Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6170-2:1998 quy định phương pháp xác định các điều kiện môi trường biển (kể cả đáy biển), áp dụng cho các giai đoạn: Khảo sát, thiết kế, thi công, duy tu bảo dưỡng và sửa chữa các công trình biển bằng thép và bằng bêtông cốt thép hoạt động ngoài khơi thuộc vùng biển Việt Nam.
TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 6170-2:1998 CƠNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH – PHẦN 2: ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG Fixed offshore platforms – Part 2: Environmental conditions Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định phương pháp xác định điều kiện môi trường biển (kể đáy biển), áp dụng cho giai đoạn: khảo sát, thiết kế, thi công, tu bảo dưỡng sửa chữa cơng trình biển thép bêtơng cốt thép hoạt động khơi thuộc vùng biển Việt Nam Tiêu chuẩn trích dẫn TCVN 6170-1: 1996 Cơng trình biển cố định – Phần 1: Quy trình chung TCVN 6170-3: 1998 Cơng trình biển cố định – Phần 3: Tải trọng thiết kế Quy định chung 3.1 Đối tượng 3.1.1 Tất tượng mơi trường có ảnh hưởng đến thiết kế cần phải xem xét Các tượng bao gồm: - Gió; - Sóng; - Dòng chảy; - Nhiệt độ; - Thủy triều; - Hà biển; - Động đất; - Các trình hoạt động địa chất (tức sóng gây chuyển động đất) 3.1.2 Khi đánh giá hà biển chọn hệ thống chống ăn mòn phải xem xét độ mặn hoạt động sinh học biển (xem TCVN 6170-3: 1998) 3.2 Thuật ngữ định nghĩa Trong tiêu chuẩn thuật ngữ hiểu sau: Thiết lập liệu (hindcasting) việc mô tả lại điều kiện mơi trường dựa vào đồ trường gió Ngắn hạn khoảng thời gian đủ ngắn để đảm bảo điều kiện môi trường dừng theo nghĩa thống kê Dài hạn khoảng thời gian điều kiện môi trường không dừng Tốc độ gió kéo dài tốc độ gió trung bình khoảng thời gian xác định lớn phút Tốc độ gió giật tốc độ gió trung bình khoảng thời gian xác định nhỏ phút Giá trị lớn theo nghĩa xác suất (giá trị mode) giá trị thông số môi trường tương ứng với đỉnh hàm mật độ xác suất giá trị cực trị thông số khoảng thời gian quy định Chu kỳ lặp lại khoảng thời gian trung bình hai lần liên tiếp vượt giá trị cho trước thơng số mơi trường Chiều cao sóng đáng kể xác định m0 , m0 mơmen bậc khơng phổ sóng 3.3 Kí hiệu Các kí hiệu sau dùng tiêu chuẩn này: H chiều cao từ đỉnh đến đáy sóng, tính mét; Hs chiều cao sóng đáng kể, tính mét; T chu kỳ sóng điều hòa, tính giây; Tp chu kỳ ứng với đỉnh hàm mật độ phổ, tính giây; Tz chu kỳ trung bình qua mức khơng, tính giây 3.4 Các liệu môi trường 3.4.1 Các điều kiện môi trường phải mô tả dựa liệu thích hợp khoảng thời gian khu vực ứng với giai đoạn chế tạo, vận chuyển, lắp đặt khai thác 3.4.2 Các tượng môi trường phải mô tả thông số đặc trưng, dùng để đánh giá tác động môi trường lên kết cấu 3.4.3 Phải dùng phương pháp thống kê để mô tả thông số ngẫu nhiên môi trường 3.4.4 Sự thay đổi dài hạn tượng mơi trường gió, sóng dòng chảy phải mơ tả phân bố thống kê thừa nhận, phù hợp với thông số môi trường xem xét Khi đánh giá cực trị, phải áp dụng phương pháp ngoại suy 3.4.5 Có thể dùng kĩ thuật thiết lập số liệu để mô tả môi trường với điều kiện thuyết minh tính đắn mơ hình 3.4.6 Các phân bố hướng gió, sóng dòng chảy vị trí cơng trình dùng để thiết kế phải phê chuẩn 3.4.7 Cơng trình phải thiết kế ứng với điều kiện môi trường gây nên hiệu ứng tải trọng 100 năm trạng thái giới hạn cực đại (ULS), trừ trường hợp chứng minh chu kỳ lặp lại khác thích hợp phân tích rủi ro (xem TCVN 6170-3: 1998) 3.4.8 Nếu khơng có thơng tin khác, giá trị cực trị gió, sóng dòng chảy phải giả thiết tồn đồng thời theo hướng Chú thích: Yêu cầu dẫn đến trường hợp tải trọng môi trường vượt tải trọng 100 năm điều kiện trạng thái giới hạn cực đại (ULS) Nếu dựa xác suất đồng thời gió, sóng dòng chảy, giả thiết bỏ qua, nghĩa việc thiết kế chủ yếu dựa tải trọng sóng cơng trình phần tử chúng thiết kế dựa sóng chu kỳ lặp lại 100 năm với gió dòng chảy đồng tuyến tính liên quan Gió 4.1 Quy định chung 4.1.1 Các điều kiện gió sử dụng thiết kế mô tả phương pháp thống kê tiền định Các phương pháp sử dụng thông số đầu vào phải phê duyệt 4.1.2 Số liệu thống kê tốc độ gió phải dùng làm sở để mơ tả điều kiện gió dài hạn Các phân phối dài hạn thường phải dựa số liệu thống kê khoảng thời gian lấy trung bình tốc độ gió dùng để xác định tải trọng Nếu có số liệu cho khoảng thời gian khác phải biến đổi số liệu cách áp dụng phương pháp tỉ lệ thích hợp 4.1.3 Các giá trị cực trị tốc độ gió phải mô tả giá trị mode với chu kỳ lặp lại tương ứng chúng 4.1.4 Các tốc độ gió mặt cắt đứng gió dùng thiết kế phải dựa số liệu phù hợp với khu vực xây dựng công trình Chú thích: Nếu khơng có số liệu chi tiết, sử dụng phương pháp tỉ lệ thích hợp để tính vận tốc gió trung bình với mặt cắt đứng, ví dụ: U(t, z) = U(tr, zr) (1 + 0,137 ln z zr 0,047 ln t ) tr Trong đó: U(t, z) tốc độ gió trung bình khoảng thời gian t độ cao z; U(tr, zr) tốc độ gió tham chiếu; z độ cao mức nước tĩnh (SWL); zr độ cao tham chiếu (thường lấy 10m SWL); t khoảng thời gian lấy trung bình; tr khoảng thời gian tham chiếu 4.1.5 Phải tính đến gió giật gió kéo dài Gió giật tác động khoảng thời gian ngắn gió kéo dài thời gian lớn phút Khi khơng có thơng tin xác tính chất gió khoảng thời gian lấy trung bình tốc độ gió dùng cho thiết kế lấy theo bảng Bảng Khoảng thời gian lấy trung bình tốc độ gió dùng cho thiết kế Khoảng thời gian, s Phần tử kết cấu Các phần tử riêng lẻ thiết bị gắn với chúng Một phần hay toàn kết cấu có kích thước đứng ngang lớn không lớn 50 m 15 Một phần hay tồn kết cấu có kích thước đứng ngang lớn lớn 50 m 60 Toàn kết cấu thượng tầng (với kích thước) tính với tải trọng cực đại sóng dòng chảy Sóng 5.1 Quy định chung 5.1.1 Các điều kiện sóng mơ tả phương pháp thống kê tiền định Các phương pháp sử dụng thông số đầu vào phải phê duyệt 5.1.2 Việc chọn thơng số thích hợp để thiết kế phải dựa thống kê sóng tương ứng kĩ thuật thiết lập số liệu chấp nhận 5.1.3 Sóng trạng thái biển thiết kế phải sóng hay trạng thái biển gây tác động bất lợi lên cơng trình phần cơng trình, với xác suất xảy quy định Có thể kể đến thơng tin xác suất đồng thời thiết lập sóng hay trạng thái biển thiết kế (xem điều 3.4.8) Khi cần thiết phải xem xét điều kiện tải trọng cực trị phát sinh phù hợp với tượng môi trường khác so với điều kiện tải trọng cực trị đặt Chú thích: Các tính tốn tải trọng cực đại phát sinh điều kiện sóng, hay trạng thái biển, khác so với điều kiện sóng cực trị Điều chắn áp dụng, đặc biệt thân cơng trình nổi, đồng thời có ý nghĩa cho cơng trình cố định đáy biển phần tử 5.1.4 Mức nước tĩnh sử dụng tính tốn tải trọng sóng điều kiện nước dâng bão thường coi mức bất lợi hai trường hợp: mức triều thiên văn cao cộng với nước dâng bão gió áp suất bão, mức triều thiên văn thấp Nếu có thơng tin thích hợp xác suất đồng thời gió, sóng, dòng chảy mức nước thơng tin đưa vào tính tốn xác định mức nước tĩnh dùng cho thiết kế (xem điều 3.4) 5.2 Mơ tả sóng tiền định 5.2.1 Trong phân tích thiết kế tiền định dựa sóng điều hòa đơn giản sóng mơ tả thơng số sau đây: - Chu kỳ sóng; - Chiều cao sóng; - Hướng sóng; - Chiều sâu nước tĩnh Việc chọn cách mơ tả sóng dùng cho thiết kế cách thích hợp (về mặt lí thuyết) cần xem xét cho vùng biển Cần tính đến hiệu ứng sóng nước nơng Lí thuyết sóng chọn dùng để mơ tả sóng phải phê chuẩn Sự hạn chế lí thuyết sóng sử dụng phải xem xét cách thích đáng Chú thích: Có thể sử dụng lí thuyết sóng sau đây: - Lí thuyết sóng đơn độc, khi: h 0,01 - Lí thuyết sóng Stoke bậc 5, khi: 0,1 < h 0,3 - Lí thuyết sóng tuyến tính (hoặc lí thuyết sóng Stoke bậc 5), khi: 0,3 < h Trong đó: h chiều sâu mức nước tĩnh; chiều dài sóng 5.2.2 Cần phải tính tốn tải trọng sóng khoảng chu kỳ sóng để bảo đảm xác định đủ xác phản ứng cực đại kết cấu Thơng thường dùng khoảng chu kỳ sóng để tính sau: 6,5H < T < 11H Trong H T định nghĩa điều 3.3 5.2.3 Các cực trị chiều cao sóng phải biểu thị theo giá trị mode với chu kỳ lặp tương ứng chúng 5.3 Mơ tả sóng ngẫu nhiên 5.3.1 Các trạng thái biển ngắn hạn khơng điều hòa mơ tả theo phổ lượng sóng, chúng thường đặc trưng chiều cao sóng đáng kể (H s) chu kỳ trung bình qua mức khơng (Tz) chu kỳ đỉnh phổ (Tp) 5.3.2 Các biểu thức giải tích phổ phải phản ánh đầy đủ bề rộng dạng phổ điển hình vùng biển xét Chú thích: Đối với vùng biển hở, nước sâu biển ổn định sử dụng phổ sóng Pierson – Moskowitz Ở nơi thích hợp (ví dụ vùng biển mà đà gió bị hạn chế nơng) vận dụng phổ Jonswap tương tự 5.3.3 Cần tính đến sóng đỉnh ngắn đường truyền sóng, tức phân bố góc lượng sóng ảnh hưởng vùng xây dựng cơng trình quy trình để tính tốn thiết kế áp dụng Việc sử dụng tính phân bố góc biển có sóng đỉnh ngắn cần thuyết minh chi tiết số liệu đo trường Cần xem xét thận trọng để phản ánh quan hệ trạng thái biển thực tế phân bố góc lượng sóng 5.3.4 Có thể phải điều tra nghiên cứu tải trọng sóng dải chu kỳ sóng để đảm bảo xác định xác phản ứng cực đại kết cấu Thông thường khoảng chu kỳ sóng dùng để tính sau: 14,5H s < Tp < 25 H s Trong đó: Hs Tp định nghĩa điều 3.3 5.3.5 Thống kê sóng dài hạn rút từ tập hợp phổ lượng sóng (các trạng thái biển) có tính đến xác suất xuất phổ sóng, sử dụng kĩ thuật thiết lập số liệu sóng Dòng chảy 6.1 Quy định chung 6.1.1 Vận tốc mặt cắt đứng dòng chảy thiết kế phải chọn theo thống kê tốt có 6.1.2 Cần phải xem xét đến tất thành phần thích hợp dòng chảy dòng chảy thủy triều, dòng chảy gió 6.1.3 Khi cần thiết phải tính đến yếu tố dòng mật độ, dòng chảy ven bờ, dòng hải dương hiệu ứng dòng chảy cục địa hình đáy biển, cơng trình tiếp giáp 6.1.4 Khi xác định dòng chảy thiết kế cần tính đến xác suất đồng thời pha hướng thành phần dòng chảy khác tượng môi trường khác (xem điều 3.4) 6.1.5 Thông thường thay đổi dòng chảy theo độ sâu nước phải dựa vào số liệu đo chi tiết trường Chú thích: Nếu khơng có sẵn số liệu đo chi tiết trường, mặt cắt đứng dòng chảy khơng kể đến ảnh hưởng sóng lấy sau: Vd(z) = Vdtriều(z) + Vd gió(z) Vdtriều(z) = Vdtriều(0) Vdgió(z) = Vdgió(0) Vdgió(z) = Trong đó: h z ho 1/ với z ≤ h0 z với ≥ z ≥ - h0 ho Vd(z) tốc độ dòng chảy tổng hợp vị trí z; z khoảng cách tính từ mức nước tĩnh, chiều dương hướng lên; Vdtriều tốc độ dòng chảy thủy triều mức nước tĩnh; Vdgió tốc độ dòng chảy gió mức nước tĩnh; h tốc độ dòng chảy mức nước tĩnh (số dương); h0 chiều sâu tham chiếu dòng chảy gió (h = 50 m) Trong vùng biển hở, trường hợp khơng có số liệu, tốc độ dòng chảy gió gây lấy sau: Vdgió(0) = 0,015U (1h, 10 m) Trong U (1h, 10m) tốc độ gió trung bình độ cao 10 mét mức nước biển tĩnh (xem mục 4) 6.1.6 Sự thay đổi mặt cắt đứng dòng chảy theo chiều sâu nước sóng gây phải tính theo phương pháp hợp lí Chú thích: Dòng chảy dãn co lại theo phương thẳng đứng tới đỉnh sóng đáy sóng vận tốc dòng chảy đỉnh đáy sóng phải vận tốc dòng chảy mức nước tĩnh, xem hình Hình 1: Biểu đồ mặt cắt dòng chảy có sóng 6.1.7 Ở vùng mà đáy biển có dấu hiệu bị bào mòn cần phải có nghiên cứu đặc biệt điều kiện dòng chảy Thủy triều 7.1 Quy định chung 7.1.1 Dải thủy triều xác định khoảng chênh lệch triều thiên văn cao (HAT) triều thiên văn thấp (LAT), xem hình 7.1.2 Mức nước trung bình (MWL) xác định mức trung bình triều thiên văn cao triều thiên văn thấp nhất, xem hình 7.1.3 Mức nước tĩnh cực đại dùng để thiết kế (SWL) phải bao gồm ảnh hưởng triều thiên văn nước dâng bão gió áp suất, xem hình Việc sử dụng SWL với sóng cực trị để thiết kế quy định mục 7.1.4 Mức triều thấp dùng cho thiết kế thường dựa phần thiều thiên văn Mức triều thấp phải phối hợp với sóng cực đại lúc thiết kế quy định mục 7.1.5 Nếu khơng có số liệu cho vùng xây dựng cơng trình chấp nhận số liệu ước lượng tốt vùng biển bên cạnh Hình 2: Các mức nước Nhiệt độ 8.1 Quy định chung 8.1.1 Nhiệt độ cao thấp biểu thị giá trị mode nhiệt độ trung bình cao thấp hàng ngày có với chu kỳ lặp lại tương ứng 8.1.2 Khi mô tả mơi trường, nhiệt độ khơng khí nhiệt độ nước biển phải xem xét 8.1.3 Nhiệt độ thiết kế thấp dùng chọn vật liệu làm kết cấu theo TCVN 61701:1996 Hà biển 9.1 Quy định chung 9.1.1 Phải xem xét phạm vi ảnh hưởng hà biển đến cơng trình tính đến yếu tố sinh học mơi trường vùng khảo sát Các yếu tố bao gồm độ mặn, hàm lượng ơxy, độ pH, dòng chảy nhiệt độ Chú thích: Hà biển làm tăng diện tích mặt cắt phần tử làm thay đổi đặc trưng bề mặt chúng dẫn đến làm tăng tải trọng thủy động, tăng trọng lượng thay đổi hiệu ứng ổn định thủy động xoáy 10 Động đất 10.1 Quy định chung 10.1.1 Việc xác định đặc trưng hoạt động địa chấn phải dựa số liệu lịch sử địa chấn kiện địa chấn ghi vùng xét, đồng thời cần đặc biệt xem xét chi tiết: - Vị trí đặc trưng đứt gãy hoạt động vùng (kích thước, tuyến, loại đứt gãy v.v…); - Tâm động đất tiêu cự; - Cơ chế việc giải phóng lượng; - Cấp tối đa động đất mà đứt gãy tạo ra; - Các đặc trưng giảm chấn động từ nguồn vị trí xem xét; - Điều kiện đất khu vực xét Ở vùng thiếu thông tin hoạt động địa chấn vị trí đặc trưng đứt gãy vùng, việc xác định đặc trưng địa chấn phải dựa giả thiết thiên an tồn Trong trường hợp xác định đặc trưng địa chất phải trình bày văn phải phê chuẩn Chú thích: Khi thiết kế sơ việc xác định tải trọng động đất dựa vào đồ địa chấn có 10.1.2 Các yêu cầu thiết kế hoạt động địa chấn thường mô tả cho cấp động đất bằng: - Phổ phản ứng; - Gia tốc cực đại đất; - Thời gian kéo dài động đất; - Một số đồ thị điển hình cho hoạt động địa chấn khu vực xét Điểm hoạt động địa chấn cần xác định rõ ràng, điểm đá gốc, đáy biển điểm độ sâu đáy biển 10.1.3 Phải tính đến khả có sóng thần nơi có liên quan ...Chiều cao sóng đáng kể xác định m0 , m0 mơmen bậc khơng phổ sóng 3.3 Kí hiệu Các kí hiệu sau dùng tiêu chuẩn này: H chiều cao từ đỉnh đến đáy sóng, tính mét; Hs chiều cao sóng đáng kể, tính mét; T... mơ hình 3.4.6 Các phân bố hướng gió, sóng dòng chảy vị trí cơng trình dùng để thiết kế phải phê chuẩn 3.4.7 Cơng trình phải thiết kế ứng với điều kiện môi trường gây nên hiệu ứng tải trọng 100... hạn cực đại (ULS), trừ trường hợp chứng minh chu kỳ lặp lại khác thích hợp phân tích rủi ro (xem TCVN 6170-3: 1998) 3.4.8 Nếu khơng có thơng tin khác, giá trị cực trị gió, sóng dòng chảy phải giả