3.2.1. Kết quả đo, tính toán rung động và đánh giá sơ bộ
Các tần số đo trƣớc và sau gia cố sửa chữa, các phƣơng án thiết kế (tính toán theo thiết kế với những điều kiện nền khác nhau) đƣợc cho trong bảng 3.2.1. Từ số liệu đo đạc cho thấy phƣơng án gia cố này đúng là đã làm tăng độ cứng chống uốn của công trình và do đó làm giảm chuyển vị ngang. Nhƣng cũng cần phải lƣu ý đến cả sự gia tăng khả năng chống nhổ của phƣơng án này, cũng đạt đƣợc hiệu quả tốt.
Phƣơng án thiết kế vữa rời rạc tức môi trƣờng của khối gia cố là rời rạc. Với các giả thiết khối lƣợng của khối gia cố đƣợc quy về các nút tại mặt tiếp xúc giữa khối gia cố và nền cùng với giả thiết các nút đó đƣợc cố định (ngàm chặt) trong mô hình phần tử hữu hạn, điều này nói nên khối lƣợng của khối gia cố không ảnh hƣởng vào kết cấu. Từ những kết quả tần số trong bảng 3.2.1 tính toán thiết kế của mô hình vữa rời rạc và mô hình gia cố bêtông Mac200 trên nền cứng cho thấy khối gia cố không ảnh hƣởng nhiều vào độ cứng của kết cấu. Do vậy phƣơng án gia cố
mở rộng chân đế chỉ phụ thuộc rất nhiều vào công tác sử lý nền móng chứ rất ít phụ thuộc vào việc thi công đổ bêtông.
Bảng 3.2.1. Tần số và dạng dao động của công trình DKI/12
Dạng dao động
Tần số (Hz)
Các phƣơng án thiết kế Đo đạc thực tế
Chƣa gia cố Gia cố bêtông Mac200 nền yếu Khối gia cố là vữa rời rạc Gia cố bêtông Mac200 nền cứng Trƣớc khi gia cố Sau khi gia cố Uốn 1 0,6773 1,9780 2,2746 2,2876 0,33 0,93 Uốn 2 0,6775 1,9826 2,2825 2,2957 0,41 1,00 Xoắn 2,5776 2,8078 2,9444 2,9668 - 2,56 Nhổ 2,7938 4,9516 7,6152 7,8985 0,93 1,68
Kết quả tính toán hiệu quả trong bảng 3.2.2 cho thấy việc thi công gia cố sửa chữa công trình DKI/12 khá phù hợp với phƣơng án thiết kế trên nền đất yếu.
Bảng 3.2.2. Chỉ tiêu hiệu quả gia cố sửa chữa của công trình DKI/12
Hiệu quả riêng phần
Hiệu quả thiết kế
Hiệu quả thực tế Bêtông nền yếu Vữa rời rạc Bêtông nền cứng Độ cứng uốn 1 1,9205 2,3583 2,3775 1,818 Độ cứng uốn 2 1,9264 2,3690 2,3885 1,439 Độ cứng xoắn 0,0893 0,1423 0,1510 - Kháng nhổ 0,7723 1,7258 1,8270 0,807 Trung bình 1,5397 2,1510 2,1977 1,355
3.2.2. Đánh giá hiệu quả và độ bền vững
Số liệu tính toán chuyển vị nút dưới tác động sóng cấp 10 đối với công trình DKI/12 trước khi gia cố.
HIST H10 --- MAX
Tại chân cọc
1 0.017020 0.013946 0.168022 0.001995 0.009959 0.000231 2 0.013855 0.011561 0.041287 0.002046 0.010034 0.001899 3 0.014572 0.012261 0.042211 0.002055 0.010057 0.001850 4 0.016310 0.014677 0.167940 0.002003 0.009934 0.000188
Tại đỉnh của công trình
37 0.581554 0.355496 0.102271 0.009672 0.015922 7.84E-05 38 0.580929 0.355495 0.024468 0.009673 0.015929 8.55E-05 39 0.581553 0.356150 0.025075 0.009670 0.015922 8.36E-05 40 0.580929 0.356151 0.102253 0.009669 0.015929 9.35E-05
Số liệu tính toán chuyển vị nút dưới tác động sóng cấp 10 đối với công trình DKI/12 sau khi gia cố cho trong phần phụ lục.
HIST H10 --- MAX
JOINT UX UY UZ RX RY RZ
Tại chân cọc công trình
1 0.007791 0.007881 0.019788 0.000415 0.001227 2.79E-05 2 0.006531 0.006769 0.000664 0.000431 0.001141 0.000320 3 0.006899 0.007148 0.000857 0.000435 0.001149 0.000338 4 0.007558 0.008395 0.020011 0.000417 0.001210 4.22E-05
Tại đỉnh của công trình
37 0.065192 0.061630 0.012019 0.001829 0.001882 3.50E-05 38 0.064781 0.061630 0.000473 0.001830 0.001878 9.71E-05 39 0.065192 0.062003 0.000613 0.001837 0.001882 1.52E-05 40 0.064781 0.062003 0.012231 0.001836 0.001878 7.04E-05
Chiều cao công trình DKI/12 là 40,19m, nhƣ vậy chuyển vị ngang tại đỉnh công trình dƣới tác động của tải thiết kế cho phép của công trình DKI/12 là 20,1cm. Từ số liệu tính toán trong bảng 3.2.3 thấy rằng: Chuyển vị ngang của công trình DKI/12 trƣớc khi gia cố theo cả hai phƣơng đã vƣợt qua giới hạn cho phép 189,33% và 76,86%. Chuyển vị ngang sau khi gia cố chỉ đạt 32,43% giới hạn cho phép.
Bảng 3.2.3. Chuyển vị ngang (động) max tại đỉnh công trình DKI/12
Dạng dao động Chuyển vị trƣớc gia cố (cm) Chuyển vị sau gia cố (cm) So sánh với giới hạn cho phép 20,1cm (%)
Hiệu quả gia cố
Uốn x 58,1554 6,5192 32,43 0,888
Uốn y 35,5496 6,1630 30.66 0,827
Đánh giá hiệu quả của việc gia cố sửa chữa và mức độ bền vững công trình DKI/12 dƣới tác động của sóng thiết kế trong bảng 3.2.3 thấy rằng: hiệu quả của việc gia cố công trình DKI/12 đã đạt mức độ tốt, biên độ lắc ngang giảm 88,8%, giảm đƣợc chuyển vị đứng (nhổ) tại đỉnh của công trình đi 88,2%, điều này chứng tỏ phƣơng án gia cố này có khả năng chống nhổ cũng tốt không kém phƣơng án ôm chân cọc, tuy nhiên do công trình có độ cao tƣơng đối lớn, nên độ an toàn có phần thấp (chuyển vị ngang sau khi gia cố ứng với sóng thiết kế đạt 32,43% giới hạn cho phép, có nghĩa là độ an toàn dự trữ còn 67,57%).
Bảng 3.2.4. Chuyển vị ngang (động) max tại chân cọc công trình DKI/12
Dạng dao động
Chuyển vị trƣớc gia cố (cm)
Chuyển vị sau gia cố
(cm) Hiệu quả gia cố
Uốn x 1,7020 0,7558 0,666
Uốn y 1,3946 0,8395 0,398
Nhổ 16,8022 2,0011 0,881
Kết quả chuyển vị động tại điểm chân cọc (tại nút có gắn phần tử lò xo của mô hình DKI/12 chƣa ra cố, Hình 2.7) trong bảng 3.2.4. Công trình chƣa gia cố dao động theo phƣơng thẳng đứng (nhổ) nguy hiểm nhất (16,8022cm), tuy nhiên sau khi gia cố đã giảm đi 88,1%.
Kết luận chƣơng III
Từ các kết quả tần số đo đạc và tính toán trên các mô hình thiết kế cho thấy đƣợc sự gia tăng độ cứng của công trình và cho phép đánh giá sơ bộ đƣợc chất lƣợng của công tác thi công.
Các kết quả tính toán các chuyển vị tại đỉnh của công trình chịu tác động của tải trọng thiết kế để so sánh với các giới hạn tiêu chuẩn cho thấy rằng công trình DKI trƣớc khi gia cố đã vƣợt qua giá trị tới hạn, qua gia cố các chuyển vị tại các đỉnh đã nằm trong giới hạn cho phép, điều này nói lên đƣợc hiệu qủa của việc gia cố sửa chữa.
Từ đánh giá của công trình DKI/9 và DKI/12 tại chân cọc cho thấy rằng các công trình DKI khi chƣa gia cố thì chịu tác động ảnh hƣởng nhất chính là dao động
thẳng đứng đó chính là một trong những nguyên nhân gây tƣợng nhổ cọc làm đổ công trình.
KẾT LUẬN
Chẩn đoán các tham số không tƣờng minh của mô hình kết cấu thực bằng phƣơng pháp dao động đã và đang đƣợc nghiên cứu phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đặc biệt là các công trình đang tồn tại trong những điều kiện mà việc khảo sát đánh giá gặp nhiều khó khăn hoặc không thể tiến hành đƣợc. Công trình DKI đƣợc xây dựng trong điều kiện khi mà các đặc trƣng về nền đáy biển tại vùng xây dựng chƣa đƣợc nghiên cứu, hiểu biết một cách đầy đủ. Thực tế cho thấy rằng, các thiết kế ban đầu đã chƣa đánh giá đúng sự tƣơng tác cọc - nền hay sự suy giảm theo thời gian của tƣơng tác này, đây chính là khó khăn cho việc đánh giá an toàn cũng nhƣ tuổi thọ và đặc biệt là trong việc tìm kiếm một giải pháp gia cố của công trình.
Bám sát vào yêu cầu thực tế đặt ra (Bộ Quốc Phòng đang cần thiết đánh giá lại công tác gia cố, sửa chữa...), trên cơ sở tham khảo các nghiên cứu đã đƣợc tiến hành xung quanh công trình DKI hiện có, dựa trên phƣơng pháp chẩn đoán công trình bằng dao động, luận văn đã xây dựng đƣợc một quy trình đánh giá hiệu quả công tác gia cố sửa chữa công trình DKI, bao gồm:
+ Phân tích kết cấu công trình DKI theo quan điểm thiết kế, so sánh với kết quả thu đƣợc qua khảo sát từ đó đánh giá sơ bộ tính chính xác của các giả thiết trong mô hình thiết kế, ảnh hƣởng các tham số mô hình đối với đặc trƣng dao động. + Xây dựng mô hình tham số, từ đó chẩn đoán các tham số mô hình, tham số chẩn đoán là liên kết công trình nền bằng dao động với các tham số đầu vào là các tần số dao động riêng đặc trƣng của kết cấu đƣợc xác định qua quá trình khảo sát đo đạc thực tế. Từ đó xây dựng mô hình thực trạng của công trình.
+ Các tham số lò xo đặc trƣng cho liên kết công trình nền đã đƣợc xác định trên từng mô hình giả thiết ban đầu nhờ phƣơng pháp quy hoạch phi tuyến với chỉ tiêu độ lệch giữa tần số riêng mô hình kết cấu so với tần số riêng đo đạc khảo sát là cực tiểu, các tính toán đƣợc thực hiện trên chƣơng trình chẩn đoán liên kết công trình nền DiagDKI ver1.0 mà tác giả đã xây dựng dựa trên phần mềm phân tích kết cấu SAP2000 và thuật toán tối ƣu có ràng buộc Quasi Newton.
+ Các tham số lò xo đã đƣợc xem xét, đánh giá, chọn lựa thông qua độ lệch giữa tần số phân tích mô hình và tần số khảo sát, phân tích tƣơng tác cọc nền trên cơ sở dải tham số đặc trƣng ứng xử cọc nền. Kết quả sau các bƣớc này đã khẳng định tham số thu đƣợc sát gần mô hình thực của kết cấu.
+ Việc phân tích động lực học của kết cấu với mô hình kết cấu thu đƣợc cho trƣớc và sau khi gia cố đã chỉ ra hiệu quả thực tế của biện pháp gia cố giàn DKI là rất có ý nghĩa, điều này đƣợc thể hiện qua giảm đáng kể biên độ cực đại chuyển động tại vị trí đỉnh giàn và đặc biệt là tại vị trí chân cọc bởi dao động của cọc là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm của liên kết cọc nền theo thời gian.
Trên cơ sở tính toán trên các kết cấu công trình DKI/9 và DKI/12 dựa trên số liệu thực tế và kết quả đo đạc khảo sát của 2 đoàn khảo sát Viện Cơ học năm 1999 cho các công trình trƣớc khi gia cố và năm 2002 đối với công trình sau khi gia cố đã cho phép khẳng định về hiệu quả thiết kế (các kết quả thu được về biên độ dich chuyển ngang đối với công trình trước khi gia cố đã vượt qua giới hạn cho phép, còn sau khi gia cố đã nằm trong giới hạn cho phép). Với điều này tác giả hy vọng rằng các kết quả trong luận văn sẽ đƣợc ứng dụng cho các công trình DKI đang tồn tại mà ở đó việc đòi hỏi nâng cao an toàn và tuổi thọ là hết sức cấp bách.
Bên cạnh đó phƣơng pháp chẩn đoán tham số cho công trình DKI cũng còn tồn tại một số vấn đề sau:
Mô hình hoá là công việc đã đƣa vào trong đó các giả thiết gần đúng, mặt khác việc phân tích kết cấu dựa trên phƣơng pháp Phần Tử Hữu Hạn chỉ cho kết quả gần đúng.
Việc xác định chính xác tần số riêng và số lƣợng tần số riêng qua khảo sát là hết sức quan trọng trong việc xác định đúng đắn các tham số tƣơng tác cọc nền. Nguyên nhân là do một số tham số ảnh hƣởng rất ít, hoặc không ảnh hƣởng đến một vài tần số riêng của kết cấu. Các tham số có thể thoả mãn với tần số dao động riêng của kết cấu, nhƣng không đặc trƣng cho trạng thái vật lý của đối tƣợng.
PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN VĂN
Hƣớng phát triển tiếp theo của luận văn, nhằm tăng cƣờng hiệu qủa của công tác chẩn đoán đối với các công trình DKI nói riêng và các công trình thực tế nói chung, là tiến hành giải quyết các vấn đề tồn tại nhƣ đã nêu trong phần kết luận chung cụ thể là:
Sử dụng phƣơng pháp phân tích kết cấu có độ chính xác cao hơn (phƣơng pháp Ma trận độ cứng động, vv...).
Đƣa ra các giải pháp tăng cƣờng độ chính xác cũng nhƣ thông số đầu vào cho bài toán chẩn đoán.
Kết hợp với công tác khảo sát thực tế để đánh giá chọn lựa tham số chẩn đoán đúng đắn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Chẩn đoán kỹ thuật công trình biển, báo cáo kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà nước KHCN.06.09, Giai đoạn 1996-2000. Nhánh đề tài do Viện Cơ học chủ trì. 2. Nguyễn Tiến Khiêm, Cơ sở Động lực học công trình, Giáo trình công trìnhh cho
học viên cao học, ngành Cơ học ứng dụng, TTHTBD&ĐT Cơ học, ĐHQGHN, 2002.
3. Nguyễn Tiến Khiêm, Chẩn đoán kỹ thuật công trình, Những bài giảng chuyên đề cho học viên cao học ngành Cơ học ứng dụng, TTHTBD&ĐT Cơ học, ĐHQGHN, 2002.
4. CS Krishnamoorthy, Finite Element Analysis, Theory and Programming.
5. Trung tâm Kỹ thuật và các công trình đặc biệt, Thuyết minh thiết kế các công trình DKI.
6. Thiết kế Kỹ thuật và tổ chức thi công gia cố sửa chữa các công trình DKI (GCDKI-9, GCDKI-9, - ĐC - 03.00).
7. Đào Nhƣ Mai, Chuyên đề tính toán tải trọng sóng tác động lên công trình.
8. Trần Văn Liên (luận án Tiến Sỹ khoa học) Bài toán ngƣợc của cơ học và một số ứng dụng.
9. Bea R.G., Litton R.W, Vaish A.K., Requalification of Existing Platform.
Proceedings of the offshore technology Conference, 1985, paper number OTC 4858, 163- 174.
10.Natke H.G., Schulze H., Parameter Adjusment of an Offshore Platform from Estimated Eigenfrequencies Data. Joumal of Sound and Vibration, 198 l, 77(2), 271-285.
11.Melchers R.E., Assessment of Existing Structures - Approaches and Research Needs. Joumal of Structural Engineering, april 2001, 406-41t.
12.Ersdal G., Langen I., On Assessment of Existing Ottshore Structures.
Proceeding of The 12th lntern. offshore and Polar Engineering Conference, Japan May 26-3 l, 2002, 426-433.