II. 1 Xõy dựng phương ỏn kết cấu chung
4.1.Xõy dựng sơ đồ tớnh cho khối chõn đế
4.1.1. Mụ hỡnh húa kết cấu
Sử dụng phần mềm SAP 2000 để mụ hỡnh húa. Kết cấu cụng trỡnh được rời rạc húa theo phương phỏp phần tử hữu hạn với những cấu kiện sau:
* Cấu kiện xilo: bao gồm cỏc bản vũm nắp xilo, vũm đỏy, bản thành xilo và chõn khay.
* Cấu kiện trụ đỡ: bao gồm phần trụ trờn, trụ dưới, và vỏch ngăn nằm trong lũng trụ đỡ.
Do cỏc xilo của phần đế múng được thi cụng toàn khối => do đú, trong thực tế cỏc khối xilo được liờn kết đan vào nhau một phần. Ngoài ra, nằm xen kẽ giữa cỏc bản thành xilo là những khối bờ tụng bản, đó được đổ liền cựng khi thi cụng xilo.
Vỡ vậy, khi mụ hỡnh cụng trỡnh trong SAP, một phần bản thành xilo được liờn kết đan lại với nhau theo một phần tử Shell chung duy nhất và một phần tử Shell khỏc nằm xen kẽ và liờn kết lại giữa cỏc bản thành xilo. để đảm bảo cho mụ hỡnh sỏt hơn với thực tế hơn.
Mụ hỡnh húa tải trọng theo phương phỏp phần tử hữu hạn. Cỏc tải trọng thượng tầng, tải trọng súng, tải trọng giú khi tớnh sơ bộ được tớnh theo trục trụ đỡ và khi tớnh toỏn, sẽ đưa cỏc tải trọng cho từng nỳt liờn kết thuộc từng lưới độ cao.
Hỡnh III.6 – Tải trọng giú NW tỏc dụng 1 trụ
4.1.2. Sơ đồ tớnh liờn kết giữa nền đất với cụng trỡnh
Khối chõn đế liờn kết mềm với đất nền tại đỏy múng. Múng khụng tuyệt đối cứng. Mụ tả liờn kết múng với đất nền bằng liờn kết lũ xo (Spring). Sơ đồ tớnh của liờn kết dưới đỏy múng được thể hiện như trang bờn.
Dựng cỏc liờn kết lũ xo để mụ tả liờn kết mềm giữa múng với đất nền. Độ cứng của cỏc liờn kết lũ xo cú thể xỏc định theo nhiều phương phỏp như theo độ lỳn đơn vị của đế múng, theo hệ số nền… nhưng ở đõy ta sử dụng phương phỏp xỏc định độ cứng phõn bố của lũ xo theo hệ số nền (theo mụ hỡnh nền bỏn khụng gian đàn hồi).
Hệ số nền được xỏc định theo cụng thức:
k = (T/m3)
Trong đú: k: Hệ số nền
E0: Mụđun biến dạng của đất nền (T/m2)
à0: Hệ số Poisson;
B: Bề rộng múng (m)
Độ cứng 1 liờn kết lũ xo được tớnh như sau:
ki = k . Ai (T/m)
Trong đú:
Ai: là phần diện tớch thay thế cho phần tử thứ i (m2)
Với giả thiết múng lỳn đều, độ cứng của cỏc lũ xo phõn bố được tớnh theo diện tớch thay thế của lũ xo. Cỏch xỏc định diện tớch của lũ xo thay thế được tớnh như hỡnh
Hỡnh III.7 Sơ đồ tổng thể múng Hỡnh III.8: Diện tớch thay thế của 1 lũ xo
Bảng tớnh cỏc hệ số k, diện tớch thay thế Ai và độ cứng liờn kết lũ xo ki được trỡnh bày ở bảng I.2.b phụ lục I.2 trang 98.
Hỡnh III.9.b – Mụ hỡnh liờn kết Spring khai bỏo trong SAP
4.2. Xỏc định nội lực cho cỏc cấu kiện trụ và đế múng
Bước 1: Nhập sơ đồ tớnh vào trong SAP 2000 (version 14.0.0). Sử dụng mụ hỡnh phần tử Shell và liờn kết Spring để mụ hỡnh húa kết cấu.
Bước 2: Nhập toàn bộ tải trọng tỏc dụng lờn cụng trỡnh. Bước 3: Tớnh toỏn cỏc ứng suất lũ xo.
Bước 4: Loại bỏ cỏc lũ xo cú ứng suất dương (ứng suất kộo. Do đất nền khụng làm việc trong mụi trường chịu kộo).
Bước 5: Tớnh toỏn lại, lặp lại cỏc bước 2,3,4 cho đến khi khụng cũn lũ xo nào chịu ứng suất kộo nữa thỡ dừng.
Bước 6: Xuất nội lực. Bảng chi tiết được trỡnh bày chi tiết trong phụ lục II.5 và II.6 trang 108 – 157 phần phụ lục kốm theo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do khối chõn đế gồm rất nhiều phần tử nờn ta xuất nội lực của những tiết diện cú ứng suất lớn nhất để trỡnh bày trong tớnh toỏn cốt thộp (phần B). Cũn lại nội lực của cỏc phần tử được thể hiện chủ yếu dưới dạng hỡnh ảnh đớnh kốm trong phần phụ lục đớnh kốm. Số liệu chi tiết cụ thể xem tại file xuất Acess và file SAP kốm theo.
4.3. Xỏc định chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh trụ
Dựng phần mềm SAP 2000, ta được chuyển vị lớn nhất tại đỉnh trụ là:
∆ = 0,115 (m)
III.A.5 – Kiểm tra nền múng cụng trỡnh 5.1.Kiểm tra ổn định tổng thể
5.1.1. Kiểm tra ổn định lật
* Cơ sở lý thuyết:
Điều kiện ổn định lật: Mgiữ≥ [k] . Mlật
Trong đú
Mlật: Tổng mụmen gõy lật do tải trọng súng, giú, dũng chảy, đẩy nổi tỏc dụng
lờn cụng trỡnh (T.m)
Mgiữ: Tổng mụmen giữ do trọng lượng bản thõn khối chõn đế, trọng lượng thượng tầng và trọng lượng hà bỏm (T.m)
[k]: Hệ số an toàn. Ở đõy [k] = 1,3 ữ 1,5.
Khi điều kiện khụng được thỏa món, bắt buộc ta phải sử dụng vật liệu dằn. Ở đõy, ta sử dụng vật liệu dằn là Barit, cú khối lượng riờng γ = 4,3 (T/m3).
Do cụng trỡnh cú đỏy là dạng hỡnh chữ nhật. Do đú ta sẽ phải xột ổn định lật theo
cả 2 trục của cụng trỡnh.
* Tớnh toỏn mụmen giữ:
Tổng khối lượng thượng tầng: 510 T Tổng khối lượng hà bỏm: 402,10 T Tổng khối lượng khối chõn đế: 8435,7 T => Tổng mụmen giữ của khối chõn đế là:
Mx.giữ = (510 + 402,10 + 8435,7) . 21,7/2 = 101423,63 (T.m) My.giữ = (510 + 402,10 + 8435,7) . 34/2 = 158912,6 (T.m) * Tớnh toỏn mụmen lật
Theo phương x: Mx.lật = Mx.giú + Mx.(súng + dũng chảy) + Mx.(đẩy nổi)
Theo phương y: My.lật = My.giú + My.(súng + dũng chảy) + My.(đẩy nổi)
Kết quả tớnh toỏn chi tiết tại phụ lục II.3 trang 104. Kết quả cuối cựng như sau: Tổng mụmen gõy lật do tải trọng súng và dũng chảy gõy lờn là:
My.lật = 995,00 (T.m)
Mx.lật = 2068,03 (T.m)
Tổng mụmen gõy lật do tải trọng súng và dũng chảy gõy lờn là:
My.lật = 73898,96 (T.m)
Mx.lật = 3151,99 (T.m)
Mụmen lật do lực đẩy nổi:
Do cụng trỡnh được làm hoàn toàn tại ven biển, khi đỏnh chỡm ngoài khơi, mớn nước chớnh bằng độ sõu tớnh toỏn tại vị trớ xõy dựng cụng trỡnh. Theo kết quả tớnh toỏn, thể tớch nước bị chiếm chỗ tại mớn 42,5m nước là:
Vnước = 8403,50 m3 => Pđn = 8403,5 . 1,025 = 8613,6 (T) Vậy ta cú mụmen lật do lực đẩy nổi là (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mx.lật = 8403,5 . 21,7/2 = 91178 (T.m) My.lật = 8403,5 . 34,0/2 = 142860 (T.m) * Kết quả tớnh tỷ số k:
= = = 1,05 < [k] = 1,5 = = = 0,73 < [k] = 1,5
Vậy mụmen giữ của cụng trỡnh trong cả 2 trục đều khụng đảm bảo ổn định lật. Do đú ta sẽ phải dằn thờm vật liệu đều vào trong cỏc xilo của cụng trỡnh. Trọng lượng của vật dằn cần thờm là:
Theo trục x: Px.dằn = = = 3979,24 (T) Theo trục y: Py.dằn = = = 9865,74 (T)
Vậy trọng lượng cần phải dằn là Pdằn = Pmax[Px.dằn;Py.dằn] = 9865,73 (T)
Ta lựa chọn vật dằn ở đõy là Barit. Trọng lượng riờng của Barit là γ = 4,3 (T/m3) Vậy thể tớch lượng Barit cần dằn thờm là:
Vdằn = = = 2294,4 (m3) Thể tớch rỗng của 1 xilo là: Vrỗng = 455,86 (m3) Thể tớch rỗng của 13 xilo là:
=> Như vậy cụng trỡnh cú thể dằn được. Thể tớch Barit cần phải dằn thờm một thể tớch là:
Vdằn = 2295 (m3)
5.1.2. Kiểm tra ổn định trượt
* Cơ sở lý thuyết
Điều kiện ổn định chống trượt:
τ < [τ] = (T/m2)
Trong đú:
k: Hệ số an toàn chống trượt, lấy theo tiờu chuẩn API WSD 2000, k = 1,2
τ: Ứng suất tiếp tại đỏy múng, do lực ngang FH gõy ra. Coi tải trọng ngang FH
này gõy ra đều trờn toàn bộ phần diện tớch của đỏy múng:
τ = (T/m2)
+ FH: Tổng lực ngang tỏc dụng lờn đỏy múng (T)
+ A: Diện tớch đỏy múng (m2)
fu: Cường độ chống trượt tới hạn của múng
fu = c + σ . tan ϕ (T/m2)
Với + c: Lực dớnh của đất (kG/cm2)
+ ϕ: Gúc ma sỏt trong của đất (°)
+ σ: Ứng suất dưới đỏy múng:
σ = (T/m2);
+ FV: tổng lực nộn tỏc dụng lờn đỏy múng (T)
Trong trường hợp nền nhiều lớp, lớp đất 1 cú chiều dày khụng lớn, lớp số 2 là lớp đất yếu, ta phải kiểm tra điều kiện trượt giữa 2 lớp đất. Ứng suất tiếp giữa 2 lớp đất được xỏc định như sau:
= (T/m2);
Trong đú: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
FH2: tổng lực ngang tỏc dụng lờn lớp đất thứ 1. Nếu bỏ qua ỏp lực hụng và thiờn về an toàn, ta cú thể lấy FH2 = FH.
τ1,2: ứng suất tiếp xỳc giữa lớp đất thứ 1 và lớp đất thứ 2.
A’: diện tớch phần đỏy múng mở rộng đến hết lớp đất thứ 1, diện tớch được mở rộng thờm một khoảng cỏch nữa ở phần rỡa là
∆ = h1 . tan ϕ1 = 0,2 . tan [15°2’] = 0,05 (m) Sử dụng AutoCAD, diện tớch phần đỏy múng mở rộng là:
A’ = 599,92 (m2)
* Ta cú kết quả tớnh toỏn chi tiết như sau: - Tổng lực thẳng đứng tỏc dụng lờn khối chõn đế:
Tổng k.l KCĐ (T) 8435,70 Tổng k.l hà bỏm (T) 402,10 Tổng lực đẩy nổi (T) 8613,60 Tổng khối lượng dằn (T) 9865,74 Tổng cộng FV (T) 27827,14 - Tổng lực ngang tỏc dụng lờn khối chõn đế: Fx.H Fy.H Tổng tải trọng súng + dũng chảy (T) 2483,95 99,62 Tổng tải trọng giú (T) 19,45 38,98 Tổng cộng FH (T) 2503,40 138.60
=> Bảng III. 6 – Kiểm tra ổn định trượt ở lớp đất số 1
Fx,H (T) Fy,H (T) fu (T/m2) FV (T) τx (T/m2) τy (T/m2) τ(T/m2) [τ1] (T/m2) K.L 2503,4 0 138,60 16,17 27827,14 4,21 0,23 4,22 13,48 t/m
=> Bảng III. 7 – Kiểm tra ổn định trượt ở lớp đất số 2
Fx.H (T) Fy.H (T) fu (T/m2) FV (T) τx (T/m2) (T/mτy 2) τ(T/m2) [τ2] (T/m2) K.L 2503,4 0 138,6 0 16,15 27827,1 4 4,17 0,24 4,18 13,46 t/m
=> Kết luận: điều kiện ổn định trượt của cụng trỡnh được đảm bảo.
5.2 Kiểm tra sức chịu tải của đất nền
5.2.1. Kiểm tra múng về cường độ khỏng nộn và khỏng trượt
* Cơ sở lý thuyết. Theo API, điều kiện an toàn của múng trọng lực là: Điều kiện an toàn chịu lực nộn: PDB≤θSB . QDB; Điều kiện an toàn chịu lực ngang: PDS≤θSS . HDS; Trong đú:
PDB: Tải trọng đứng gõy nộn múng (T)
PDS: Tải trọng ngang gõy trượt ngang của múng (T) QDS: Sức chịu tải khỏng nộn của đất nền (T) HDS: Sức chịu tải khỏng trượt cực đại của đất nền (T)
θSB: Hệ số an toàn khỏng nộn của múng. θSB = 0,67
θSB: Hệ số an toàn khỏng trượt của múng. θSS = 0,8 * Xỏc định cỏc tải trọng tỏc dụng lờn đế múng:
Tải đứng gõy nộn: PDB = FV(KCĐ + Hà + TT) – Fmin.ĐN = 10876,25 (T) Tải trọng ngang gõy trượt: PDS = Fmax[Fx.H;Fy.H] = 2503,4 (T)
Mụmen tỏc dụng lờn đỏy múng My = My.(súng+ dũng chảy) + My.giú = 74893,96 (T.m) M = M + M = 5220,92 (T.m)
* Xỏc định sức chịu tải khỏng nộn của đất nền
Ta cú QDB = qu . A’ (T)
Trong đú:
A’: diện tớch hiệu dụng của đỏy múng (m2) qu: sức chịu tải của múng theo đất nền (T/m2) Ta cú độ lệch tõm của tải trọng:
= = = 7,02 (m) và = = = 0,48 (m)
Do ey bộ so với bề rộng múng B = 21,7 m, nờn ta sẽ khụng xột đến độ lệch tõm theo trục y mà chỉ xột đến độ lệch tõm theo trục x. Tại điểm lệch tõm 0’ luụn là trọng tõm của phần diện tớch hiệu dụng dưới đỏy múng Do đú phần diện tớch hiệu dụng của khối chõn đế cú dạng như sau:
0
e y
x 0' (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh III.10. Diện tớch múng hiệu dụng dưới khối chõn đế
=> Sử dụng phần mềm AutoCAD, ta cú được diện tớch của phần múng hiệu dụng là A’ = 420,19 m2.
Sức chịu tải của múng theo đất nền trong trường hợp múng chịu nộn lệch tõm qu
(sức chịu tải thoỏt nước) được xỏc định theo cụng thức Vesiộ (1975) như sau: qu = c’ . Nc . Kc + γ’ . X . Nq. Kq + 1/2 . γ’ . Nγ . Kγ
Trong đú:
c’: lực dớnh hữu hiệu. Ở đõy, c’ bằng lực dớnh ở lớp đất số 2 và bằng 4,7 (T/m2). Nc, Nq, Nγ: cỏc hàm khụng thứ nguyờn của gúc ma sỏt hữu hiệu ϕ‘. Trong đú:
ϕ’ = ϕlớp 2 = 13°45’ = 0,24 (rad) Nq: hệ số ảnh hưởng bởi độ sõu đặt múng:
Nq = exp (π . tan [ϕ]) . (tan [45° + ϕ/2])2 = 3,50 Nc: hệ số ảnh hưởng của lực dớnh
Nc = (Nq -1) . cotan [ϕ] = 10,26 Nγ: hệ số ảnh hưởng của bề rộng múng
Nγ = . [ – 1] = 2,21
γ’: dung trọng của đất bị ngập nước. γ’ = 1,91 – 1,025 = 0,885 (T/m3) B: bề rộng múng. Ở đõy B = 21,7 (m)
Kc, Kq, Kγ: là cỏc hệ số hiệu chỉnh. Cỏc hệ số này được tớnh như sau: Kc = ic . Sc . dc . bc . gc
Kq = iq . Sq . dq . bq . gq
Kγ = iγ . Sγ . dγ . bγ . gγ
Trong đú:
ic, iq, iγ:là cỏc hệ số hiệu chỉnh độ nghiờng của tải trọng. Vỡ ϕ = 13°45’ > 0, cú: =
= = −
Với F: là diện tớch múng hiệu dụng. F = A’ = 420,19 m2;
cu: lực dớnh của đỏy múng với đất. Lấy cu = 0,9 . c = 4,7 . 0,9 = 4,23 T/m2; Q, H: tổng cỏc tải trọng đứng và ngang của khối chõn đế (T)
=> Cú Q = PDB và H = PDS
m = mL . cos2θ + mB . sin2θ.
Gọi k là tỷ số giữa 2 cạnh dài của phần diện tớch múng hiệu dụng (k < 1) => k = = 0,765
Mà mL= = = 1,433 và mB = = = 1,567
θ: gúc nghiờn của tải trọng. Ở đõy, θ =cotg
Vậy ta cú bảng tớnh hệ số hiệu chỉnh độ nghiờng của tải trọng:
θ (rad) mB mL m iq ic iγ 0,090 1,567 1,433 1,434 0,885 0,760 0,813 Sc, Sq, Sγ: là cỏc hệ số điều chỉnh hỡnh dạng múng Sc = 1 + . k = 1 + 0,765 . (3,51 / 10,23) = 1,26 Sq = 1 + k . tan [ϕ] = 1 + 0,765 . tan [13°45’] = 1,19 Sq = 1 - k . 0,4 = 1 + 0,765 . 0,4 = 0,69 dc, dq, dγ: là cỏc hệ số hiệu chỉnh độ sõu: dq = dγ = 1,0 d = d –
bc, bq, bγ: là cỏc hệ số hiệu chỉnh độ nghiờng của mặt đỏy múng: bq = bγ = (1 - υ . tan [θ])2; bc = 1 – gc, gq, gγ: là cỏc hệ số hiệu chỉnh độ dốc của mặt đất nền: gq = gγ = (1 - tan [β])2; gc = 1 –
Trong đú; υ và β là cỏc gúc nghiờng của đỏy múng và nền đất so với mặt nằm ngang. Ở đõy giả thiết mặt đất nền bằng phẳng => υ = β = 0
Dựa vào cỏc hệ số trờn, ta cú bảng cỏc hệ số hiệu chỉnh như sau:
Chỉ số i S d b g K (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c 0,84 1,19 1 1 1 1
q 0,93 1,26 1 1 1 1,17
γ 0,88 0,69 1 1 1 0,61
Bảng III.8 – Cỏc hệ số hiệu chỉnh nền dưới đỏy múng
Sức chịu tải khỏng nộn của đất nền : qu = 55.32 (T/m2) => QDB = 55,32 . 420,19 = 23245 (T) * Xỏc định sức chịu tải khỏng trượt của đất nền:
Sức khỏng trượt ngang cực đại của đất nền được API xỏc định theo cụng thức sau:
HDS = c’ . A + PDB . tan [ϕ’] (T) Trong đú:
A: là phần diện tớch đỏy múng. A = 594,44 m2.
c’ và ϕ’: là lực dớnh và gúc ma sỏt trong hữu hiệu. Ở đõy lực dớnh và gúc ma sỏt trong hữu hiệu được tớnh bằng c và ϕ của lớp đất thứ 2.
=> HDS = 4,7 . 594,44 + 10876,25 . tan [13°45’] = 5545,27 (T) * Ta cú bảng kiểm tra cường độ chịu tải của nền đất
i Pi (T) Φi Qi (T) Đ/k: Pi ≤
Φi . Qi
Khỏng nộn (DB) 10876,25 0,67 23243,19 thỏa món
Khỏng trượt (DS) 2503,4 0,8 5455,27 thỏa món
Bảng III.9 – Kiểm tra cường độ chịu tải của đất nền
5.2.2. Kiểm tra nền múng theo điều kiện về biến dạng
Do cụng trỡnh biển trọng lực, làm việc theo nguyờn lý múng nụng, đứng ổn định trờn mặt biển nhờ trọng lượng bản thõn và trọng lượng cụng nghệ. Như võy, ta cú thể tớnh lỳn của cụng trỡnh dựa theo phương phỏp tớnh lỳn từng lớp.
Chia đất nền dưới đỏy múng thành từng phõn tố, với chiều sõu mỗi phõn tố là 1m. Việc tớnh lỳn được tớnh tại điểm giữa của cụng trỡnh, và được tớnh toỏn theo mụ hỡnh nộn lỳn 1 chiều. Cụng tớnh tớnh lỳn theo mụ hỡnh nộn lỳn 1 chiều cú dạng như sau:
S = Σ Si = Σ n
i =1 .. hi . σzi (m) Trong đú:
β: là hệ số nở hụng. Đối với đất sột cú β = 0,67
E0i: mụđun biến dạng của lớp đất thứ i dưới đỏy múng. E0i = 2024 (T/m2) hi: chiều dày phõn tố lớp đất thứ i dưới đỏy múng (m)
σZi : ứng suất tại tõm của phõn tố thứ i tại độ sõu zi (T/m2) Phạm vi tớnh lỳn được xột đến lớp phõn tố mà tại đú thỏa món điều kiện: