s trung nghiờn cu cỏc ủ sau: - Nghiờn cu xõy dng mụ hỡnh tng tỏc ủng lc gia ti trng va chm ca tu thu vi kt cu tr cu cng - Nghiờn cu ng dng c s lý lun ca cỏc phng phỏp phõn tớch ủng, phng phỏp s v cỏc cụng c tớnh toỏn hin ủi vo phõn tớch kt cu cụng trỡnh cu cng di tỏc dng ca ti trng va chm ca tu thu cp bn - a cỏc khuyn cỏo v phng ỏn cu to kt cu cho va an ton va hiu qu i tng nghiờn cu Nghiờn cu dao ủng ca cu cng Th Quang Nng chu va ủp ca tu thy cú trng ti 10.000DWT nhng xe nõng thit b 2,5T theo ngun thụng tin ti liu s [8] Vỡ Phng phỏp nghiờn cu Phng phỏp nghiờn cu c th ca lun nh sau: - Nghiờn cu lý thuyt v mụ hỡnh tng tỏc ủng lc hc gia ti trng va tu v kt cu cu cng Trong ủú mụ hỡnh phõn tớch dao ủng kt cu cu ủc xem l mụ hỡnh mt lng - Xõy dng thut toỏn phõn tớch dao ủng ca kt cu cu di tỏc dng ca ti trng va tu theo mụ hỡnh tng tỏc ủng lc hc gia kt cu cu v ti trng va tu di ủng mụ hỡnh mt lng - p dng phõn tớch nh hng ca mt s tham s mụ hỡnh tng tỏc ủng lc hc ủn dao ủng ca kt cu cu cng: tc ủ v lng ca tu thy cp bn vv vy cú th núi cu cng Th Quang l mt cụng trỡnh cng khỏ ln cho phộp cỏc tu cú ti trng ln cp bn, v lc va ca chỳng lờn tr cu cng l rt ln Vỡ vy vic nghiờn cu phõn tớch hiu ng ủng í ngha khoa hc v thc tin ca ủ ti Va chm ca tu cú ti trng ln vo kt cu cu cng thng rt nguy him, nú cú th dn ủn phỏ hoi mt phn hoc ton b cụng Footer Page of 126 Header Page of 126 trỡnh khụng b h hng kt cu v ủn gin tớnh toỏn, cỏc k s thit k thng phõn tớch gn ủỳng theo cỏc phng phỏp tnh vi h s an ton rt cao iu ny lm tng chi phớ xõy dng cụng trỡnh cú nhng tham s chớnh xỏc hn thit k v cú gii phỏp thớch hp ủ ủm bo cụng trỡnh va bn vng vi chi phớ xõy dng hp lý, cn cú nhng nghiờn cu ủy ủ hn theo mụ hỡnh tng tỏc ủng lc Bi toỏn phõn tớch cỏc hiu ng ủng lc hc kt cu cu cng di tỏc dng ca ti trng va chm ca tu thy cp bn l mt ni dung quan trng, cú ý ngha khoa hc v thc tin rt ln Chng 1: TNG QUAN V Lí THUYT TNH TON Cu trỳc lun Lun bao gm phn m ủu, kt lun v kin ngh, ti liu tham kho v chng chớnh nh sau : Chng 1: Tng quan v lý thuyt tớnh toỏn va chm v va chm ca tu vo cu cng Chng 2: Xõy dng mụ hỡnh tng tỏc v phng trỡnh vi phõn dao ủng Chng 3: Thut toỏn phõn tớch dao ủng ca cu cng di tỏc dng ca ti trng va chm Chng 4: p dng phõn tớch nh hng ca cỏc tham s ủn dao ủng ca cu cng Th Quang chu lc va chm ca tu Footer Page of 126 VA CHM V VA CHM CA TU VO CU CNG 1.1 Tỡnh hỡnh nghiờn cu dao ủng kt cu cu va chm tu trờn th gii v nc 1.1.1 Trờn th gii Hin trờn th gii cú cỏc phn mm thng dựng phng phỏp phn t hu hn phõn tớch h tr cho vic tớnh toỏn phõn tớch dao ủng kt cu da trờn mụ hỡnh thc t v cú xột ủn cỏc yu t vt lý ngi s dng khai bỏo, cỏc phn mm ny cú giỏ thnh rt cao nh Abaqus, Nastran v Ansyu.Geyer nhng vỡ lý bo mt nờn hin ti hc viờn cha cú ủiu kin tip cn vi cỏc phn mm ủ ny s ủc thc hin tng lai Va chm v phỏ hu ca vt rn l rt quan trng ngnh k thut Phỏ hu vt rn n hoc va chm ủc giỏo s Fourney (1993), Romero (2003) Bờn cnh ủú ủũi hi vic thit k kt cu chng li va chm ủc ỏp dng trờn ph rng Nghiờn cu va chm lnh vc k thut cp ủ ủi tng cú kớch thc ln giỏo s Frộmond (2007) c tớnh ca va chm l trng tc khụng liờn tc theo thi gian Vt nt ca vt rn va chm cú th xut hin vt rn, ủc ủim ca vic xut hin vt nt din bin khụng gian vi trng tc khụng liờn tc quỏ trỡnh va chm v sau va chm H thng chng va chm ngnh ch to ụtụ ủó gii thiu h thng cnh bỏo va chm v h thng phanh t ủng gp nguy c va chm cao ủc giỏo s Tamura v cng s (2001) v giỏo s Jansson cựng cng s (2002) Chớnh vỡ ủ phc ca ủ va chm v hu qu ca nú gõy rt ln thụng thng va chm xy lm phỏ hoi hoc h hng cỏc cp ủ khỏc Vic phũng chng va chm xy rt khú Header Page of 126 khn nờn ủ ny cn ủc xem xột ủi vi tng ủi tng v ủiu kin c th Vic nghiờn cu hiu ng va chm tu vo cu cng Th Quang nhm mc ủớch cỏc gii phỏp ủm bo an ton cho cụng trỡnh cu cng Th Quang chu va chm ca tu cp bn hoc lm gim thiu tn tht ủiu ủú cú ý ngha ln v mt khoa hc v tớnh thc tin 1.1.2 nc Theo Cc thụng tin khoa hc cụng ngh quc gia National Agency for Sience and Technology Information v ti liu khoa hc cụng ngh Vit Nam, hin cha thy cú bi bỏo ca tỏc gi Vit Nam nghiờn cu v va chm tu vo cụng trỡnh cu cng hay nghiờn cu dao ủng tr cu Tuy nhiờn cú mt s tỏc gi ủó ủt ủ nghiờn cu v ni dung trờn 1.2 Tng quan v lý thuyt va chm 1.2.1 Khỏi nim va chm Va chm: l mt quỏ trỡnh ủng lc hc ủc bit ủú tc ca vt bin ủi rừ rt v c ủ ln v phng chiu mt thi gian vụ cựng 1.2.2 Cỏc ủc ủim v cỏc gi thit ủn gin hoỏ Thi gian va chm: Vn tc v gia tc: Nu gi l l ủon ủng dch chuyn thi gian va chm ca vt thỡ: l = v.dt = vtb Lc v xung lc va chm: (1.1) N N(t) t Hỡnh 1.1: Biu din quỏ trỡnh din bin lc va chm p dng ủnh lý bin thiờn ủng lng cho h thi gian va chm cú th vit: t t r r mk v k = Fk dt + N k dt (k=1,2n) (1.2) t Trong ủú: xung lc ca lc thng r F k dt l rt nh so vi xung lc va chm nờn ủc b qua nghiờn cu Ta cú th vit biu thc bin thiờn ủng lng ca h va chm nh sau: t r r mk v k = N k dt = s (1.3) Biu thc (1-1) l phng trỡnh c bn quỏ trỡnh va chm Bin dng v h s hi phc: Cn c vo mc ủ hi phc ca vt ta cú th chia va chm thnh ba loi: - Va chm mm: - Va chm hon ton ủn hi: - Va chm khụng hon ton ủn hi: 1.2.3 Cỏc ủnh lý tng quỏt ca ủng lc hc ỏp dng vo va chm 1.2.3.1 nh lý bin thiờn ủng lng 1.2.3.2 nh lý bin thiờn mụmen ủng lng 1.2.3.3 nh lý ủng nng Footer Page of 126 Header Page of 126 10 1.2.4 Bi toỏn va chm c bn khụng phỏ hu ỏp dng cho va Chng 2: XY DNG Mễ HèNH TNG TC V chm tu vo tr cu 1.3 Kt lun v mc tiờu nghiờn cu cu lun Bi toỏn phõn tớch dao ủng ti trng va tu rt cn thit giai ủon phỏt trin mnh v phng tin chuyn theo ủng bin nh hin v l mt nhng ni dung quan trng cú ý ngha thc tin rt ln Chớnh vỡ vy lun nghiờn cu hiu ng va chm tu vo cu cng ủc bit cu cng ln nhp xng du v khớ hoỏ lng nh cu cng Th Quang l rt ý ngha Lun trung nghiờn cu cỏc ủ sau: Nghiờn cu mụ hỡnh tng tỏc ủng lc hc gia lc va tu vo tr cu cng ủú ti trng tu ủc nghiờn cu nh l vt cú lng bng chớnh ti trng tu cha hng ln nht cú tc di chuyn theo thit k cho phộp trng hp tai nn xy Nghiờn cu s dng phn mm Sap 2000 V14 ủ mụ hỡnh hoỏ s lm vic ca kt cu cu cng t ủú tỡm cỏc thụng s thit lp lờn phng trỡnh vi phõn dao ủng ca tr cu cú xột ủn yu t lc va tu Nghiờn cu s dng phm mm Maple 13 vic phõn tớch bi toỏn dao ủng ca tr cu chu va chm ca tu thu Giỏ tr lc va tu v thi gian va chm tu ủc tớnh toỏn da vo vic phõn tớch ỏp dng tiờu chun thit k cu ủng hin hnh ca Vit Nam 22TCN 272-05 Ni dung nghiờn cu lun s gúp phn giỳp cho cỏc k s lm ti liu tham kho quỏ trỡnh thit k cụng trỡnh cu cng chu ti trng va chm tu thu Vit Nam PHNG TRèNH VI PHN DAO NG CA TR CU CNG CHU TI TRNG VA CHM TU 2.1 M ủu 2.2 Tng quan mụ hỡnh phõn tớch tnh v va chm tu vo tr cu theo tiờu chun 22TCN 272-05 2.2.1 Tỏc ủng ca lc va chm 2.2.1.1 Thit k kt cu phn di cụng trỡnh cu 100% lc va thit k phng song song vi ủng tim lung ti hoc 50% ca lc va thit k phng vuụng gúc vi ủng tim lung ti 2.2.1.2 Thit k kt cu phn trờn cụng trỡnh cu 2.2.1.3 Bo v phn kt cu phn di cụng trỡnh cu Footer Page of 126 2.3 Xõy dng mụ hỡnh tng tỏc ủng lc gia tu v kt cu tr cu cng Mụ hỡnh phõn tớch va tu nh hỡnh 2.4 Taỡu va chaỷm M +3.60 Truỷ chọỳng va Ps(t) +0.6 MéTN P=Mg.g Phỏửn khọỳi lổồỹng coỹc truyóửn vóử troỹng tỏm baớn Lc/2 Lc Phỏửn khọỳi lổồỹng coỹc truyóửn vóử ngaỡm -8.40 6d L Lc/2 10 13 -26.40 14 Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh phõn tớch va tu vo tr cu cng Header Page of 126 11 12 2.4 Xõy dng phng trỡnh vi phõn dao ủng ca kt cu tr cu DWT = tn trng ti ca tu (Mg) v = tc va tu (m/s) 2.4.4.2 Lc va chm v thi gian va chm tu vo tr cu theo lý thuyt va chm Xột tu cú lng Mg di chuyn vi tc v va chm vo tr chúng va nh Hỡnh 2.5 di ủõy chu ti trng va chm tu thu Vi h phõn tớch mụ hỡnh mt lng dng phng trỡnh chuyn ủng c bn theo alambe nh sau: M y + C y + K y = PS (t ) (2.7) Trong ủú: M: lng; K: ủ cng C: h s cn ca h, cú xột ủn tớnh cht cn nht ca vt liu v tớnh cht cn ngoi ca cỏc yu t nh hng tỏc ủng bờn ngoi y Taỡu va chaỷm M Lc 10 2.4.4 Xỏc ủnh lc va chm v thi gian va chm tu thu vo tr cu cng 2.4.4.1 Lc va tu vo tr cu theo tiờu chun 22TCN-272-05 - Lc va ủõm thng ủu tu vo tr phi ủc ly theo cụng thc 3.14.5-1 PS(t) = 1.2x105 v DWT Footer Page of 126 6d 2.4.3 Xỏc ủnh h s cn C Lun xỏc ủnh h s cn cho h da trờn nguyờn lý xõy dng cụng thc Rayleigh = L -8.40 Lc/2 2.4.2 Xỏc ủnh ủ cng K ủú: Ps(t) Lc/2 MéTN P=Mg.g 2.4.1 Xỏc ủnh lng M Da vo th tớch vt liu v dung trng vt liu cng K xỏc ủnh thụng qua : K = Truỷ chọỳng va +0.6 &y& , y& , y: ln lt l gia tc, tc v biờn ủ dao ủng ca lng M Ps(t): lc va tu tỏc dng vo h +3.60 Ps(t) lc va tu tnh tng ủng (N) 13 -26.40 14 Hỡnh 2.2: Mụ hỡnh xem xột va tu vo kt cu tr cu chng va Trng thỏi 0: (Cha va chm) Theo phng OX (nm ngang) ng lng ca h: (3.14.5-1) Trong ủú: Qox = Mg ì v v : tc ca tu (m/s) (2.8) Header Page of 126 13 14 t : thi gian va chm (s) Chng 3: THUT TON PHN TCH DAO NG CA Mg : lng tu Trng thỏi 1: (Sau va chm) ng lng ca h l: Q1X = (2.9) Xung lng ca h qỳa trỡnh va chm tớnh theo giỏ tr trung bỡnh ca lc Ps(t): S= -Ps(t).t (ngc chiu 0x) (2.10) p dng ủnh lý bin thiờn ủng lng kt hp (2.7), (2.8), (2.9) ta cú: Q1x Qox = S = Mg ì v giỏ tr t = hoc Trong ủú: Ps (t ) = -Ps(t)t = Mg ì v M gv t Mg ìv (2.11) 3.2 Phng trỡnh vi phõn dao ủng tng quỏt Phng trỡnh vi phõn dao ủng cho ton h M y + C y + K y = PS (t ) (2.12) Ps (t ) Ps(t): lc va tu vo tr cu - KN t : thi gian va chm (s) Mg : lng tu (DWT) 2.5 Kt lun Phng trỡnh vi phõn dao ủng c bn ca tr cu chu ti trng va tu ủc thit lp trờn nguyờn lý alamber cng K ủc xỏc ủnh bng phng phỏp mụ t mụ hỡnh lm vic ca tr chng va di dng mụ hỡnh khụng gian cú xột ủn s lm vic c c nhúm cc v s lm vic ca cc ủt bng phn mm chuyờn dng Sap 2000 V14 Khi lng ca h ủc quy v trng tõm bn v xem nh cht ủim quỏ trỡnh phõn tớch Footer Page of 126 TR CU DI TC DNG CA TI TRNG VA CHM CA TU THY 3.1 M ủu Trong lun gii cỏc phng trỡnh vi phõn dao ủng ca ton h thng ủc thc hin bng phn mm Maple v.13 ủú cú s dng toỏn t laplace kt hp vi phng phỏp Runge-KuttaMersion vi ủ chớnh xỏc cp (2.7) Trong ủú: Cỏc ủi lng ủó trỡnh by mc 2.4 3.3 Thut toỏn tng quỏt xõy dng v gii h phng trỡnh vi phõn dao ủng 3.3.1 Thut toỏn xỏc ủnh lng M nh sau 3.3.2 Thut toỏn ủ xỏc ủnh ủ cng K nh sau 3.3.3 Thut toỏn xỏc ủnh h s cn C nh sau 3.3.4 Thut toỏn xỏc ủnh lc va chm tu 3.3.5 Thut toỏn tng quỏt xỏc ủnh biờn ủ dao ủng y 3.4 Kt lun: Trong chng ny hc viờn ủó cỏc thut toỏn xỏc ủnh cỏc thụng s chớnh ca phng trỡnh vi phõn dao ủng tng quỏt v thut toỏn xỏc ủnh biờn ủ dao ủng ca h T vic tỡm ủc biu ủ dao ủng ca tr cu chng va tu thu va chm cho chỳng ta giỏ tr biờn ủ dao ủng ln nht Thụng qua giỏ tr biờn ủ dao ủng ln nht ny giỳp chỳng ta ủc cỏc nhn ủnh khai thỏc cụng trỡnh cu cng ủm bo an ton Header Page of 126 15 16 Chng 4: P DNG PHN TCH NH HNG CA 4.2.4 Xỏc ủnh lc va tu vo tr cu cng v thi gian va chm 4.2.4.1 Xỏc ủnh lc va tu v thi gian va chm theo phng dc vo tr chng va 4.2.4.2 Xỏc ủnh lc va tu v thi gian va chm theo phng ngang vo tr chng va CC THAM S N DAO NG CA CU CNG TH QUANG KHI CHU TI TRNG VA CHM CA TU 4.1 M ủu 4.2 p dng phõn tớch tr chng va cu cng Th Quang Nng 4.2.1 Bi toỏn tỡm ủ cng K bng phn mm Sap 2000 V14 Bc 01: Chn ủn v tớnh Bc 02: To s ủ tớnh Bc 03: Khai bỏo vt liu Bc 04: Khai bỏo tit din Bc 05: Gỏn tit din cho h thng Bc 06: Khai bỏo trng ti trng Bc 07: T hp ti trng Bc 08: Gỏn ti trng Bc 09: Phõn tớch v chy chng trỡnh Bc 10: c kt qu Kt qu cng tr chng va s K=380,807312(KN/mm) cng tr chng va s K=366,032211(KN/mm) 4.2.2 Xỏc ủnh lng M ca cht ủim kho sỏt Kt qu tớnh toỏn cho tr chng va s v s 2: M = 8925 (KN): 4.2.3 Xỏc ủnh h s cn C Kt qu cho chỳng ta H s cn ca tr chng va s 1: C = 600,36053(KN/s) H s cn ca tr chng va s 2: C= 586,20533(KN/s) 4.2.5 Phng trỡnh vi phõn dao ủng tr chng va cu cng Th Quang Phng trỡnh vi phõn tng quỏt ca h ủc th hin (2.7) Thay cỏc thụng s vo (2.7) Tr chng va s 1: 8925 y + 600,360527 y + 380,8073115 y = PS (t ) (4.6) Tr chng va s 2: 8925 y + 586,20533 y + 366,032211 y = PS (t ) (4.7) 4.2.6 Phõn tớch dao ủng tr chng va cu cng Th Quang S dng phm mm phõn tớch toỏn hc Maple v.13 ủ gii toỏn vi cỏc bc c bn nh sau Cụng c gi cỏc hm thao tỏc toỏn hc Nhp hm s vo phn mm Khai bỏo ủiu kin ban ủu cho phng trỡnh Tỡm hm biờn ủ dao ủng Gi hm s ủ v ủ th V ủ th hm s 4.2.6.1 Phõn tớch dao ủng tr chng va s cu cng Th Quang chu lc va tu theo phng ngang, dc tu vo tr Tu cú trng ti Mg = 10.000DWT, tc cp cng thit k Vtt=21,96(Km/h) ta cú Footer Page of 126 M y + C y + K y = PS (t ) 8925 y+ 600,360527y+ 380,8073115.y = Header Page of 126 17 18 t