ĐỀ XUẤT MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM THIẾT BỊ KHẢO SÁT THỦY ĐẠC SOME METHODS OF TESTING THE BATHYMETRIC SURVEYING EQUIPMENT ThS ĐỖ HỒNG QUÂN Khoa Công trình thuỷ, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Bài báo giới thiệu số phương pháp kiểm nghiệm thiết bị khảo sát thủy đạc để nâng cao độ xác khảo sát đo độ sâu địa hình nước Abstract The article introduces some method of testing the bathymetric surveying equipment to improve survey accuracy topographic measurements underwater Giới thiệu chung Công tác khảo sát thủy đạc đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc phức tạp, máy móc máy định vị, máy đo sâu Để đảm bảo độ xác tiến hành đo đạc, ta phải tiến hành công tác kiểm nghiệm máy móc để kiểm tra độ xác máy móc trước tiến hành đo Tôi đề xuất số công tác kiểm nghiệm máy định vị máy đo sâu hồi âm đa chùm tia sau: Kiểm nghiệm máy định vị Mỗi máy định vị cần kiểm nghiệm hai phương pháp sau: - Kiểm nghiệm điểm chuẩn; - Kiểm nghiệm sau lắp máy lên tàu đo 2.1 Kiểm nghiệm điểm chuẩn thực sau: Bước 1: Đặt ăng ten định vị điểm biết tọa độ (tương đương điểm sở đo vẽ); Bước 2: Kết nối máy định vị với máy tính, Bước 3: Sau máy định vị hoàn tất trình khởi động vào hoạt động ổn định, sử dụng chương trình ghi số liệu định vị để ghi số liệu liên tục vòng giờ, khoảng giãn cách lần ghi 10 giây Các số liệu định vị phải tính chuyển tọa độ phẳng (X, Y, H) theo tham số tính chuyển quy định yêu cầu kỹ thuật dự án; Bước 4: Lập báo cáo kết kiểm nghiệm sau đo kiểm nghiệm Báo cáo bao gồm nội dung sau: - Bảng kết tính độ lệch: DX = Xgốc - Xthu DY = Ygốc - Ythu DH = Hgốc – Hthu NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 - Độ xác định vị mặt bằng:, ( n số lần ghi số liệu) - Độ xác định vị độ cao: Sau so sánh với tiêu so với tài liệu kỹ thuật máy tiêu chuẩn ngành để đánh giá độ xác để đưa định máy có bảo đảm yêu cầu hay không bảo đảm yêu cầu để đưa vào sản suất 2.2 Kiểm nghiệm sau lắp máy lên tàu đo thực sau Bước 1: Tàu đo phải neo, buộc chắn cầu cảng nơi có điểm cao tọa độ gốc có độ xác điểm khống chế đo vẽ trở lên; Bước 2: Máy định vị phải lắp đặt yêu cầu kỹ thuật; Bước 3: Máy toàn đạc điện tử dùng để đo kiểm nghiệm phải kiểm nghiệm, hiệu chỉnh nguồn sai số phải có tính kỹ thuật tối thiểu sau: - Độ xác đo góc 6”; - Độ xác đo góc nghiêng 10”; - Độ xác đo cạnh ±(3+3ppm)mm × D (D độ dài cạnh đo); Bước 4: Khoảng cách từ nơi đặt máy toàn đạc điện tử để đo kiểm nghiệm tới điểm định hướng, điểm đặt ăng ten GPS phải đảm bảo sai số vị trí điểm đo không vượt 10 cm; Bước 5: Trước đo kiểm nghiệm phải kết nối khởi động sẵn máy định vị, chương trình ghi số liệu; đồng đồng hồ hệ thống chương trình ghi số liệu định vị với đồng hồ người đo; Bước 6: Quá trình đo kiểm nghiệm bắt đầu người phụ trách đo phát lệnh cho tổ đo đàm ký hiệu Trước lần phát lệnh đo, người phụ trách phải yêu cầu người tham gia chuẩn bị sẵn sàng Khi tất sẵn sàng, người phụ trách phát lệnh để đồng thời đo đến ăng ten GPS máy toàn đạc fix số liệu định vị GPS Mỗi người đo ghi số liệu đo vào sổ theo mẫu, thời điểm đo ghi đến giây Trường hợp máy toàn đạc có chức tính tọa độ tức thời số liệu ghi tọa độ; Bước 7: Số lần đo kiểm nghiệm không 20 lần, khoảng cách lần đo tối thiểu phút; Bước 8: Sau đo kiểm nghiệm, số liệu tọa độ ăng ten thời điểm đo kiểm lọc từ tệp số liệu fix tọa độ tàu số liệu đo toàn đạc để đưa vào bảng tính báo cáo kết kiểm nghiệm; Bước 9: Lập báo cáo kết kiểm nghiệm Kiểm nghiệm máy la bàn vệ tinh: Việc kiểm nghiệm la bàn vệ tinh thực cách đặt ăng ten máy lên điểm biết hướng (hoặc biết tọa độ để tính hướng chuẩn) Sau máy hoạt động ổn định, dùng phần mềm máy tính ghi lại số liệu hướng máy đưa liên tục vòng giờ, khoảng giãn cách lần ghi 10 giây Sau so sánh số liệu với hướng chuẩn NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 Bước 1: Tàu phải neo chắn cảng, đảm bảo hướng tàu không dao động 1o đo kiểm nghiệm; Bước 2: Bật máy la bàn phần mềm ghi số liệu hướng la bàn Đồng hồ máy tính ghi số liệu đồng hồ cán thực việc kiểm nghiệm phải đồng bộ, xác tới 0,5 giây; Bước 3: Sử dụng máy toàn đạc mạng lưới tọa độ sở khu vực kiểm nghiệm với yêu cầu đảm bảo độ xác phương vị điểm đo hướng tàu không vượt 10’; Bước 4: Sử dụng gương đo đặt điểm thể hướng tàu; Bước 5: Sau hệ thống ghi số liệu la bàn tàu hoạt động ổn định, máy toàn đạc gương đo sẵn sàng cho việc kiểm nghiệm bắt đầu thực trình đo kiểm nghiệm huy tổ trưởng qua đàm ký hiệu; Bước 6: Mỗi lần đo thực sau: - Người đo toàn đạc ngắm đến gương đặt phía mũi tàu, báo cho tổ trưởng sẵn sàng Tổ trưởng phát lệnh để đồng thời đo tới gương fix số liệu hướng la bàn; - Người đo toàn đạc chuyển nhanh hướng ngắm tới gương đặt đuôi tàu, báo cho tổ trưởng sẵn sàng Tổ trưởng phát lệnh để đồng thời đo tới gương fix số liệu hướng la bàn; Bước 7: Mỗi lần kiểm nghiệm thực 20 lần đo Thời gian cho lần đo không phút; Bước 8: Kết đo đạc tính bảng tính sau: - Hướng tàu thực lần đo tính qua tọa độ điểm gương đuôi tàu - mũi tàu Hướng la bàn tính giá trị trung bình giá trị ghi mốc thời gian lần đo; - Độ lệch hướng lần đo tính bằng: hướng thực - hướng la bàn; - Số cải tính giá trị độ lệch trung bình Sau tiến hành đánh giá độ xác máy xem có phép đưa sử dụng hay không Kiểm nghiệm máy đo sâu hồi âm đa tia Việc kiểm nghiệm thực cho tia vệt Quy trình kiểm nghiệm thực sau: Bước 1: Sử dụng máy đo tốc độ âm đo tốc độ âm nơi kiểm nghiệm, nhập số liệu đo vào máy đo sâu; Bước 2: Thả đĩa kiểm nghiệm xuống độ sâu nhỏ máy đo Độ sâu bảng kiểm tra xác định với độ xác 0.5cm; Bước 3: Đo độ sâu bảng kiểm tra máy đo sâu (50 Fix với giãn cách giây / fix); Bước 4: Tính độ lệch độ sâu hệ thống máy (index) hiệu độ sâu đĩa kiểm nghiệm thước (D1) với độ sâu trung bình bảng (đo máy đo sâu, sau loại số liệu sai thô) (D2); Bước 5: Nhập số hiệu chỉnh (index) tính theo công thức I = D1 - D2 vào máy đo sâu Sau bước D1 phải D2; Bước 6: Hạ bảng kiểm tra xuống nấc m với độ xác 0,5cm hết khả cho phép điều kiện khu đo (độ sâu, dòng chảy, sóng), độ sâu, dùng máy đo sâu đo 25 fix với giãn cách giây; Tính độ sâu trung bình đo sau loại số liệu độ sâu sai thô NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 Sau tiến hành đánh giá độ xác máy Kết luận: Bài báo đề xuất số phương pháp kiểm nghiệm máy định vị đo sâu đa chùm tia phục vụ công tác đo sâu, công tác được triển khai thực tế trước công trình khảo sát, kết khảo sát đảm bảo yêu cầu độ xác quy định TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hướng dẫn sử dụng máy đo sâu đa chùm tia ESM3, hãng ODOM Hydrographic (USA) [2] Hướng dẫn sử dụng phần mềm HYPACK, USA [3] Quy định kỹ thuật thành lập đồ địa hình đáy biển, Thông tư Số: 34 /2011/TTBTNMT, Bộ Tài nguyên Môi trường NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN MẶT CẮT NGANG CHO ĐÊ CHẮN SÓNG CHẮN CÁT MÁI NGHIÊNG THE PRACTICAL METHODS TO CALCULATE FOR CROSS SECTION FOR RUBBLE – MOUND SLOPE OF BREAKWATER AND JETTIES ThS NGUYỄN TRỌNG KHUÊ Bộ môn An toàn đường thủy - Khoa Công trình Tóm tắt: Qua trình nghiên cứu, tác giả xin giới thiệu số phương pháp tính toán mặt ngang cho đê chắn sóng - chắn cát kết cấu dạng mái nghiêng Abstract: Within study process, the author just wish to recommend notions the practical methods to calculate for cross section for rubble – mound slope of breakwaters and jetties Giới thiệu chung: Do tiếp xúc với môi trường biển, chịu tác động trực tiếp sóng dòng chảy nên cảng biển cửa sông cần bảo vệ Nhiều đê chắn sóng chắn cát xây dựng để bảo vệ khu nước cảng luồng Hệ thống đê chắn sóng, chắn cát công trình bảo vệ khác đóng vai trò quan trọng định tới khả khai thác khu cảng Thiết kế mặt cắt ngang tính toán kích thước yêu cầu quan trọng thiết kế công trình có dạng mái nghiêng Phương pháp nghiên cứu: Sơ đồ mặt cắt ngang đê xác định theo hình sau: NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 Hình 2.1: Sơ đồ mặt cắt ngang đê Trong kích thước viên đá lớp lót phải dảm bảo cho không bị lôi qua lớp phủ sóng dòng chảy Tương tự xác định kích thước tầng lọc ngược, ta có: D15 (phủ) ≤ D85 (lót) Trong đó: D15- đường kính viên đá chiếm 15 khối lượng mẫu; D85- đường kính viên đá chiếm 15 khối lượng mẫu Đường kính viên đá xác định theo công thức sau: W D ≈ 1,15 W  a W D≈ W  a         1/ cho lớp đá lót có đá kích thước bé; 1/ cho lớp lớp phủ có đá kích thước lớn D - đường kính viên đá; W - khối lượng viên đá; Wa - khối lượng riêng đá 2.1 Cao trình đỉnh bề rộng 2.1.1 Cao trình đỉnh đê: Cao trình đỉnh đê xác định cho thoả mãn điều kiện thông số sóng sau đê Tuỳ thuộc vào chức đê mà xác định giới hạn thông số sóng sau đê với thông số sóng tới biết, giả định cao trình đỉnh đê ta xác định thông số sóng sau đê Chọn cao trình đỉnh đê với thông số sóng tạo thành thoả mãn điều kiện cho phép Có thể xác định cao trình đỉnh đê theo công thức tiêu chuẩn Nhật Bản đê tường đứng Nếu xác định cao trình đỉnh theo điều kiện sóng tràn điều kiện sóng tràn giông phần đê tường đứng Lưu lượng sóng tràn qua đê mái nghiêng xác định sau: 2.2.1 Công thức Owen: Áp dụng cho mái dốc không thấm  q R = a exp − b C  gH S Tom HS  S om 2π γ r     (2-1) Với mái dốc thẳng, sóng nước sâu: Bảng 2.1: Bảng tra số a, b Mái dốc a 1:1 0,008 : 1,5 0,010 1:2 0,013 1:3 0,016 1:4 0,019 γr - Hệ số nhám bề mặt tra bảng: b 20 20 22 32 47 Bảng 2.2: Bảng tra số nhám NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 γr 1,0 0,8 0,7 0,5 ÷ 0,6 Loại bề mặt mái dốc - Phẳng không thấm (Bê tông, Asphalt) - Đá đổ lớp mặt không thấm - Sỏi, đệm sọt đất - Đá đổ tự chiều dày lớn 2Dn50 2.2.2 Công thức Allsop: Mái dốc thẳng, có bậc tiếp giáp với tường đỉnh Mái dốc 1:2, không thấm nước, đá đổ Hình 2.2: Sơ đồ tính toán nước tràn đỉnh đê  R q = a  C  gH S Tom  H s   S om    2π     −b (2-2) Giá trị a,b tra theo bảng sau: Bảng 2.3: Bảng tra số a, b Mặt cắt a G/HS 0,79 ÷ 1,7 G/RC 0,75 0,68 1,07 0,88 b 2,14 1,8 ÷ 3,3 c 1,07 0,79 ÷1,7 d 1,07 0,79 ÷1,7 e 0,88 0,79 ÷1,7 2.2.3 Công thức Van der meer Janssen: a.109 8,7 3,8 6,3 1,8 1,0 1,8 0,97 1,3 AC/ RC 0,28 0,21 0,39 0,32 0,38 0,71 1,00 1,00 b 3,6 4,4 3,6 3,8 2,8 3,2 2,9 3,8 Áp dụng cho mái dốc không thấm thẳng có bậc - Khi ξop <  S op R = 0,06 exp − 5,2 C  tan α H S tan α γ rγ bγ hγ β  S op q gH S     (2-3) Miền áp dụng: 0,3 < RC S op NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05  R = 0,2 exp − 2,6 c  H s γ rγ bγ hγ β gH S  q     (2-4) Các giá trị γr, γb, γh tra theo bảng phần sóng leo Khi đỉnh sóng ngắn thì: γβ = - 0,0033β; Khi đỉnh sóng dài (sóng cồn): γβ = 1,0 với 00 ≤ β ≤ 100; γβ = cos2 (β - 100) với 100 < β ≤ 500; γβ = 0,6 với 500 < β; Giá trị bé tổ hợp γ 0,5; 2.2.4 Công thức Pedesen Burcharth: Áp dụng cho mái đê dốc phủ đá, cho phép thấm, có bậc phía trước tường đỉnh H qTom = 3,2.10−  S R Lom  C  HS   A B cot α  C (2-5) Công thức thành lập với độ thấm ước lượng P = 0,4 Hình 2.3: Sơ đồ tính nước tràn đỉnh đê 2.1.2 Chiều rộng đê: Chiều rộng đê phải thoả mãn điều kiện thi công ổn định khối phủ, điều kiện khai thác -Theo điều kiện thi công để phương tiện lại mặt đê cần phải có bề rộng tối thiểu Trong trường hợp dùng phương tiện chiều rộng đê không cần xét đến điều kiện thi công -Theo điều kiện ổn định sóng tràn bề rộng tối thiểu lớp phủ (thường lấy 4) xác định theo công thức sau; 1/ W  B = n.K ∆   W   a (2-6) B- bề rộng đê; n - số khối phủ; K∆- hệ số tra bảng; NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 W - khối lượng khối phủ; Wa - khối lượng riêng khối phủ Trong trường hợp sóng tràn bề rộng đê xác định theo điều kiện thi công khai thác, phục vụ cho công tác tu -Điều kiện khai thác: đủ rộng cho giao thông vận chuyển hàng hoá 2.2 Chiều dày lớp phủ lớp lót: Chiều dày lớp phủ lớp lót xác định theo công thức: 1/ W  r = n.K ∆  W    a (2-7) Các tham số công thức tương tự tính bề rộng đỉnh Số khối xắp xếp đơn vị diện tích xác định theo công thức sau: Na P  Wa   = n.K ∆ 1 −   A  100  W  2/3 (2-8) Trong đó: r - chiều dày trung bình lớp phủ lớp lót; n - số lớp (Thông thường n=2); Na - số khối phủ đơn vị diện tích A; P - hệ số rỗng vật liệu phủ mái, tra bảng Với trường hợp đá đổ hỗn hợp, bề dày phải ≥ 0,3m chọn giá trị lớn từ hai công thức sau: 1/ W  r = 2,0 30  W   a  (2-9) W50- khối lượng viên đá chiếm 50% khối lượng mẫu W r = 1,25 max  W  a 1/     (2-10) Wmax- khối lượng viên đá nặng Với đá đổ hỗn hợp tổng khối lượng đơn vị diện tích xác định sau: WT P   = r.Wa 1 −  A  100  (2-11) WT- khối lượng đá A đơn vị diện tích Kết luận: - Về tính toán kích thước đê chắn cát mái nghiêng: Hiện có nhiều công thức xác định kích thước mặt cắt ngang đê mái nghiêng, nhiều công thức đưa vào quy phạm thiết kế nhiều nước Mọi công thức xây dựng sở thực nghiệm, phụ thuộc vào thông số sóng, taluy, vật liệu chế tạo đặc trưng hình dạng kích thước loại khối NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05 - Xét phương pháp tính toán, thấy SPM 1984 CEM 2000 cung cấp nhiều công thức tính tác giả khác nhau, hệ số công thức tính mô tả chi tiết thông qua hàm xấp xỉ So sánh phương pháp quy phạm tính Chỉ tiêu so sánh Các phương pháp tính SPM 1984 CEM 2000 Các công thức tính toán kích quy phạm cũ - Chỉ xét với kết cấu - Nghiên cứu đa dạng, nhiều thước bản, công thức loại kết cấu - Kết lớn hơn, thiên độ - Kết nhỏ an toàn cho công trình Từ nhận xét trên, thiết kế tính toán, người thiết kế cần lựa chọn loại kết cấu đáp ứng yêu cầu khai thác sử dụng Đồng thời loại kết cấu, việc lựa chọn hợp lý công thức phương pháp tính toán phù hợp cần thiết Tuy nhiên, điều kiện thời gian nên đề tài số hạn chế sau: - Chưa có điều kiện phân tích khác biệt công thức việc tính toán công trình đê mái nghiêng theo phương pháp tính quy phạm khác 22TCN 222-95, SPM1984, CEM 2000 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1 ] 22TCN 222-95 Tải trọng tác động (do sóng tàu) lên công trình thủy Tiêu chuẩn thiết kế (1995) Bộ Giao thông Vận tải [2 ] Phạm Văn Giáp, Nguyễn Hữu Đẩu, Nguyễn Ngọc Huệ, Đinh Đình Trường (2000) Bể cảng đê chắn sóng NXB Xây dựng [3 ] Nguyễn Tiến Lam (2008) Tính đặc trưng sóng từ gió theo SPM 1984 Khoa kỹ thuật bờ biển Đại học Thủy Lợi [4 ] U.S Army Corps of Engineers (2000), Coastal Engineering Manual, Department of the Army, Washington, DC [5 ] U.S Army Corps of Engineers (1963), Design of Breakwaters and Jetties, Department of the Army, Washington, DC [6 ] Kasumigaseki, Chiyoda-ku, The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan (2002), Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan, Tokyo, Japan NBH: 01/01/2014-REV:01 10 BM.02-QT.KHCN.05 2) Tính ổn định theo Geoslope Hình 7: Tính toán kiểm tra ổn định theo Geoslope Kết tính toán cho thấy công trình hoàn toàn đảm bảo điều kiện ổn định [4] Khái toán kinh phí xây dựng Bảng tổng hợp khái toán xây lắp cho 1m dài đê STT I Khoản mục chi phí Ký hiệu Cách tính Thành tiền CHI PHÍ TRỰC TIẾP Chi phí Vật liệu VL A 46.744.669 + Theo đơn giá trực tiếp A1 Bảng dự toán hạng mục 46.744.669 Chi phí Nhân công NC B 39.052.903 + Theo đơn giá trực tiếp B1 Bảng dự toán hạng mục 39.052.903 Chi phí Máy thi công M C 5.076.585 + Theo đơn giá trực tiếp C1 Bảng dự toán hạng mục 5.076.585 Chi phí trực tiếp khác TT (VL + NC + M) x 2% 1.817.483 Cộng chi phí trực tiếp T VL + NC + M + TT 92.691.640 II CHI PHÍ CHUNG C T x 5% 4.634.582 III THU NHẬP CHỊU THUẾ TÍNH TRƯỚC TL (T+C) x 5,5% 5.352.942 Chi phí xây dựng trước thuế G (T+C+TL) 102.679.164 IV THUẾ GIÁ TRỊ GIA TĂNG GTGT G x 10% 10.267.916 Chi phí xây dựng sau thuế Gxdcpt G+GTGT 112.947.080 V Chi phí xây dựng lán trại, nhà tạm Gxdnt Gxdcpt x 1% 1.129.471 VI TỔNG CỘNG Gxd Gxdcpt + Gxdnt 114.076.551 Bằng chữ : Một trăm mười bốn triệu không trăm bảy mươi sáu nghìn năm trăm năm mươi mốt đồng chẵn./ Tổng kinh phí xây dựng cho toàn tuyến đê 22,3km: 2.544 tỷ đồng So sánh với tổng kinh phí dự kiến [1] 7.500 tỷ đồng cho thấy giải pháp kết cấu đề xuất ứng dụng vào thực tế chắn đem lại hiệu cao kinh tế kỹ thuật Kết luận NBH: 01/01/2014-REV:01 125 BM.02-QT.KHCN.05 Kết cấu khối rỗng đề xuất, làm việc vừa theo nguyên lý móng nông, vừa theo nguyên lý móng sâu, thích hợp sử dụng cho công trình đê xây dựng vùng địa chất yếu, đem lại hiệu cao kinh tế - kỹ thuật Ngoài kết cấu ứng dụng cho số loại công trình khác điều kiện địa chất tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hội thảo xin ý kiến kết cấu đê quai lấn biển Tiên Lãng, HP, 27/10/2011; [2] Nguyễn Văn Ngọc; Phân tích số dạng kết cấu đê biển đề xuất dùng cho đê Nam Đình Vũ; Tạp trí KHCNHH, 2016; [3] Nguyễn Văn Ngọc; Chủ nhiệm thiết kế sở Dự án đầu tư xây dựng tuyến đê biển Nam Đình Vũ, HP 02/2011; [4] Nguyễn Văn Ngọc; Nghiên cứu số hình thức đê quai lấn biển, ứng dụng cho đê quai Tiên Lãng; Đề tài NCKH cấp trường, tháng 4/2016 NBH: 01/01/2014-REV:01 126 BM.02-QT.KHCN.05 ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH ĐẲNG HÌNH HỌC TRONG BÀI TOÁN BIẾN DẠNG PHẲNG CỦA LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI APPLICATION OF ISOGEOMETRIC ANALYSIS IN PLANE STRAIN THS PHẠM QUỐC HOÀN Khoa Công trình -Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Bài báo trình bày tổng quan phương pháp phân tích đẳng hình học ứng dụng phương pháp tính toán toán phẳng lý thuyết đàn hồi Abstract In this paper, we present an overview of Isogeometric analysis method and the its application in plane strain of two-dimensional elasticity Key words: isogeometric, plane strain, two-dimensional elasticity Đặt vấn đề Phương Phương pháp số hay gọi giải tích số môn khoa học chuyên nghiên cứu cách giải gần đúng, đa phần phương trình, toán xấp xỉ hàm số toán tối ưu Ngày này, pháp tính số phát triển mạnh mẽ trở thành công cụ để giải toán toán khoa – học kỹ thuật phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên, phương pháp phân tích đẳng hình học Trong phương pháp phân tích đẳng hình học phương pháp phát triển với nhiều ưu điểm có khả ứng dụng cao toán liên quan đến kết cấu Tổng quan IGA hình học Nurb Phương pháp phân tích đẳng hình học “Isogeometric analysis” hay viết tắt IGA giáo sư T.Huges cộng đưa vào năm 2005 dựa ý tưởng sử dụng hàm mô phần mềm CAD cho việc chia lưới chia phần tử tính toán phương pháp phần tử hữu hạn Khác với phần tử hữu hạn sau xây dựng mô hình phần mềm CAD cần có bước chia lại lưới sau chuyển qua trình phân tích tối ưu hóa kết cấu, IGA sử dụng mô hình kết cấu từ CAD bước phân tích tối ưu hóa kết cấu IGA sử dụng trực tiếp mô hình từ CAD, thay sử dụng đa thức Lagrange cho việc xấp xỉ hình học chuyển vị sử dụng B – Spline Nurbs (Non uniform rational B-Spline) 2.1 Vector nút (knot vector) hàm sở B – Spline hàm sở dùng để biểu diễn đường cong từ năm 1972 Nurbs dạng tổng quát hóa đường cong B – Spline với khả biểu diễn xác đường “conic” ( đường tròn, đường elip) Nurbs bắt đầu sử dụng thiết kế kỹ thuật từ năm 1972 Ban đầu Nurbs ưu tiên lĩnh vực xe hơi, hàng không, ngày Nurbss có mặt tất gói CAD chuẩn { } Véc tơ Knot (hay gọi véc tơ nút) Ξ = ξ1 , ξ2 , , ξn + p +1 chuỗi giá trị tham số không giảm, ξI < ξi+1, i = ÷ n + p + 1; ξi ∈ R knot (nút) thứ i, i gọi số nút, p bậc hàm sở n số hàm sở sử dụng để xây dựng đường cong B – Spline NBH: 01/01/2014-REV:01 127 BM.02-QT.KHCN.05 Trong trường hợp tổng quát, đường cong B-spline không qua hai điểm điều khiển đầu cuối, qua điểm knot đầu cuối có bội p+1 vector knot gọi vector knot mở Hiện nay, thông thường thiết kế đường cong, yêu cầu định rõ điểm đầu điểm cuối nên vector knot chương trình CAD mở Nếu cho véc tơ Knot hàm sở định nghĩa đệ quy bắt đầu với p =  ξi ≤ξ Ni , p (ξ ) = ξi + p +1 −ξ ξ −ξi Ni , p −1 (ξ ) + Ni +1, p −1 (ξ ) ξi + p −ξ ξi + p +1 −ξi +1 (2) 2.2 Đường cong bề mặt B - Spline Đường cong B – Spline xác định tổ hợp tuyến tính điểm điều khiển hàm sở tương ứng n C(ξ ) = ∑ Ni , p (ξ ) Pi i =1 (3) Pi: điểm điều khiển (control point) thứ i; N i , p (ξ ) : hàm sở B – Spline thứ i có bậc p Bề mặt B – Spline định dựng tích ten xơ hàm sở B – Spline chiều, hai vector Knot lưới điểm điều khiển P i,j hai chiều nxm: (4) M N hàm sở B – Spline theo phương ξ η tương ứng Bề mặt B – Spline định nghĩa sau: (5) NA(ξ,η): hàm dạng liên quan đến nút A 2.3 Hình học Nurb Hình học Nurbs tổng quát hóa hình học B – Spline Tương tự đường S - pline, đường Nurbs bậc p định nghĩa bởi: n C(ξ )= ∑ Ri , p (ξ )Pi i =1 (6) N i ,p (ξ )ωi R (ξ ) = i ,p n ∑ N i ,p (ξ )ωi i =1 ωi: trọng số Ri,p: hàm hữu tỷ chiều Trọng số đại lượng vô hướng lớn không, trọng số không thiết phải nhau, tất trọng số Nurbs trở thành B – Spline NBH: 01/01/2014-REV:01 128 BM.02-QT.KHCN.05 Còn mặt Nurbs, hàm sở hữu tỉ hai chiều biểu diễn sau: N i ,p (ξ )M j ,q (η )ωi , j p,q R (ξ ,η )= i ,j n m ∑ ∑ N i ,p (ξ )M j,q (η )ωi , j i =1 j =1 (7) 2.4 Các phương pháp làm mịn lưới hình học Ta có phương pháp làm mịn lưới sau - Phương pháp làm mịn lưới h: thực thông qua kỹ thuật chèn knot mà giữ nguyên bậc hàm sở Khi thực theo phương pháp làm mịn h vector knot biến đổi tương ứng Ví dụ chèn thêm nút vào Ξ = { 0,0,0,1,1,1} ta vecter knot Ξ = { 0,0,0,0.51,1,1} , hàm sở thay đổi tương ứng Hình Hàm sở làm mịn sau chèn them knot - Phương pháp làm mịn lưới p: thực thông qua kỹ thuật tăng bậc hàm sở dùng biểu diễn hình học, trình tăng bậc bội knot tăng lên không thêm giá trị knot Hình Hàm sở làm mịn sau tăng bậc - Phương pháp làm mịn lưới k: Khác với phương pháp làm mịn h và p, phương pháp làm mịn k phương pháp so với phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp làm mịn k tăng độ mịn lưới cách vừa tăng bậc hàm sở vừa chèn thêm nút để đảm bảo tính liên tục hàm sở không giảm NBH: 01/01/2014-REV:01 129 BM.02-QT.KHCN.05 Hình Phương pháp làm mịn k Giải toán phẳng lý thuyết đàn hồi theo phương pháp phân tích đẳng hình học 3.1 Dạng yếu dạng mạnh Dạng mạnh toán phẳng phát biểu sau: cho g điều kiện biên “Drichlet” hay gọi điều kiện biên điều kiện biên hình học: u = u biên điều kiện biên “Neumann” hay gọi điều kiện biên tự nhiên điều kiện biên lực biên q = q yêu cầu tìm u cho (8) σ = D∇ su (9) Dạng yếu viết sau: cho g điều kiện biên “Drichlet” hay gọi điều kiện biên điều kiện biên hình học: u = u biên điều kiện biên “Neumann” hay gọi điều kiện biên tự nhiên điều kiện biên lực biên q = q yêu cầu tìm u cho với hàm thử (hàm trọng số) δu: T T T ∫Ω (∇ sδ u ) D∇ sud Ω= ∫Γt δ u qd Γ+ ∫Ω δ u gd Ω (10) 3.2 Phương trình ma trận, ma trận độ cứng vector lực cục Phương trình ma trận phương pháp phân tích đẳng hình học phương pháp phần tử hữu hạn có dạng nhau; Kd = F K: ma trận độ cứng, d: vector chuyển vị; F: vector lực nút; NBH: 01/01/2014-REV:01 130 BM.02-QT.KHCN.05 Ma trận độ cứng vector lực cục sau: k f e e =  kab  = ∫Ω ( Ba ( x ))T DBb ( x ) d Ω     e e e =  f a  = ∫Ω N a ( x ) gd Ω + ∫Γ N a ( x ) qd Γ     e t (11,12) Trong  ∂N a   ∂x  Ba =    ∂N a   ∂y    ∂N a   ∂y  ∂N a   ∂x  (13) Để đưa vào lập trình k e = ∫Ω BT DBd Ω e  ∂N1   ∂x B=  ∂N    ∂y ∂N ∂x ∂N ∂y (14) ∂N nen ∂x 0 ∂N1 ∂x ∂N ∂x ∂N nen ∂y     ∂N nen   ∂x   f e = ∫Ω N T gd Ω+ ∫Γe N T gd Γ e t (15) (16) Trong N ma trận hàm dạng định nghĩa cho toán hai chiều sau:  N N N nen N = 0 0 0 0  N1 N N nen   (17) nen: số lượng hàm dạng phần tử 3.3 Áp dụng phương pháp đẳng hình học toán ống dày chịu áp lực phân bố Xét ứng suất ống dày có đường kính b đường kính a có mặt mặt chịu áp lực phân bố phía bên n goài P a Pb Giá trị ứng suất ống tính toán theo giải tích sau: Pa a − Pbb b a ( Pa − Pb ) σr = + 2 b2 − a2 r (b − a ) (18) Pa a − Pbb b a ( Pa − Pb ) − 2 b2 − a r (b − a ) (19) σθ = Ứng dụng tính toán cho đường ống dẫn chất lỏng thành dày chịu áp lực bên bên thành ống cụ thể trường hợp đồng ống Dự án khí điện đạm Cà mau sau: Bán kính a = 21,11cm; Bán kính b = 22,86cm; Áp lực bên thành ống Pb = 50T/m2 = 500 kN/m2 = 0.5 kN/cm2; Áp lực thành ống Pa = 14,76 MPa = 1,476 kN/cm2 Mô đun đàn hồi E = 20700 kN/cm2, hệ số nở hông 0,3 NBH: 01/01/2014-REV:01 131 BM.02-QT.KHCN.05 Đường ống có chiều dài lớn so với kích thước tiết diện nên tính toán theo lý thuyết toán biến dạng phẳng Lý thuyết đàn hồi, tính chất đối xứng ta cần tính toán cho ¼ mô hình Sử dụng IGA với số lượng phần tử theo phương 2x2 Hình Mô hình hóa theo phương pháp IGA Để so sánh với phương pháp phần tử hữu hạn ta tiến hành tính toán cho ¼ mô hình phần mềm Sap 2000 số lượng phần tử 4x2 đồng thời chia lưới ảo 2x2 Hình Mô hình hóa Sap2000 Kết tính toán bán kính trung bình so sánh với lý thuyết cho bảng sau NBH: 01/01/2014-REV:01 132 BM.02-QT.KHCN.05 Bảng Kết đo chiều cao sóng LTĐH Góc mở π/8 π/4 3π/8 π/2 σxx -0.95 0.83 5.15 9.47 11.26 IGA σyy 11.26 9.47 5.15 0.83 -0.95 σxx -0.95 0.84 5.16 9.48 11.26 σyy 11.26 9.48 5.15 0.83 -0.95 Sap2000 σxx σyy 0.14 18.85 1.91 14.55 8.31 8.31 14.55 1.91 18.85 0.14 Kết luận Phương pháp phân tích đẳng hình học toán phẳng lý thuyết đàn hồi cho kết tương đối xác so với lý thuyết đàn hồi số lượng phần tử nhỏ nhiều so với tính toán phương pháp phần tử hữu hạn So với phương pháp phần tử hữu hạn việc sử dụng hàm sở B – Spline Nurb đặc biệt có hiệu tính toán cho vật thể có hình dạng cong TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Ngọc (2012), Bài giảng đại học Cơ học môi trường liên tục, Đỗ Văn Hiến, Châu Nguyên Khánh, and Nguyễn Xuân Hùng, "Isogeometric analysis of plane-curved beams," presented at the Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc, Đà Nẵng, 2015 Nguyễn Xuân Hùng (2014), Isogeometric analysis, from theory to application, VGU Nguyễn Xuân Hùng (2015), Phân tích đẳng hình học cầu nối hợp mô hình mô thiết kế, NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh NBH: 01/01/2014-REV:01 133 BM.02-QT.KHCN.05 ỔN ĐỊNH BỀN CỦA HỆ THỐNG NEO CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM, ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KIỆN BIỂN VIỆT NAM DYNAMIC MOORING ANALYSIS OF SEMI- SUBMERSIBLE OIL PLATFORM AND ITS APPLICATION TO VIETNAM’S SEA CONDITION TS NGUYỄN HOÀNG Khoa Công trình- Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam Tóm tắt Trong báo này, tác giả nghiên cứu, đánh giá ổn định bền động hệ dây neo giàn bán chìm điều kiện biển Việt Nam Mô hình bền động hệ neo tính toán, phân tích cách đầy đủ miền thời gian Module ANSYS- AQWA Kết tính toán áp dụng vào thiết kế hệ neo giàn bán chìm nói riêng công trình biển di động nói chung Abstract In this paper, the authors analyzed the dynamics mooring systems of semi-submersible oil platform with Vietnam’s sea condition Stability of mooring was fully analyzed by Module Hydrodynamics Response – ANSYS AQWA on the full time Result of calculating is use for designing semi-submersible Key words: Quasi- dynamics, total dynamics, mooring systems, semi oil platform, PiersonMoskowitz, Đặt vấn đề Trong trình thiết kế công trình biển bán chìm, tính toán ổn định công trình điều kiện biển khác toán phức tạp, công trình làm việc vùng nước sâu điều kiện thời tiết khắc nghiệt Trong việc giữ ổn định công trình thời kỳ làm việc, hệ neo đóng vai trò quan trọng Dưới tác động tải trọng môi trường: sóng, gió, dòng chảy… hệ neo bị dao động liên tục, việc dao động kết hợp với việc chuyển vị lực trôi dạt làm cho hệ neo bị căng, gọi lực căng thiết kế Khi tỷ số lực đứt tới hạn lực căng thiết kế lớn hệ số an toàn tính bền dây neo, hệ dây neo đạt ổn định bền Hình Cấu tạo chung công trình biển bán chìm NBH: 01/01/2014-REV:01 134 BM.02-QT.KHCN.05 Phương pháp luận để kiểm tra bền hệ thống neo công trình [1, 2] Phương trình chuyển động công trình sau: (1) Trong đó: [M]: Ma trận khối lượng (ma trận quán tính); [ma]: Ma trận khối lượng nước kèm [B]: Ma trận cản; [K]: Ma trận độ cứng hệ, xác định từ đặc trưng thủy tĩnh vật thể, độ cứng phụ thêm hệ neo nước dằn U, U’, U’’: Là véc tơ chuyển động, vận tốc gia tốc chuyển động giàn bán chìm Fexc: Các lực tác động cưỡng đến từ sóng tới sóng nhiễu xạ Phản ứng X kết cấu (RAO) tác dụng sóng ngẫu nhiên tổng tất phản ứng thành phần cấu thành sóng ngẫu nhiên tạo nên: (2) Hàm truyền (phức) thứ j phản ứng Xj kết cấu Động lực học dây neo- Phân tích đầy đủ miền thời gian Phương pháp áp dụng cho việc neo giữ vùng nước sâu điều kiện thời tiết khắc nghiệt Trong phần nghiên cứu này, tác giả sử dụng module chương trình Hydrodynamics Response- ANSYS- AQWA Bước thời gian tính động 0,02 giây cần thiết để đạt tín hiệu đầu tốt lực căng động dây neo, chí cần phải giảm thêm trường hợp đặc biệt Hệ số an toàn tính bền dây neo: (3) Trong đó: TBr lực đứt tới hạn dây cho số liệu đầu vào; [SF] hệ số an toàn nhỏ lấy theo quy phạm [3] Trong toán [SF]= 1,67 Lực căng thiết kế dây neo theo miền thời gian TD, phải tính toán thực mô (10800 giây) trạng thái biển tính toán Áp dụng tính toán Trong phần áp dụng tính toán này, tác giả tiến hành nghiên cứu tính toán, đánh giá độ bền cho hệ thống neo công trình biển bán chìm chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên, phổ sóng nghiên cứu phổ P_M, với thông số sóng ứng với điều kiện bão cực đại 100 năm Chiều cao sóng: Hs= 8.0 m; Tz= 10.4 s ; độ sâu nước d= 1829 m Sơ đồ bố trí hệ neo dây, neo quanh công trình hình minh họa Chiều dài dây neo 2140 m NBH: 01/01/2014-REV:01 135 BM.02-QT.KHCN.05 a) b) Hình Sơ đồ bố trí hệ neo công trình biển bán chìm a- Hướng song song với mặt biển; b- Phối cảnh không gian công trình- hệ neo Hình Phổ sóng P_M Hình Đường mặt sóng theo thời gian NBH: 01/01/2014-REV:01 136 BM.02-QT.KHCN.05 Kết tính toán lực căng dây neo theo thời gian t (s) thể hình sau: Hình Lực căng thiết kế cáp neo theo miền thời gian (t= 10800s; Δt= 0,02s) Hình Lực căng thiết kế cáp neo theo miền thời gian (t= 10800s; Δt= 0,02s) Hế số an toàn tính bền dây neo cho cáp lập bảng sau: Bảng 1.1- Lực căng thiết kế hệ số an toàn tính bền dây neo CÁP NEO TD(N) TBr (N) SF 1129514.38 1951355.88 1211495.00 771398.00 704930.06 1723103.50 1847830.75 3569328.75 6514500.00 6514500.00 6514500.00 6514500.00 6514500.00 6514500.00 6514500.00 6514500.00 5.77 3.34 5.38 8.45 9.24 3.78 3.53 1.83 Kết luận: NBH: 01/01/2014-REV:01 137 BM.02-QT.KHCN.05 Nhìn vào kết bảng 1-1 ta nhận thấy rằng, hầu hết dây neo đểu đạt điều kiện bền trình khai thác biển, với điều kiện khắc nghiệt Các hệ số an toàn tính bền dây neo cao so với hệ số an toàn cho phép Do đó, ta nghiên cứu đưa hệ số an toàn giá trị quanh để tăng điều kiện kinh tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Franck Legerstee (Bureau Veritas) Mooring Course Shanghai 2001: 55p [2] Phạm Hiền Hậu Phân tích tựa động động ngẫu nhiên hệ thống dây neo trạm chứa rót dầu (FPSO) điều kiện mỏ Bạch Hổ dựa phần mềm Hydrostar Ariane 3-D Tạp chí Dầu khí 2009; 9: Trang 35-42 [3] Bureau Veritas (Bureau Veritas) Quasi- Dynamic analysis of mooring systems using ARIANE software Guidance Note NI 461 DTO R00 E, Bureau Veritas, Paris 1998 NBH: 01/01/2014-REV:01 138 BM.02-QT.KHCN.05 MỤC LỤC Việt Nam quốc gia có hệ thống sông ngòi đa dạng phong phú đặc biệt dọc theo bờ biển Việt Nam có 100 cảng biển lớn nhỏ phục vụ cho tàu nội địa quốc tế, có khoảng 48 vụng, vịnh, 112 cửa sông, cửa lạch đổ biển Và đặc biệt dọc theo chiều dài 3000 km bờ biển Việt Nam có khoảng 39 cảng biển lớn 73 khu bến với 40 tuyến luồng hàng chỉnh có tổng chiều dài gần 800km Do đó, việc nghiên cứu yếu tố địa hình khí tượng tuyến luồng Hàng hải vô cần thiết quan trọng, có ý nghĩa định đến việc đầu tư phát triển xây dựng sở hạ tầng công trình ven bờ, có ý nghĩa phục vụ cho việc thiết kế xây dựng hệ thống luồng giao thông hàng hải cho phù hợp Trong báo tác giả đưa nghiên cứu đánh giá dạng địa hình tuyến luồng yếu tố khí tượng từ khu vực Bắc Trung Bộ đến Nam Trung Bộ Việt Nam 11 ASSESSMENT OF THE EFFECT OF NON-LINEAR CREEP ON CRACK DEVELOPMENT IN CONCRETE 51 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BIỂN DẠNG KHUNG CHỊU TẢI TRỌNG SÓNG NGẪU NHIÊN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 CALCULATING THE ROCKFILL VOLUMES 113 IN CLOSURE-DAM CONSTRUCTION BY DIFFERENT METHODS .113 Phương Phương pháp số hay gọi giải tích số môn khoa học chuyên nghiên cứu cách giải gần đúng, đa phần phương trình, toán xấp xỉ hàm số toán tối ưu Ngày này, pháp tính số phát triển mạnh mẽ trở thành công cụ để giải toán toán khoa – học kỹ thuật phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên, phương pháp phân tích đẳng hình học Trong phương pháp phân tích đẳng hình học phương pháp phát triển với nhiều ưu điểm có khả ứng dụng cao toán liên quan đến kết cấu 127 NBH: 01/01/2014-REV:01 BM.02-QT.KHCN.05