Xét bài toán đờng ống đi qua địa hình đặc biệt là hố lõm, tải trọng là trọng lợng bản thân ống trong nớc, áp lực trong tác dụng lên ống và lực căng còn d trong ống. Các lực này sẽ gây ra những ứng suất trong ống nh ứng suất vòng do áp lực trong gây lên và ứng suất dọc trục do mô men uốn gây lên. Vấn đề khó khăn nhất là xây dựng đợc mô hình liên kết giữa ống và nền đất tại hai đầu nhịp. Trong thực tế liên kết giữa ống và nền đất rất đa dạng nh ống dựa hoàn toàn trên nền, ống vùi một phần dới nền hoặc hoặc ống vùi hoàn toàn trong nền... Mặt khác sự làm việc của nền đất dới ống thực chất là đàn dẻo hay đàn hồi phi tuyến. Nh vậy thật khó tìm ra đợc công thức tính toán chung cho mọi trờng hợp. Lúc này ống chịu tác dụng của các tải trọng gồm: tải trọng bản thân, ứng suất dọc trục do lực căng
d, áp lực trong và áp lực ngoài gây ra các thành phần ứng suất nh sau: ứng suất uốn, ứng suất dọc trục và ứng suất vòng.
Mục đích của bài toán là tính toán xem đờng ống có đảm bảo điều kiện bền: - ứng suất uốn ≤ ứng suất uốn cho phép.
- ứng suất dọc trục ≤ ứng suất dọc trục cho phép. - ứng suất vòng ≤ ứng suất vòng cho phép.
- ứng suất chính (tổ hợp 3 ứng suất trên) ≤ ứng suất chính cho phép.
Có nhiều phơng pháp để giải quyết bài toán này. Theo tài liệu Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods của ông A.H. Mousselli đa ra cách giải bài toán này nh sau: mô hình tính – mô tả đoạn ống lõm làm việc nh dàm đơn giản. Các nghiên cứu trớc đây theo nguyên tắc mô hình hóa sự làm việc của nền đất bằng các lò xo, sử dụng máy tính điện tử để khảo sát các nhịp ống khác nhau với lực căng và trọng lợng khác nhau đã xây dựng đợc các đồ thị cho phép nhanh chóng tra đợc các đặc trng của nhịp, ứng suất lớn nhất trên ống với các biến dạng tơng ứng. Các đồ thị này có thể sử dụng tính toán toàn bộ bài toán tĩnh của ống vợt qua địa hình đặc biệt.
Hình 2.1. Đờng ống qua hố lõm
Xét hình dạng đờng ống khi đi qua hào trên hình trên. Ta thấy có 2 vùng cách biệt có thể dùng để định rõ hình dạng của ống.
+ Vùng 1: Đoạn nhịp treo của ống ở chỗ trũng, chiều dài L. + Vùng 2: Đoạn nhịp treo ở ngoài chỗ trũng, chiều dài l.
Tra đồ thị 3.19 – Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods theo các đại lợng vô hớng xác định đợc ứng suất lớn nhất trong nhịp ống σm. Lực kéo vô hớng: C L W T ⋅ = β (3.42) Chiều dài đặc trng: 3 W I E LC = ⋅ (3.43) ứng suất đặc trng: C C L C E⋅ = δ (3.44) Trong đó:
W: Trọng lợng ống dới nớc trên một đơn vị chiều dài. E: Môđun đàn hồi của vật liệu làm ống.
J: Mômen quán tính của tiết diện ống .( 4 4)
64 D Di
J = π − (3.45) C: Bán kính ngoài của ống.
T: Lực căng ống do thi công .
Tơng tự, tra đồ thị 3.20, xác định đợc ứng suất giữa nhịp. Đồ thị 3.21 cho phép ta xác định đợc độ võng giữa nhịp.
Khoảng cách nhịp treo lớn nhất khi ứng suất ở mép hố (σm) đạt đến giá trị của ứng suất
cho phép [σ ],[σ ] =η.SMYS trong đó ηlà hệ số sử dụng vật liệu (bảng 12.3 DNV 2000-OS-F101) η= 0.8. Khi đó, tiết diện ống ở mép hố sẽ bị phá hoại theo điều kiện bền.
Kết quả tính toán đựơc trình bấy chi tiết phụ lục D.
3.8.3.Bài toán qua đỉnh lồi.
Theo tài liệu Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods, độ cao đỉnh lồi δ đợc xác định theo đồ thị 3.24 và 3.25.
sm
L
T T
Hình 2.2. Đờng ống qua đỉnh nồi Kết quả tính toán đựơc trình bấy chi tiết phụ lục D.