Cơ sở thiết kế và thi công công trình biển cố định

s THIẾT KẼ VÀ THI CỚNG CŨNG TRÌNH BIỂN c õ ĐỊNH Đ ỗ S O N (C h ủ b iê n ) - LÁ Đ Ứ C V iỆ T s T H IẾ T KÉ VÀ THI CỊNG CƠNG TRÌNH BIỂN ĐINH NHÀ XUÂT BẢN ĐẠI H Ọ C Q U Ố C GIA HÀ NỘI MỤC LỤC Danh mục chữ viết lát Lời nói đầu C hưưng KMÁI QT VỀ CƠNC TRÌNH BlấN 1.1 Phân loại còng trinh bipn phạm vi môn h ọ c 13 1.1.1 Phân loại cõng trinh biến 13 1.1.2 Phạm vi môn học 13 1.2 Cấu tạo cơng trình biến cố định thép .15 1.3 Cấu tạo còng trinh biến cố định bê tông cốt th é p 15 1.4 Các yêu cầu thiết kế thi cơng cơng trình biến cố định 16 1.4.1 Xem xét khai thác sửdụng 16 1.4.2 Xem xét mỏi trường 18 1.4.3 Nguyên tác thiết ké 19 1-4.4 Các định nghĩa 21 1.4.5 Hồ sơ tài liệu 22 Chương CÁC D LIỆU C H O TÍN H TỐN TH IẾT KẾ 2.1 c n g t r ìn h BIỂN c ố ĐỊNH Các yếu tố mơi trường tác động lên cơng irình biến cố đ ịn h 25 2.1.1 Khái quát 25 1.2 G ió 26 1.3 Sóng 27 1.4 Dòng chảy .32 1.5 Thúy triẻu 33 1.6 Nhiệt đ ộ 34 1.7 Hà b iế n 34 1.8 Động đ ắ t 34 1.9 Địa hình đỉa chất cồng trình .35 _ C O SỚ THIẾT KẾ VẢ THI C Ị N G CĨ N G TRÌNH BIỂ n c ố DỊNH 2.2 Tải trọng thiét kế phương pháp xác đ ịn h 36 2.2.1 Tái trọng thiết kế 36 2.2.2 Xác định tái trọng thiết k ế 38 2.2.3 Các hệ số tố hợp tái ưọng thiết kế theo phương pháp hệ số riêng phần 67 2.2.4 Các tổ họp lái ứpng thiết kế theo phưong pháp ứng suất cho phép 69 2.3 Các yêu cầu vật liệu .71 Chương MÔ h I n h h o kết c ấ u tải t r ọ n g , TÍNH TỐN LỰA CHỌN PHƯONGÁN 3.1 Mơ hình hố kết cấu táí ọ n g 75 3.1.1 Mị hình hố kết cấu .75 3.1.2 Mơ hình ho áláiư ọ n g 79 3.1.3 Mơ hình hố kết cấu cõng ưình biến thép 80 3.1.4 Mơ hình hố cơngưình biến bẻ tơng trọng lự c 83 3.2 Tính tốn íựa chọn phương n 84 3.2.1 Khái quát 84 3.2.2 Thiét lập giải toán lựa chọn phương án kết c ấ u 85 3.2.3 Tính tốn kết cấu phương pháp PTHH .88 3.2.4 Lựa chọn phương án két cấu thép .95 3.2.5 Lựa chọn phương án kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước 98 Chương T H IẾ T KẾ KẾT C Ấ U C Ô N G T R ÌN H BIỂN 4.1 th ép Các phương pháp thiết ké kết cấu th é p 105 4.1.1 Thiết kế theo phương pháp hệ số riêng p h ần .105 4.1.2 Thiết kế theo phương pháp ứng suát cho p h é p 106 4.2 Thiết kế phần ỉứ mối nối ốn g 108 4.2.1 Khái quát 108 4.2.2 ứng suat cho phép phần tử trụ 108 4.2.3 ứng suất tố hợp phần tử trụ 11 4.2.4 Sự chuyến tiếp hình cô n 123 Mục lục _ 4.2.5 Lièn kết n ú t 124 4.2.6 Phân tích m ối .128 4.3 Tính tốn móng cọc .131 4.3.1 Cọc cho cơng trình bién dạng khung thép 131 4.3.2 Xác định sức chịu tải cúa cọc chịu tải trọng dọc ụ c 132 4.3.3 Phản ứng đàn hồi cúa cọc táitrọng dọc trục 137 4.3.4 Phản ứng cọc chịu tải trọng ngang chu trình .140 4.4 Chống ăn mòn 147 4.4.1 Khái quát 14? 4.4.2 Sơn phủ 147 4.4.3 B ảovệca-tốt 148 Chuong T H IẾ T KẾ C Ô N G T R ÌN H BIỂN 5.1 bê t n g CỐT th ép Các tham số thiết kế bê tông thép 149 5.1.1 Các tham số thiết kế bê tông .149 5.1.2 Các tham số thiết kế cúa thép 152 5.2 Phương pháp thiết kế cơngưình biến bê tòng cốt thép 158 5.2.1 Khái quát 158 5.2.2 Trạng ứiái giới hạn cực đại .159 5.2.3 Trạng thái giới hạn khả làm việc 173 5.2.4 Trạng thái giới hạn m òi 175 5.2.5 Trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến 178 5.3 Tính tốn móng cơng ưình biển bê tơng cốt thép 185 5.4 Chống ăn mịn cho cơng trình biển bê tơng cốt thép 204 Chư ơng T H I C Ô N G KẾT C Ấ U C Ô N G T R ÌN H B lểN T H ÉP 6.1 Chế tạo kết cấu thép ừên bái lắp ráp 209 6.1.1 Đ ặ tv ấ n đ ề 209 6.1.2 Quy định chung 210 6.1.3 Thanh ừa kiếm a 211 6.1.4 Chế tạo kết cấu thép 212 c o s THIẾT K Í VÀ THI CỎNC C Ổ N C TRÌN H BIỂN 6.2 cố ĐỊtNH Các phưưng pháp hạ thuý két cắu th é p 1‘1 6.2.1 Khái quát .2 14 6.2.2 Các thao tác nâng h .216 6.2.3 Bố trí neo buộc kết cấu thaotác trạng thái nối 217 6.3 Vận chuyén dựng lắp khơi 217 6.3.1 Quyđịnh chung 2117 6.3.2 Thao tác di chuyến giai đoạn đ ầ u 2H8 6.3.3 Vận chuyến biển 2H8 6.3.4 Các thao tác biến giai đoạn cuối 2211 C hư ong T H I C Ô N G C Ô N G T R ÌN H BIỂN bê t n g CỐT th ép 7.1 Chế tạo két cấu bê tòng cốt thép cơng trình biến trọng lự c 22‘B 7.1-1 Vật liệu thử nghiệm vật liệu 22'8 7.1.2 Công tác ván khuôn 232 7.1.3 Cốt thép thép cắu tạo 233 7.1.4 Trộn bê tòng vữa 23-4 7.1.5 Vận chuyến, đố, đằm dưỡng hộ bê tơng 234 7.1.6 Hồn thành hệ thống tạo dự ứng [ực 23'6 7.1.7 Còng tác hiệu chinh, sửa chữa 237 7.1.8 Chống àn m òn 237 7.1.9 Hồ sơ tài liệu hồn cơng 23F 7.2 Vận chuyến đánh chìm kết cáu cơng trình biển trọng lực 23B 7.2.1 Q uyđịnhchung 2ĨỮ 7.2.2 Thao tác làm 24Ũ 7.2.3 Vận chuyến trén biến 24T 7.2.4 Các thao tác biến giai đoạn cuối 24 T Phụ lục: 245' Phụ lục A Sử dụng SAP-2000 ưong tính tốn thiết kế cơng trình biến 245' Phụ lục B Một số ưnh tốn thi cỏngvà di chuyến kết cấu ươn biến 254 Tài liệu tham k h ả o 257 DANH MỤC CÁC C H Ữ VIẾT TẮT TCVN - ĩíê u chutĩn Việt Nam ĨC!QP - Tiêu cíiuáti, Q u y phạm l^KI - Trạm 13ịch vụ Kinh tế Khoủ học-Kỹ th uật APi - Ainericati Petrolium Institute (Viện Dầu khí H o a Kỳ) [JNV D et N orske Veritas (Q uy p h m -Đ ă n g kiếm Na Uy) ULS - Ultim atc Limỉt States (Trạng thái giới hạn cự c đại) SLS - Serviseability Limit States (Trạng thói giới hạn sử dụng) FLS - Patigue Limit States (Trạng thái giới hạn mối) PLS - Pregrassive Limit States (Trạng thái giới hạti M SP- G iàn k h o an biến c ố định HAT - Highest Astronomìcal Tide (Triều thién Viĩn c a o nhát) LAT - Lovvest Astronomical Tide (Triều thiên vãn th p nhất) MWL - M ean W a te r Level (Mức nước tru n g bình) SVVL - Still VVater Level (Mức nư ớc tĩnh) NS - N orm al Strength (Cường đ ộ thường) ns - High Strength (Cường đ ộ cao) EHS - Extreme hiigh Strength (Cường đ ộ siêu cao) AISC - A merican Institute of Steel C onstruction lũy tiến) (Viện Kết cắu th é p H oa Kỳ) API RP2A - W SD - API R e c o m m e n d e d Practice 2A VVorkabie Stresses Design (Quy p h m H oa Kỳ) SCF(s) - C ác h ệ số tập trung ứng suất LỜI NÓI ĐẦU N h ằ m m ụ c đ íc h đ o tạo k ỹ sư cô n g n g h ệ, k h o a C học kỹ t h u ậ t v t ự đ ộ n g h o thuộc trư n g Đại h ọ c C ô n g nghệ, Đại học Q u ô c gia H N ộ i m rộ ng hiếu biết cho sin h v iê n v ể v ấ n d ế c ô n g n g h ệ đ a n g đ ợ c s d ụ n g rộn g rãi tr o n g th ự c tè^ đ ặ c biệt c n g n g h ệ cơng trìn h biến với m ô n h ọ c lứiư; T hiết kê' thi c ô n g c n g trìn h biến; C ơn g trìn h biên v en bờ; Đ ẽ • c ả n g v đ n g ô n g - bê’ a; C ô n g trìn h biến khơi đ ộ tin cậy T h iết k ế thi cõng cô n g trìn h biến m n h ọ c n h ằ m cu n g c â p ch o s in h viên kiến th ứ c v ề việc ứ n g d ụ n g m ô n C học k ỹ t h u ậ t đ ê ’ tín h to n thiết k ế v thi công công trin h xây d ụ n g nói c h u n g v đ ặc biệt cơng trìn h biến, loại n g trìn h th n g p h i chịu tác đ ộ n g khắc n g h iệ t tái trọ n g v m ôi trư n g biến, đ ò i h ỏ i p h ả i c ó q u y trin h p h â n tích p h ù h ợ p trê n sị sử d ụ n g c n g n g h ệ xây d ự n g đại T r o n g n h ữ n g n ă m q u a tác giả đ ã tr ự c tiếp g iả n g d y m ô n học: T h iết k ê 'v th i công công trình biên Y i v ậ y , đ ã c h u ấ n bị b iê n s o n g iá o tr in h n ày n h ằ m làm h ọ c liệu ch in h cho sin h viên k h o a C o h ọ c kỷ th u ậ t tự đ ộ n g hoá tr u n g Đại học C ô n g nghệ, Đ ại h ọ c Q u ố c gia H N ội nói riêng tài liệu th a m k h ả o ch o sinh v iê n tr n g Đ ại học c ũ n g n h kỹ s liên q u a n đ ế n T h iêt kê' v thi c ô n g cơng trìn h nói chung G iá o trìn h đ ọ c so ạn th ả o th e o đ ế c n g m ô n h ọ c đ ã đ ợ c p h ê d u y ệ t d ự a tr ê n sớ lý th u y ế t c ủ a C a h ọ c kỹ th u ậ t như: S ứ c b ể n v ậ t liệu, C o hợc kết câu, C o h ọ c b iế n khơi (Offshore M echanics), vói Tiêu chuẩn, Q u y p h m ch ín h thống, tro n g đ ó có T iêu c h u ấ n V iệt N a m v ể "Thiết kê^ T hi công K iếm tra b ảo d ỡ n g c ô n g trình biến c ố đ ịn h th ế m lục đ ịa Việt N a m " T C V h l 6170: p h t h n h lừ n ă m 1996, v tr ê n s k in h n g h iệ m th ự c t ế m tác giả đ ã n h iề u n ă m (1988-2005) triển khai p d ụ n g co sớ TH IẾT KỂ VÀ THI CÓNG CÓ N G TRÌNH BlấN cố OỊ NMH đ n vị thuộc T ậ p đo ị n Dốu klií ViỌt Niiin, liên q u a n đcOii xây d ự n g cị n g trình khai thi.íc d ấ u khí biỏn nliư; C n g ty Thiỏt U ế xây d ự n g dôiu khí, Xí n g h iệ p LiOn d o a n h diUi khí V ictbovpclrio, th u ộ c Bộ Q u ố c p h ò n g như: Q u â n c h ù n g H lỊuâii, Biin Qucin llý d ự n công trin h DKl G iáo trình đ ọ c biên so ạn th n h bay ch u n g C h u n g K hái q u t v ể cõng trin h biên, đ â y tập t r u n g v c ị n g trin lh biến c 'đ ịn h khoi (Fixed offshore stru c tu re s) b ằ n g v ậ t liệm th é p bê tô n g cô't thép, d õ n g thòi n rò y cẩu v ể th iế t kê’ v.'à ihi cô n g n g trìn h biên loại C h u o n g - C ác ih ô n g tin c â m cho tinh tốn thiêí kê’cơng trin h biên c ổ đ ịn h T ro n g c h n g nn\y đ sâu v y tố m ỏi trư n g biến tác đ ộ n g cúa chiin^g lên n g trình biến c ố đ ịn h klioi, đ ổ n g thời xem xét cách xá 0,2 m ét tốt, ngư ợc lại, tinh lốn cho kê't q u n h ị (CM < 0,2 mét), h ệ k h ô n g ốn đ ịn h Đẽ khắc p h ụ c la có th ê gia tái thêm b ằ n g n ó c dằn ỈÌ.2 Títth to n tô ii^ tả i trọng ỉên sà lan v to độ (tột Uiơtig ihig T ố n g tái trọ n g lên sà b n (hav tổng tái tr ụ n g th ự n g tãng) đ iê m đ ậ t đ ợ c tinh t tái trọ n g th n h p h ã n v tọa đ ộ đ ặ t tu o n g ứ n g theo công thúc; (B-7) p=ỵp, Y P x (B.8) b C O SỊ TH IẾT KẾ VÀ THI CỊ N C CĨ N G TRÌNH BIỂN c ố ĐỊNH y = y Py (H.ỵ) B.3 T ín h to n liộ bến v độ tiốì cùa s !au Đ ộ b ển cúa sà U n đ ợ c tính tốn vói tố n g tái trọ n g đ.,il lên no tái trọ n g gió C n g đ ộ tái trọ n g tác đ ộ n g lên b o o n g d ọ c sà Inn đ u ọ c (inh th e o công thức; Ỵ p yw h p lực n ó c th u ỷ tĩnh tác đ ộ n g lên đ áy sà lan - theo cịng tìiúc: y w,/i, L ữ tro n g đó: ^ p tố n g tái trọ n g th ắ n g đ ứ n g tín h tốn; vv, tố n g tải trọ n g tinh to n gió tác đ ộ n g lên p hn n nôi c ù a hệ; h, c n h tav đ ò n tái trọ n g gió; l chiếu dài c ú â p h ẩ n sà lan chịu tái trụng; L chiếu đ i c ú a sà lan M ô m e n u ố n lực cắt tính to n tiêt đ iệ n cùa h ệ đ u ự c lính n h đỏì với d ã m đ n gián chịu tài trọ n g p\ 2, Ip.ĩ v'a Ini trọ n g sóng Đ ộ b ến cúa sà lan đ ọ c kiếm tra n h ù n g d iê m bôt lợi nhấí, đ iể m m cị n g trin h tựa iên, chỗ nối, noi c ó g ắn phao, Đ ộ nôi xà la n đ ợ c k iếm tra th e o đ iê u kiện ; ỵ v ^ ỵ p k tlì-I2) tro n g đó: V lư ợ n g c h o n n ó c lớn n h ấ t cúa sà la n m ó n n ó c b ản g chiều cao m n ỏ p h ã n giữa; Irọ n g lư ợ n g tín h to n cùa hệ n ố i b ằ n g tổnị; Irụng lu ự n g lính tốn củđ p h ấ n kết cấu v sà lan; í:„là h ệ s ố đ ộ tin cậy; đơì với sà lan cân b ằ n g n h ò b o m Ả„= 1,2 TÀI LIỆU % THAM KHẢO Recornnìendecl Practice for Pbnning Designing ar)cJ Conslructing Fixed íshore Platíomìs AP1 Recommended Praclice 2A 19^ Edítion, August t, 1991 and WS(), 2004 DNV (Del Norskc Veritas) Rules íor Classiíícation of Pixed Oííshore Inslalldlỉons 199Ì TCVN 6170: M (1996 - 2002) Tỉêu chuán Việỉ Nam vẻ Thiẻl kế Thi công cõng trình biến cổ đinh TCVN 2737: 1995 Tải trọng lác động - Tiêu chuẩn ihiết kề 5- TCVN 5575: 1991 Két cấu thép - Tièu chuẩn {h\ếì kề- TCVN 5574; 1991 - Két cáu bé tông cốt ihép - Tiêu chuán thiết kế DNV-OS-C502 (2D07) Oííshore Standard Oííshare Concrete Structure BREBBIA CA-, WALKER s “ Dynamic Anoiysis Structures - Lomlon - 19?9, Leningrad, 1983 (Bản dịch trếng Nga) Thomas H- Dasvson Oííshore Structural Engineering Leningrad 1989 (6ân dịch tiềng Nga) 10 Phân lích đánh giá trạng thái kỷ thuệt kiến nghị giái pháp sửi3 chửa kết cắư chân đế giàn khoan biển cố đính, oỏ Sơn (Chú biên), Hà Nội, 1998, 11 cỏng Irình bién cố định Các giảng Đại hục xây dựng Hả NỘI, Còng trình biển cố định- Các giáng Ktiod Cơng trình thủy, học Hàng hái, Hải Phòng^ 2006 13 Guo-Qiang li and |in*jun Li Advanced Analysis and Design of Steel Prames John Wíley & Sons, 2007 (Kết cấu thép) 5, V Bủikov, s Stronguine Calcul cJes StRiCtures (Traduclion franc*ìise) Edltions Mir 1984 (Kết cấu t>ê tỏng cổl thép két cấu kim loại) 16 N K Snhìtko Soprotìvleníe rnaterialov (Sức bẻn vât liệu - Tiếng Nga), Leningrod 1975 '7 B A )urnadji, B B Nikol^ev Mecaniud gruntov, Osnovaiìi)ia i FutHljmentov, "Vushaja skola", 196? NHÌ^ XUấT b An ĐỌI HỌC o u ổ c Gin HA n ộ i 16 Hàng Chuối - Hai Bà Trưng • Hà Nội Diên thoai: Bỉén tẻp-Ché bàn: f04^ 39714896: Hành chỉnh:(04) 39714899: Tốnq Bién tảo: (04) 39714897: Fax: (04^9714899 C h iu tr c h n h iê m xuâ't b ản : Giám đốc - Tổng biên tập: TS PHẠM THỊ TRÂM Biên tập: QUỐC THẮNG Chếbản: SỶ DƯƠNG Trình bày bia: NGỌC ANH CO SÒ TH IẾT K ấ V A THI CƠNG CƠNG TRÌNH BtẩM c ị DỊNH Mả số; IK - 14ĐH20I2 In 200cuốn.khổ 16 X24011 Nhà ứi Tổng cục Hậu cán Sỏ' xuất bàn: 1154 - 2012/CXB/02 - 188/ĐHQGHN, ngày 27/9/201: Quyết dịnh xuất bàn sổ: 01 KH - TN/QĐ - NXBĐMQGHN In xong nộp lưu chiểu quý I nãm 2013 ... cố định bê tông cốt th é p 15 1.4 Các yêu cầu thi? ??t kế thi cơng cơng trình biến cố định 16 1.4.1 Xem xét khai thác sửdụng 16 1.4.2 Xem xét mỏi trường 18 1.4.3 Nguyên tác thi? ??t. .. 5.1 bê t n g CỐT th ép Các tham số thi? ??t kế bê tông thép 149 5.1.1 Các tham số thi? ??t kế bê tông .149 5.1.2 Các tham số thi? ??t kế cúa thép 152 5.2 Phương pháp thi? ??t kế cơngưình biến.. .cơ s THI? ??T KẼ VÀ THI CỚNG CŨNG TRÌNH BIỂN c õ ĐỊNH Đ ỗ S O N (C h ủ b iê n ) - LÁ Đ Ứ C V iỆ T s T H IẾ T KÉ VÀ THI CỊNG CƠNG TRÌNH BIỂN ĐINH NHÀ XUÂT BẢN ĐẠI H Ọ