- II.12 - 2.2. Các ngoại lực do tầu gây ra 2.2.1. Tổng quát Các ngoại lực tác động lên các công trình neo đậu khi một tu cập bến hoặc neo đậu đ}ợc xác định bằng cách sử dụng một ph}ơng pháp thích hợp, có xét đến kích th}ớc của tu mục tiêu, ph}ơng pháp cập bến v tốc độ cập bến, kết cấu của công trình neo tu, ph}ơng pháp neo buộc v các tính chất của hệ thống neo, cùng với ảnh h}ởng của gió, sóng v dòng thuỷ triều. [Chú giải] (1) Phải xét đến các tải trọng tác động lên các công trình neo đậu d}ới đây khi một tu cập bến hoặc neo đậu: (a) Tải trọng do tu cập bến (b) Tải trọng do các chuyển động của một tu đã neo buộc. Khi thiết kế công trình neo tu, tr}ớc hết phải xét đến lực cập bến, sau đó l các lực xung kích v lực kéo lên công trình neo buộc do các chuyển động của tu đã neo, các chuyển động ny do lực sóng, lực gió v dòng chảy gây ra. Đặc biệt, trong tr}ờng hợp công trình neo buộc trong các cảng v bến đối mặt với biền khơi dự đoán sẽ có các con sóng chu kỳ di, các công trình nằm ngoi biển khơi hoặc các lối vo bến nh} các bến ngoi khơi, v các công trình neo buộc trong các bến ở đó các tầu tìm chỗ trú ẩn khi có bão, ảnh h}ởng của lực sóng tác động lên tu l lớn, do đó phải xét đoán nghiêm túc đến lực sóng. (2) Nh} một quy tắc chung, các lực cập bến tác động lên công trình neo buộc phải đ}ợc tính toán dựa trên năng l}ợng cập bến của tu v sử dụng các đ}ờng đặc tr}ng tải trọng - độ võng của các thanh chống va. (3) Nh} một quy tắc chung, các lực kéo v lực xung kích do các chuyển động của một tu đã neo gây ra phải tính đựoc bằng cách lm mô hình số các chuyển động của tu có xét đến lực tác động lên tu, lực gió, lực dòng chảy, v đặc tr}ng tải trọng - độ võng của hệ thống neo. 2.2.2. Cập bến [1] Năng lợng cập bến (Điều 32, Khoản 1 Thông báo) Ngoại lực gây ra do một tu cập bến đ}ợc tính theo ph}ơng trình sau đây: (2.2.1) Trong đó: E f , M s ,V , C e , C m , C s , C c l : E f : năng l}ợng cập bến của tu (kJ =kN.m) M s : khối l}ợng của tu (t) V : tốc độ cập bến của tu (m/s) Không rõ Tổng www.Gia24.vn - II.13 - C e : hệ số lệch tâm C m : hệ số khối l}ợng ảo C s : hệ số độ mềm (giá trị tiêu chuẩn l 1,0) C c : hệ số hình thể của bến (giá trị tiêu chuẩn l 1,0) [Chú giải] Ngoi ph}ơng pháp động năng nói trên, cũng có các ph}ơng pháp khác để }ớc tính năng l}ợng cập bến của tu: ví dụ, ph}ơng pháp thống kê, ph}ơng pháp sử dụng các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, v ph}ơng pháp sử dụng mô hình động chất lỏng 3) . Tuy nhiên, với các ph}ơng pháp ny, các dữ liệu cần thiết cho việc thiết kế không đầy đủ v các giá trị của các hằng số sử dụng trong tính toán có thể ch}a đ}ợc hiểu biết đầy đủ. Vì vậy th}ờng sử dụng ph}ơng pháp động năng. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Nếu giả định một con tu khi cập bến chỉ chuyển động theo h}ớng ngang s}ờn, động năng E s bằng (M s V 2 )/2. Tuy nhiên, khi một tu cập vo một cọc buộc tu, một t}ờng bến hoặc một dầm cập tu có trang bị các thanh chống va, năng l}ợng bị các thanh chống va hấp thụ (nghĩa l năng l}ợng cập tu E f của tu) sẽ l E s x f có xét đến các nhân tố ảnh h}ởng khác nhau, f= C e . C m . C s .C c . (2) Khối l}ợng của tu M s lấy bằng trọng tải choán chỗ (DT) của tu mục tiêu. Tr}ờng hợp không thể xác định đ}ợc tu mục tiêu có thể sử dụng ph}ơng trình (2.2.2) 1) để có quan hệ giữa trọng tải hng (DWT) hoặc trọng tải bì (GT) v trọng tải choán chỗ (DT) Tu hng (d}ới 10.000 DWT): log(DT) = 0,550 + 0,899 log(DWT) Tu hng (10.000 DWT hoặc hơn):log(DT)= 0,511 + 0,913 log(DWT) Tu container: log(DT)= 0,365 + 0,953 log(DWT) Ph (đ}ờng xa): log(DT)= 1,388 + 0,683 log(GT) Ph (đ}ờng gần v trung bình): log(DT)= 0,506 + 0,904 log(GT) (2.2.2) Tu cho xe lên xuống đ}ợc: log(DT)= 0,657 + 0,909 log(DWT) Tu khách (Nhật): log(DT)= 0,026 + 0,981 log(GT) Tu khách (ngoại quốc): log(DT)= 0,341 + 0,891 log(GT) Tu chở ô tô: log(DT)= 1,915 + 0,588 log(GT) Tu chở dầu: log(DT)= 0,332 + 0,956 log(DWT) trong đó : DT : trọng tải choán chỗ (l}ợng n}ớc, tính bằng tấn, bị tu choán chỗ khi chở đầy) GT : trọng tải bì. DWT : trọng tải hng. (3) Hệ số C s đại diện cho tỉ lệ l}ợng năng l}ợng cập tu còn lại sau khi năng l}ợng bị hấp thụ do vỏ tu bị biến dạng so với năng l}ợng cập tu ban đầu. Th}ờng giả định rằng không có năng l}ợng no bị hấp thụ do đó giá trị của C s th}ờng lấy bằng 1,0. (4) Khi một tu cập bến, l}ợng n}ớc nằm giữa tu v công trình neo đậu không thoát ra đ}ợc v tác động nh} có một cái đệm đặt ở khoảng cách đó. Do đó, năng l}ợng m thanh chống va phải hấp thụ sẽ giảm đi. ảnh h}ởng ny đ}ợc xét đến khi xác định hệ số hình thể C c của bến. ảnh h}ởng ny phụ thuộc vo các vấn đề nh} góc cập bến, hình dạng vỏ tu, khoảng trống d}ới sống tu, v tốc độ cập bến, nh}ng việc nghiên cứu ny ch}a nhiều. [2] Tốc độ cập bến Tốc độ cập bến của một tu phải xác định dựa trên sự đo đạc tại chỗ hoặc số liệu đã có của các lần đo đạc t}ơng tự, có xét đến loại tu mục tiêu, mức độ chất tải của tu, vị trí v kết cấu của công trình neo buộc, các điều kiện thời tiết v hải d}ơng học, v khả năng có hoặc không có tu lai dắt v kích th}ớc của chúng. www.Gia24.vn - II.14 - [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Quan sát cách m một tu hng lớn v tu dầu lớn cập bến, ta thấy các tu đó tạm thời dừng lại, tu nằm song song với t}ờng bến ở một khoảng cách no đó. Sau đó, chúng đ}ợc các tu lai đẩy nhẹ vo cho tới khi chúng tiếp xúc với bến. Khi có cơn gió mạnh thổi vo bến, các tu ny có thể cập vo bến trong khi thực sự chúng bị các tu lai kéo ra. Khi chấp nhận ph}ơng pháp cập bến ny, thông th}ờng vận tốc cập bến có thể lấy bằng 10 15 cm/s dựa theo các ví dụ thiết kế tr}ớc đây. (2) Các tu đặc biệt nh} ph, tu cho xe chạy lên chạy xuống đ}ợc, v các tu hng nhỏ cập bến bằng năng l}ợng của bản thân m không cần đến tu lai. Nếu có một cầu dốc ở mũi hoặc đuôi tu, tu có thể đứng vuông góc với bến. Trong các tr}ờng hợp ny, có thể sử dụng một ph}ơng pháp cập bến khác ph}ơng pháp dùng cho các tu lớn hơn mô tả trong (1). Khi đó cần xác định cẩn thận tốc độ cập bến dựa vo các giá trị đo thực tế, chú ý đến loại ph}ơng pháp cập bến sử dụng cho tu mục tiêu. (3) Hình T.2.2.1 cho quan hệ giữa các điều kiện thao tác tu v tốc độ cập bến theo cỡ tu 4) , hình ny đ}ợc lập ra dựa trên các số liệu thu thập đ}ợc qua kinh nghiệm. Hình ny cho thấy tu cng lớn, tốc độ cập bến cng thấp, hơn nữa, tốc độ cập bến phải lấy cao nếu công trình neo buộc không có đê chắn sóng bảo vệ. (4) Theo các kết quả khảo sát về tốc độ cập bến 5),6) , tốc độ cập bến th}ờng nhỏ hơn 10 cm/s đối với các tu chở hng bách hoá, nh}ng có một số ít tr}ờng hợp nó v}ợt trên 10 cm/s (xem Hình T.2.2.2). Tốc độ cập bến chỉ thỉnh thoảng v}ợt quá 10 cm/s đối với tu dầu lớn sử dụng các bến ngoi khơi (xem Hình T.2.2.3). Ngay đối với các ph cập bến bằng chính năng l}ợng của chúng, phần lớn chúng cập bến với tốc độ nhỏ hơn 10 cm/s. Tuy nhiên, có số ít tr}ờng hợp tốc độ cập bến trên 15 cm/s v khi đó phải cẩn thận khi thiết kế các bến ph (xem Hình T.2.2.4). Từ các kết quả khảo sát nói trên cũng rõ rng l mức độ chất tải của tu ảnh h}ởng đáng kể đến tốc độ cập tu. Nói cách khác, nếu một tu chất tải đầy, có nghĩa l khoảng trống d}ới sống tu nhỏ, khi đó tốc độ cập bến có xu h}ớng hạ thấp, trong khi nếu tu chở nhẹ, có nghĩa l khoảng trống d}ới sống tu lớn, khi đó tốc độ cập bến có xu h}ớng cao hơn. Tốc độ cập tu (cm/s) Hình T-2.2.1. Quan hệ giữa các điều kiện cập tu v tốc độ cập tu theo kích th}ớc tu 4) Khó khă n khôn g đ}ợc che chắ n Cậ p tu thuận lợi khôn g đ}ợc che chắ n Cậ p tu dễ dn g khôn g đ}ợc che chắn Cậ p tu khó khăn đ}ợc che chắn Cậ p tu thuận lợi đ}ợc che chắ n Mức độ khó khăn của việc cập tu/công trình cập tu có đ}ợc che chắn hay không Tốc độ cập tu (cm/s) Bến hở đáy Bến dạng t}ờng (cừ, trọng lực) www.Gia24.vn - II.15 - L}ợng choán n}ớc DT (tấn) Hình T-2.2.2. Tốc độ cập tu v l}ợng choán n}ớc của tu hng bách hoá 5) L}ợng choán n}ớc DT (10.000 tấn) Hình T-2.2.3. Tốc độ cập tu v l}ợng choán n}ớc đối với tu dầu lớn 6) L}ợng choán n}ớc DT (tấn) Hình T-2.2.4. Tốc độ cập tu v l}ợng choán n}ớc đối với ph cập dọc bến 5) Theo khảo sát của Moriya, tốc độ cập bến trung bình đối với tu hng, tu container, v tu chuyên dụng chở xe ô tô đ}ợc liệt kê trong Bảng T.2.2.1. Mối quan hệ giữa trọng tải hng v tốc độ cập bến đ}ợc cho trong Hình T.2.2.5. Khảo sát ny cũng cho thấy tu cng lớn, tốc độ cập bến có xu h}ớng cng thấp. Tốc độ cập bến cao nhất quan sát đ}ợc l khoảng 15 cm/s đối với tu d}ới 10.000 DWT v khoảng 10 cm/s đối với tu 10.000 DWT hoặc lớn hơn. Bảng T.2.2.1. Trọng tải hng v tốc độ cập bến trung bình Trọng tải (DWI) Tốc độ cậ p bến (cm/s) Tầu hn g Tu container Tu chở ô tô Tất cả các tu cấp 1.000 cấp 5.000 cấp 10.000 cấp 15.000 cấp 30.000 cấp 50.000 8,1 6,7 5,0 4,5 3,9 3,5 - 7,8 7,2 4,9 4,1 3,4 - - 4,6 4,7 4,4 - 8,1 7,2 5,3 4,6 4,1 3,4 Tất cả các tu 5,2 5,0 4,6 5,0 Tốc độ cập tu (cm/s) Tốc độ cập tu (cm/s) Đuôi tu Mũi tu www.Gia24.vn - II.16 - (5) Hình T.2.2.6 cho sự phân bổ tần suất của tốc độ cập bến có đ}ợc từ các ghi chép đo đạc thực tế ở các bến ngoi khơi cho các tu dầu lớn khoảng 200.000 DWT sử dụng. Có thể thấy tốc độ cập bến cao nhất đo đ}ợc l 13 cm/s. Nếu các số liệu đ}ợc giả định theo sự phân bố Weibull, khi đó xác suất tốc độ cập bến d}ới 13 cm/s sẽ l 99,6%. P trung bình l 4,41 cm/s v độ lệch chuẩn s l 2,08 cm/s. Việc áp dụng sự phân bổ Weibull cho ta hm mật độ xác suất f(v) biểu thị trong ph}ơng trình (2.2.3). )exp( 8,0 )( 25,1 V V Vf (2.2.3) trong đó : V : tốc độ cập bến (cm/s) Từ ph}ơng trình ny, xác suất của tốc độ cập bến v}ợt quá 14,5 cm/s sẽ l 1/1000. Các bến ngoi khơi tại đó có đo đạc tốc độ cập bến đã có tốc độ cập bến tính toán bằng 15 cm/s hoặc 20 cm/s 7) (6) Các tu nhỏ nh} tu hng loại nhỏ v tu đánh cá vo bến bằng cách dùng năng l}ợng của bản thân không có sự trợ giúp của tu lai dắt. Do đó, tốc độ cập bến nói chung th}ờng cao hơn tu lớn v trong một số tr}ờng hợp nó có thể v}ợt quá 30 cm/s. Đặc biệt với các tu nhỏ, cần xác định cẩn thận tốc độ cập bến dựa trên các giá trị đo đạc thực tế. (7) Trong các tr}ờng hợp m ph}ơng pháp cập bến thận trọng nh} mô tả trong (1) không đ}ợc sử dụng, hoặc trong tr}ờng hợp các tu kích th}ớc cỡ nhỏ hoặc trung bình cập bến có chịu ảnh h}ởng của dòng chảy, cần xác định tốc độ cập bến dựa trên các số liệu đo đạc thực tế, có xét đến tốc độ trôi giạt của tu do dòng chảy gây ra. (8) Khi thiết kế công trình neo đậu có thể cho cả tu đánh cá sử dụng, nên tiến hnh công việc thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn tính toán cho công trình cảng v các tình trạng sử dụng thực tế. [3] Hệ số lệch tâm (Điều 22 , Khoản 2 Thông báo) Hệ số lệch tâm đ}ợc tính toán nh} sau: 2 1 1 á ạ ã ă â Đ r l C s (2.2.4) trong đó : Hình T-2.2.5. Quan hệ giữa trọng tải hng v tốc độ cập bến Hình T-2.2.6. Phân bổ tần số cập bến 10) Tu hng Tu container Tu chở ôtô Phân bổ Poisson m=3 Phân bổ Poisson m=4 Phân bổ Weibull Phân bổ chuẩn tắc Trọng tải (DWT) V (cm/s) www.Gia24.vn - II.17 - l : khoảng cách từ điểm m tu chạm vo công trình neo đậu tới trọng tâm của tu đó dọc theo đ}ờng mặt của công trình neo đậu (m) r : bán kính quay xung quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm của tu (m) [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Khi một tu đang ở giữa thao tác cập bến, nó không nằm hon ton dọc theo đ}ờng mặt của bến. Điều đó có nghĩa l sau khi tu chạm vo công trình neo đậu (thanh chống va), tu bắt đầu quay v chòng chnh. Vấn đề ny dẫn đến kết quả l một số động năng của tu đã bị tiêu hao. L}ợng năng l}ợng đã bị tiêu hao do chòng chnh thì nhỏ so với năng l}ợng do quay v có thể bỏ qua. Do đó ph}ơng trình (2.2.4) chỉ xét đến l}ợng năng l}ợng đ}ợc sử dụng do quay tu. (2) Bán kính quay r liên quan đến L pp l một hm số của hệ số khối C b của tu v có thể có đ}ợc từ Hình T.2.2.7 8) . Một cách khác , có thể sử dụng phép tính gần đúng tuyến tính cho trong ph}ơng trình (2.2.5) r = ( 0,19 C b + 0,11) L pp (2.2.5) trong đó: r : bán kính quay; nó liên quan đến mô men quán tính I z xung quanh trục thẳng đứng của tu theo quan hệ I z = M s r 2 L pp : chiều di giữa các đ}ờng thẳng đứng (m) C b : Hệ số khối; C b = /(L pp Bd) ( : thể tích n}ớc do tu choán chỗ (m 3 ), B: chiều rộng thân tu(m), d: mớn n}ớc(m) ) (3) Nh} đã phác hoạ trong Hình T.2.2.8 khi một tu tiếp xúc với tấm chống va F 1 v F 2 với điểm của tu gần t}ờng bến nhất l điểm P, khoảng cách l từ điểm tiếp xúc tới trọng tâm tu đo song song với công trình neo đậu đ}ợc cho trong ph}ơng trình (2.2.6) hoặc (2.2.7); l đ}ợc lấy bằng L 1 khi k < 0,5 v L 2 khi k > 0,5; Khi k = 0,5, l đ}ợc lấy theo L 1 hoặc L 2 tuỳ theo khoảng cách no cho giá trị C e cao hơn trong ph}ơng trình (2.2.4) Hệ số khối C b Hình T-2.2.7. Quan hệ giữa bán kính quay quanh Hình T-2.2.8. Tu cập bến trục thẳng đứng v hệ số khối (Myers, 1969) 7) T D cos)1(5,0 2 pp LkeL (2.2.6) T D cos)5,0( 2 pp LekL (2.2.7) trong đó: L 1 : khoảng cách từ diểm tiếp xúc tới trọng tâm tu đo song song với công trình neo đậu khi tu tiếp xúc với thanh chống va F 1 Bán kính quay theo h}ớng dọc (r) Chièu di giữa hai trụ (L pp ) www.Gia24.vn - II.18 - L 2 : khoảng cách từ diểm tiếp xúc tới trọng tâm tu đo song song với công trình neo đậu khi tu tiếp xúc với thanh chống va F 2 . T : góc cập bến (giá trị của T đ}ợc chọn nh} một điều kiện thiết kế; nó th}ờng đ}ợc chọn trong phạm vi 0 ~10 0 ) e : tỉ số của khoảng cách giữa các thanh chống va, đo theo chiều dọc tu so với chiều di giữa hai trụ. D : tỉ số của chiều di cạnh song song của tu tại chiều cao của điểm tiếp xúc với thanh chống va so với chiều di gữa hai trụ, tỉ số ny thay đổi tuỳ theo các yếu tố nh} loại tu v hệ số khối v.v nh}ng th}ờng nằm trong phạm vi 1/3 1/2. k: thông số đại diện cho vị trí t}ơng đối của điểm m tu tới gần công trình neo đậu nhất giữa các thanh F 1 v F 2 ; k thay đổi giữa 0 v 1 , nh}ng th}ờng lấy k = 0,5. [4] Hệ số khối lợng ảo (Điều 22, Khoản 3 Thông báo) Hệ số khối l}ợng ảo đ}ợc tính theo các ph}ơng trình sau: trong đó: C b : hệ số khối : thể tích n}ớc bị tu choán chỗ (m 3 ) L pp : chiều di giữa hai trụ (m) B: chiều rộng (?) d: mớn đầy tải (m) [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Khi một tu cập bến, tu (có khối l}ợng M s ) v khối l}ợng n}ớc xung quanh tu (có khối l}ợng M w ), cả hai đều giảm tốc. Theo đó, lực quán tính t}ơng ứng với khối l}ợng n}ớc sẽ cộng với lực quán tính của tu. Hệ số hiệu ảo do đó đ}ợc xác định bằng công thức (2.2.9) ts wts m M MM C (2.2.9) trong đó : C m : hệ số khối l}ợng ảo M s : khối l}ợng tu (t) M w : khối l}ợng n}ớc xung quanh tu (khối l}ợng n}ớc cuốn theo) (t) Ph}ơng trình do Ueda 8) kiến nghị (2.2.8) dựa trên các kết quả thí nghiệm mô hình v quan sát hiện tr}ờng. Số hạng thứ hai trong ph}ơng trình (2.2.8) t}ơng ứng với M w / M s trong ph}ơng trình ( 2.2.9). (2) Nh} một quy tắc chung, các giá trị thực tế của tu mục tiêu đ}ợc dùng cho chiều di giữa hai trụ (L pp ), chiều rộng (B), v mớn đầy tải (d). Nh}ng khi sử dụng một trong các kích cỡ của tu tiêu chuẩn, ta có thể sử dụng các kích th}ớc chính cho trong 2.1. Kích thớc của tu mục tiêu. Các ph}ơng trình hồi quy đã đ}ợc kiến nghị về mối quan hệ giữa trọng tải hng, chiều rộng thân tu v mớn đầy tải 1) . Cũng có thể sử dụng các ph}ơng trình (2.2.10) cho quan hệ giữa trọng tải hng (DWT) hoặc trọng tải bì (GT) với chiều di giữa các đ}ờng thẳng đứng cho các loại tu khác nhau: (2.2.8) www.Gia24.vn - II.19 - Tu hng (d}ới 10.000 DWT): log(L pp ) = 0,867 + 0,310 log(DWT) Tu hng (10.000 DWT hoặc hơn): log(L pp )= 0,964 + 0,285 log(DWT) Tu container: log(L pp )= 0,516 + 0,401 log(DWT) Ph (đ}ờng xa, 13.000 GT hoặc nhỏ hơn): log(L pp )= log(94,6 + 0,00596GT) Ph (đ}ờng gần v trung bình 6.000 tấn hoặc nhỏ hơn): log(L pp )= 0,613 + 0,401 log(GT) (2.2.10) Tu cho xe lên xuống đ}ợc: log(L pp )= 0,840 + 0,349 log(DWT) Tu khách (Nhật): log(L pp )= 0,679 + 0,359 log(GT) Tu khách (ngoại quốc): log(L pp )= 0,787 + 0,330 log(GT) Tu chở ô tô: log(L pp )= 1,046 + 0,280 log(GT) Tu chở dầu: log(L pp )= 0,793 + 0,322 log(DWT) (3) Thể tích n}ớc bị tu choán chỗ V đ}ợc xác định bằng cách chia trọng tải choán chỗ (DT) cho tỷ trọng n}ớc biển (1,03 t / m 3 ) 2.2.3. Tu neo buộc [1] Chuyển động của tu neo buộc (Điều 23 Thông báo) Theo quy tắc chung, các ngoại lực do các chuyển động của tu neo buộc gây ra đ}ợc tính toán bằng cách thực hiện một mô phỏng bằng số các chuyển động của tu, với lực sóng tác động lên tu, lực gió, lực dòng chảy do các dòng chảy gây ra vv đ}ợc thể hiện một cách thoả đáng [Chú giải] (1) Các tu neo đậu tại các công trình neo buộc nằm ngoi biển hở hoặc gần các lối vo biển, hoặc tại các công trình neo buộc ở các bến bên trong tại đó dự đoán có các sóng chu kỳ di, cũng nh} với các tu neo đậu trong khi có bão, có khả năng bị dịch chuyển bởi ảnh h}ởng của các tải trọng do sóng, gío, dòng chảy v.v Trong một vi tr}ờng hợp, động năng do các chuyển động đó tạo ra có thể v}ợt quá năng l}ợng cập tu. Trong các tr}ờng hợp đó, cần quan tâm đầy đủ đến các kực kéo v lực xung kích do các chuyển động của tu gây ra khi thiết kế các bích neo v thanh chống va 10) (2) Theo nguyên tắc chung, các ngoại lực do chuyển động của tu neo đậu gây ra đ}ợc tính toán bằng cách thực hiện một mô phỏng bằng số về các chuyển động của tu, dựa trên các nhân tố nh} lực sóng tác động lên tu, lực gió, lực dòng chảy do các dòng chảy gây ra v các đặc tr}ng tải trọng - biến dạng của hệ thống neo buộc. [Chỉ dẫnkỹ thuật] (1) Theo nguyên tắc chung, các chuyển động của một tu bị neo buộc phải đ}ợc phân tích qua một mô phỏng bằng số, có xét đến các sự thay đổi ngẫu nhiên của các tải trọng v tính phi tuyến của đặc tr}ng tải trọng - biến dạng của hệ thống neo. Tuy nhiên, khi không thể thực hiện đ}ợc một mô phỏng bằng số nh} vậy về các chuyển động của tu, hoặc khi tu bị neo buộc ở một hệ thống đ}ợc xem nh} ít nhiều đối xứng, ta có thể có đ}ợc sự dịch chuyển của một tải trọng no đó lên hệ thống neo bằng cách phân tích đáp tuyến tần số đối với các sóng ổn định đều đặn hoặc bằng cách tham khảo các kết quả phân tích chuyển động lên một vật nổi neo ở một hệ thống có các đặc tr}ng tải trọng biến dạng có tính chất song tuyến 11) (2) Tổng lực sóng tác động lên một thân tu đ}ợc phân tích bằng cách chia nó thnh lực sóng kích thích do các sóng đi tới v lực bức xạ (toả ra) đ}ợc gây ra khi tu chuyển động. Lực sóng kích thích do các sóng đi tới l lực sóng tính cho tr}ờng hợp các cuyển động của tu bị kìm hãm. Lực toả ra l lực sóng tác động lên thân tu khi tu chịu một chuyển động có biên độ bằng đơn vị cho mỗi dạng chuyển động. Lực toả ra có thể biểu thị bằng tổng của một số hạng tỷ lệ với gia tốc của tu v một số hạng tỷ lệ với tốc độ. Đặc biệt , số hạng tr}ớc có thể biểu thị bằng một khối l}ợng cộng thêm chia cho gia tốc, còn số hạng sau đ}ợc biểu thị bằng một hệ số suy giảm chia cho vận tốc 12) . Ngoi ra, một lực động chất lỏng phi tuyến tỷ lệ với bình ph}ơng của chiều cao sóng tác động lên tu (Xem 8.2.Ngoại lực tác động lên vật nổi) (3) Với các tu có hệ số khối bằng 0,7 ~ 0,8 nh} các tu dầu, thân tu có thể đ}ợc đại diện bởi một hình trục ellip, cho phép đánh giá gần đúng lực sóng 13) www.Gia24.vn - II.20 - (4) Với các tu hình hộp nh} tu thi công, lực sóng có thể có đ}ợc bằng cách xem tu nh} một vật nổi có tiết diện ngang chữ nhật hoặc vật nổi hình trục chữ nhật. [2] Sóng tác động lên tu Lực sóng tác động lên một tu bị neo buộc phải đ}ợc tính toán bằng một ph}ơng pháp thích hợp, có xét đến loại tu v các thông số của sóng. [Chú giải] Lực sóng tác động lên một tu bị neo buộc đ}ợc tính theo một ph}ơng pháp thích hợp, ví dụ ph}ơng pháp dải, kỹ thuật phân phối nguồn, ph}ơng pháp phần tử giới hạn, hoặc ph}ơng pháp phần tử hữu hạn; ph}ơng pháp th}ờng đ}ợc sử dụng nhất đối với tu l ph}ơng pháp dải. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Lực sóng theo ph}ơng pháp dải 11),12) (a) Lực sóng của các sóng đều đặn tác động lên thân tầu Lực sóng tác động lên thân tầu đ}ợc lấy bằng cách tích phân lực Froude- Kriloff v lực do các sóng bị thân tầu phản xạ lại (lực nhiễu xạ) (b) Lực Froude- Kriloff Lực Froude- Kriloff l lực có đ}ợc từ việc tổng hợp áp lực của các sóng tiến vo xung quanh chu vi thân tầu. Tr}ờng hợp một tầu bị neo tr}ớc một t}ờng bến, nó đ}ợc lấy bằng tổng các lực của các sóng đi tới v lực của các sóng phản xạ từ t}ờng (c) Lực nhiễu xạ Lực nhiễu xạ tác động lên một tầu l lực đ}ợc sinh ra do sự thay đổi tr}ờng áp lực khi các sóng đi tới bị thân tầu phân tán. Để }ớc tính, sự thay đổi trong áp lực có thể thay thế bởi lực bức xạ (sóng cản khi tầu chuyển động với một vận tốc no đó trong một chất lỏng tĩnh lặng) với tr}ờng hợp thân tầu chuyển động so với chất lỏng. Trong tr}ờng hợp ny, giả định rằng vận tốc của tầu bằng với vận tốc của mặt cắt ngang với thân tầu so với các phần tử n}ớc trong các sóng tới. Vận tốc ny gọi l Vận tốc t}ơng đối t}ơng đ}ơng (d) Tổng lực tác động lên thân tầu Tổng các lực sóng tác động lên thân tầu có đ}ợc bằng cách tích phân lực Froude- Kriloff v lực nhiều xạ tác động lên một mặt cắt ngang thân tầu theo ph}ơng dọc từ x = - L pp /2 tới x = L pp /2 (2) Lực sóng theo lý thuyết nhiễu xạ 13) Tr}ờng hợp m tầu nghiên cứu rất dy (nghĩa l có hệ số khối C b bằng 0,7~0,8), không có kết cấu phản xạ ví dụ t}ờng bến đằng sau tầu, v các chuyển động của tầu đ}ợc xem l rất nhỏ, tầu có thể đ}ợc đại diện bởi một hình trụ elíp v lực sóng có thể tính theo ph}ơng trình dựa trên lý thuyết nhiễu xạ 13) [3] Lực gió tác động lên tu Lực gió tác động lên tầu bị neo buộc phải đ}ợc xác định bằng một công thức tính toán thích hợp [Chú giải] Nên xác định lực gió tác động lên một tầu bị neo khi xem xét sự dao động tạm thời của vận tốc gió v các đặc tr}ng của các hệ số cản, điều ny phụ thuộc vo hình dạng mặt cắt ngang của tầu [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Tải trọng của gió tác động lên tầu đ}ợc xác định từ các ph}ơng trình (2.2.11) ~ (2.2.13), sử dụng các hệ số cản C x v C y trong các ph}ơng X v Y v hệ số mômen áp lực C M ở phần giữa tu. XT 2 A 2 1 CUR aX U (2.2.11) YL 2 A 2 1 CUR aY U (2.2.12) ML 2 A 2 1 CLUR ppaM U (2.2.13) trong đó: www.Gia24.vn - II.21 - C x : hệ số cản trong ph}ơng X (từ phía tr}ớc tu) C y : hệ số cản trong ph}ơng Y (từ phía bên cuả tu) C M : hệ số mômen áp lực ở khoảng giữa thân tu R x : thnh phần X của lực gió (kN) R y : thnh phần Y của lực gió (kN) R M : mômen của tải trong gió ở giữa thân tu(kN.m) a U : tỷ trọng không khí; a U = 1,23 . 10 -3 (t/m 3 ) U : vận tốc gió (m/s) A T : diện tích chiếu mặt tr}ớc bên trên mặt n}ớc (m 3 ) A L : diện tích chiếu mặt bên bên trên mặt n}ớc (m 3 ) L pp : chiều di giữa hai trụ (m) (2) Nên xác định các hệ số lực gió C x , C y v C M thông qua các thử nghiệm đ}ờng ống gió hoặc thử nghiệm bể n}ớc đối với tu mục tiêu. Vì các thí nghiệm đó đòi hỏi thời gian v chi phí, có thể chấp nhận cho sử dụng các ph}ơng trình tính toán đối với các hệ số lực gió dựa trên các thử nghiệm đ}ờng ống gió hoặc thử nghiệm bể n}ớc đã đ}ợc tiến hnh tr}ớc đây. (3) Vận tốc gió tối đa (vận tốc gió trung bình 10 phút) đ}ợc sử dụng lm vận tốc gió U (4) Đối với diện tích chiếu mặt tr}ớc bên trên mặt n}ớc v diện tích chiếu mặt bên bên trên mặt n}ớc, nên dùng các giá trị cuả tu mục tiêu. Với kích th}ớc tu tiêu chuẩn, có thể tham khảo các ph}ơng trình hồi quy 1) (5) Vì vận tốc gió thay đổi cả theo thời gian v không gian, vận tốc gió có thể đ}ợc xem nh} dao động trong khi phân tích các chuyển động của tu neo. Davenport 16) v Hino đã kiến nghị phổ tần số cho các dao động theo thời gian của vận tốc gió. Phổ tần số do Davenport v Hino kiến nghị đ}ợc cho bởi các ph}ơng trình (2.2.14) v (2.2.15) ắ ẵ 10 342 2 2 10 /1200 )1( 4)( UfX X X UKffS ru (2.2.14) ắ ẵ á ạ ã ă â Đ á á ạ ã ă ă â Đ u ắ ẵ đ á á ạ ã ă ă â Đ 12 10 3 65 2 2 10 10 10169,1 1856,2)( D D E EE m r r u z K U fUK fS (2.2.15) trong đó: S u (f) : phổ tần số của vận tốc gió (m 2 .s) U 10 : vận tốc gió trung bình ở chiều cao tiêu chuẩn 10 m (m/s) K r : hệ số ma sát đối với bề mặt đ}ợc xác định với vận tốc gió ở chiều cao tiêu chuẩn; trên biển, K r = 0,003 l thích hợp. D : số mũ khi profin thẳng đứng của vận tốc gió đ}ợc biểu thị bằng định luật dạng luỹ thừa [ U v (z/10) D ] z : chiều cao bên trên mặt đất hoặc mặt biển (m) m: hệ số hiệu chỉnh liên quan tới độ ổn định của khí quyển; m đ}ợc lấy bằng 2 cho tr}ờng hợp bão [4] Lực dòng chảy tác động lên tu áp lực dòng chảy do các dòng thuỷ triều tác động lên tu đ}ợc xác định bằng một công thức tính toán thích hợp. www.Gia24.vn [...]... nó tác động các ngoại lực lên công trình cảng vw bến vw các twu neo tại đó doới dạng áp lực gió, vw nó có thể lwm gián đoạn các công việc ở cảng vw bến, ví nho việc bốc xếp hwng hoá 3 Moa lw một yếu tố xác định năng lực cần thiết của các công trình thoát noớc trong cảng vw bến, vw moa cũng có thể lwm gián đoạn công việc ở cảng vw bến ví nho việc bốc xếp hwng 4 Soơng mù lw một yếu tố ngăn trở việc chạy... khi chúng ra vwo cảng, vw cũng lwm giảm hiệu suất của các công trình cảng vw bến 5 Trong vwi troờng hợp, tải trọng tuyết đoợc xem lw một tải trọng tĩnh tác động lên các công trình cảng vw bến 6 Nhiệt độ không khí lwm ảnh hoởng tới việc phân bổ ứng suất bên trong các kết cấu của công trình cảng vw bến vw có thể dẫn đến sự xuất hiện ứng suất nhiệt trong các kết cấu đó >Chỉ dẫn kỹ thuật@ (1) Trong các. .. khảo] - II.25 - www.Gia24.vn Chơng 3 : Gió v áp lực gió 3. 1 Khái quát Khi thiết kế các công trình cảng vw bến, phải xét đến các yếu tố khí toợng nho gió, áp lực không khí, soơng mù, moa, bề dwy của tuyết vw nhiệt độ không khí >Chú giải@ Các yếu tố khí toợng có ảnh hoởng đến việc thiết kế các công trình cảng vw bến lw nho sau: 1 áp lực không khí vw việc phân bổ áp lực đó lw các yếu tố chi phối việc phát... 500 700 1.000 1.000 >Chú giải@ (1) Trụ neo đ}ợc đặt ở xa mép n}ớc, hoặc ở trên hoặc ở gần công trình neo đậu, gần hai đầu của một bến để chúng có thể đ}ợc sử dụng để neo tu khi có bão Mặt khác, bích neo đ}ợc đặt gần mép n}ớc của các công trình neo tầu để có thể sử dụng chúng để neo tu, cập tu hoặc cho tu rời bến trong các điều kiện bình th}ờng - II. 23 - www.Gia24.vn (2) Về cách bố trí v lên dây... trình Fujita (3. 1.1) hoặc phoơng trình Myer (3. 1.2); các hằng số trong phoơng trình đoợc chọn sẽ đoợc xác định dựa trên các đo đạc áp lực không khí thực tế trong khu vực bão 'p p pv  p Đr ã pc  'p expă o á ârạ 1  r /ro 2 (Công thức Fujita) (3. 1.1) (Công thức Myer) (3. 1.2) trong đó: p : áp lực không khí ở một khoảng cách r từ tâm bão (hPa) r : khoảng cách tới tâm bão (km) pc : áp lực không khí ở. .. = 0,14741 với tu di 30 m v O = 0, 137 83 với tu di 250 m) (4) Hệ số áp lực dòng chảy C trong ph}ơng trình (2.2.17) thay đổi tuỳ theo ph}ơng của dòng chảy liên quan T; có thể sử dụng các giá trị lấy theo Hình T.2.2.9 cho các mục đích tham khảo (5) Về diện tích cản n}ớc S v diện tích chiếu cạnh bên ở d}ới đ}ờng ngấn n}ớc B, có thể sử dụng các giá trị có đ}ợc từ các ph}ơng trình hồi quy 3) rút ra... trong Bảng 2.2.1 (3) Lực kéo do một tu có trọng tải bì không quá 200 tấn hoặc lớn hơn 100.000 tấn (nghĩa l một tu không nằm trong Bảng 2.2.1) phải tính bằng cách xem xét các điều kiện khí t}ợng v hải d}ơng học, kết cấu của công trình neo tu, số liệu đo đạc tr}ớc đây về lực kéo v.v Lực kéo lên công trình neo m tu đ}ợc neo cả khi thời tiết xấu hoặc công trình neo tu đặt trong các vùng n}ớc có các. .. dây neo để neo tu, xem Phần VIII, 2.1 Chiều di v độ sâu của bến (3) Về cách bố trí v các kết cấu của trụ neo v bích neo, xem Phần VIII, 19 .3 Trụ neo, Bích neo v vòng neo >Chú thích kỹ thuật@ (1) Nên tính lực kéo tác động lên một trụ neo v bích neo dựa trên c}ờng độ đứt cuả dây neo m tu có đ}ợc khi tới một bến, các điều kiện khí t}ợng v hải d}ơng học ở vị trí lắp đặt công trình neo tu, v kích... chỉ dùng các bích neo với vận tốc gió lên tới 15 m/s, với giả định rằng dây neo ở mũi v đuôi tu đ}ợc kéo theo một ph}ơng ít nhất l 25o so với trục tu Lực kéo có đ}ợc khi đó t}ơng ứng với c}ờng độ đứt của một dây neo đối với một tu có trọng tải bì lên tới 5.000 tấn, v hai dây neo đ}ợc xác định theo Quy tắc tu thép do Nippon Kaiji Kyskai Lực kéo đối với một bích neo đ}ợc sử dụng cho các dây buộc... nhiên, thực tế khó m phân chia hai lực cản đó một cách chính xác đ}ợc v nghiên cứu chúng riêng rẽ nhau Ph}ơng trình (2.2.16) l một sự giản hoá ph}ơng trình Froude d}ới đây với PW = 1, 03 t = 15oC v O = 0,14 Rf U wgO ^  0,00 43 - t`SV 1,825 1 15 (2.2.18) trong đó : Rf : áp lực dòng n}ớc (N) U w : tỷ trọng của n}ớc biển (giá trị tiêu chuẩn U w = 1, 03) g : gia tốc trọng tr}ờng (m/s2) t : nhiệt độ (oC) . hợp công trình neo buộc trong các cảng v bến đối mặt với biền khơi dự đoán sẽ có các con sóng chu kỳ di, các công trình nằm ngoi biển khơi hoặc các lối vo bến nh} các bến ngoi khơi, v các công. thoảng v}ợt quá 10 cm/s đối với tu dầu lớn sử dụng các bến ngoi khơi (xem Hình T.2.2 .3) . Ngay đối với các ph cập bến bằng chính năng l}ợng của chúng, phần lớn chúng cập bến với tốc độ nhỏ hơn 10. thiết kế công trình neo đậu có thể cho cả tu đánh cá sử dụng, nên tiến hnh công việc thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn tính toán cho công trình cảng v các tình trạng sử dụng thực tế. [3] Hệ số