1. Giới thiệu chung lý thuyết độ tin cậy và ứng dụng thiết kế công trình biển
3.13.Tính toán trạng thái ứng suất nền móng công trình
3.13.1.Kiểm tra ứng suất tiếp
Hàm trạng thái cơ chế phá hoại do ứng suất tiếp:
e Z = −τ P
Trong đó: τ ứng suất tiếp đáy móng. Xác định như sau: Fh i,
B
τ = ∑
e
P: Ứng suất tiếp có thể chấp nhận được. Đối với bệ đệm bằng đá thì ứng suất của đá thường lấy từ 40-50T/m2, giá trị lớn nhất để đá không bị phá hoại là 60T/m2
Kết quả kiểm tra ứng suất tiếp đáy móng thùng trìm:
Fu τ (T/m2) Pe Z Kết luận
8,92 1,78 40,00 38,22 Ổn định
Hàm trạng thái cơ chế phá hoại do ứng suất pháp xem phương trình (2.37) mục 2.8.2 Chương II
Xác định ứng suất dưới đáy móng thùng trìm theo phương trình (2.38) mục 2.8.2 Chương II.
* Kết quả tính toán ứng suất pháp như sau:
Me (T.m) We (T) te (m) B/3 q1 (T/m2) q2 (T/m2) σ (T/m2)
27.00 10.00 2.70 1.67 1.52 0.48 2.47
* Kết quả kiểm tra cơ chế phá hoại do ứng suất pháp:
σ (T/m2) σcp (T/m2) Z=σcp - σ Kết luận
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
a. Áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế đê chắn sóng tường đứng dạng thùng trìm cho cảng Mỹ Á - tỉnh Quảng Nam:
Đê chắn sóng cảng Mỹ Á là một hạng mục nằm trong quy hoạch cảng cá cửa sông Mỹ Á theo quy hoạch chung về phát triển hạ tầng của cảng. Công trình có ý nghĩa quan trọng trong hình thành khu vực cảng. Đê chắn sóng là công trình che chắn và bảo vệ cho luồng và đảm nhiệm nhiệm vụ chắn sóng. Do đó để phát triển cảng cần phải xây dựng hệ thống đê chắn sóng.
Công trình đảm nhiệm nhiệm vụ: Che chắn sóng từ nước sâu vào trong cảng đảm bảo an toàn hàng hải tạo vùng nước tĩnh trong cảng; che chắn cát từ hai phía chống bồi lấp cho luồng tầu, ngoài ra đê chắn sóng cảng Mỹ Á nằm ở cửa sông do đó nó còn có nhiệm vụ hướng dòng và tiêu thoát lũ trong sông.
Trong giai đoạn I của dự án công trình đã được đầu tư hiệu quả cao tuy nhiên do nhu cầu phát triển và hoàn thiện quy hoạch đê chắn sóng cần xây dựng tiếp giai đoạn II. Luận văn này tập trung giải quyết công tác thiết kế công trình giai đoạn II theo phương pháp thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy.Trong luận văn tác giả đã trình bầy cở sở lý thuyết và phân tích những ưu nhược điểm của phương pháp lý thuyết độ tin cậy cấp độ I và cấp độ II. Từ đó đánh giá được phương pháp pháp tính toán theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ I có những ưu việt hơn phương pháp lý thuyết độ tin cậy cấp độ II.
b. Những vấn đề đã thực hiện và gải quyết:
Luận văn đã trình cơ sở lý thuyết và phương pháp thực hành tính toán lý thuyết độ tin cậy cấp độ I. Đề xuất các tiêu chuẩn hiện đang sử dụng trong các tiêu chuẩn trên thế giới và kiến nghị áp dụng cho đê chắn sóng cảng Mỹ Á.
Luận văn đã xây dựng đầy đủ các cơ chế hư hỏng và phân tích chi tiết từng yếu tố tác động đến các cơ chế. Từ đó thấy được ảnh hưởng của chúng đến hệ thống đê chắn sóng. Tác giả đã phân loại các cơ chế hư hỏng theo trạng thái hư hỏng và dạng hư hỏng từ đó đánh giá được mức độ quan trọng của cơ chế hư hỏng và xây dựng cây sự cố của hệ thống đê chắn sóng.
Luận văn đã căn cứ theo chức năng - nhiệm vụ của công trình tác giả đã đề xuất phương pháp tính toán cho từng chức năng. Phương pháp thiết kế đã đưa trình tự các bước trong công tác thiết kế đê chắn sóng, xác định được quy mô nhiệm vụ của từng bộ phận công trình.
Luận văn đã kiểm toán lại kết quả tính toán quy mô sơ bộ công trình để kiểm chứng sự đúng đắn của các thông số công trình.
c. Những hạn chế và vấn đề chưa giải quyết trong luận văn:
Luận văn mới chỉ tập trung phân tích và giải quyết các cơ chế cơ bản hư hỏng liên quan đến chế độ thủy lực và địa kỹ thuật mà chưa giải quyết được bài toán phân tích độ tin cậy trong cơ chế hư hỏng do kết cấu, cơ chế sinh - hóa môi trường biển. Các cơ chế này cũng là cơ chế gây ra hư hỏng công trình theo trạng thái giới hạn cuối cùng nhưng đòi hỏi thời gian tương tác lâu với môi trường.
Luận văn giải quyết được các cơ chế theo trạng thái giới hạn (ULS) nhưng chưa giải quyết được bài toánALS (Ví dụ cơ chế lún nền đê chắn sóng). Đây là cơ chế tuy không gây trực tiếp ảnh hưởng đến trạng thái giới hạn (ULS) nhưng lại gây ra ảnh hưởng đến các cơ chế khác và giảm chức năng chắn sóng của đê thông qua sự suy giảm chiều caolưu không.
Do hạn chế tiếp cậntài liệu và dữ liệu phục vụ qua trình phân tích tối ưu kinh tế và thiệt hại đối với dạng công trình đê chắn sóng cửa sông Mỹ Á nên luận văn chưa đánh giá được tối ưu hóa về kinh tế và thiệt hại đê chắn sóng.
Luận văn đã xác định được các thông số quy mô công trình theo phương pháp độ tin cậy cấp độ I nhưngchưa đánh lại chỉ số độ tin cậy mục tiêu và xác xuất hư hỏng chấp nhận được của đê chắn sóng bằng phương pháp độ tin cậy cấp độ II. Các chỉ số độ tin cậy mục tiêu và xác xuất hư hỏng chấp nhận được xác định theo cấp độ I dựa trên các cấp độ hư hỏng và thiệt hại chấp nhận và sự phân loại cấp độ - đề xuất các chỉ số độ tin cậy của các tiêu chuẩn của các nước trên thế giới. Các chỉ số này cần phải được tính toán kiểm tra lại dựa trên phương pháp cấp độ II để kiểm chứng sự phù hợp thông qua bài toán tối ưu hóa.
KIẾN NGHỊ
Từ những kết quả đạt được và hạn chế trên tác giả kiến nghị những vấn đề như sau:
- Khi áp dụng thiết kế theo lý thuyết độ tin cậy cấp độ I là phù hợp với bài toán thiết kế công trình mới. Phương pháp này tỏ ra hiệu quả và tiếp cận được phương pháp thiết kế theo các tiêu chuẩn của EU, BS, JB, AASHTO…Ngoài ra do ưu việt phương pháp rất tương thích trong điều kiện công tác khảo sát địa chất và thủy văn hiện đang thực hành ở Việt Nam. Do đó tác giả kiến nghị cần phải thay đổi phương pháp thiết kế theo phương pháp truyền thống bằng phương pháp cấp độ I.Đặc biệt hiện nay ở Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế công trình đê chắn sóng nói riêng. Do đó luận văn này có thể mang tính chất nghiên ứng dụng để sơ bộ đề cập đên một số vấn đề cơ bản trong thiết kế đê chắn sóng.
- Cần có thêm những nghiên cứu mới trong thiết kế đê chắn sóng theo phương pháp lý thuyết độ tin cậy trước khi đưa ra các tiêu chuẩn và hướng dẫn thiết kế. Việc áp dụng các tiêu chuẩn và sổ tay hưỡng dẫn thiết kế theo độ tin cậy cấp độ I của các nước trên thế giới vào điều kiện Việt Nam cần được đánh giá và hiệu chỉnh lại theo phương pháp độ tin cậy cấp độ II thông qua việc phân tích tối ưu để định lượng lại các chỉ số độ tin cậy mục tiêu và xác xuất chấp nhận được. Do đó hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn này là ứng dụng phương pháp cấp độ II để phân tích tối ưu hóa đề xuất ra các chỉ tiêu thiết kế theo cấp độ I. Hướng nghiên cứu này sẽ cũng đóng góp phần không nhỏ trong việc đề suất tiêu chuẩn thiết cho công đê chắn sóng nói riêng.
Trong thời gian ngắn tác giả đã có những tìm hiểu cơ bản về vấn đề áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong thiết kế công trình đê chắn sóng. Thông qua sự hướng dẫn và đóng góp ý kiến của giáo viên hưỡng dẫn PGS.TS. Thiều Quan Tuấn, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ. Luận văn còn nhiều vấn đề do yếu tố khách quan và chủ quan không đánh giá được hết các khía cạnh của bài toán. Do đó tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp và chuyên gia trong nghành để tác giả hoàn thiện hơn.
Ngoài ra, tác giả còn có một số kiến nghị khác liên quan như sau:
Phương pháp luận thiết kế hiện nay đang có xu thế chung của các nước hiện đại trên thế giới đó là sử dụng lý thuyết ngẫu nhiên để giải bài toán thiết kế công trình. Lý thuyết ngẫu nhiên này gồm nhiều cấp độ khác nhau: Cấp độ I (PSF) Cấp độ II (FORM-SROM), Cấp độ III. Trong đó phân tích bài toán theo lý thuyết độ tin
cậy dựa trên hai phương pháp phân tích: Cấp độ I và Cấp độ II. Phương pháp cấp độ I, Cấp độ II đưa ra các chỉ số độ tin cậy mục tiêu, xác xuất hư hỏng tối đa (Tức là xác xuất hư hỏng chấp nhận được tối thiểu) theo từng cơ chế:
+ Phương pháp phân tích theo cấp độ I: Áp dụng thiết kế công trình mới theo lý thuyết độ tin cậy.
+ Phương pháp phân tích theo cấp độ II: Phục vụ chủ yếu để đánh giá lại xác xuất hư hỏng của các công trình đã có, phân tích tối ưu kinh tế và thiệt hại để xác định chỉ số độ tin cậy mục tiêu, hiệu chỉnh lại phương pháp lý thuyết độ tin cậy cấp độ I.
Thiết kế công trình theo lý thuyết độ tin cậy là việc xác định được độ tin cậy - xác xuất hư hỏng của công trình theo từng cơ chế. Căn cứ theo từng cấp công trình, từng loại công trình và kinh nghiệm hiểu biết của chuyên gia đưa ra các tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy mục tiêu và xác xuất hư hỏng tối đa chấp nhận được. Để đảm bảo sự hoạt động bình thường của công trình thì công trình có thể có một hoặc nhiều chức năng, chức năng công trình: Chức năng chính hay chức năng phụ, chức năng công trình đảm bảo theo thời gian hay chỉ trong thời gian ngắn. Ngoài ra các chức năng công trình theo tình trạng tải trọng khi tính toán: công trình đảm bảo chức năng trong điều kiện mực nước thấp và tải trọng nhỏ hay công trình đảm bảo điều kiện bất thường. Ngoài ra các chức năng công trình này còn phụ thuộc và liên quan với nhau. Do đó khi thiết kế công trình theo chức năng cần đảm bảo thỏa mãn các điều kiện.
Kết luận: Lý thuyết độ tin cậy cấp độ I tính toán thiết kế đê chắn sóng tường đứng trên thế giới đã được xây dựng về cơ sở lý luận rất đầy đủ. Do đó kiến nghị việc áp dụng vào tính toán thiết kế công trình đê chắn tường đứng trong điều kiện Việt Nam là hoàn toàn phù hợp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters. MAS3 - CT95 - 0041; 2. CEM - CHAPTER 6 - Reliability Based Design of Coastal Structures;
3. SELECTION OF THE WIDTH OF A CAISSON - Journal of Marine Science and
Technology, Vol. 19, No. 1, pp. 52-57 (2011) - Chi Chao David Tung* and Jaw Guei Lin
4. Reliability-based Optimization of Tetrapod-armored Rubble Mound Breakwater -
Proceedings of the Twenty-second (2012) International Offshore and Polar Engineering Conference - Seung-Woo Kim and Kyung-Duck Suh (Department of Civil and Environmental Engineering, Seoul National University Seoul, Korea)
5. Choice of breakwater type and optimum safety levels -Hans F. Burchrth (Aalborg
University, Department of Civil Engineering)
6. Design of Vertical Wall Caisson Breakwaters Using Partial Safety Factors - Hans
F. Burcharth* and John Dalsgaard S0rensen** (* Prof. Dr.Teehn. Hydraulics and Coastal Engineering Laboratory, Inst. of Civil Eng., Aalborg University; ** Associate prof. Ph.D. Inst. of Building Technology and Structural Engineering, Aalborg University)
7. Reliability Analysis and Evaluation of Partial Safety Factors for Random Wave
Overtopping - KSCE Journal of Civil Engineering (2009) - Cheol-Eung Lee* and Hyuk Jae Kwon** (*Member, Professor, Dept. of Civil Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea; **Member, Lecturer, Dept. of Civil Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea)
8. Performance Analysis of Vertical Breakwaters Designed by Partial Safety Factor
Method - Proceedings 12th International Coastal Symposium (Plymouth, England), Journal of Coastal Research - Seung-Woo Kim*, Kyung-Duck Suh** (*Dept. of Civil and Environmental Engineering, Seoul National University, Gwanak-gu, Seoul 151-744, Korea; ** Dept. of Civil and Environmental Engineering & Engineering Research
Institute, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-744, Korea)
10. Evaluation of Eurocode 7 - Trevor L.L (Trinity college, Dublin)
11. Reliability analysis of bearing capacity for shallow foundations based on Eurocode 7 - C. Onisiphorou (Frederick University, Nicosia, Cyprus)
12. Design Approaches of Eurocode 7 and their Effect on the Safety of Shallow Foundations - Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering - K. Lesny (Institute of Soil Mechanics and Foundation Engineering, University of Duisburg-Essen, Germany)
13. The Effect of Model Uncertainty on the Reliability of Spread Foundations - W. S. Forrest & T. L. L. Orr (Trinity College, University of Dublin, Ireland)
14. Eurocode — Basis of structural design - BS EN 1990:2002
15. PIANC WG 12; PIANC WG 28
16. TECHNICAL STANDARDS AND COMMENTARIES FOR PORT AND HARBOUR FACILITIES IN JAPAN
17. ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BIỂN - TS. NGUYỄN VI 18. LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH - PGS. TS Lê Kiều (Bộ môn Công nghệ, Tổ chức Xây dựng và quản lý dự án - Trường Đại học Kiến trúc Hà nội)
19. SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘ TIN CẬY TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐÊ CHẮN SÓNG BẢO VỆ CẢNG - PGS. TS TRẦN MINH QUANG
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
Phụ lục 01 - Kết quả tính toán lan truyền sóng nước sâu vào nước nông.
Kết quả tính toán lan truyền sóng ngoài nước sâu vào nước nông.
Bảng Kết quả tính lan truyền sóng
STT X (m) Hs (m) Tp (s) Độ sâu nước (m) 1 0 12.41 13.89 81.00 2 20 12.41 13.89 80.99 3 40 12.41 13.89 80.98 4 60 12.41 13.89 80.97 5 80 12.41 13.89 80.96 6 100 12.41 13.89 80.95 7 120 12.40 13.89 80.94 8 140 12.40 13.89 80.93 9 160 12.40 13.89 80.92 10 180 12.40 13.89 80.91 11 200 12.40 13.89 80.90 12 220 12.40 13.89 80.89 … … … … … … … … … … 3460 69180 4.01 13.89 6.60 3461 69200 3.83 13.89 6.61 3462 69220 3.70 13.89 6.40 3463 69240 3.57 13.89 6.15 3464 69260 3.44 13.89 5.90 3465 69280 3.31 13.89 5.52 3466 69300 3.15 13.89 5.11 3467 69320 2.98 13.89 4.96 3468 69340 2.82 13.89 4.81 3469 69360 2.68 13.89 4.66 3470 69380 2.56 13.89 4.58 3471 69400 2.45 13.89 4.52 3472 69420 2.36 13.89 4.52 3473 69440 2.28 13.89 4.51 3474 69460 2.22 13.89 4.49 3475 69480 2.17 13.89 4.45 3476 69500 2.12 13.89 4.41
PL 02 - Thông số địa chất công trình:
Bảng Thông số địa chất nền công trình
ST T Lớp KH Thông số DTTN Lực dính Góc ma sát Altc Chiều dầy lớp γω (T/ m3) C ϕ (T/m2) Rtc m 1 Lớp đất bùn lẫn 1 0,5 2 Cát hạt thô, kém chặt 2a µ 2,65 23°29' 12 2 σ 0,5 2 1 3 Cát hạt thô,chặt vừa 2b σ µ 2,65 0,5 222 °34' 1,5 17 4,3 4 Sét pha, dẻo chảy 3a σ µ 1,84 0,5 7,6 1,5 7°311 ' 5,6 1 3 5 Sét pha, dẻo mền 3b σ µ 1,93 0,5 13,7 2 9°421 ' 18 1 5 6 Cát thô lẫn sạn 4 µ 2,65 23°45' 18 6 σ 0,5 1 1 7 Đá granit màu xám 5
PL 03 - Tính toán sóng tràn qua đỉnh đê chắn sóng:
Phương trình hàm trạng thái sóng tràn qua đỉnh đê theo mô hình sóng tràn của Franco 1999 như sau:
3 1 1 0, 082. . .exp 3. . c s S R s R q gH H βσ γ γ γ = −
Xác định hệ số an toàn thành phần tải trọng theo PIANC WG28:
Thành phần hiệu chỉnh KH Giá trị Ghi chú
Hiệu chỉnh thành phần tải trọng sóng γΗο 1,1 Bảng 2.19 - Tải trọng sóng
Hiệu chỉnh thành phần tuổi thọ công trình γΤ 1.00 Bảng 2.20 - T=50 năm
Hiệu chỉnh do mô hình ước tính tải trọng sóng γΗ2 0,85 Bảng 2.21 - Model2
Xác định hệ số an toàn thành phần sức kháng theo PIANC WG28:
Thành phần hiệu chỉnh KH Giá trị Ghi chú
Hiệu chỉnh do cấp độ an toàn đề nghị cho CTγο 0,9 Bảng 2.22 - Mức độ an toàn thấp