1. Giới thiệu chung lý thuyết độ tin cậy và ứng dụng thiết kế công trình biển
3.5.1. Xác định cao trình đỉnh đê chắn sóng dựa trên tiêu chuẩn sóng tràn qua
công trình:
Nhiều phương trình thực nghiệm để ước tính tỷ lệ sóng tràn qua công trình gây ra bởi các sự tương tác của sóng ngẫu nhiêm với công trình. Vì vậy lựa chọn phương trình thực nghiệm nào cho phù hợp cho bài toán là rất quan trọng. Trong nghiên cứu này sử dụng mô hình thực nghiệm của Fanco (1999) xác định lưu lượng sóng tràn qua đỉnh đê trên một đơn vị chiều dài như sau:
3 1 0, 082.exp 3 c s s R q H gH γβσ = − (3.24) Trong đó:
+ γβσ: Mô tả ảnh hưởng của độ dốc hoặc chiều dài đỉnh sóng. + Hs:Chiều cao sóng có nghĩa trước chân công trình (m). + Rc:Chiều cao lưu không đỉnh đê (m).
+ q: Lưu lượng tràn đơn vị (m3/s/m).
Định nghĩa chính xác về chế độ hư hỏng là cần thiết để thiết lập phương trình trạng thái độ tin cậy. Định nghĩa điều kiện hư hỏng do sóng tràn là khi trạng thái nước biển tràn qua đê chắn sóng. Khái niệm về lượng tràn qua đê chắn sóng cho phép trong phương pháp thiết kế truyền thống đã xác định và được áp dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn sóng tràn của CEM, TAW, EUROTOP,…. Vì vậy định nghĩa cơ chế hư hỏng do sóng tràn là khi lưu lượng tràn qua đê chắn lớn hơn lưu lượng tràn cho phép. Hàm trạng thái hư hỏng được xây dựng theo phương trình để phân tích độ hư hỏng của công trình khi sóng tràn xác định như sau:
3 1 0, 082. .exp 3 c a s s R Z q gH H γβσ = − − (3.25) Xác định hệ số triết giảm: + Đối với đỉnh sóng dài:
- Nếu góc sóng tới 0o≤ ≤β 37o thì hệ số triết giảmγβσ =cosβ (3.26) - Nếugóc sóng tới β >37o thì hệ số triết giảmγβσ =0, 79
+ Đối với đỉnh sóng ngắn:
- Nếu góc sóng tới 0o≤ ≤β 20o thì hệ số triết giảmγ =βσ 0,83 (3.27) - Nếu góc sóng tới β >20o thì hệ số triết giảmγβσ =0,83 os(20c o−β)
Hàm trạng thái của phương trình trên biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ tràn cho phép và khả năng chống tràn của công trình. Khi hàm trạng thái Z<0 thì công trình có khả năng chống tràn (ULS), Z>0 thì trạng thái công trình an toàn, Z=0 tức trạng thái giới hạn. Từ phương trình trạng thái giới hạn trên có thể xác định xác xuất tràn của đê chắn sóng. Đặc biệt phương trình trên biểu biểu diễn ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố đến cơ chế tràn.
Tiêu chuẩn thiết kế và phương pháp tính toán các yếu tố an toàn thành phần đã được thành lập và sử dụng phương pháp hệ số an toàn. Đặc biệt tính toán theo phương pháp hệ số an toàn thành phần thường đơn giản hóa và dễ sử dụng với các nhà thiết kế. Tiêu chuẩn thiết kế dựa trên phương pháp hệ số an toàn được xây dựng đáp ứng giới hạn an toàn dựa trên xác định xác xuất hư hỏng chấp nhận. Đặc biệt tính toán theo phương pháp hệ số an toàn có các phương trình có hình thức giống với phương pháp thiết kế truyền thống (Thiết kế tất định). Tiêu chuẩn sóng tràn theo phương pháp hệ số an toàn thành phần đối với đê chắn sóng tường đứng theo (3.24) (Phương pháp sóng tràn của Franco 1999) được viết lại theo phương trình sau:
3 1 1 0, 082. . .exp 3. . c s S R s R q gH H βσ γ γ γ = − (3.28)
Trong đó:γs,γR-Hệ số an toàn thành phần cho tải trọng và sức kháng. Xác định các hệ số an toàn thành phần được xác định theo phương pháp của PIANC WG
28. Đối với đê chắn sóng cảng Mỹ Á, kết quả tính toán các hệ số an toán thành phần cho cơ chế tràn qua đê chắn sóng cảng Mỹ Á được xác định theo Phụ lục 03- tính toán sóng tràn qua đỉnh đê chắn sóng. Kết quả tính toán lưu lượng tràn đỉnh đê theo công thức (3.28) được thể hiện trong hình 3.9 như sau:
Biểu đồ quan hệ lưu lượng tràn-Chiều cao lưu không Rc
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500
Lưu lượng tràn qua đỉnh đê (m3/s)
C hi ều ca o lư u không (m )
Biểu đồ quan hệ lưu lượng- chiều cao lưu không Rc
Hình 3.9. Biểu đồ quan hệ giữa lưu lượng tràn và chiều cao lưu không đê chắn sóng
Qua biểu đồ lưu lượng tràn qua đỉnh đê hình 3.9, ta đánh giá được chiều cao lưu không trên MNTK. Khi chiều cao lưu không trên đê càng cao thì mức độ tràn càng nhỏ. Để đảm bảo cơ chế tràn không xẩy ra thì hàm trạng thái Z<0 tức là lưu lượng tràn qua đê ở mức là q=100l/s/m=0,1m3/s/m. Tương ứng với lưu lượng trên ta có chiều cao lưu không là 3,10m. Kết luận cao trình đỉnh đê chắn sóng chọn theo tiêu trí sóng tràn là
dd
Z =(+0,98)+3,10= +4,08 m. Làm tròn giá trị tính toán lấy cao trình đỉnh đê là (+4,00)m.