ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CƠNG TRÌNH THỦY BÀI GIẢNG ĐẠI HỌC MƠN CƠNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH Ban hành lần Biên soạn Chủ nhiệm Khoa Kiểm tra Trưởng Bộ mơn Phê duyệt Phó CN Khoa TS Nguyễn Văn Ngọc ThS Đoàn Thế Mạnh TS Đào Văn Tuấn HẢI PHỊNG 25/7/2006 Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong vịng mười năm qua, cơng trình biển xây dựng thềm lục đại Việt Nam ngày nhiều, đặc biệt cơng trình xây dựng để phục vụ cơng tác khai thác dầu khí Việt Nam Và với phát triển ngành kinh tế biển bảo vệ chủ quyền lãnh hải rộng lớn nước ta đòi hỏi xây dựng thêm ngày nhiều cơng trình tương tự Đó cơng trình có kích thước đồ sộ với vốn đầu tư lớn yêu cầu kỹ thuật cao nhằm đảm bảo an tồn Sau nhiều năm cơng tác ngành cơng trình Cảng thềm lục địa tơi biên soạn giáo trình để phục vụ cho công tác giảng dậy nghiên cứu số kỹ sư ngành Cuồn tài liệu mắt có đóng góp đồng nghiệp, mặt khác trình độ cịn có hạn nên cịn nhiều khiếm khuyết biên soạn Rất mong độc giả, giáo viên giảng dạy đồng góp, để giáo trình ngày hồn thiện Biên soạn TS Nguyễn Văn Ngọc http://www.ebook.edu.vn LNĐ-1 Danh mục ký hiệu DANH MỤC KÝ HIỆU q - cường độ tiêu chuẩn hàng hóa a - Bề rộng khung ngang n - Tổng số cọc phân đoạn bến Xi; Yi - Là tọa độ đầu cọc thứ i hệ trục tọa độ XO1Y liu- Chiều dài tính tốn cọc lio- Là chiều dài tự cọc thứ i d - cạnh cọc D - đường kính tiết diện cọc l1n, l2n - chiều dài chịu nén cọc Ei - Mô đuyn đàn hồi vật liệu làm cọc Fi - Diện tích tiết diện ngang cọc Noi - Khả chịu tải cọc thứ i Sq; Su thành phần vng góc song song mép bến lực neo tàu V, H, Mo - Tổng tải trọng đứng, ngang mô men tương ứng với góc tạo độ chọn rij - phản lực liên kết giả i chuyển vị đơn vị liên kết j Hc - tổng lực ngang tất cọc chụm đôi chịu Hn - tổng lực ngang tác dụng lên bệ T - số cọc xiên đơn Hj- lực ngang cọc xiên j chịu la- Khoảng cách neo b- Kích thước cọc theo chiều dọc bến e- độ lệch tâm điểm đặt hợp lực b – Chiều rộng đế cơng trình Mg – mơ men giữ Ml – mô men lật G – tổng lực thẳng đứng tác động lên đế cơng trình hn – chiều dày lớp đệm đá xác định từ điều kiện áp lực cho phép đất Ko – Hệ số an toàn ổn định chống lật Kc – hệ số an toàn ổn định trượt phẳng E – tổng lực ngang tác động lên cơng trình http://www.ebook.edu.vn DMKH-1 Chương Khái niệm chung Chương KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 Khái niệm, phân loại 1.1.1 Khái niệm Diện tích biển đại dương chiếm 7/10 diện tích trái đất, nhu cầu hoạt động người biển ngày tăng Vì cần thiết phải xây dựng cơng trình biển nhằm đáp ứng mục tiêu sau: - Phục vụ thăm dò, khai thác vận chuyển dầu khí vào bờ: (dàn khoan biển); - Phục vụ cho nhu cầu lại, ăn biển hoạt động khác như: khai thác tài nguyên, du lịch, nghiên cứu khoa học; - Phục vụ cho hoạt động biển như: + Các cảng bờ, xa bờ; + Trạm chuyển tải; + Công trình bảo đảm Hàng hải; + Trạm trục vớt cứu hộ Kỹ thuật cơng trình biển: (off Shore engineering) 1.1.2 Phân loại Cơng trình biển 1.1.2.1 Phân loại theo vị trí cơng trình biển so với bờ: - Cơng trình biển ven bờ; - Cơng trình biển ngồi khơi; - Cơng trình biển ngồi hải đảo 1.1.2.2 Phân theo tính chất cố định cơng trình chia làm loại: - Cơng trình biển cố định cơng trình xây dựng cố định vị trí suốt thời gian sử dụng Ví dụ: dàn khoan dầu khí; trạm nghiên cứu khí tượng hải văn biển… - Cơng trình biển di động cơng trình khơng cố định cách thường xuyên vị trí Ví dụ: dàn khoan di động, tầu khoan, cơng trình biển bán chìm 1.1.2.3 Phân loại theo mục đích sử dụng cơng trình: - Dàn khoan biển: Cơng trình biển ngồi khơi cố định dùng khai thác dầu khí (dàn khoan biển) - Cơng trình bảo đảm hàng hải: hải đăng… - Trạm nghiên cứu: trạm khí tượng, thủy hải văn 1.1.2.4 Phân theo vật liệu: Chia cơng trình biển cố định thành loại: - Cơng trình biển cố đinh thép (hình 1.1) 1-1 http://www.ebook.edu.vn Chương Khái niệm chung - Cơng trình biển cố định bê tơng (hình 1.2) Hình 1- Cơng trình biển thép Hình 1- Cơng trình biển bêtơng 1.1.3 Q trình phát triển cơng trình biển cố định Có liên quan chặt chẽ đến việc thăm dị khai thác dầu khí 1.1.3.1 Cơng trình biển thép Trên giới: 1947 xuất dàn khoan thép độ sâu m Mexico (trên vịnh Mexich) 1949: dàn khoan thép đạt độ sâu 15m nước; 1950: có dàn khoan 30m nước; 1960: có dàn khoan 90m nước; 1970: có dàn khoan 300m nước; Hiện có dàn khoan 420m nước (dàn Bull Winkle vịnh Mexico công ty Shell thiết kế nặng 56.000 tấn) - Ở Việt Nam: có dàn khoan 50m nước Trong cơng trình biển thép chiếm khoảng 70% dạng cơng trình biển cố định xây dựng Mexico, Trung đông, Chinê, biển Bắc có điều kiện phức tạp, có chiều cao sóng hs = 30m, Mếch xích (Mexico) hs = 20m Tại mỏ COGNAC: người ta xây dựng cơng trình biển chiều sâu nước d = 310m tổng trọng lượng thép 50.000 T, (so sánh tháp effel tổng trọng lượng = 20.000t) 1.1.3.2 Cơng trình biển cố định bê tông 1973 mỏ EKOFISK (biển Bắc-Nauy) độ sâu: 70m, khối lượng BT = 80.000m3 1-2 http://www.ebook.edu.vn Chương Khái niệm chung 1989 dàn ''GULFAKSC'' độ sâu nước d = 216m, bình quân khối lượng bê tơng 360.000m3 Nếu độ sâu tăng khối lượng vật liệu tăng nhanh làm giá thành tăng, nên u cầu phải có tính tốn hợp lý kỹ thuật kinh tế Hình 1- Đồ thị phát triển cơng trình biển cố định thép bêtông Hiện nay, nhà xây dựng đến kết luận: loại kết cấu cố định nên sử dụng độ sâu từ 300 ÷ 400m Để khắc phục nhược điểm cơng trình biển cố định chiều sâu nước tăng người ta dùng kết cấu mềm mềm, phương án mà kết cấu ổn định nhờ phao dây neo Dạng đạt yêu cầu: - Có thể di động được; - Kết hợp nhiều cơng dụng khác Phao Hình 1- Kết cấu có phao Hình 1- Kết cấu có neo 1.2 Các bước thực xây dựng Nếu lấy cơng trình biển xây dựng khai thác dầu khí có bước sau: Bước 1: Xác định nhiệm vụ thiết kế: - Các cơng trình khai thác dầu khí tiến hành sau giai đoạn tìm hiểu thăm dò phương tiện khoan di động, dàn khoan tự nâng, dàn khoan bán chìm dàn khoan có dây neo - Xác định phạm vi mỏ, quy mơ, trữ lượng: Số lượng dầu khai thác lên 1/3 ÷ 1/2 trữ lượng dầu có mỏ, để tận dụng người ta dùng biện pháp khai thác thứ cấp, tức tạo thêm áp suất để đẩy dầu lên cách dùng bơm nước bơm nén khí 1-3 http://www.ebook.edu.vn Chương Khái niệm chung - Từ trữ lượng xác định số lượng dàn khoan, giếng khoan dầu: số lượng dàn khoan có 16 giếng khoan Lên quy hoạch tồn cơng trình để mở mỏ triển khai mỏ: Vị trí số lượng dàn khoan sở để lên quy hoạch tổng thể mỏ Trong có dạng sau: + Dàn khai thác: khoan, khai thác dầu; + Dàn chế biến: dàn để tách khí, nước khỏi dầu xử lý sơ bộ, làm giảm nồng độ dầu thơ Khí tách làm nhiên liệu cho sinh hoạt, chạy máy móc, phần cịn lại khí thừa khơng đưa vào bờ để sử dụng đốt qua tháp đốt khí thải dàn gọi dàn công nghệ thượng tầng - Khâu chứa đựng vận chuyển nhiên liệu: phải dùng bể chứa dùng cơng trình bán chìm, vận chuyển tầu chở dầu mỏ vào đất liền hay vận chuyển hệ thống đường ống vào bờ đến nhà máy rót dầu; + Mỏ có quy mơ nhỏ vận chuyển tầu: có trạm rót dầu khơng bến (thiết bị cuối) + Mỏ có quy mơ lớn vận chuyển đường ống Bước 2: Khảo sát: - Điều kiện mơi trường: khảo sát địa hình, địa chất, khí tượng, hải văn - Điều kiện thi cơng: bám sát điều kiện phương tiện thi công theo dự báo, đặc biệt ý tới phương tiện thuỷ, phương tiện chuyên dụng cầu nổi, búa đóng cọc v.v nguyên vật liệu dùng để xây dựng Bước 3: Xây dựng dự án tiền khả thi, khả thi (mức thiết kế sơ bộ) làm phương án so sánh đến kết luận Bước 4: Thiết kế kỹ thuật, thiết kế vẽ thi cơng Bước 5: Thí nghiệm phịng thí nghiệm, điều cần làm cơng trình chịu tác dụng thuỷ khí Bước 6: Chế tạo lắp ráp gồm bước: - Thi công đất liền; - Thi cơng ngồi biển Bước 7: Đưa cơng trình vào khai thác Giám định, tu, bảo dưỡng sửa chữa trình sử dụng Hình 1- Sơ đồ khối bước xây dựng cơng trình biển 1-4 http://www.ebook.edu.vn Chương Khái niệm chung 1.3.Các đặc điểm xây dựng cơng trình biển so với cơng trình đất liền So với cơng trình xây dựng bờ; cơng trình biển sử dụng chung kết cấu xây dựng cơng trình thép, bê tơng, bê tơng cốt thép, cơng trình biển bao hàm mục đích xây dựng cơng trình dân dụng, nhiên có điểm khác cơng trình xây dựng bờ 1.3.1 Tính đa dạng quy mơ lớn: - Kết cấu cơng trình biển có nhiều dạng khác nhau: dàn cố định, di động, có neo, trụ có khớp… - Cơng trình xa bờ có tính độc lập cao, cơng trình biển phải bố trí đồng hạng mục cơng trình theo nhiệm vụ thiết kế - Quy mơ cơng trình lớn, ngồi nhiệm vụ sản xuất cịn phải bố trí nhà ở, nhà cơng cộng, sân bay … Ví dụ: cơng trình dàn khoan, tạo hệ khoan mục đích chính, ngồi cần cơng trình dân dụng kèm theo 1.3.2 Về mặt kết cấu: Tính bền vững cơng trình biển phải có độ tin cậy cao, thời gian sử dụng cơng trình biển lại khơng địi hỏi lâu bờ Ví dụ: Dàn khoan sử dụng từ 20 ÷ 25 năm - Tính chất động học biển phức tạp bờ, mang tính chất ngẫu nhiên Lực tác dụng biển chủ yếu sóng, lực sóng phụ thuộc vào vị trí hình dạng cơng trình, nên thường kết hợp thực nghiệm lý thuyết - Sự ăn mịn mơi trường tác dụng mạnh lên cơng trình, mơi trường nước mặn nên vật liệu thép mối hàn bị ăn mòn mạnh Mơi trường có vật bám lên cơng trình làm tăng kích thước cơng trình, dẫn đến tăng tải trọng tác động cơng trình biển, việc tu bảo dưỡng cần thiết địi hỏi chi phí lớn 1.3.3 Địi hỏi tính an tồn cao 1.3.4 Thiết kế cơng trình biển phụ thuộc vào thi cơng: Khi thiết kế CTB, giải pháp kết cấu gần phụ thuộc vào điều kiện phương tiện thi công 1.3.5 Triển khai thi cơng ngồi biển phức tạp bờ nhiều Cụ thể có đặc điểm sau: - Phụ thuộc vào thời tiết trạng thái biển thi cơng; - Địi hỏi việc lập kế hoạch thi cơng chi tiết (sóng ); - Tính an tồn thi công cao, mặt thi công hẹp, thi công độ cao khác nhau; - Việc định vị trí chuẩn xác cơng trình khó; - Việc sử lý móng phức tạp; - Việc tu bảo dưỡng cho cơng trình biển phần lớn kết cấu nằm nước chính, nên tu bảo dưỡng thường gây nguy hiểm, việc xem xét chất lượng cơng trình phải dùng đến thiết bị đặc biệt; 1-5 http://www.ebook.edu.vn Chương Khái niệm chung - Ơ nhiễm mơi trường biển: cơng trình biển cơng trình cơng nghiệp nên có chất thải, chất thải đổ biển nên phải có xử lý; với cơng trình dầu khí phải ý, vỡ ống dẫn dầu, cố khác cần có thiết bị kỹ thuật ngăn chặn, giải hậu quả; - Chi phí đầu tư cho cơng trình biển lớn, đắt địi hỏi cao khoa học cơng nghệ xây dựng cơng trình biển Kết luận: Từ đặc điểm người thiết kế CTB phải đủ yêu cầu: + Trình độ kỹ thuật rộng, sâu, sáng tạo, phải nắm vững học vật rắn biến dạng, học vật nổi, phải xét làm việc tương tác kết cấu, môi trường móng; + Phải có phương pháp tính tốn đại sử dụng máy tính thành thạo, phải giải mơ hình kết cấu theo lý thuyết độ tin cậy; + Phải am hiểu thí nghiệm mơi trường biển; + Phải nắm vững vấn đề thi cơng cơng trình biển 1-6 http://www.ebook.edu.vn Chương Các quy tác chung thiết kế cơng trình biển Chương CÁC QUY TẮC CHUNG TRONG THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH BIỂN 2.1 Những vấn đề kỹ thuật công nghệ thiết kế cơng trình biển cố định 2.1.1 Khái niệm Mơ hình tổng qt đánh giá chất lượng cơng trình biển (theo mơ hình tiền định) Hình 2- Mơ hình tổng qt đánh giá chất lượng Trong đó: - η (t): hàm sóng bề mặt; - q (t): Tải trọng sóng, tương tác sóng cơng trình; - u (t): phản ứng động cơng trình; - V (t): tiêu đánh giá chất lượng cơng trình (nội lực, ứng suất) - Điều kiện để cơng trình làm việc an tồn: V (t) < Vo (2 1) t ∈ [o, T] Trong đó: - T thời gian sử dụng cơng trình; - Vo tiêu chất lượng cho phép 2.1.1.1 Tác dụng đầu vào - Kết cấu + Cơng trình thuộc dạng nào; + Cơng trình cấu tạo vật liệu - Tải trọng + Tải trọng công nghệ khai thác; + Tải trọng mơi trường: sóng, gió, dịng chảy… - Sau xác định loại tải trọng tác dụng lên cơng trình thiết kế ta phải sử dụng phương pháp tính kết cấu cơng trình để tính tốn Dựa phản ứng đầu chuyển vị, nội lực, ứng suất 2-1 http://www.ebook.edu.vn Chương Khái niệm tính mỏi cơng trình biển Nf = CS′m Π m / ∫ af (7 16) da m/2 m a α (a ) Viết lại biểu thức dạng I* Nf = * m C S′ (7 17) Trong đó: I* = ∫ da af a m/2 (7 18) α(a )m C* = CΠ m / (7 19) Do đó: N f S′m = I* C* (7 20) Hay: lg N f = lg I* − m lg S′m * C (7 21) ( ) Đó dạng quen thuộc đường cong mỏi S-N N(S) = a.S− m tham số a đường cong mỏi a = lg I * tham số m đường cong mỏi trùng C* với tham số m đường cong phát triển vết nứt LgN f = lg N = lg aS− m = lg a − m lg S lgS lg da dN lg I * m C* III II I III m da = C( k) dN II lg k I lgN ⎛ da ⎞ − ∆k ) ⎟ (S-N) ⎝ dN ⎠ Hình 7- So sánh hai đường ⎜ Ý nghĩa miền tương ứng hai đường cong trình bày bảng sau: Vùng I 7-14 Đường cong da/dN-∆k Vùng ngưỡng (không nứt) Đường cong S −N Vùng giới hạn mỏi (tuổi thọ dài vô hạn) Chương Khái niệm tính mỏi cơng trình biển II III Vùng phát triển vết nứt (vùng phá hủy) Vùng phá hủy Vùng tuổi thọ hữu hạn Vùng phá hủy tĩnh phá hủy với số chu trình thấp 7.6 Tính bất định phân tích mỏi Trong phân tích mỏi kết cấu cơng trình biển, số biến (đại lượng) coi xác định, chẳng hạn kích thước hình học chủ yếu (tạo độ nút, đường kính ống ), khối lượng rộng, gia tốc trọng trường, tuổi thọ thiết kế v.v Trong khác nhiều biến cần coi bất định 1) Các yếu tố môi trường chiều cao, chu kỳ hướng sóng, hệ số hàm mật độ phổ sóng, tham số Weibule hàm phân phối chiều cao sóng mức độ hà bám, đánh giá dựa tập số liệu hạn chế địa điểm xét 2) Việc chọn lý thuyết sóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, hệ số cản CD qn tính CM cơng thức Morison biến đổi miền rộng, phụ thuộc vào số Reynold số Kenlegan-Carpenter khác phần tử khác kết cấu 3) Từ công thức Morison ta nhận thấy kết cấu mà thành phần lực quán tính chiếm ưu lực sóng ứng suất tỷ lệ với chiều cao sóng, cịn kết cấu mà thành phần lực cản chiếm ưu giàn cố định độ sâu nước vừa phải lực sóng ứng suất lại tỷ lệ bình phương với chiều cao sóng Do quan hệ lũy thừa, sai số nhỏ ứng suất dẫn đến sai số lớn tuổi thọ 4) Trong tính tốn ứng suất, bất địnhc ó thể xẩy chọn sơ đồ tính khơng phù hợp với kết cấu thực, đặc biệt liên kết 5) Sai lệch gia cơng chế tạo làm chiều dày phần tử kết cấu độ lệch tâm thay đổi ngẫu nhiên nút phần tử (hữu hạn) lại tính tới tâm mốc nối ống 6) Hệ số đàn hồi đất xung quanh cọc cần coi biên ngẫu nhiên tính chất phức tạp 7) Đối với cơng trình BTCT độ bền mỏi vật liệu bê tông cốt thép chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, điển hình là: + Đối với cốt thép: thành phần hóa học, chế độ xử lý nhiệt cơ, tình trạng bề mặt (nhằm, xù xì, có gờ), tính đồng nhất, điều kiện thí nghiệm nhiều thơng số hay thơng số có ảnh hưởng đến trình chế tạo vật liệu làm cho có sai lệch đáng kể đến kết thí nghiệm; + Đối với bê tơng: thành phần bê tơng, độ dính kết, kỹ thuật trộn đổ bê tơng, chế độ bảo dưỡng Ngồi việc đánh giá độ bền mỏi cấu kiện chịu ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm mẫu Đặc tính ngẫu nhiên tượng mỏi đòi hỏi phải nghiên cứu, thống kê kết thí nghiệm Điều có nghĩa cần phải nghiên cứu tính tốn xác suất thay cho tính tốn tiền định 8) Ta chưa biết xác chế dao động kết cấu, nên tỷ số cản dao động khác lấy giá trị phạm vi rộng 7-15 Chương Khái niệm tính mỏi cơng trình biển 9) Mặc dù thiết kế, khối lượng sàn lấy giá trị xác định, song thực tế khối lượng thay đổi thêm bớt máy móc, thiết bị, vật dụng lượng chất lỏng chứa bể chứa 10) Cuối đường cong mỏi S −N thân lý thuyết tổn thất tích lũy yếu tố bất định trình bày Trên nguồn bất định chủ yếu tổng phân tích mỏi,chúng thuộc vào ba loại bất định vật lý, thống kê mơ hình tốn học Để đánh giá độ tin cậy hay xác suất phá hủy kết cấu cần phải có mơ hình xác suất mô tả yếu tố bất định biến tác động yếu tố bất định biến sức bền 7-16 Danh mục chỉnh sửa DANH MỤC CHỈNH SỬA DMCS-1 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Tuổi thọ mỏi kết cấu thép biển, Phan Văn Khôi; nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1997 2) Tiêu chuẩn Việt Nam công trình biển cố định phần + + 3, TCVN617-1998 3) Động lực học cơng trình biển, Nguyễn Xn Hùng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1998 4) Móng cọc, Tiêu chuẩn thiết kế; TCXD205-98 5) Quy trình thiết kế cơng trình biển Cố định, NXBKH 1998 6) DAWSON Thomas H (1994), off Shosre Structural Engineering USA TLTK-1 Mục lục MỤC LỤC Lời nói đầu .LNĐ-1 Danh mục ký hiệu DMKH-1 Chương Khái niệm chung 1-1 1.1 Khái niệm, phân loại 1-1 1.1.1 Khái niệm 1-1 1.1.2 Phân loại Cơng trình biển 1-1 1.1.2.1 Phân loại theo vị trí cơng trình biển so với bờ: 1-1 1.1.2.2 Phân theo tính chất cố định cơng trình chia làm loại: 1-1 1.1.2.3 Phân loại theo mục đích sử dụng cơng trình: 1-1 1.1.2.4 Phân theo vật liệu: 1-1 1.1.3 Quá trình phát triển cơng trình biển cố định 1-2 1.1.3.1 Cơng trình biển thép 1-2 1.1.3.2 Cơng trình biển cố định bê tơng 1-3 1.2 Các bước thực xây dựng 1-3 1.3.Các đặc điểm xây dựng công trình biển so với cơng trình đất liền 1-5 1.3.1 Tính đa dạng quy mô lớn: 1-5 1.3.2 Về mặt kết cấu: 1-5 1.3.3 Địi hỏi tính an tồn cao 1-5 1.3.4 Thiết kế công trình biển phụ thuộc vào thi cơng: 1-5 1.3.5 Triển khai thi cơng ngồi biển phức tạp bờ nhiều 1-5 Chương 2.Các quy tác chung thiết kế cơng trình biển 2-1 2.1 Những vấn đề kỹ thuật cơng nghệ thiết kế cơng trình biển cố định 2-1 2.1.1 Khái niệm 2-1 2.1.1.1 Tác dụng đầu vào 2-1 2.1.1.2 Về mặt tính tốn thiết kế cơng trình biển 2-2 2.1.2 Các vấn đề kỹ thuật công nghệ cần nắm vững 2-2 2.2 Các bước thiết kế công trình biển cố định 2-3 2.3.Các phương pháp luận thiết kế công tình biển 2-5 2.3.1 Thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép: 2-5 2.3.2 Thiết kế theo phương pháp TTGH (bán xác suất) 2-5 2.3.2.1 Khái niệm: 2-5 ML-1 Mục lục 2.3.2.2 Các loại TTGH 2-6 2.3.3 Thiết kế theo phương pháp xác suất 2-8 2.3.3.1 Khái niệm: 2-8 2.3.3.2 Tính chất đảm bảo độ tin cậy cơng trình 2-9 2.4 Các quy định chung thiết kế cơng trình biển 2-9 2.4.1 An tồn cơng trình biển 2-9 2.4.2 Khảo sát tượng ăn mòn thiết kế chống ăn mòn 2-9 2.4.3 Nghiên cứu giải pháp phòng ngừa cố 2-10 2.4.4 Xác định cao độ sàn công tác 2-10 2.4.5 Thể mơ hình 2-11 2.4.6.Sơ đồ kết cấu bố trí cơng nghệ 2-11 2.5 Các giai đoạn thiết kế cơng trình biển 2-11 2.6 Tính chất tải trọng tác động thiết kế cơng trình biển 2-12 2.6.1 Tính chất tác dụng tải trọng 2-12 2.6.2 Tác động tải trọng sóng biển 2-12 2.6.3 Hệ số tải trọng tổ hợp tải trọng 2-12 2.6.3.1 Khái niệm 2-12 2.6.3.2 Hệ số tải trọng sử dụng phổ biến khuôn khổ TTGH 2-13 2.6.3.3 Hệ số tổ hợp tải trọng: 2-14 2.6.4 Sơ đồ tổ hợp, phân loại tải trọng 2-14 2.6.4.1 Các tình thiết kế cơng trình biển ''pha thiết kế'' (Designphases): 2-14 2.6.4.2 Sơ đồ tổ hợp phân loại tải trọng phương án thiết kế: 2-15 2.7 Thu thập thông tin để tiến hành tổ chức thiết kế cơng trình biển 2-16 2.7.1 Khái niệm thu thập thơng tin tổ chức thiết kế cơng trình biển 2-16 2.7.2 Thu thập số liệu hoạt động, khai thác 2-16 2.7.2.1 Thu thập vị trí địa lý: 2-16 2.7.2.2 Thu thập số liệu nhiệm vụ xây dựng cơng trình biển: 2-16 2.7.3.Thu thập số liệu môi trường 2-16 2.8 Các thông số điểu kiện tự nhiên 2-17 2.8.1 Số liệu gió 2-17 2.8.1.1 Số liệu gió điều kiện vận hành công nghệ 2-18 2.8.1.2 Số liệu gió điều kiện cực đại cần thiết- Vị trí đo thời gian xảy ra; 2-18 2.8.1.3 Ảnh hưởng mực nước đến số liệu gió 2-18 ML-2 Mục lục 2.8.2 Số liệu sóng 2-18 2.8.21 Mơ hình tiền định 2-18 2.8.2.2 Mô hình ngẫu nhiên: 2-18 2.8.3.Số liệu dòng chảy 2-18 2.8.4 Số liệu triều 2-19 2.8.4.1 Sử dụng số liệu triều để 2-19 2.8.4.2 Nguyên nhân gây dao động mực nước: 2-19 2.8.4.3 Số liệu triều: 2-19 2.8.5 Số liệu động đất 2-19 2.8.5.1 Nguyên nhân: 2-19 2.8.5.2 Các số liệu: 2-19 2.8.6 Số liệu xâm thực môi trường biển 2-19 2.8.6.1 Sự hình thành phát triển vi sinh vật vùng xây dựng cơng trình 2-19 2.8.6.2 Tác hại sinh vật biển 2-19 2.8.7 Các số liệu nhiệt độ biển 2-20 2.8.8.Số liệu điều kiện địa chất cơng trình biển 2-20 Chương Các tải trọng tác động lên cơng trình biển 3-1 3.1 Các loại tải trọng tác dụng lên cơng trình biển 3-1 3.1.1 Tải trọng thường xuyên P 3-1 3.1.2 Hoạt tải L 3-1 3.1.3 Tính tải trọng biến dạng kết cấu D 3-1 3.1.4 Tải trọng môi trường E: 3-2 3.1.5 Tải trọng cố A 3-2 3.2 Tải trọng sóng 3-2 3.2.1 Chuyển động sóng theo mơ hình tiền định 3-2 3.2.1.1 Sóng Airy 3-2 3.2.1.2 Sóng bậc cao 3-3 3.2.1.3 Sóng CNOIDAL: 3-3 3.2.2 Chuyển động sóng theo mơ hình ngẫu nhiên 3-3 3.2.2.1 Hàm phố P.M (Pierson – Moskowitz) 3-3 3.2.22 Phổ JONSWAP 3-4 3.2.2.3 Phổ Bretschneider 3-5 3.3 Các phương pháp tính tốn sóng thiết kế 3-12 3.3.1 Phương pháp tính sóng thiết kế 3-12 ML-3 Mục lục 3.3.2 Phương pháp tính sóng theo mơ hình ngẫu nhiên 3-13 3.4 Tác động tải trngj sóng lên cơng trình biển có kích thước nhỏ 3-13 3.4.1 Các chế độ sóng tác dụng lên loại cơng trình biển 3-13 3.4.2 Tải trọng sóng tác dụng lên vật thể có kích thước nhỏ 3-15 3.4.2.1 Phương trình MORISON xác định tải trọng sóng lên phân tử lăng trụ đứng có kích thước nhỏ ( ) 3-15 3.4.2.2 Tải trọng sóng lên phần tử xiên khơng gian 3-15 3.5 Tác động tải trọng sóng lên cơng trình biển có kích thước lớn 3-17 3.5.1 Cách tính thực hành 3-17 3.5.2 Cách tính tổng quát 3-18 3.5.3 Trường hợp trụ tròn đứng 3-20 3.6 Tải trọng gió 3-23 3.6.1 Biểu thức tổng quát tải trọng gió 3-23 3.6.1.1 Áp suất gió 3-23 3.6.1.2 Áp lực gió 3-23 3.6.2- Tải trọng gió cơng trình ( theo quan điểm tiền định ) 3-24 3.6.2.1 Tính tải trọng gió đất liền 3-24 3.6.2.2- Tính tải trọng gió cho cơng trình biển 3-24 3.6.2.3 Cách tính thành phần tải trọng gió tĩnh 3-25 3.7 Tải trọng dòng chảy 3-25 3.7.1 Vận tốc dòng chảy 3-25 3.7.2 Xác định tải trọng dòng chảy 3-26 3.7.3 Xác định tải trọng sóng dịng chảy 3-27 Chương 4.Tính tốn thiết kế cơng trình biển trọng lực biển trọng lực bêtơng 4-1 4.1 Khái niệm cơng trình biển trọng lực bêtông 4-1 4.1.1 Cấu tạo 4-1 4.1.1.1 Kết cấu móng 4-1 4.1.1.2 Trụ đỡ 4-1 4.1.1.3 Kết cấu sàn chịu lực 4-1 4.1.1.4.Bộ phận thượng tầng (kết cấu thượng tầng) 4-1 4.1.2.Đặc điểm cơng trình biển trọng lực bê tông 4-1 4.1.2.1.Đặc điểm chịu lực cơng trình: 4-1 4.1.2.2.Chịu lực vật liệu: 4-1 4.1.2.3.Tải trọng: 4-2 ML-4 Mục lục 4.1.3.Xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật với cơng trình biển trọng lực bê tông 4-2 4.1.3.1 Phát triển hoàn thiện kết cấu 4-2 2) Giàn cố định bê tông kết hợp với giàn tự nâng JACKUP: 4-2 4.1.3.2 Phát triển vật liệu 4-2 4.1.3.3 Phát triển tính tốn thiết kế 4-3 4.1.3.4 Tải trọng 4-3 4.1.3.5 Công nghệ chế tạo 4-4 4.1.4 Các ưu điểm kết cấu trọng lực bê tông 4-4 4.1.5 Một số CTBTLBT điển hình thiết kế xây dựng giới 4-4 4.1.5.1 Draugen Condeep (Norske Shell Als) 4-4 4.1.5.2 Troll Condeep (Norske Shell Als) 4-5 4.1.5.3 Hibernia (Doris) 4-5 4.1.5.4 Giàn bê tông hai trụ (Doris) 4-5 4.2 Khái niệm tính tốn thiết kế cơng trình biển trọng lực bêtông 4-5 4.2.1 Các yêu cầu tính tốn cơng trình biển trọng lực bê tơng 4-5 4.2.2 Các phương pháp tính tốn 4-6 4.2.2.1.Tính xác (phương pháp số) 4-6 4.2.2.2.Tính gần đúng: 4-6 4.2.3 Tính tốn cơng trình biển trọng lực bê tơng theo phương pháp số 4-6 4.2.4.- Phương pháp tính gần 4-6 4.3 Cường độ chịu lực bêtông cốt thép bêtông cốt thép ứng suất trước 4-7 4.5.Tính cấu kiện bêtơng cốt thép ứng suất trước theo Momen cực hạn 4-11 4.5.1 Điều kiện cân 4-12 4.5.2 Mômen cực hạn 4-12 4.5.3 Cốt thép thường 4-13 4.5.4 Cốt thép đai 4-13 4.6 Tính tốn gần móng cơng trình biển bêtơng cốt thép kiểu CONDEEP 4-14 4.6.1 Đặt vấn đề 4-14 4.6.2 Nội dung tính tốn 4-14 4.6.2.1 Xác định ƯS kéo nén cực đại 4-14 4.6.2.2 Xác định diện tích thép ƯST cho xi lô (Asx) 4-17 4.6.2.3 Kiểm tra ứng suất 4-17 ML-5 Mục lục 4.7 Ứng suất áp lực gây cấu kiện bêtông 4-18 4.7.1 Trường hợp cấu kiện trụ trịn có hai đầu tự 4-18 4.7.2 Hiệu ứng biên hai đầu trụ 4-19 4.7.3 Mặt trụ có dạng hình cầu 4-20 4.7.4 Mặt đầu trụ có dạng elipsoid 4-22 4.8 Tính tốn móng cơng trình trọng lực bêtơng 4-23 4.8.1 Khái niệm 4-23 4.8.2 Lực nén giới hạn móng nơng 4-23 4.8.3 Lực trượt giới hạn móng nơng 4-25 4.8.4 Thiết kế móng cơng trình trọng lực trường hợp tổng quát 4-25 4.8.5 Xác định chuyển vị móng 4-27 4.8.6 Xác định độ lún móng 4-28 Chương Thiết kế thép công trình biển cố định thép 5-1 5.1 Bài mở đầu 5-1 5.1.1 Các số liệu suất phá.: 5-1 5.1.1.1 Nhiệm vụ cơng trình 5-1 5.1.1.2 Các số liệu môi trường biển: 5-1 5.1.1.3 Dự kiến phương pháp thi công biển: 5-1 5.1.2 Các phương pháp thi công biển: 5-1 5.1.2.1.Phương pháp 5-1 5.1.2.2 Phương pháp 5-4 5.1.2.3 Phương pháp 5-5 5.1.2.4 Phương pháp 4: 5-5 5.1.3 Yêu cầu tải trọng: 5-6 5.1.3.1 Trong trình xây dựng: 5-6 5.1.3.2 Tải trọng trình khai thác dàn khoan: 5-6 5.1.4.Chọn sơ đồ kết cấu ban đầu 5-7 5.1.4.1 Yêu cầu 5-7 5.1.4.2 Nội dung 5-7 5.1.4.3 Chọn sơ đồ kết cấu, hệ kết cấu 5-9 5.1.5 Chọn vị trí “ngàm” tính tốn khối chân đế 5-10 5.1.6.Tính tốn cơng trình làm việc đồng thời chân đế – cọc – 5-12 5.2 Tính tốn tĩnh kết cấu chân đế 5-14 5.2.1 Phương trình 5-14 5.2.2 Kiểm tra ứng suất 5-15 ML-6 Mục lục 5.3 Xác định hệ số uốn dọc 5-16 5.3.1 Hệ số uốn dọc chịu nén 5-16 5.3.2 Xác định hệ số k dựa vào toán đồ 5-17 5.3.3 Trình tự tính tốn có M, N, Q 5-19 5.4 Áp lực thủy tính lên thành ống 5-19 5.4.1 Tại tiết diện ống C-C 5-20 5.4.2 Tại tiết diện đầu ống A-A 5-20 5.4.3 Ứng suất tải trọng áp lực thuỷ tĩnh 5-21 5.4.3.1 Tại mặt cắt a – a 5-21 5.4.3.2.Tại mặt cắt c – c 5-22 5.5 Kiểm tra ứng suất tiết diện 5-23 5.5.1 Trường hợp σr σθ khác dấu (σr.σθ ≤ 0) 5-23 5.5.2 Trường hợp σr σθ dấu (σr.σθ > 0) 5-23 5.5.2.1 Thanh chịu kéo (N > 0) 5-23 5.5.2.2 Thanh chịu nén bị ổn định 5-24 5.6 Tính liên kết kiểm tra nút chân đế 5-25 5.6.1.Liên kết hàn đối đầu 5-25 5.6.2 Liên kết cạnh 5-25 5.6.2.1 Tính kiểm tra M, N, Q biết: 5-26 5.6.3 Liên kết bu lông 5-27 5.6.3.1 Sườn 5-27 5.6.3.2 Bình 5-28 5.6.3.3 Bu lông 5-28 5.6.4 Tính liên kết bu lơng tính ép mặt hai mặt bích 5-28 5.6.5 Tính mặt bính 5-29 5.6.5.1 Trường hợp ứng suất nén σ - 5-29 5.6.5.2 Trường hợp ứng suất kéo σ + 5-29 Chương Vấn đề chống ăn mịn cơng trình biển cố định 6-1 6.1.Khái niệm chống ăn mòn 6-1 6.1.1 Vị trí cấu kiện so với mặt nước biển 6-1 6.1.2 Vị trí cục cấu kiện 6-1 6.1.3 Điều kiện môi trường 6-1 6.1.4 Các biện pháp chống ăn mòn: 6-2 6.1.4.1 Dùng vật liệu phủ bề mặt 6-2 ML-7 Mục lục 6.1.4.2 Dùng biện pháp điện hóa khơng dùng dịng điện (Anod hy sinh) 6-2 6.1.4.3 Dùng điện hóa dịng điện 6-2 6.2 Chống ăn mòn cách sơn phủ 6-2 6.2.1 Các thông số đánh giá chất lượng sơn 6-2 6.2.2 Quá trình sơn 6-2 6.2.2.1 Vệ sinh bề mặt 6-2 6.2.2.2 Quá trình sơn 6-2 6.3 Chống ăn mòn ANOD hy sinh cồng trình biển thép 6-3 6.3.1 Nguyên tắc làm việc 6-3 6.3.2 Yêu cầu sử dụng 6-3 6.4 Chống ăn mòn dòng điện 6-4 6.5 Chống ăn mịn bêtơng mơi trường biển 6-5 6.5.1 Nguyên nhân ăn mòn 6-5 6.5.2 Phương pháp thứ 6-6 6.5.3- Phương pháp thứ hai 6-6 6.5.3.1 Chống ăn mòn cách sử dụng xi măng bền Sulfat 6-6 6.5.3.2 Chống ăn mịn bê tơng cách dùng phụ gia 6-7 6.6 Chống ăn mòn cốt thép bêtông 6-7 6.6.1 Nguyên nhân ăn mòn cốt thép bê tông 6-7 6.6.2 Cơ chế ăn mịn cốt thép bê tơng 6-8 6.6.3 Bảo vệ Catot 6-9 6.6.3.1 Nguyên lý bảo vệ catot 6-9 6.6.3.2 Những ưu điểm phương pháp bảo vệ catot 6-10 6.6.3.3.Các bước tiến hành 6-10 Chương 7.Khái niệm tính mỏi cơng trình biển 7-1 7.1 Một số cố phá hủy cơng trình biển 7-1 7.1.1 Hiện tượng mỏi 7-1 7.1.2 Một số phá huỷ mỏi xảy cơng trình biển 7-1 7.1.2.1 Sự cố phá huỷ mỏi giàn khoan bán chìm tự nâng 7-1 7.1.2.2 Phá huỷ mỏi giàn cố định 7-2 7.1.3.Phòng ngừa phá huỷ mỏi 7-3 7.1.3.1- Trong giai đoạn thiết kế 7-3 7.1.3.2 Trong giai đoạn chế tạo 7-3 7.1.3.3 Trong giai đoạn khai thác 7-3 ML-8 Mục lục 7.2 Khái niệm 7-3 7.2.1 Khái niệm tốn mỏi cơng trình biển 7-3 7.2.2 Các giai đoạn phát triển vết nứt mỏi 7-4 7.2.3 Các phương pháp tính mỏi cấu kiện cơng trình biển 7-5 7.2.3.1 Tính mỏi theo phương pháp tổn thất tích lũy: (PALMGREN – MINER) 7-5 7.2.3.2 Tính mỏi theo phương pháp học phá hủy 7-5 7.3 Phương pháp tính mỏi PALMGREN - MINER (P - M) 7-6 7.3.1 Mỏi với chu trình có biểu đồ ứng suất không đổi 7-6 7.3.2-.Mỏi có chu trình thay đổi, luật PALMGREN – MINER 7-6 7.3.3 Những điểm hạn chế sử dụng quy tắc P-M 7-8 7.3.3.1 Quy tắc P-M luật tuyến tính nên không phân biệt phá hủy mỏi với số chu trình thấp số chu trình cao 7-8 7.3.3.2 Quy tắc P-M không xét tới thứ tự chất tải 7-9 7.3.3.3 Quy tắc P-M thực đường cong mỏi vật liệu thu từ thực nghiệm 7-9 7.3.4 Xác định tuổi thọ mỏi cơng trình biển cố định tác động sóng biển 7-9 7.3.4.1 Tỷ số tổn thất mỏi thời điểm t trình khai thác 7-9 7.3.4.2 Xác định tỷ số tổn thất mỏi tỏng đơn vị thời gian q trình khai thác cơng trình (1 năm) 17-0 7.3.4.3 Xác định tỷ số tổn thất mỏi tồn thời gian khai thác cơng trình, đánh giá tuổi thọ mỏi trung bình điểm nóng 7-10 7.4 Phương pháp tính mỏi theo phương pháp học phá hủy 7-11 7.4.1 Khái niệm 7-11 7.4.2 Số gia yếu tố cường độ ứng suất ( K) 7-11 7.4.3 Tốc độ nứt 7-11 7.4.4 Ngưỡng không lan truyền vết nứt 7-11 7.4.5.Tuổi thọ mỏi trường hợp chu trình khơng đổi (ƯS có biên độ khơng đổi) 7-11 7.4.5.1 Bài toán 7-11 7.4.5.2 Luật lan truyền chậm vết nứt chu trình không đổi (Luật PARIS) 7-12 7.4.5.3.Theo Paris: 7-12 7.4.5.4.Tính tuổi thọ mỏi 7-12 ML-9 Mục lục 7.4.6 Tính tuổi thọ mỏi chu trình thay đổi (ƯS có biên độ thay đổi) 7-13 7.5 Mối quan hệ đường cong mỏi S-N đường cong phát triển vết nứt 7-14 7.6 Tính bất định phân tích mỏi 7-15 Danh mục chỉnh sửa DMCS-1 Tài liệu tham khảo TLTK-1 ML-10