i ii

S N ( ch biên ) – LÃ C VI T

C s thi t k và thi công công trình bi n c nh

NHÀ XU T B N I H C QU C GIA HÀ N I

c l c

Danh m c các ch vi t t t i nói u

Ch ng 1 Khái quát v công trình bi n 1.1 Phân lo i công trình bi n và ph m vi môn h c 1.1.1 Phân lo i công trình bi n 1.1.2 Ph m vi môn h c 1.2 C u t o công trình bi n c nh thép 1.3 C u t o công trình bi n c nh bê tông c t thép 1.4 Các yêu c u i v i thi t k và thi công công trình bi n c

nh 1.4.1 Xem xét v khai thác s d ng 1.4.2 Xem xét v môi tr ng 1.4.3 Nguyên t c thi t k 1.4.4 Các nh ngh a 1.4.5 H s tài li u Ch ng 2 Các d li u cho tính toán thi t k công trình

bi n c nh 2.1 Các y u t môi tr ng tác ng lên công trình bi n c nh 2.1.1 Khái quát

iii iv

2.1.2 Gió 2.1.3 Sóng 2.1.4 Dòng ch y 2.1.5 Th y tri u 2.1.6 Nhi t 2.1.7 Hà bi n 2.1.8 ng t 2.1.9 a hình và a ch t công trình 2.2 T i tr ng thi t k và ph ng pháp xác nh 2.2.1 T i tr ng thi t k 2.2.2 Xác nh t i tr ng thi t k 2.2.3 Các h s và các t h p t i tr ng thi t k trong ph ng

pháp h s riêng ph n 2.2.4 Các t h p t i tr ng thi t k trong ph ng pháp ng su t

cho phép 2.3 Các yêu c u v v t li u Ch ng 3 Mô hình hoá k t c u và t i tr ng, tính toán l a

ch n ph ng án 3.1 Mô hình hoá k t c u và t i tr ng 3.1.1 Mô hình hoá k t c u 3.1.2 Mô hình hoá t i tr ng 3.1.3 Mô hình hoá k t c u công trình bi n thép 3.1.4 Mô hình hoá công trình bi n bê tông tr ng l c 3.2 Tính toán l a ch n ph ng án 3.2.1 Khái quát 3.2.2 Thi t l p và gi i bài toán l a ch n ph ng án k t c u 3.2.3 Tính toán k t c u b ng ph ng pháp PTHH

3.2.4 L a ch n ph ng án k t c u thép 3.2.5 L a ch n ph ng án k t c u bê tông c t thép ng su t

tr c Ch ng 4 Thi t k k t c u công trình bi n thép 4.1 Các ph ng pháp thi t k k t c u thép 4.1.1 Thi t k theo ph ng pháp h s riêng ph n 4.1.2 Thi t k theo ph ng pháp ng su t cho phép 4.2 Thi t k ph n t và m i n i ng 4.2.1 Khái quát 4.2.2 ng su t cho phép i v i ph n t tr 4.2.3 ng su t t h p c a ph n t tr 4.2.4 S chuy n ti p hình côn 4.2.5 Liên k t nút 4.2.6 Phân tích m i 4.3 Tính toán móng c c 4.3.1 C c cho các công trình d ng khung thép 4.3.2 Xác nh s c ch u t i c a c c ch u t i tr ng d c tr c 4.3.3 Ph n ng àn h i c a c c i v i t i tr ng d c tr c 4.3.4 Ph n ng c a c c ch u t i tr ng ngang chu k 4.4 Ch ng n mòn cho công trình bi n thép 4.4.1 Khái quát 4.4.2 S n ph 4.4.3 B o v ca-t t Ch ng 5 Thi t công trình bi n bê tông c t thép 5.1 Các tham s thi t k c a bê tông và thép 5.1.1 Các tham s thi t k c a bê tông

v vi

5.1.2 Các tham s thi t k c a thép 5.2 Ph ng pháp thi t k công trình bi n bê tông c t thép 5.2.1 Khái quát 5.2.2 Tr ng thái gi i h n c c i 5.2.3 Tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c 5.2.4 Tr ng thái gi i h n m i 5.2.5 Tr ng thái gi i h n phá h y l y ti n 5.3 Tính toán móng công trình bi n bê tông c t thép 5.4 Ch ng n mòn cho công trình bi n bê tông c t thép Ch ng 6 Thi công k t c u công trình bi n thép 6.1 Ch t o k t c u thép trên bãi l p ráp 6.1.1 t v n 6.1.2 Các quy nh 6.1.3 Thanh tra và ki m tra 6.1.4 Ch t o k t c u thép 6.2 Các ph ng pháp h thu k t c u thép 6.2.1 Khái quát 6.2.2 Các thao tác nâng h 6.2.3 B trí neo bu c k t c u và các thao tác tr ng thái n i 6.3 V n chuy n và d ng l p ngoài kh i 6.3.1 V n chung 6.3.2 Thao tác di chuy n giai n u 6.3.3 V n chuy n trên bi n 6.3.4 Các thao tác trên bi n giai n cu i

Ch ng 7 Thi công công trình bi n bê tông c t thép 7.1 Ch t o k t c u bê tông c t thép công trình bi n tr ng l c 7.1.1 V t li u và th nghi m v t li u 7.1.2 Công tác ván khuôn 7.1.3 C t thép và thép c u t o 7.1.4 Tr n bê tông và v a 7.1.5 V n chuy n, , m và d ng h bê tông 7.1.6. Hoàn thành các h th ng t o d ng l c 7.1.7 Công tác hi u ch nh, s a ch a 7.1.8 Ch ng n mòn 7.1.9 H s tài li u hoàn công 7.2 V n chuy n và ánh chìm k t c u công trình bi n tr ng l c 7.2.1 Khái quát 7.2.2 Thao tác làm n i 7.2.3 V n chuy n trên bi n 7.2.4 Thao tác trên bi n giai n cu i Tài li u tham kh o Các ph l c: Ph l c A d ng SAP-2000 trong tính toán thi t k công trình

bi n Ph l c B t s tính toán khi thi công và di chuy n k t c u

trên bi n

vii viii

Danh m c các ch vi t t t TCVN – Tiêu chu n Vi t Nam TCQP – Tiêu chu n, Quy ph m DKI – Tr m D ch v Kinh t và Khoa h c-K thu t API – American Petrolium Institute (Vi n D u khÍ Hoa K ) DNV – Det Norske Veritas (Quy ph m- ng ki m Na Uy) ULS – Ultimate Limit States (Tr ng thái gi i h n c c i) SLS – Serviseability Limit States (Tr ng thái gi i h n s d ng) FLS – Fatigue Limit States (Tr ng thái gi i h n m i) PLS – Pregrassive Limit States (Tr ng thái gi i h n l y ti n) MSP – Giàn khoan bi n c nh HAT – Highest Astronomical Tide (Tri u thiên v n cao nh t) LAT – Lowest Astronomical Tide (Tri u thiên v n th p nh t) MWL – Mean Water Level (M c n c trung bình) SWL – Still Water Level (M c n c t nh) NS – Normal Strength (C ng th ng) HS – High Strength (C ng cao) EHS – Extreme High Strength (C ng siêu cao) AISC – American Institute of Steel Construction (Vi n K t c u

thép Hoa K ) API RP2A - WSD – API Recommended Practice 2A - Workable Stresses Design (Quy ph m Hoa K ) SCF(s) – Các h s t p trung ng su t

I NÓI U

Nh m m c ích ào t o k s công ngh , khoa C h c k thu t và t ng hoá thu c tr ng i h c Công ngh , i h c Qu c gia Hà N i ch tr ng m r ng s hi u bi t cho sinh viên v các v n công ngh ang c s d ng r ng rãi trong th c t , c bi t là công ngh công trình bi n v i các môn h c nh : Thi t k và thi công công trình bi n; Công trình bi n ven b : ê - c ng và ng ng - b ch a; Công trình bi n kh i và tin c y...

Thi t k và thi công công trình bi n là môn h c nh m cung c p cho sinh viên các ki n th c v vi c ng d ng các môn C h c k thu t tính toán thi t k và thi công các công trình xây d ng nói chung và c bi t là công trình bi n, lo i công trình th ng ph i ch u các tác ng kh c nghi t c a t i tr ng và môi tr ng bi n, òi h i ph i có các quy trình phân tích phù h p trên c s s d ng các công ngh xây d ng hi n i.

Trong nh ng n m qua các tác gi ã tr c ti p gi ng d y môn c: Thi t k và thi công công trình bi n. Vì v y, ã chu n b và biên

so n giáo trình này nh m làm h c li u chính cho sinh viên khoa C c k thu t và t ng hoá tr ng i h c Công ngh , i h c

Qu c gia Hà N i nói riêng và tài li u tham kh o cho sinh viên các tr ng i h c c ng nh các k s liên quan n Thi t k và thi công công trình nói chung.

ix x

Giáo trình c so n th o theo c ng môn h c ã c phê duy t d a trên các c s lý thuy t c a C h c k thu t nh : S c b n

t li u, C h c k t c u, C h c bi n kh i (Offshore Mechanics),... i các Tiêu chu n quy ph m chính th ng, trong ó có Tiêu chu n

Vi t Nam v “Thi t k , Thi công và Ki m tra b o d ng công trình bi n c nh trên th m l c a Vi t Nam”- TCVN 6170: phát hành t

m 1996 n n m 2002, và trên c s kinh nghi m th c t mà các tác gi ã nhi u n m (1988-2005) tri n khai áp d ng t i các n v thu c T p oàn D u khí Vi t Nam, liên quan n xây d ng công trình khai thác d u khí bi n nh : Công ty Thi t k và xây d ng d u khí, Xí nghi p Liên doanh d u khí Vietsovpetro, và thu c B Qu c phòng nh : Quân ch ng H i quân, Ban Qu n lý d án các công trình DKI...

Giáo trình c biên so n thành b y ch ng. Ch ng 1.- Khái

quát v công trình bi n. ây t p trung vào các công trình bi n c nh ngoài kh i (Fixed offshore structures) b ng v t li u thép và bê

tông c t thép, ng th i nêu rõ yêu c u v thi t k và thi công các công trình bi n lo i này. Ch ng 2.- Các thông tin c n cho tính toán thi t k công trình bi n c nh. Trong ch ng này ã i sâu vào các

u t môi tr ng bi n và tác ng c a chúng lên công trình bi n c nh ngoài kh i, ng th i xem xét cách xác nh các t i tr ng này, c bi t là t i tr ng sóng, gió và dòng ch y bi n. Ch ng 3.- xét n

các v n v mô hình hoá k t c u và t i tr ng c ng nh vi c tính toán l a ch n ph ng án t i u k t c u. Ch ng 4.- Thi t k k t c u công trình bi n thép. c p t i hai ph ng pháp thi t k (ph ng pháp thi t k theo ng su t cho phép và ph ng pháp thi t k theo

s riêng ph n) và b n tr ng thái gi i h n (Tr ng thái gi i h n c c i – ULS; Tr ng thái gi i h n s d ng – SLS; Tr ng thái gi i h n i – FLS và Tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n – PLS). Qua ây

cho th y rõ tính nh t quán c ng nh s m r ng hay tính t ng quát

a Tiêu chu n quy ph m thi t k công trình bi n so v i các Tiêu chu n quy ph m thi t k các công trình trên t li n. Vi c ki m tra chi ti t ph n t , k c ph n t móng c c, c ng nh liên k t c a các k t

u thép c ti n hành d a trên Tiêu chu n quy ph m Hoa K - API. Ch ng 5.- Thi t k công trình bi n bê tông c t thép – d a trên Tiêu chu n quy ph m Nauy - DNV. Ch ng này (ch ng 5) có chú ý nhi u n các c m c a bê tông khi làm vi c trên bi n và yêu c u

c u t o i v i k t c u bê tông c t thép, c bi t v i móng tr ng c. Ch ng 6 và ch ng 7 c p n các quy trình thi công t ng ng v i k t c u công trình bi n thép và công trình bi n bê tông c t

thép t giai n ch t o trên b hay trên n i n các giai n h thu , ch n i, ánh chìm và d ng l p c nh trên bi n.

n ph i nói r ng, môn h c “Thi t k và thi công công trình bi n” có n i dung khá r ng, trong khi ó th i l ng giành cho môn h c này

i không th nhi u h n. ng th i các sinh viên c a khoa l i không c h c các môn h c liên quan nh : K t c u thép; k t c u bê tông

t thép…Vì v y, vi c ch n l a n i dung, c c u giáo trình… c ng nh cách di n t nh ng n i dung c th r t khó kh n, không tránh kh i khi m khuy t. Và giáo trình, do v y, c l y tên là “C s thi t

và thi công công trình bi n c nh”. Các tác gi xin chân thành cám n các ph n bi n: PGS.TS. Ph m Ng c Nam và PGS.TS. ào Nh Mai; cám n Ban Ch nhi m khoa C h c K thu t và T ng hóa, Tr ng i h c Công ngh ,

i h c Qu c gia Hà N i và cám n Nhà xu t b n i h c Qu c gia Hà N i ã óng góp nhi u ý ki n quý báu cho vi c hoàn thi n giáo trình, t o u ki n hoàn thành giáo trình và góp ph n quan tr ng

giáo trình c xu t b n.

1 2

Ch ng 1 Khái quát v công trình bi n

1.1 Phân lo i công trình bi n và ph m vi môn h c

1.1.1 Phân lo i công trình bi n

Công trình bi n là công trình c thi t k , thi công và khai thác d ng trong các u ki n tác ng c a môi tr ng bi n.

Thi t k là quá trình nghiên c u tính toán t o l p ra công trình m b o th a mãn các yêu c u v ch c n ng s d ng c ng nh các

yêu c u v an toàn. Thi công là quá trình th c thi s n ph m thi t k , t khâu ch t o

trên b hay trên n i g n b , v n chuy n t b ra v trí xây d ng ngoài kh i n khâu d ng l p c nh, s n sàng a vào s d ng.

Giai n khai thác s d ng là kho ng th i gian tính t khi công trình c thi công xây d ng xong hoàn toàn, a vào th c hi n ch c n ng cho n khi thanh lí, t c là d b ho c di r i i n i khác.

Công trình bi n c phân thành công trình bi n ven b (coastal structures) và công trình bi n ngoài kh i (offshore structures).

Công trình bi n ngoài kh i (offshore structures) bao g m công trình bi n c nh (fixed offshore structures) và công trình bi n di

ng (mobile offshore structures). Công trình bi n c nh là công trình bi n c xây d ng c

nh t i m t v trí trên bi n th c hi n m t hay m t s ch c n ng

a mình. Công trình bi n di ng có th th c hi n ch c n ng nh trên nh ng v trí không c nh.

1.1.2 Ph m vi môn h c

Ph m vi môn h c là công trình bi n c nh ngoài kh i (fixed offshore structures). Trong giáo trình này ch ngoài kh i c b i và, do ó, khi nói công trình bi n c nh ây, có ngh a là công trình bi n c nh ngoài kh i.

Ph thu c vào a hình áy bi n và a ch t công trình, sâu c bi n... , công trình bi n c nh có th c c nh b ng c c

óng sâu xu ng áy bi n, b ng tr ng l c, b ng neo (giàn chân ng/neo ng) ho c b ng t h p các gi i pháp trên.

Cho n nay k t c u ch u l c chính c a công trình bi n c nh th ng c làm b ng v t li u thép và/ho c bê tông c t thép.

Công trình bi n thép th ng c c nh b ng c c lu n trong các ng tr ng (c t) c a chân và óng vào áy bi n (hình 1.1).

Công trình bi n c nh b ng tr ng l c th ng c làm b ng t li u bê tông c t thép và c g i là công trình bi n tr ng l c bê

tông c t thép (hình 1.2). Trong ph m vi giáo trình này s t p trung vào hai lo i công trình

bi n c nh nêu trên, ó là công trình bi n c nh b ng c c thép và công trình bi n c nh b ng tr ng l c bê tông c t thép. Trong m i lo i s xem xét chi ti t các v n v thi t k và thi công.

ng c n ph i nói r ng do u ki n th c t , m t s công trình không ho t ng c bình th ng khi ch có móng c c ho c ch có móng tr ng l c. Trong tr ng h p này ng i ta ã t o thêm các kh i

ng tham gia ch u l c cùng v i c c thép ho c óng thêm c c thép tham gia ch u l c cùng v i các kh i bê tông. Các công trình này c g i là “Công trình bán tr ng l c”.

3 4

Hình 1.1. Công trình bi n

thép d ng khung không gian Hình 1.2. Công trình bi n

bê tông c t thép tr ng l c

1.2 C u t o công trình bi n c nh thép

Công trình bi n c nh b ng c c thép c s d ng ph bi n trên th gi i. n c ta các công trình bi n c nh hi n m i c s

ng trong các ngành D u khí và Qu c phòng và t t c chúng u c làm b ng v t li u thép.

u t o chung c a các công trình bi n c nh thép, l y công trình bi n c nh c tr ng là công trình khai thác d u khí bi n, th ng c g i là các giàn khoan bi n c nh và kí hi u là MSP, bao g m ba ph n: Ph n chân (jacket), ph n móng c c (piles) và ph n th ng t ng (superstructure) (xem hình 1.1).

Ph thu c ch c n ng s d ng, ph n chân có th có m t, hai hay nhi u h n kh i tr ng, m i kh i tr là m t khung không gian có m t c t ngang hình tam giác ho c ch nh t c liên k t hàn v i

nhau t các ph n t ng thép d n c c và t ng c ng kh n ng ch u l c theo ph ng ngang cho c c.

Ph n c c có ch c n ng gi c nh công trình ngoài bi n và ch u t i tr ng ngang l n t i tr ng th ng ng.

Ph n th ng t ng bao g m các dàn ph ng và các không gian boong c n thi t ch u t i tr ng khai thác và các t i tr ng khác. Ph n th ng t ng c chia thành các mô un theo ch c n ng s d ng

ng nh theo kh n ng ch u l c và truy n l c. Các MSP m B ch H ph n l n có 2 chân , m i chân

m 8 c t (c c) chính và 16 c c ph . Theo chi u cao chân có 6 vách ngang c ng (diaphragm).

1.3 C u t o công trình bi n c nh bê tông c t thép

Các công trình bi n c nh b ng bê tông c t thép c c u t o gi ng nh công trình bi n c nh b ng thép, bao g m ba ph n: Ph n th ng t ng, ph n chân và ph n móng, tuy nhiên, thông th ng ph n móng và ph n chân c g n k t v i nhau t o thành m t kh i có tr ng l ng l n ch u c các t i tr ng môi tr ng (hình 1.2).

t ng c ng kh n ng ch u t i tr ng ngang, ng i ta th ng o ra các vành xung quanh tr chân và, th m chí, xung quanh các

tr móng nh các váy hay các chân khay (skirt) c m sâu vào t.

Ph n móng và chân th ng có di n tích m t b ng r ng bao m m t hay m t s tr chân cao, thon d n lên phía trên và nhi u

tr th p có dáng t ong (hình 1.2). C u t o nh v y, m t m t làm gi m l c tác ng c a sóng lên công trình, m t khác m b o cho công trình n nh tr c các tác ng c a sóng và th ng t ng.

Ph n th ng t ng c a các công trình bi n tr ng l c có th c làm t v t li u thép ho c bê tông c t thép. Tuy nhiên, xét v m t th i

5 6

gian thi công trên bi n và, do ó, v m t kinh t thì ph n th ng t ng t nh t là làm b ng v t li u thép.

1.4 Các yêu c u i v i thi t k và thi công công trình bi n nh

1.4.1 Xem xét v khai thác s d ng

- Ch c n ng: Các ch c n ng c a m t công trình bi n c thi t th ng là khoan, khai thác, l u tr nguyên v t li u,

ho c t h p các ch c n ng trên, và các ch c n ng khác. Hình d ng a công trình ph i c xác nh trên c s nghiên c u k s b trí

thi t b trên sàn. Ph i xem xét chi ti t các khoang và không gian c a thi t b tr c khi quy t nh kích th c cu i cùng.

- trí: V trí xây d ng công trình ph i c xác nh rõ tr c khi thi t k . Các u ki n môi tr ng thay i theo v trí a lí, và trong m t vùng a lí cho tr c thì các u ki n móng c ng s thay

i t ng ng v i các tham s nh chi u cao sóng thi t k , chu k sóng và thu tri u.

- ng: H ng c a công trình c xác nh trên m t b ng tham chi u theo m t h ng c nh nh h ng B c th c. Vi c xác

nh h ng th ng d a theo h ng bi n m , h ng gió, h ng dòng ch y và các yêu c u khai thác.

- Chi u sâu n c: Chi u sâu n c và thu tri u, n c dâng c n thi t l a ch n các tham s thi t k công trình thích h p. Chi u sâu

c c n c xác nh càng chính xác càng t t thi t k b n c p tàu, gi m va, sàn công tác và ch ng n mòn.

- Các h th ng l i i và ph tr : V trí và s l ng c u thang lên xu ng b n c p tàu trên công trình có th c quy t nh b i u ki n an toàn. Nh ng ít nh t ph i có hai l i i cho m i cao trình có ng i làm vi c và chúng ph i c b trí sao cho vi c s tán có th

th c hi n trong các u ki n gió bão khác nhau. Các yêu c u v khai thác c ng ph i c xem xét b trí các vùng g n c u thang.

- Ch ng cháy: Vì s an toàn c a ng i và thi t b trên công trình khi thi t k ph i c bi t quan tâm n các gi i pháp phòng ch ng cháy. Vi c l a ch n m t h th ng nào là ph thu c vào ch c n ng

a công trình. - Chi u cao sàn: Khi sóng ánh vào sàn d i c a công trình s

sinh ra l c và mô men l t l n i v i công trình. Vì v y khi thi t k công trình c n ph i chú ý n kho ng h khí (air gap), t c là kho ng không gian tính t sàn n nh sóng thi t k . Kho ng h khí ít nh t là 1,5 m.

y chi u cao sàn công tác th p nh t tính t áy bi n s là: hct = d0 + dtr + dnd + Hmax + 0

trong ó d0 là sâu n c th p nh t t i n i xây d ng công trình; dtr là biên tri u; dnd là chi u cao n c dâng do bão thi t k ; Hmax là kho ng cách t m c n c tính toán n b m t

sóng ( =0,5 n u tính theo sóng Airy và 0,7 n u tính theo sóng Stokes, và Hmax là chi u cao sóng thi t k );

0 là kho ng h khí, t 1,5 n 2,0 m. - trí v t t và thi t b Vi c b trí v t t và thi t b ph i c xem xét k trong quá trình

thi t k . Các v t t và thi t b n ng c n c b trí sao cho không gây ra tác ng t p trung l n. ng th i ph i quan tâm n quá trình

d ng và thao tác lâu dài c a các v t t và thi t b . -V n chuy n ng i và v t li u

7 8

Các k ho ch v n chuy n ng i và v t li u, c ng nh ch ng lo i và kích th c c a các ph ng ti n v n chuy n và h th ng neo gi chúng trên công trình, ph i c v ch ra ngay t khi b t u thi t k công trình. S l ng, kích th c và v trí t các xu ng c u sinh c n ph i c xác nh. Ch ng lo i, s c nâng, s l ng và v trí t c n

u c ng ph i c xác nh. - c tràn và s ô nhi m

Vi c b trí s d ng các giàn t và nh ng ch t ô nhi m ph i c xem xét. H th ng thoát n c sàn c thu gom và n c d

tr s d ng ph i c b trí. N c m a và h th ng thu gom ph i tuân th các quy nh thích h p c a nhà n c.

- ph i ch u

t c các h th ng và các b ph n công trình ph i c thi t ch u các tr ng thái c c tr c a các hi n t ng môi tr ng

th ng x y ra vùng xây d ng.

1.4.2 Xem xét v môi tr ng

a) Các u ki n môi tr ng Có hai u ki n môi tr ng c n ph i quan tâm: - u ki n môi tr ng bình th ng ( u ki n c k v ng xu t

hi n th ng xuyên trong su t tu i th c a công trình) là u ki n quan tr ng c trong giai n thi công và trong giai n khai thác công trình.

- u ki n c c tr ( u ki n l p l i t ng i th a trong quá trình khai thác công trình) là u ki n quan tr ng xác nh t i tr ng thi t k công trình.

b) Kh o sát hi n tr ng - móng hi u bi t v các u ki n t v trí xây d ng là c n thi t

thi t k , thi công và khai thác s d ng công trình an toàn và kinh t .

n ph i xem xét hai v n : a hình áy bi n và a ch t công trình c vi c kh o sát và thí nghi m t.

1.4.3 Nguyên t c thi t k

a) Nguyên t c chung ng nh thi t k b t c m t công trình nào khác, thi t k công

trình bi n c nh ph i d a trên nhi m v thi t k do ch u t xu t c c quan có th m quy n phê duy t. Nh có nhi m v thi t

, trong ó nêu rõ m c ích, ch c n ng ho t ng c a công trình, v trí mà công trình s c xây d ng, t ng kinh phí mà ch công trình có th u t ,..., ng i k s thi t k s phác th o ra m t s ph ng án k t c u (thi t k s b ), qua ó có th trao i và l a ch n ph ng án có kh n ng tho mãn t t nh t các quy nh c a Tiêu chu n quy ph m, các yêu c u c a ch u t và có tính kh thi cao.

th , ph ng án k t c u ph i: - ch u c các tác ng và các hi u ng có th x y ra trong t t

các quá trình thi công và khai thác; - áp ng c ch c n ng s d ng d nh; - m b o c an toàn cho phép i v i ng i và môi tr -

ng; - có b n lâu dài ch ng l i s suy gi m trong tu i th c a

t c u; - kh thi, giá thành h p lý. b) Quy trình thi t k

i ph ng án k t c u c ch n, ng i thi t k s ti n hành th c hi n m t quy trình thi t k bao g m các b c:

(1) xác nh các y u t môi tr ng (bao g m khí t ng thu n và a ch t công trình) c a vùng xây d ng;

(2) thi t k s b ;

9 10

(3) xác nh các t i tr ng và các t h p t i tr ng tác ng lên t c u;

(4) phân tích k t c u xác nh các hi u ng t i tr ng; (5) ki m tra các u ki n theo Tiêu chu n, Quy ph m (TCQP)

và (6) thi t l p các b n v k thu t thi công. Vi c xác nh các y u t môi tr ng, c bi t là các y u t khí

ng th y v n và a ch t công trình, óng vai trò h t s c quan tr ng, t o c s xác nh t i tr ng môi tr ng, u vào cho vi c phân tích k t c u, n u xác nh úng thì công trình s t n t i và th c hi n t t các ch c n ng c a mình trong su t tu i th thi t k và, ng -

c l i, n u xác nh không úng thì công trình có th b phá hu tr c khi t tu i th quy nh.

Phân tích k t c u là tính toán xác nh các hi u ng t i tr ng (hay ph n ng c a k t c u) tr c s tác ng c a t i tr ng và môi tr ng trên c s ó l a ch n hình dáng và kích th c các ph n

k t c u. Phân tích k t c u là khâu quan tr ng nh t trong quy trình thi t k k t c u công trình.

Trong phân tích k t c u tr c h t ph i ti n hành mô hình hoá công trình d i d ng các k t c u c h c, d a vào các kích th c ti t di n c l a ch n s b tính toán xác nh các t i tr ng và các t

p t i tr ng tác ng lên k t c u (b c 3), sau ó tính toán các hi u ng t i tr ng (b c 4) và cu i cùng là thi t k hay l a ch n ti t di n a các ph n t t c u theo TCQP (b c 5). N u kích th c ti t

di n l a ch n sau khi n k t qu ki m tra sai khác không áng k so i kích th c ti t di n l a ch n s b ho c l a ch n tr c thì công

vi c c ti n hành ti p theo b c 6, ng c lai, c n ph i l p l i quá trình thi t k t b c 3 ng v i kích th c ti t di n l a ch n sau.

t k t c u hay m t b ph n c a k t c u c coi là không th a mãn các yêu c u c a thi t k khi tr ng thái c a nó v t quá tr ng thái

gi i h n quy nh. i v i các công trình bi n c nh các tr ng thái gi i h n sau ây c xem xét:

- tr ng thái gi i h n c c i (ULS – Ultimate Limit States) t ng ng v i kh n ng ch u t i t i a theo tr ng thái c a v t li u;

- tr ng thái gi i h n m i (FLS – Fatigue Limit States) liên quan i kh n ng phá h y do hi u ng c a vi c t t i chu trình;

- tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n (PLS – Progressive Collapse Limit States) t ng ng v i s phá hu tích l y c a k t c u khi ch u các t i tr ng s c ho c b t th ng;

- tr ng thái gi i h n s d ng (SLS – Serviceability Limit States) liên quan t i chuy n v và dao ng c a công trình.

Các b n v là s th hi n k t qu c a phân tích k t c u, là ph n n ph m cu i cùng c a quy trình thi t k . Ph thu c vào quy mô c a

công trình (quy mô c quy nh theo Ngh nh c a Th t ng chính ph ), các b n v có th là các b n v k thu t thi công (thi t k

t b c) ho c các b n v k thu t và các b n v thi công (thi t k hai b c).

1.4.4 Các nh ngh a

- Tu i th thi t k : Kho ng th i gian t khi c d ng l p (c nh công trình xu ng áy bi n) n khi thanh lí công trình (tháo d ho c di r i i n i khác).

- Các u ki n thi t k : Các t h p t i tr ng thi t k c dùng trong thi t k . Có hai nhóm u ki n thi t k chính c xem xét là:

u ki n thi t k khai thác và u ki n thi t k thi công. - u ki n thi t k khai thác: h p t i tr ng thi t k trong giai

n t lúc d ng l p song n khi thanh lí vi c khai thác công trình. - u ki n thi t k thi công: T h p t i tr ng thi t k xu t hi n

trong các giai n thi công nh :

11 12

+ ch t o (trên b hay trên n i); + v n chuy n (t b ra bi n hay t b lên sà lan, neo t m và

n v trí l p t); + d ng l p ( nh v và d ng l p v trí cu i cùng); + hoán c i (công vi c duy trì m c an toàn t sau khi d ng l p

n khi thanh lí công trình ho c chuy n ch ). - i tr ng: B t k tác ng nào gây ra ng su t, bi n d ng,

chuy n v , chuy n ng ... trong k t c u. - Hi u ng t i tr ng: Hi u ng c a m t t i tr ng n l hay c a

h p các t i tr ng lên k t c u. Hi u ng t i tr ng có th là n i l c, ng su t, bi n d ng, chuy n

, c tr ng chuy n ng... - i tr ng c tr ng: Giá tr tham chi u c a t i tr ng c dùng

xác nh hi u ng t i tr ng. - Hi u ng t i tr ng c tr ng: Hi u ng c a m t t i tr ng c

tr ng n l hay c a t h p các t i tr ng c tr ng. - c b n: Kh n ng c a k t c u hay b ph n c a k t c u ch u

hi u ng t i tr ng. - c b n c tr ng: Kh n ng danh ngh a c s d ng xác

nh s c b n thi t k c a m t k t c u hay m t b ph n k t c u. Giá tr c tr ng c a s c b n là giá tr d a trên ph n tr m xác

nh c a k t qu thí nghi m hay giá tr biên th p h n. - Vùng khí quy n: Ph n công trình n m phía trên vùng giáp

gianh. - Vùng giáp gianh: Ph n công trình n m gi a vùng thay i m c

c, lúc ph i trong không khí lúc ng p n c. - Vùng ng p n c: Ph n công trình n m phía d i vùng giáp

gianh, k c vùng chôn trong t bùn.

1.4.5 H s tài li u

a) Tài li u: các tài li u trong b h s ph i bao g m: - các b n v , thuy t minh và các ch d n k thu t c a k t c u,

m c h ng m c ch ng n mòn, có th hình dung c quy mô công trình và có c s chu n b cho vi c t ch c thi công, ng th i có th ánh giá c b n, tu i th c ng nh các c tính k thu t

a k t c u; - mô t môi tr ng và các t i tr ng c n thi t xác nh b n

và kh n ng làm vi c c a công trình; - các tính toán và ánh giá nh m ch ng t k t c u xét ã th a

mãn các yêu c u v b n, tu i th và các c tr ng k thu t khác. Chú ý a vào y các tài li u tham kh o, c bi t là các

Tiêu chu n, Quy ph m. b) H ng d n thi công

n h ng d n thi công công trình ph i mô t chi ti t các b n v có th th c hi n c các công vi c t ch t o trên b n v n

chuy n và d ng l p trên bi n. c) H ng d n s d ng

B n h ng d n s d ng ph i bao g m các yêu c u v duy tu o d ng công trình.

d) L u tr h s

- Ch công trình ph i có trách nhi m l u tr y h s liên quan n an toàn và tu i th công trình

- H s l u tr , ngoài nh ng tài li u ã nêu m c 1.4.5, a), còn ph i có các báo cáo ki m tra trong quá trình thi công và báo cáo hoàn công.

13 14

Ch ng 2 Các d li u cho tính toán thi t k công trình bi n c nh

2.1 Các y u t môi tr ng tác ng lên công trình bi n c nh

2.1.1 Khái quát

Khi tính toán thi t k và thi công công trình bi n c nh, t i tr ng môi tr ng óng vai trò quan tr ng, vì th c t nó chi m trên 80% t i tr ng tác d ng lên k t c u công trình này. T i tr ng môi tr ng là t i tr ng do các y u t môi tr ng gây ra. Khi xác nh t i tr ng môi tr ng, các y u t môi tr ng sau ây c n ph i c xem xét nh : Gió, sóng, dòng ch y (hình 2.1), th y tri u, n c dâng; c bi t là

Hình 2.1. Các tác ng chính lên công trình bi n

công trình làm vi c lâu dài trên bi n thì khi thi t k còn ph i xét n các y u t nh : Nhi t , m, hà bi n, ng t và các quá trình ho t ng a ch t (sóng gây ra chuy n ng c a t) [1,2,3,4,8].

2.1.2 Gió

Các y u t v gió s d ng khi thi t k có th c mô t b ng ph ng pháp th ng kê ho c b ng ph ng pháp ti n nh. S li u th ng kê t c gió s c dùng làm c s mô t các y u t gió dài h n. Các phân ph i dài h n th ng ph i d a trên nh ng s li u th ng kê trong cùng m t kho ng th i gian l y trung bình t c gió dùng xác nh t i tr ng.

Các y u t c b n v gió là t c và h ng gió. T c gió và ng gió thay i theo không gian và th i gian. Vì v y, t c gió và

tr c di n (profile) trung bình c a gió dùng trong thi t k ph i c l y phù h p v i khu v c xây d ng công trình. Giá tr tham chi u c a t c

gió v(1 hr, zR) là t c trung bình trong m t gi cao tham chi u zR =10 m. Do v y, tr c di n trung bình c a t c gió l y trung bình trong m t gi cao z s là:

v(1hr, z) = v(1 hr, zR)(z/zR)0,125 . (2.1) Khi k n gió gi t ta a vào h s :

G(t, z) = v(t, z)/v(1 hr, z) = 1+g(t)I(z), (2.2) trong ó I(z) là c ng r i , t là kho ng th i gian gi t (s) và h s gi t g(t) c tính b ng

g(t)=3,0 + ln 0,63 / t v i t 60 s . (2.3)

ng r i là l ch chu n c a t c gió c chu n hoá theo t c gió trung bình trong m t gi và có th c x p x b i công th c:

15 16

I(z) = (z)/v(1 hr, z) =0,125

0,275

0,15( / ) ,

0,15( / ) ,S S

S S

z z z z

z z z z (2.4)

trong ó zS = 20 m là chi u dày c a „l p b m t“.

Khi không có thông tin chính xác v tính ch t c a gió thì kho ng th i gian l y trung bình t c gió dùng cho thi t k có th là (theo

ng 2.1): ng 2.1. Kho ng th i gian l y trung bình t c gió dùng cho

thi t k

Kho ng th i gian, s Ph n t k t c u 3 Các ph n t riêng l và thi t b g n v i

chúng 5 t ph n hay toàn b k t c u có kích

th c ng ho c ngang l n nh t không l n n 50 m

15 t ph n hay toàn b k t c u có kích th c ng ho c ngang l n nh t l n h n 50 m

60 Toàn b k t c u th ng t ng (v i m i kích th c) khi tính cùng v i t i tr ng c c i c a sóng ho c dòng ch y

2.1.3 Sóng

Các y u t sóng bi n có th c mô t b ng ph ng pháp th ng kê hay ph ng pháp ti n nh. Trong ph m vi giáo trình này ta ch xem xét vi c mô ph ng sóng b ng ph ng pháp ti n nh. Trong phân tích thi t k ti n nh d a trên sóng u hòa n gi n thì sóng ó c mô t b i các thông s sau ây:

- chu k sóng, T, s; - chi u cao sóng, H, m;

- b c sóng hay chi u dài sóng, , m; - h ng sóng, 8 h ng (o); - chi u sâu n c t nh, h , m.

c n c t nh c s d ng tính toán t i tr ng sóng trong u ki n n c dâng do bão th ng c l y là m c nào b t l i h n

trong hai tr ng h p: ho c m c tri u thiên v n cao nh t c ng v i c dâng do bão, ho c m c tri u thiên v n th p nh t (xem hình 2.4,

c 2.1.5). Sóng thi t k ph i là sóng gây ra nh ng tác ng b t l i nh t

cho công trình ho c m t ph n công trình v i m t xác su t x y ra c quy nh. Có th k n thông tin v xác su t ng th i c a gió,

sóng và dòng ch y theo cùng m t h ng. Vi c ch n cách mô t c ng nh lí thuy t sóng dùng cho thi t k

n ph i xem xét m t cách thích h p i v i t ng vùng bi n. Trong th c t có nhi u lí thuy t sóng khác nhau c s d ng,

ph thu c t l gi a chi u sâu n c t nh h và chi u dài sóng , c ng có th theo Mi n áp d ng lí thuy t sóng [1], c th s d ng:

- lí thuy t sóng n c (solitary wave theory), khi: h/ 0,1

- lí thuy t sóng Stoke b c 5, khi: 0,1 < h/ 0,3

- lí thuy t sóng tuy n tính (ho c lí thuy t sóng Stoke b c 5), khi: h / > 0,3

Trong ph m vi giáo trình này ch t p trung vào lí thuy t sóng tuy n tính, bi u di n sóng d i d ng u hòa và h ng tr c x phía lan truy n sóng.

Lí thuy t sóng Airy xác nh t i tr ng sóng ta c n ph i bi t v n t c và gia t c c a

17 18

ph n t n c d a trên các lí thuy t sóng khác nhau. Lí thuy t sóng u hoà t ng i n gi n là lí thuy t sóng Airy, ra i vào n m

1842. Nó c xây d ng d a trên gi thi t là m t sóng có biên d ng hình sin và chi u cao H nh so v i chi u dài sóng và chi u sâu

c h (hình 2.2). a) b)

Hình 2.2. Các tham s sóng (a) và s lan truy n sóng (b)

chênh c a b m t sóng so v i m c n c t nh có th c bi u di n d i d ng:

= (H/2) cos (kx - t), (2.5) còn các thành ph n n m ngang và th ng ng c a t c ph n t

c theo các t a x và y, t ng ng v i lí thuy t sóng Airy và các ph ng trình th y ng h c, có d ng:

vx = 2H ch

shkykh

cos (kx - t) (2.6)

vy = 2H sh

shkykh

sin (kx - t) (2.7)

trong ó k và t ng ng là s sóng và t n s vòng c a sóng có quan h v i chi u dài và chu k T c a sóng nh sau:

k =2 / , =2 /T. (2.8)

lí thuy t sóng Airy ta suy ra bi u th c quan h gi a các i ng này:

2 = gk th kh, (2.9) trong ó g là gia t c tr ng tr ng.

Có th kh ng nh r ng các i l ng liên quan n (kx - t) trong các h th c nêu trên là không thay i, n u t i th i m t+ t di chuy n theo h ng chuy n ng c a sóng m t kho ng

x =( /k) t, ngh a là kx - t = k(x+ x) - (t+ t). ó, rõ ràng là b m t sóng c mô t theo (2.5) là m t c t

nh c a sóng di chuy n v phía ph i v i t c không i c = /k = /T (2.10)

em bi u th c (2.9) vào (2.10) ta nh n c công th c i v i c truy n sóng Airy

c =( gk

th kh)1/2 . (2.11)

i v i các sóng có chi u cao nh c mô t b i lí thuy t Airy, các thành ph n n m ngang và th ng ng c a gia t c chuy n ng

a ph n t n c v i các t a x và y có th c xác nh g n úng nh :

ax = xv =2

2H ch

shkykh

sin (kx - t);

ay = yv =2

2H sh

shkykh

cos(kx- t) (2.12)

Áp su t d (hi u gi a áp su t th c và áp su t khí quy n) t i m có t a x và y th i m t, là t ng c a áp su t th y ng liên

quan t i chênh m t sóng so v i m t n c t nh và áp su t th y nh, c xác nh theo lí thuy t Airy b i bi u th c

P = 2gH ch

chkykh

cos (kx - t)+ g(h – y) (2.13)

là m t n c bi n. Trong các công th c nêu trên các hàm hyperbolic có th dùng

ng n gi n hóa theo giá tr c a a = kh nh b ng 2.2.

19 20

i v i các b n c sâu, ví d , khi kh > hay h/ >0,5 ta có bi u th c n gi n cho t n s vòng c a sóng 2=gk và cho các thành ph n c a t c chuy n ng c a ph n t n c

vx = (2H ) k ye cos (kx - t);

vy = (2H ) k ye sin (kx - t) (2.14)

trong ó y = y – h.

ng 2.2. Các hàm hyperbolic d ng n gi n hoá theo a = kh

Hàm

ng

ng n gi n hóa Giá tr a l n Giá tr a nh

sh a ch a th a

2

a ae e

2

a ae e

a a

a a

e ee e

0,5ea

0,5ea

1

a 1 a

i v i các b nông, ví d , khi kh < /10 hay h/ <1/20, ta có 2

= gh k2 và

vx = (2

Hkh

)cos (kx - t);

vy = (2Hh

) y sin (kx - t) (2.15)

Các thành ph n gia t c c a ph n t n c c ng có th c nh n các bi u th c t ng t .

Ví d 2.1. Cho sóng có chi u cao 1,2 m, chu k 6 s lan truy n n c có chi u sâu 15 m. Xác nh s sóng, v n t c sóng và s

thay i thành ph n t c n m ngang c a ph n t n c các sâu khác nhau d i nh sóng.

sóng c xác nh t bi u th c (2.9). T n s vòng = 2 /T =1,047 s-1, t (2.9) suy ra k = 2/gth kh. Nghi m c a ph ng trình này có th nh n c b ng ph ng pháp l p. X p x u tiên cho thkh =1 và suy ra k = 0,1117 m-1 (g = 9,81 m/s2). Khi h = 15 m, ta có kh =1,675 và thkh = 0,9322. em các giá tr này vào bi u th c c a k ta nh n c k t qu b c l p th 2, k = 0,1197. Ti p t c quá trình

p cho n khi giá tr k sai khác nhau không áng k . K t qu tính toán c cho trong b ng 2.3. Giá tr cu i cùng k = 0,1185. T ng

ng v i giá tr này chi u dài sóng = 2 /k =53 m. ng 2.3. t qu c a quá trình l p tìm s sóng k

Giá tr k nh n, m-1 kh th kh Giá tr k tính toán, m-1

0,1117 0,1197 0,1181 0,1184

1,675 1,796 1,771 1,776

0,9322 0,9463 0,9436 0,9426

0,1197 0,1181 0,1184 0,1185

Ti p theo, theo công th c (2.11) ta tìm c t c lan truy n

sóng c = 8,83 m/s. Cu i cùng ta có th tìm các thành ph n n m ngang c a t c ph n t n c các sâu khác nhau d i nh sóng nh bi u th c (2.6), khi t kx - t = 0, t c là vx = 0,229 ch ky. Gi thi t ky = 0,1185 (15+0,6) = 1,849, ta tìm c giá tr c c i c a

c (trên nh sóng) vxmax=0,746 m/s. T i áy bi n, khi ky = 0, vx = 0,229 m/s. Các giá tr trung gian c a t c tìm c t bi u th c ã nêu. S ph thu c c a t c sóng theo chi u sâu c cho trên hình 2.3.

21 22

Hình 2.3. thay i t c ph n t n c d i nh sóng theo

chi u sâu; 1. áy bi n; 2. nh sóng

2.1.4 Dòng ch y

n t c và biên d ng (profile) c a dòng ch y thi t k ph i c ch n theo các th ng kê t t nh t ã có.

n ph i xem xét n t t c các thành ph n thích h p c a dòng ch y nh dòng ch y do thu tri u, dòng ch y do gió. Khi c n thi t ph i tính n các thành ph n khác nh : dòng m t , dòng ven b , dòng h i d ng và các hi u ng dòng ch y c c b do a hình áy bi n ho c do công trình g n k gây ra. Khi xác nh dòng ch y thi t

c n tính n xác su t ng th i v pha và h ng c a các thành ph n dòng ch y khác nhau i v i các y u t môi tr ng khác nhau.

Thông th ng s thay i dòng ch y theo chi u sâu n c ph i a vào các s li u o chi ti t t i hi n tr ng.

u không có s n các s li u o chi ti t t i hi n tr ng, biên ng c a dòng ch y không k n nh h ng c a sóng có th l y

nh sau: vd (z)= vd.Tr (z)+ vd.gió(z)

vd.Tr (z)= vd.Tr

1/ 7h zh

v i z 0

vd.gió(z)= vd.gió 0

0

h zh

v i 0 z - h0

vd.gió(z) = 0 v i z < - h0

trong ó vd (z) là t c dòng ch y t ng h p t i v trí z; z là kho ng cách tính t m c n c t nh, chi u d ng h ng

lên; vd.Tr là t c dòng ch y do thu tri u m c n c t nh; vd,gió là t c dòng ch y do gió m c n c t nh; h là chi u sâu n c tính t m c n c t nh (s d ng); h0 là chi u sâu tham chi u i v i dòng ch y do gió (h0 = 50 m). Trong các vùng bi n h , tr ng h p không có các s li u, t c

dòng ch y do gió gây ra có th l y nh sau: Vd gió = 0,015vgió (1 hr, 10 m)

trong ó vgió(1 hr, 10 m) là t c gió trung bình trong 1 gi cao 10 m trên m c n c t nh.

2.1.5 Thu tri u

i thu tri u c xác nh là kho ng chênh l ch gi a tri u thiên v n cao nh t (HAT – Highest Astronomical Tide) và tri u thiên

n th p nh t (LAT – Lowest Astronomical Tide). M c n c trung bình (MWL – Mean Water Level) c xác nh là m c trung bình gi a tri u thiên v n cao nh t và tri u thiên v n th p nh t (xem hình 2.4).

23 24

c n c t nh c c i dùng thi t k (SWL – Still Water Level) ph i bao g m nh h ng c a tri u thiên v n c ng nh n c dâng bão (storm surge) do gió và áp su t.

c tri u th p nh t dùng cho thi t k th ng ch d a trên ph n a tri u thiên v n. N u không có s li u cho vùng xây d ng công

trình có th ch p nh n dùng các s li u c l ng t t nh t c a vùng bi n bên c nh.

Hình 2.4. Các m c n c

2.1.6 Nhi t

Nhi t c c i và c c ti u ph i c bi u di n d ng nhi t trung bình hàng ngày cao nh t hay th p nh t có th x y ra nhi u

nh t v i các chu k l p t ng ng. Khi mô t môi tr ng ph i xét n nhi t n c và nhi t không khí. Nhi t c c ti u c dùng l a ch n v t li u k t c u.

2.1.7 Hà bi n

Ph i xem xét ph m vi nh h ng c a hà bi n n công trình khi tính n các y u t sinh h c và môi tr ng liên quan n vùng kh o sát xây d ng. Các y u t này bao g m: m n, hàm l ng ôxy,

pH, dòng ch y và nhi t . Hà bi n làm t ng di n tích m t c t c a ph n t và làm thay i các c tr ng b m t c a ph n t k t c u

n n làm t ng t i tr ng th y ng, t ng tr ng l ng và thay i hi u ng c a s m t n nh th y ng do xoáy.

2.1.8 ng t

Vi c xác nh các c tr ng ho t ng a ch n ph i d a trên các s li u v l ch s a ch n và các d ki n a ch n ghi c vùng ang xét. C n ph i c bi t chú ý n các chi ti t: - v trí và c tr ng c a các t gãy ho t ng trong vùng (kích th c, tuy n, lo i t gãy...); - tâm ng t và tiêu c ; - c ch c a vi c gi i phóng n ng l ng; - c p t i a c a ng t mà m i t gãy có th t o ra; - các c tr ng gi m ch n t ngu n n v trí xem xét; - u ki n t vùng ang xét.

Các yêu c u v ho t ng a ch n th ng c mô t cho m i p ng t b ng:

- ph ph n ng; - gia t c c c i c a t; - th i gian kéo dài c a ng t; - các th n hình v ho t ng a ch n khu v c ang xét.

2.1.9 a hình và a ch t công trình

a hình và a ch t công trình là m t d ng c thù riêng c a các u t môi tr ng có tác ng l n n b n và tu i th công trình.

Khác v i môi tr ng khí t ng thu v n là nh ng ch t khí, ch t l ng, a hình và a ch t công trình là môi tr ng c a các v t ch t dính

25 26

ho c r i, c xác nh b i các c tr ng chính là l c dính k t n v c và góc n i ma sát . T ây s c b n gi i h n c a móng ch u l c

t (t i tr ng ngang) c xác nh tr c ti p thông qua hai c tr ng này nh sau:

gh = c+(FV /A)tg ,

trong ó: - FV là t i tr ng th ng ng; - A là di n tích áy móng;

- tg là h s ma sát.

2.2 T i tr ng thi t k và ph ng pháp xác nh

2.2.1 T i tr ng thi t k

1. i tr ng th ng xuyên P

i tr ng th ng xuyên (Permanent loads) là t i tr ng không thay i v l n, m t và ph ng trong quá trình khai thác s

ng. T i tr ng th ng xuyên có th bao g m: - kh i l ng c a k t c u; - kh i l ng c a các v t d n và thi t b th ng xuyên; - áp l c th y t nh bên ngoài th ng xuyên; - l c c ng trong các dây neo/bu c th ng xuyên. 2. i tr ng t m th i L

i tr ng t m th i (Life loads) là t i tr ng có th thay i l n, m t và ph ng trong kho ng th i gian khi công trình ang ho t ng bình th ng. Vi d :

- ng i; - v t li u, thi t b , ch t khí, ch t l ng và áp l c ch t l ng d tr ;

- t i tr ng làm vi c c a c n c u; - máy bay tr c th ng; - t i tr ng t m ch ng va và dây bu c; - t i tr ng do v n hành thi t b ; - t i tr ng do khoan; - t i tr ng do các v t d n và thi t b thay i. 3. i tr ng bi n d ng D

i tr ng bi n d ng (Deformation loads) là t i tr ng do s bi n ng c a k t câu gây ra. T i tr ng bi n d ng có th do ch c n ng

ho t ng c a k t c u và/ho c do u ki n môi tr ng xung quanh. Ví d v t i tr ng bi n d ng do:

- s t o ng su t tr c; - nhi t (bao g m nhi t n c bi n và nhi t không khí); - s rão và chùng ( ng su t); - s co ngót; - s lún không u; - s không b ng ph ng c a áy bi n. 4. i tr ng môi tr ng E

i tr ng môi tr ng (Environmental loads) là do các y u t môi tr ng gây ra.

Giá tr c tr ng c a t i tr ng môi tr ng là giá tr c c i ho c c ti u (l y giá tr nào b t l i nh t) t ng ng v i hi u ng t i tr ng

có xác su t v t cho tr c. C n tính n thông tin v xác su t ng th i c a các t i tr ng môi tr ng khác nhau n u có s n thông tin ó.

Giá tr c tr ng c a các nhóm tr ng thái gi i h n khác nhau trong t h p t i tr ng thi t k khai thác c ng nh trong t h p t i tr ng thi t k thi công c l y theo quy nh riêng. Giá tr c tr ng trong t h p t i tr ng thi t k thi công có th c xác nh theo v trí

27 28

xây d ng, mùa trong n m, các d báo th i ti t và h u qu c a s c . c an toàn trong t h p t i tr ng thi t k thi công nói chung không

th p h n m c an toàn trong t h p t i tr ng thi t k khai thác. 5. i tr ng s c A

i tr ng s c (Accidental loads) là t i tr ng liên quan n các ho t ng b t th ng ho c các h h ng k thu t. Ví d , t i tr ng s c do:

- các v t r i; - cháy, n ; - thay i c a s chênh áp su t; - s va ch m c a tàu, máy bay tr c th ng ho c các v t khác; - s thay i ngoài d nh cách phân b v t d n.

2.2.2 Xác nh t i tr ng thi t k

1. i tr ng sóng i tr ng sóng ph i c xác nh b ng các ph ng pháp thích

p v i khu v c xây d ng công trình có tính n chi u sâu n c (xem m c 2.1.3), hà bi n, lo i k t c u (kích th c, hình d ng) và các

c tr ng c a ph n ng. Ph ng pháp thích h p tính toán g n úng l c sóng và dòng

ch y là s d ng ph ng trình Morison. Ph ng trình Morison là công th c th c nghi m dùng tính l c tác d ng lên ph n t k t c u khi bi t t c và gia t c c a ph n t n c. Nó d a trên gi thi t là s

n t i c a ph n t k t c u không làm thay i áng k d ng sóng, th ng là ph n t có d ng t ng i m nh ho c có c nh s c. Trong tr ng h p này l c do dòng ch y ho c do sóng có th c bi u th

ng t ng l c c n và l c quán tính.

i tr ng sóng tác d ng lên ph n t tr ng i tr ng sóng tác d ng lên ph n t tr ng không chuy n

ng l n u tiên c Morison nghiên c u v i gi thi t là ng kính ph n t , D, nh so v i chi u dài sóng, , (t l D/ 0,1), cho phép b qua s bi n d ng c a sóng khi t ng tác v i ph n t k t

u. c trên m t n v dài c a ph n t là véc t l c f trên n v

dài, tác d ng vuông góc v i tr c c a ph n t , c cho theo công th c:

f = fD + fI (2.16) trong ó:

- fD là véc t l c c n; - fI là véc t l c quán tính.

Khi tính n v n t c và gia t c c a ph n t k t c u thì các véc t c c n và l c quán tính có th c vi t d i d ng:

fD = 0,5 CD D xv u xv u ; (2.17)

fI = A (CI xv CA u ) (2.18)

trong ó: - là kh i l ng riêng c a n c; - D là kích th c m t c t ngang c tr ng c a ph n t (ví

, ng kính ngoài c a ph n t ng); - A là di n tích m t c t ngang c a ph n t ; - CD là h s c n; - CA là h s kh i l ng n c kèm; - CI là h s quán tính (CI = 1+CA);

29 30

- v, v t ng ng là v n t c và gia t c c a ph n t n c vuông góc v i ph n t k t c u; - u , u t ng ng là v n t c và gia t c c a ph n t k t c u vuông góc v i tr c c a nó.

nh h ng ng th i c a l c c n và l c quán tính c tính ng cách c ng véc t .

s c n và h s quán tính s d ng trong ph ng trình Morison là các h s th c nghi m, chúng ph i phù h p v i m t lí thuy t ng h c c a sóng. H s c n (CD) có th c xem nh hàm

a s Reynold (Re), s Keulegan-Carpenter (Kc) và nhám (k). Khi phân tích t ng th t i tr ng sóng ti n nh, h s c n i v i ph n

tr tròn không nh h n: - nh ng n i không có ho c có ít hà bi n: CD = 0,6; - nh ng n i có tính n hà bi n : CD = 0,7.

H s quán tính (CI) có th c xác nh chính xác b ng cách th mô hình thích h p. Th ng có th l y CI = 1,5 – 2,0.

u bi u di n (2.16) ng v i ph n t tr tròn ng kính D, b qua nh h ng chuy n ng c a ph n t k t c u, t c là b i các tham s u và u , ta c công th c Morison d i d ng ph bi n trong tính toán k thu t:

f (y) = 0,5 CD D x xv v + CI ( D2/ 4) xv . (2.19)

Do v n t c và gia t c c a ph n t n c nói chung gi m theo chi u cao, s phân b c a t i tr ng sóng d c theo ph n t có d ng nh hình 2.5.

p l c c a t i tr ng sóng tác d ng lên ph n t th ng ng n t áy (y = 0) n m c y nào ó b ng:

F = 0

( )y

f y dy (2.20)

ng t , mô men c a t i tr ng này i v i áy ph n t (y = 0) ng:

M = 0

( )y

y f y dy (2.21)

Cánh tay òn c a h p l c i v i áy ph n t có th tìm c nh sau: b = M/F.

Hình 2.5. Bi u t i tr ng sóng lên ph n t tr ng

i tr ng sóng theo lí thuy t sóng Airy Xét sóng biên bé có chi u cao H, t n s và s sóng k, lan

truy n bi n có sâu h. Lúc này, ng d ng các h th c tính toán c a lí thuy t Airy nêu

trên, khi t tr c y trùng v i tr c ph n t k t c u, bi u th c (2.20) có th c bi u di n d i d ng

F = FD + FI (2.22) trong ó FD và FI là các t i tr ng liên quan n l c c n và l c quán tính và tính cho ph n t ng kính không thay i có d ng

FD = 22 2

sh 2 2 cos cos32 sh sh

DC D ky kyH t tk kh kh

(2.23)

FI = - 2

2 sh sin2 4 sh

IC D kyH tk kh

. (2.24)

31 32

ng t c ng có th chi ti t hoá bi u th c (2.21) i v i mô men c a t i tr ng sóng

M = MD + MI , (2.25) trong ó MD và MI c kí hi u t ng ng v i các mô men liên quan

i c n t c và c n quán tính theo các công th c

MD = 212 cos cos

64DC D H Q t tk

(2.26)

MI = - 2

222 sin

42IC D HQ t

k (2.27)

i

Q1 = 2

2

2 sh 2 ch 2 2( ) 1sh

ky ky ky kykh

(2.28)

Q2 = sh ch 1sh

ky ky kykh

. (2.29)

các công th c trên ta th y là các l c c n t c và quán tính ng nh các thành ph n mô men t ng ng c a t i tr ng sóng d ch

chuy n theo pha 90o, ngh a là khi i l ng này t giá tr c c i thì i l ng kia b ng 0. L c và mô men trên c tính v i cao y =

h+ , trong ó là l ch c a b m t sóng so v i m c n c t nh. Giá tr c a th i m t b t k c xác nh t ph ng trình m t sóng = (H/2) cos (kx - t) = (H/2) cos t (t i c t, x = 0).

Khi áp d ng lí thuy t Airy c n c bi t chú ý là t l /h ph i nh , ngh a là h p l c c a t i tr ng sóng lên ph n t k t c u và mô men

a t i tr ng này có th n gi n h n n u tính các công th c trên v i y = h. Giá tr c c i c a các i l ng trên tìm c nh tính toán

i các giá tr t khác nhau. Tuy nhiên, n u t l /h không nh nh ng v n s d ng lí thuy t Airy tính toán g n úng thì ta dùng y = h + (H/2) cos t. Các giá tr c c i c a chúng c xác nh nh

tính v i các th i m t khác nhau có k n s thay i t ng ng a m c n c theo chi u cao c a ph n t k t c u.

ng quan c a các l c c n t c và c n quán tính trong công th c (2.22) có th c ánh giá nh các bi u th c (2.23) và (2.24).

l c a l c c n t c c c i FD max và l c c n quán tính c c i FI

max c bi u di n d ng:

max

max

D

I

FF

= HD

, (2.30)

trong ó giá tr khi h+ h b ng:

= 2 2

1 sh 2 24 sh sh

D

I

C kh khC kh kh

.

Các giá tr g n úng c a khi các giá tr CD / CI = 0,5 và h/ = kh/2 khác nhau c cho trong b ng 2.4. Khi h/ >0,3 và H/D<1 thì thành ph n t c c a t i tr ng sóng nh h n 10% thành ph n quán tính. Lúc này thành ph n t c có th không c n k n trong các tính toán g n úng.

ng 2.4. Giá tr trong công th c (2.30)

h/ kh

0,05 0,314 0,51

0,10 0,628 0,25

0,30 1,885 0,10

0,50 3,142 0,08

1,00 6,283

33 34

0,08

0,08

Ví d 2.2. Xác nh t i tr ng c c i và mô men c a t i tr ng

này lên chân c a c t tr ng ng kính D = 1,22 m do sóng có chi u cao H = 10,7 m, chi u dài = 115 m lan truy n trong b sâu 23 m. Cho CD = 1 và CI = 2.

c dù chi u cao sóng t ng i l n (H/h > 0,46), nh ng có th dùng lí thuy t sóng Airy ánh giá g n úng t i tr ng sóng. Ta có:

k = 2 / = 2 /115 = 0,055 m-1, = (gk th kh)1/2 = (9,81x0,055 th 0,055x23)1/2 = 0,677 s-1.

Do t l c a chi u cao sóng trên ng kính c a ph n t k t c u >> 1, nên ph i k n thành ph n t c . Các thành ph n h p l c t c

và quán tính c a t i tr ng sóng tính theo các công th c (2.23) và (2.24) khi = 1,026.103 kg/m3, D = 1,22 m và H = 10,7 m có d ng:

FD = 14,06 sh 2k(h + ) + 2k (h + ) cos cost t ;

FI = - 65,61 sh k(h + ) sin t, trong ó = H/2 cos t = 5,35 cos t .

p l c c a t i tr ng sóng F = FD + FI c xác nh ng v i các giá tr khác nhau c a t cho th y giá tr c c i Fmax = 223,9 kN

i th i m t = 6,0 (3450). T i th i m này chênh c a b m t sóng trên m c n c t nh g n ph n t k t c u là 5,1 m, ngh a là b

t t do c a n c n m cách áy bi n là y = h + = 23 + 5,1 = 28,1m.

Mô men c a t i tr ng sóng theo (2.25) t ng ng v i các giá tr nêu trên c a t và y b ng 3991 kN m. Nh v y là h p l c c a t i tr ng sóng c t m c: 3991 / 223,9 = 17,8 m so v i áy bi n.

i tr ng sóng tác d ng lên ph n t tr nghiêng c trên ã xét t i tr ng sóng tác d ng lên ph n t k t c u theo

ph ng th ng ng, trong ó véc t v n t c vx luôn luôn vuông góc i tr c c a ph n t , và xác nh t i tr ng sóng tác d ng lên m t n

dài c a ph n t theo công th c Morison (2.19). i v i ph n t thanh hình tr n m nghiêng (n m ngang là tr ng h p c a n m nghiêng), áp d ng c công th c Morison ta c n phân tích v n

c và gia t c ch t l ng thành các thành ph n pháp tuy n và ti p tuy n v i tr c ph n t và khi tính toán ta ch s d ng thành ph n pháp tuy n c a v n t c và gia t c. T i tr ng sóng tác d ng lên ph n

tr n m nghiêng là theo ph ng vuông góc (pháp tuy n) v i tr c ph n t , nh ng n gi n trong tính toán chúng c a v d ng các thành ph n n m ngang và th ng ng.

Xét m t ph n t hình tr n m nghiêng c nh có ph ng b t k trong h to xyz (hình 2.6)

Hình 2.6. Ph n t tr có h ng b t k trong không gian

Gi thi t h ng truy n sóng trùng v i tr c x, khi ó chuy n ng a n c liên quan t i sóng c c tr ng b i các thành ph n n m

ngang và th ng ng c a v n t c vx, vy và gia t c ax, ay. V n t c c a

35 36

ch t l ng pháp tuy n v i tr c c a ph n t trong h to c c có ng:

vn = 2 2 2( )x y x x y yv v c v c v 1/2 (2.31)

và các thành ph n c a nó theo các ph ng x,y,z là: vnx = vx – cx(cxvx + cyvy);

vny = vy – cy(cxvx + cyvy); vnz = – cz(cxvx + cyvy), (2.32)

trong ó cx = sin cos ; cy = cos ;

cz = sin sin . (2.33)

Các thành ph n c a gia t c ch t l ng vuông góc v i tr c c a ph n t tr :

anx = ax – cx(cxax + cyay); any = ay – cy(cxax + cyay); anz = - cz(cxax + cyay). (2.34)

Sau khi có các bi u th c trên, có th nh n c ph ng trình Morison cho các thành ph n c a t i tr ng sóng trên m t mét dài c a

t c n hình tr n m nghiêng:

fx = 12

CD D vnvnx + CI 2

4D anx;

fy = 12

CD D vnvny + CI 2

4D any;

fz = 12

CD D vnvnz + CI 2

4D anz. (2.35)

i tr ng sóng t ng lên n v dài c a ph n t :

f = 1/ 22 2 2

x y zf f f . (2.36)

u c a t i tr ng t ng ph thu c vào d u c a các thành ph n fx, fy, fz.

i v i các ph n t t ng i ng n, nh các thanh ngang c a công trình, ó các c tr ng chuy n ng c a ch t l ng t u này n u kia thay i không áng k , có th s d ng các giá tr trung bình vx, vy, ax và ay, và khi ó các thành ph n c a t i tr ng sóng lên ph n t s là:

Fx = fx L; Fy = fy L; Fz = fz L, (2.37) trong ó L là chi u dài ph n t .

Trong tr ng h p t ng quát, khi t c và gia t c thay i theo chi u dài ph n t m t cách rõ r t, các thành ph n c a t i tr ng sóng lên ph n t c tìm b ng cách tích phân:

Fx = xs

f ds ; Fy = ys

f ds ; Fz = zs

f ds (2.38)

trong ó s là kho ng cách d c tr c ph n t , khi ó vi c tích phân c th c hi n theo ph n chi u dài c a ph n t ch u tác ng c a

sóng. Ví d 2.3. Xác nh t i tr ng sóng lên ph n t 1-2 c a m t tr c

(m t ón sóng) c a chân giàn khoan bi n (hình 2.7), gi thi t tác ng c a sóng t ng i u theo chi u dài ph n t v i các giá tr

sau c a n t c và gia t c ch t l ng: vx = 4,2 m/s; vy = 1,2 m/s; ax = 1,2 m/s2; ay = 1,8 m/s2. Các c tr ng này t ng ng v i m c n c là 28,5 m so v i áy bi n. ng kính c a ph n t là 0,61 m.

37 38

Hình 2.7. t tr c (m t ón sóng) c a chân giàn khoan

hình 2.7 suy ra r ng các góc xác nh v trí c a ph n t trong

không gian là = 900, = 1350. em các giá tr trên vào (2.33) ta c cx = 0; cy = - 0,707; cz =

0,707. Theo các công th c (2.32) và (2.34) ta tìm c các thành ph n

n t c và gia t c chuy n ng c a n c vuông góc v i tr c ph n t : vnx = 4,2 m/s; vny = vnz = 0,6 m/s;

any = 1,2 m/s2; any = anz = - 0,9 m/s2.

Ti p theo, theo công th c (2.31) ta tìm c giá tr t c vuông góc v i tr c ph n t :

vn = 4,28 m/s và theo (2.35) – c: fx = 6,34 kN/ m; fy = fz = 0,26 kN/ m.

Chi u dài ng p n c c a ph n t là L = 13,5 2 = 19,1 m. Gi thi t các c tr ng chuy n ng c a ch t l ng không thay i theo chi u dài ph n t , các thành ph n t i tr ng sóng s là:

Fx = 121 kN; Fy = Fz = 5 kN.

hình 2.7 ta th y r ng các k t qu nh n c c ng úng khi các giá tr góc và xác nh v trí c a ph n t khác, ch ng h n khi = - 900 và = 450, do vi c ch n h ng d ng c a tr c ph n t

không có vai trò trong tính toán. Th c t , khi các giá tr c a góc này làm thay i d u c a cx và cy , nh ng giá tr c a các thành ph n v n

c và gia t c vuông góc v i tr c ph n t không thay i, và c ng có ngh a là t i tr ng không thay i.

i tr ng sóng c c i tác ng lên công trình bi n Các h th c nh n c trên i v i các ph n t ng (c t) và ph n t nghiêng b t k có th c áp d ng i v i các ph n t c a công trình bi n khi xác nh t i tr ng ngang c c i c a sóng u hòa lên công trình. N u c t chân th ng ng thì t i tr ng sóng

c xác nh theo công th c (2.22), trong ó FD và FI là các t i tr ng liên quan n l c c n t c và l c c n quán tính và tính cho ph n t

ng kính không thay i có d ng (2.23) và (2.24). u c t c a công trình n m g c to , x = 0, các công th c

này có th c áp d ng tr c ti p xác nh t i tr ng lên c t b t th i m t nào. N u c t c a công trình n m kho ng x0 cách c to , các công th c trên c n ph i bi n i nh n c t i

tr ng c ng chính th i m t. Nh ng chuy n ng c a n c do sóng gây ra ph thu c vào tham s t – kx, cho nên c n ph i bi n i

ng cách thay t trong các công th c trên b ng t - kx (k là s sóng).

i tr ng ngang c a sóng lên các ph n t còn l i c a công trình c xác nh b ng cách tích phân bi u th c th nh t c a (2.35) có

n s thay i các c tr ng chuy n ng c a ch t l ng theo chi u dài c a ph n t . H th c này c ng c s d ng i v i các

t chân nghiêng. T i tr ng ngang c c i tìm c b ng cách ng t i tr ng c a t t c các ph n t .

39 40

Ví d 2.4. Xác nh t ng t i tr ng ngang do sóng có chi u cao H = 6 m, chi u dài = 90 m lên công trình sâu n c h = 24 m. Các

t c a chân có ng kính D = 1,22 m, còn các ph n t n m ngang và n m nghiêng có D = 0,61 m. S tính và h tr c to

c cho trên hình 2.8. i tr ng sóng ngang c c i lên công trình c xác nh b ng

tính toán t ng ng v i các giá tr khác nhau c a t. V i x p x u tiên cho t = 6,0.

Các c t ng: Khi c t n m v trí x = 0, các công th c trên c áp d ng tr c

ti p cho c t 1-3 v i t b t k . tính t i tr ng lên c t 4-6 ( x = 15) cùng th i m, ta thay vào các công th c trên v trí c a t b ng t - 15k.

Nh v y, v i c t 1-3, khi x = 0, k = 0,07 m-1, = 0,8 s-1, H = 6 m,

= 1,026.103 kg/m3 ta có: F1-3 = 1,92(sh 2ky + 2ky) cos t cos t - 25,4sh ky sin t, trong ó y = h+ = 24+3 cos t và v i c t 4-6, khi x = 15,

F4-6 = 1,92(sh 2ky+2ky) cos( 15 )t k cos ( t – 15k)

- 25,4sh ky sin( t – 15k), trong ó y = h+ = 24+3 cos ( t -15k).

i tr ng tính toán cho c 4 c t là: FC = 2(F1-3 + F4-6),

a) b)

Hình 2.8. M t bên (a) và m t tr c ( ón sóng) (b) c a chân

giàn khoan a t=6,0 vào các công th c c a F1-3 và F4-6 ta c FC =2(67,5 +

69,5) = 274 kN. Các ph n t n m ngang c a m t tr c: Dùng công th c (2.35), khi = - 90o , = 90o , ta có:

Fx = 0,313 vnvx + 0,600ax

vn = 2 2x yv v

i v i ph n t 2-8 , khi x = 0, y = 15, các thành ph n t c và gia t c chuy n ng c a n c tìm c b ng các công th c (2.6), (2.7) và (2.12) khi t = 6,0 là:

vx = 1,44 m/s; vy = 0,32 m/s; ax = 0,33 m/s2.

Các giá tr này tho mãn trên toàn b chi u dài ph n t . Theo các giá tr này ta tìm c t i tr ng trên m t n v dài fx = 0,863 kN/ m, là giá tr không thay i trên chi u dài ph n t . T ng t i tr ng lên ph n t s là F2-8 = 0,863.15 = 12,94 kN.

41 42

Các tính toán t ng t i v i ph n t n m ngang m t sau a chân (F5-11) khi x = 15 m; y = 15m s cho k t qu F5-11 = 10,94

kN. Các ph n t nghiêng c a m t tr c:

i tr ng sóng n m ngang trên n v dài fx tác d ng lên ph n t nghiêng m t tr c c a chân c xác nh theo công th c (2.35) khi = - 90o , = 45o:

fx = 0,313 vnvx + 0,600ax

2nv = 2 2(1/ 2)x yv v .

Ph n t 2-9 có x = 0 và y thay i t m c 15 m n b m t c t do. M c b m t t do c xác nh b i h th c y = 24

+3cos t và khi t = 6,0, y = 26,9 m. Do ph n t t d i góc 45o so i tr c y, chi u dài ph n ch u t i tr ng sóng c a ph n t này là

(26,9–15)/0,707 = 16,8 m. T i tr ng sóng trên mét dài, thay i theo chi u dài c a ph n t , do v y t i tr ng c tính b ng tích phân.

n gi n, ta chia chi u dài ng p n c ra làm 2 n b ng nhau r i tính g n úng. Trong m i n (l = 16,8/2 = 8,4 m) tính t i tr ng fx cho m gi a n và không i trên n ó, k t qu tính toán

c cho b ng 2.5. ng 2.5. i tr ng sóng lên ph n t 2-9

X,m Y,m vx,m/s vy,m/s ax,m/s2 fx,kN/m

0 18 1,71 0,42 1,15 1,16

0 23,9 2,47 0,87 1,82 2,29 Cu i cùng ta c F2-9 =(1,16+2,29) 8,4 = 28,98 kN. T ng t ,

F5-12 = 15,9 kN. Các ph n t nghiêng c a m t bên:

i góc = 0o , = 45o

fx = 0,156 vn(vx – vy) + 0,3(ax – ay) 2nv = 2(1/2)( )x yv v

Ph n t 2-6 có to x và y thay i d c theo tr c c a ph n t n m c t b m t n c t do.

c c a b m t t do c a ph n t này c xác nh t vi c gi i h ph ng trình:

y = h + = 24+3 cos ( t - kx). y = 15 + x

Ph ng trình u là m c b m t t do ng v i các giá tr t và x, còn ph ng trình th hai c xác nh b i hình h c c a ph n t .

h ph ng trình trên ta có x = 9 + 3 cos ( t - kx). Khi t = 6,0, nghi m c a ph ng trình (gi i b ng ph ng pháp

p) là x = 10,55 m. Nh v y, m c t c a ph n t v i m t n c cách áy m t

kho ng là 15 + 10,55 = 25,55 m; ph n chi u dài c a ph n t ch u t i tr ng sóng b ng 10,55/0,707 = 14,9 m.

tính t i tr ng sóng, chia ph n chi u dài 14,9 m thành 2 n , i n là 7,45 m. Tính fx i v i trung m c a m i n và xem fx

không i trong m i n, r i tính h p l c. K t qu tính g n úng t i tr ng sóng cho ph n t 2-6 v i t = 6,0 c cho trong b ng 2.6.

ng 2.6. i tr ng sóng lên ph n t 2-6 X,m Y,m vx,m/s vy,m/s ax,m/s2 ay,m/s2 fx,kN/m

2,64 17,64 1,55 0,66 -1,04 -1,04 0,58 7,91 22,91 1,62 1,65 -1,18 -1,18 0,78

t qu F2-6 = (0,58 + 0,78).7,45 = 10,13 kN. T ng t : F8-12 =

10,13 kN. ng t i tr ng sóng lên công trình:

43 44

Các ph n t n m ngang phía trên không ch u tác ng c a sóng thì không óng góp vào t ng t i tr ng sóng. Các ph n t n m ngang phía d i hai bên hông ch y song song v i h ng truy n sóng

ng không ch u t i tr ng sóng. T ng t i tr ng sóng lên công trình khi t = 6,0 s là:

F = 20,26 + 28,98 + 15,9 + 12,94 + 10,94 + 274 = 363 kN. tìm giá tr c c i c a t ng t i tr ng ngang lên công trình ph i

ti n hành quá trình trên v i các giá tr t khác nhau. Sau khi ti n hành lo t tính toán, k t qu Fmax = 366 kN t i t = 5,8.

Quy i t i tr ng sóng v nút Tính toán chân công trình bi n c nh b ng các ph ng

pháp hi n i òi h i ph i quy i các t i tr ng sóng phân b v l c và mô men nút t ng ng. xác nh các l c này th ng ph i ch n th i m c a chu k sóng, khi ó t i tr ng sóng t c c i. S óng góp c a m i ph n t riêng bi t vào t i tr ng nút s tìm c

nh vi c n gi n hoá s phân b t i tr ng sóng theo toàn b chi u dài hay m t s n c a ph n t . T i tr ng nút c tính nh t ng

a các l c truy n vào nút t t t c các ph n t liên k t t i ó. Trên hình 2.9 xét tr ng h p phân b t ng quát t i tr ng sóng

theo chi u dài ph n t . a) b)

Hình 2.9. p x tuy n tính t ng n t i tr ng sóng lên ph n t

(a) và các t i tr ng nút t ng ng (b)

t n t i n không ng p n c trên ph n t cho phép áp ng các h th c thu c xem xét các ph n t c a công trình

vùng giáp gianh, ch ch u tác ng c a sóng m t n nào ó trên chi u dài.

Các t i tr ng nút (hình 2.9, b) có th c xác nh nh sau:

FA = 32 2 4

31 2 43 3 3 3(3 2 ) ( ) ( 2 ) ;

2 4 10p ap ab p ba p al b l b l b

l l l l

MA = 32 2 4

31 2 42 2 2 2( ) (2 3 ) ( 3 ) ;

2 6 12 20p ap ab p ba p a

l b l b l bl l l l

FB = 1 ;2 A

p a F

MB = 2

1 2 ,2 6 A A

p ab p aF l M

trong ó: p1 = f1 + 2f2 + f3 ; p2 = 5f1 + 6f2 + f3

45 46

p3 = 17f1 + 14f2 + f3; p4 = 49f1 + 30f2 + f3

Quy lu t phân b t i tr ng hai n tuy n tính xem xét trên ã o ra kh n ng t t mô t chính xác h n quy lu t thay i tuy n

tính t i tr ng trong ph m vi toàn chi u dài ph n t . Khi c n thi t s n bi u t i tr ng sóng thay i có th nhi u h n. Ví d 2.5 Quy i v nút t i tr ng sóng trên các ph n t c a m t

trong các panel (m t) c a m t chân công trình bi n c nh xét ví d 2.4. T i tr ng sóng ngang t c c i (max) t i th i m t = 5,8. V trí sóng ng v i th i m này cho trên hình 2.10.

u tiên xét ph n t nghiêng 2-6. th i m t = 5,8, b m t do c a n c c t ph n t m c 25,1 m. Bi u t i tr ng sóng lên

ph n t cho trên hình 2.10 v i a = 7,14 m và b = 6,93 m (k n nghiêng c a ph n t d i m t góc 45o so v i ph ng th ng ng).

ng t i tr ng vuông góc v i tr c ph n t , xác nh theo công th c (2.36) s là:

f1 = 0,678 kN/m (x = 0; y = 15 m); f2 = 0,905 kN/m (x = 5,05; y = 20,05 m); f3 = 0,891 kN/m (x = 10,1; y = 25,1 m).

Các t i tr ng nút t ng ng : FA = 8,36 kN; MA = 29,83 kN.m FB = 3,87 kN; MB = 20,75 kN.m

Hình 2.10. công trình và v trí sóng th i m t i tr ng

sóng c c i (a); x p x t i tr ng sóng lên ph n t 2-6 (b) và t i tr ng nút trên ph n t ó (c)

Phân tích các t i tr ng này ra các thành ph n theo ph ng tr c x và y (quy c mô men d ng khi quay theo chi u kim ng h ):

F2x = 5,87 kN; F2y = - 5,87 kN; M2 = 29,83 kN.m; F6x = 2,76 kN; F6y = - 2,76 kN; M6 = - 20,75 kN.m.

ng t i v i các ph n t còn l i: Ph n t 1-2 có: F1x = 10,94 kN ; M1 = 29,29 kN.m; F2x = 14,50 kN ; M2 = - 33,76 kN.m; Ph n t 2-3 F2x = 28,73 kN ; M2 = 81,63 kN.m; F3x = 24,55 kN ; M3 = - 81,63 kN.m; Ph n t 4-5 F4x = 14,9 kN ; M4 = 39,32 kN.m;

47 48

F5x = 18,15 kN ; M5 = - 43,39 kN.m; Ph n t 5-6 F5x = 25,09 kN ; M5 = 62,78 kN.m; F6x = 10,27 kN ; M6 = - 40,27 kN.m; Ph n t 2-5 F2y = - 1,2 kN ; M2 = 1,42 kN.m; F5y = 1,29 kN ; M5 = - 1,70 kN.m;

b sung vào các t i tr ng nút tìm c ta c n ph i xác nh óng góp c a các ph n t n m m t tr c và m t sau công

trình. ây không xét n l c và mô men tác d ng ngoài m t ph ng , vì chúng không tham gia vào s tính ph ng. T i tr ng thanh ngang n i v i nút 2 m t tr c tìm c b ng cách tích phân bi u th c (2.38). Khi ó thành ph n n m ngang và th ng ng c a h p

c s là: Fx = 14,14 kN , Fy = - 3,83 kN.

và truy n cho nút 2 là: F2x = 7,07 kN , F2y = -1,91 kN

ng t , tìm c các t i tr ng nút b sung cho nút 2 do t i tr ng sóng tác d ng lên ph n t nghiêng c a m t tr c: F2x = 14,46; F2y = - 0,93 kN.

i tr ng nút c a các ph n t n m ngang và n m nghiêng n i i nút 5 c ng tìm c b ng cách ó và b ng: F5x = 11,92; F5y =

5,20 kN. Sau khi quy i cho các ph n t , ti n hành l y t ng c a chúng

theo t ng nút ta có k t qu t i tr ng nút do sóng gây ra (b ng 2.7). 2. c y n i Áp l c c a ch t l ng lên toàn b hay t ng ph n công trình bi n

c sinh ra do tr ng l ng c a n c phía trên và do s chuy n ng c a n c liên quan n sóng xung quanh công trình. Nh v y,

khi áp d ng lí thuy t sóng Airy áp l c này c xác nh b ng bi u th c (2.13). M t trong nh ng bi u hi n s tác ng c a áp l c ngoài

ng 2.7. i tr ng nút do tác ng c a sóng

Nút Fx,kN Fy,kN M,kN.m

1 10,94 0 22,29 2 70,72 -9,92 79,19 3 24,55 0 - 81,63 4 14,90 0 39,32 5 55,15 6,49 21,15 6 13,03 2,76 -61,02

lên các ph n t công trình trong n c là s xu t hi n ng su t trong các ph n t này và m t bi u hi n khác s tác ng c a áp l c n c là các t i tr ng n m ngang và th ng ng do sóng qua ph ng trình

ng quát c a Morison (2.35). Ngoài ra, còn t n t i l c y n i liên quan n áp l c thu t nh

P = (h – y), (2.39)

trong ó là tr ng l ng riêng c a n c; h là chi u sâu khu n c; y là chi u cao tính t áy bi n n m xét. L c này t n t i ngay c khi không có sóng và ph i c tính toán ki m tra riêng.

xác nh l c y ta xét m t v t th có hình d ng b t k (hình 2.11), trong ó ta tách ra m t ph n t theo ph ng th ng ng có chi u cao y2 – y1 và di n tích áy dA. L c lên m t áy c a ph n t

b ng tích c a áp l c n c v i di n tích dA. Áp d ng h th c (2.39) ta tìm c h p l c theo chi u cao nh sau:

dF = dF1 – dF2 = ( y2 – y1) dA

và l c y i v i toàn v t th s là:

F = 2 1 ,A

y y dA V (2.40)

trong ó V là th tích n c mà v t chi m ch . Các tính toán t ng t i vi c s d ng các ph n t n m ngang cho th y là t ng l c ngang

49 50

lên ph n t b ng không. Vì v y, áp l c th y t nh lên ph n t ch làm xu t hi n l c y n i b ng tr ng l ng n c do v t chi m ch ( nh lu t Arximed). u này c ng úng khi cho m t ph n v t th gìm trong

c. Khi tính toán l c y n i i v i các công trình bi n thu n ti n

ta k t h p l c này v i tr ng l ng b n thân c a k t c u và hi u l c ó là tr ng l ng hi u qu .Ví d , n u kí hi u W là tr ng l ng c a

công trình trong không khí thì d dàng xác nh c tr ng l ng hi u qu c a nó trong n c

W = W - V, (2.41)

trong ó V là th tích c a ph n công trình ngâm trong n c. Công th c trên úng v i công trình nói chung. Tuy nhiên, c ng

có u c n ph i chú ý khi s d ng nghiên c u chi ti t tr ng thái ng su t c a các ph n t riêng bi t. minh ho ta xét m t c t tr

(hình 2.12) bao g m hai ph n t : 1-2 và 2-3.

Hình 2.11. Áp l c thu t nh tác Hình 2.12. c y n i và tr ng ng lên v t th n m trong l ng b n thân tác d ng lên c t

c (a) và lên ph n t (b)

Tr ng l ng (tính trong không khí) c a các ph n t n m trên và i áy bi n c kí hi u t ng ng là W2 và W1. Gi thi t t n n

là bão hoà n c, còn áp l c l r ng thì b ng áp l c thu t nh, t c là coi nh không có t. L c y n i tác d ng lên m t áy c a c t trong tr ng h p này b ng A(h + d), trong ó A là di n tích m t áy ch u tác d ng c a áp l c thu t nh. Nh ng l c này b ng tr ng l ng c a

c b c t chi m ch , ngh a là tr ng l ng hi u qu c a nó b ng hi u gi a tr ng l ng th c t và tr ng l ng n c b chi m ch . Tuy nhiên, do l c y n i ch tác d ng lên m t áy c a c t, nên tr ng

ng hi u qu c a ph n t 2-3 n m trên áy bi n s b ng tr ng ng th c t c a nó, xem hình 2.12. K t lu n này có ý ngh a th c t

khi xác nh t i tr ng nút tác d ng lên công trình do tr ng l ng b n thân và l c y n i.

Ví d 2.6. Xác nh t i tr ng nút tác d ng lên công trình cho trên hình 2.13 do tr ng l ng b n thân c a k t c u kim lo i và l c y n i

ng ng v i th i m t i tr ng sóng t c c i (khi t = 5,8). T t 4 m t c a k t c u gi ng nhau, trong ó ph n t nghiêng m t

tr c c n i v i các nút 2 và 6. V trí sóng th i m t = 5,8 c cho trên hình 2.13. Các ph n t th ng ng có ng kính

ngoài D = 1,22 m và chi u dày thành t = 3,81cm. Các ph n t n m ngang và nghiêng có kích th c D = 0,61m và t = 1,27cm.

u tiên ta xét ph n t nghiêng 2-6. Ph n t c gi thi t là không ch a n c (không th m n c), t c là tr ng l ng b n thân

a ph n t b ng tích c a tr ng l ng riêng c a thép (76kN/m3) v i th tích thép c a ph n t (0,512m3), hay b ng 38,96kN. Do ph n t nghiêng v i ph ng th ng ng m t góc 45o, nên tr ng l ng này

c phân thành các thành ph n ti p tuy n và pháp tuy n v i tr c ph n t b ng 27,54 kN. H n n a, các thành ph n l c này l i c phân b u trên chi u dài ph n t , vì v y vi c chuy n chúng v t i tr ng nút có th c th c hi n d a trên các k t q a xác nh t i

51 52

tr ng t ng ng (hình 2.14). Các công th c a tr ng l ng b n thân c a ph n t v t i tr ng nút c cho trên hình 2.15,a.

Hình 2.13. công trình và v trí sóng khi ó xác nh l c y

i và tr ng l ng b n thân (a), l c y n i và tr ng l c trên ph n t 2-6 (b)

Khi tính l c y n i c a ph n t ta th y r ng th i m t = 5,8 m t n c t do c t ph n t v i kho ng cách là 14,28 m tính t nút 2 (hình 2.13). L c y n i ch xu t hi n n này c a ph n t và b ng tích c a tr ng l ng riêng c a n c (10,05 kN/m3) v i th tích n c b ph n t chi m ch (4,24 m3), t c là b ng 42,66 kN. L c th ng ng này có các thành ph n pháp tuy n và ti p tuy n v i tr c ph n t b ng 30,16 kN và phân b u trên n ng p n c c a ph n t . L c nút do thành ph n pháp tuy n có th c xác nh theo các công th c m c Quy i t i tr ng sóng v nút, còn l c nút do thành ph n l c ti p tuy n – theo hình 2.14. K t qu c a vi c a

i tr ng này v nút c cho trên hình 2.15, b. T ng các l c nút do

tr ng l ng b n thân ph n t và l c y n i c cho trên hình 2.15, c.

i tr ng cho i tr ng nút t ng ng

l = a+b

FA = qa[1 – ( al

)2 + 31

2al

],

FB = qa[ ( al

)2 - 31

2al

]

MA =22

12 10 624qa a a

l l

MB =22

8 624qa a a

l l

FA = Pb2(3a + b)/l3 , FB = Pa2(3b +

a)/l3

MA = Pab2/l2, MB = Pba2/l2

NA = ta(a+2b)/2l, NB = ta2/2l

Hình 2.14. a t i tr ng cho tr c v t i tr ng nút t ng ng

53 54

Hình 2.15. i tr ng tác d ng lên ph n t 2-6: a) do tr ng l ng

n thân; b) do l c y n i; c) t ng t i tr ng nút

i tr ng nút do tr ng l ng b n thân và l c y n i i v i các ph n t còn l i m t bên c a công trình c ng c tính t ng t . Có th nh n th y r ng các ph n t th ng ng 1-2, 2-3 và các ph n

(th ng ng) khác không ch u tác d ng c a l c y n i, vì v y t i

tr ng nút c a các ph n t này ch là tr ng l ng b n thân (164,12 kN). V n này không ph thu c vào vi c ph n t có ch a n c hay không, vì áp l c c a c t n c bên trong ph n t c cân b ng v i

ng n c trong ph n t d i m c áy bi n. Ví d , i v i ph n t 1-2 các l c th ng ng và h ng xu ng d i tác d ng vào các nút 1 và 2 b ng 82,06 kN (xem hình 2.14). Do ph n t 2-5 n m ph n gi a theo chi u cao c a công trình hoàn toàn ngâm trong n c, tr ng

ng hi u qu c a nó c phân b u theo chi u dài ph n t . Gi thi t là ph n t này không ch a n c, theo công th c (2.41) ta tìm

c tr ng l ng hi u qu c a nó b ng 17,12 kN và h ng lên trên. ng ng v i nó t i tr ng phân b b ng 1,14 kN/ m. T i các nút 2

và 5 l c nút s b ng 8,56 kN, h ng lên trên, và mô men b ng 21,7 kN. m ( nút 2 mô men h ng ng c chi u kim ng h , còn nút 5 – theo chi u kim ng h ). Ng c l i, ph n t 3 – 6 không ch u l c

y n i vì không ngâm trong n c và tr ng l ng b n thân c phân b u theo chi u dài c a ph n t b ng 1,81 kN/m và t ng

ng v i l c các nút 3 và 6 b ng 13,78 kN (h ng xu ng d i), còn mô men b ng 35 kN.m ( nút 3 theo chi u kim ng h , nút 6 – ng c chi u).

Cu i cùng, các t i tr ng nút do tr ng l ng hi u qu c a các ph n t m t tr c và m t sau c a công trình c tính v i gi thi t các tr ng l ng này c chia u cho các nút hai m t bên. K t qu , tr ng l ng hi u qu c a ph n t 2– 9 b ng 10,18 kN và h ng lên trên, t c là thêm vào l c nút nút 2 là 5,09 kN. T ng t , s óng góp c a ph n t 2 – 8 vào t i tr ng nút theo ph ng ng nút

2 b ng 8,58 kN (h ng lên trên), còn s óng góp vào t i tr ng nút nút 3 c a ph n t 3 – 9 là 13,78 kN (h ng xu ng d i). Các ph n

n m ngang và n m nghiêng c a m t sau, n i v i nút 5, gây ra t i tr ng nút này b ng 0,26 kN và h ng xu ng d i, còn ph n t

m ngang c a m t này n i v i nút 6 gây ra t i nút này m t t i tr ng th ng ng b ng 13,78 kN và h ng xu ng d i.

55 56

Sau khi t ng h p theo nút các giá tr nh n c trên ta c i tr ng nút do tr ng l ng b n thân và l c y n i nh b ng 2.8.

ng 2.8. i tr ng nút do tr ng l ng b n thân và l c y n i

Nút Fx,kN Fy,kN M,kN.m

1 0 -81,84 0 2 0,76 -132,1 -44,1 3 0 -109,4 35,0 4 0 -81,84 0 5 0 -146,8 21,7 6 0,76 -115,2 -35,8

3. i tr ng do dòng ch y Dòng ch y th ng là dòng do thu tri u (dòng tri u) và dòng do

gió, c gi thi t tác ng theo ph ng ngang và thay i theo chi u sâu n c. l n và h ng c a dòng tri u th ng c ánh giá b ng cách o trong các u ki n t nhiên t i v trí d nh xây

ng công trình. Khi ó h ng c a dòng ch y thay i theo m c c lên xu ng. Ng c l i, dòng do gió c ánh giá b ng cách

tính toán, khi ó gi thi t r ng t c c a dòng này b ng kho ng 1% c gió cao 10 m so v i m t n c. Trong tính toán k thu t

th ng gi thi t s thay i dòng ch y theo sâu nh trong m c 2.1.4.

Trong các u ki n có bão thì dòng ch y t n t i ng th i v i chuy n ng c a n c do sóng. H ng c a dòng tri u hi n nhiên

không trùng v i h ng truy n sóng. Nh ng h ng c a dòng do gió luôn luôn c coi là trùng v i h ng truy n sóng.

Các sóng b m t t n t i cùng v i dòng ch y thì khác v i sóng khi không có dòng ch y. Có th th y s khác nhau c a các sóng này ph thu c vào t l c a t c dòng ch y và t c truy n sóng. i

i sóng tính toán tho mãn các u ki n bão c c tr thì t l này th ng r t bé, u ó cho phép b qua nh h ng c a dòng ch y

i v i sóng. Tóm l i, i v i sóng u hoà tính toán và dòng ch y thay i b t k theo sâu thì vi c xác nh t i tr ng lên công trình th ng c th c hi n b ng cách c ng t c c a ph n t n c do sóng gây ra theo ph ng ngang v i thành ph n t c c a dòng ch y trong h ng truy n sóng. Theo t ng này c a t c n m ngang

ng nh c a t c th ng ng và theo hai thành ph n c a gia t c ph n t n c t i tr ng c c i lên công trình và các l c nút s c xác nh b ng ph ng pháp nêu trong các m “ i tr ng sóng c c

i tác ng lên công trình bi n” và “Quy i t i tr ng sóng v nút”. 4. i tr ng gió

i tr ng gió ph i c xác nh b ng các ph ng pháp gi i tích và/ho c th nghi m mô hình. Hi u ng ng l c c a gió ph i c xem xét i v i k t c u ho c các b ph n c a k t c u nh y c m v i

i tr ng ng c a gió. c gió ho c thành ph n c a l c gió tr ng thái u n

(steady) tác d ng theo ph ng vuông góc v i tr c ho c b m t c a ph n t c tính b ng:

Fw = 0,5 CS A 2( , )v t z (2.42)

trong ó: - là kh i l ng riêng c a không khí ( = 0,1225 N/m3 i v i

không khí khô); - CS là h s hình d ng i v i dòng khí vuông góc v i tr c

ph n t ; - A là di n tích chi u c a ph n t lên m t ph ng ng hay m t

ph ng ngang;

57 58

- ( , )v t z là thành ph n c a v n t c gió theo ph ng vuông góc i tr c ho c b m t ph n t , l y trung bình trong kho ng th i gian t

cao z trên m c n c trung bình (MWL) (xem m c 2.1.2). s hình d ng (CS) c khuy n ngh l y cho di n tích chi u

a toàn b công trình b ng 1. Tuy nhiên khi xét n hi u ng ch n khu t h s này có th gi m i.

Chú ý: Công th c (2.42) t ng ng v i công th c (6) trong TCVN 2737: 1995 khi tính áp l c gió W0 (daN/m2) và t ng ng

i công th c (2.3.2- 8) 1 khi thay v n t c gíó b ng km/s. Trong tr ng h p c n thi t còn ph i tình n l c ng c a gió.

c ng c a gió có th c tính theo mi n th i gian ho c theo mi n t n s .

Khi c n thi t c ng ph i xét n s m t n nh khí ng c c b . Vi d v s m t n nh ó là:

- tác d ng c a tách xoáy lên ph n t m nh; - tác d ng c a chuy n ng r i trên các vách c ng n m song

song v i dòng khí trung bình; - hi u ng „Galloping“ (gi t) i v i các ph n t m nh không

tròn. 5. i tr ng ng t

i tr ng ng t thi t k và các l ch s t i tr ng có th c mô t theo ph ph n ng ho c theo di n bi n th i gian. i v i ph ng pháp ph ph n ng ph i a vào t t c các d ng dao ng có óng góp áng k i v i ph ph n ng. Khi t h p các giá tr c c

i c a các d ng ph n ng ph i tính n hi u ng t ng quan. Thông th ng các h s t ng quan nh nh t sau ây c s

ng: - 100% theo ph ng ngang b t l i nh t i v i k t c u; - 67% theo ph ng ngang vuông góc;

- 50% theo ph ng th ng ng. Khi phân tích ng t theo di n bi n th i gian thì ph n ng c a

k t c u - n n móng ph i c tính i v i m t s di n bi n th i gian i di n. Khi xét ph n ng ng l c chính c a k t c u các di n bi n th i gian nh v y c ch n và l y t l cung c p d ng phù

p nh t c a các chuy n ng ng t trong d i t n s . Các c tr ng ng l c c a k t c u và n n móng ph i c xác

nh b ng mô hình phân tích 3 chi u. Tuy nhiên c ng có th phân tích ng mô hình 2 chi u ho c i x ng tr c trong s t ng tác gi a các

môi tr ng ( t – k t c u), n u m b o phù h p v i mô hình k t c u 3 chi u.

Thông th ng c n nghiên c u s nh y c m thông s c a t n, c a s gi m ch n và c a các thông s mô hình khác mà chúng

có tính b t nh l n. n xét n kh n ng ng t các vùng c c b có th gây

nên các hi u ng khác nh t tr t, t ng áp su t l r ng t i h n trong t ho c các bi n d ng l n c a t có tác ng n các d m móng, c c, g móng và các ng d n.

6. c và áp su t c c b Khi phân tích l c và áp su t c c b th ng ph i tính n c hai

thành ph n t nh và ng c a các l c và áp su t ó. Khi thi t k t m gia c ng ho c t m sàn, t i tr ng t m th i (L)

tác d ng lên sàn không c l y nh h n giá tr cho trong b ng 2.9. 7. i tr ng s c a) i tr ng do tàu va

ng n ng do tàu va có th c xác nh nh sau: E = 0,5(M + a) v2 (kJ) (2.43)

trong ó: - M là l ng choán n c c a tàu, t;

59 60

B ng 2.9. i tr ng t m th i trên sàn

Khu v c sàn kN/m2

Khu v c không ch u t i tr ng ch c ng

Khu v c có ng i làm vi c, ng i l i, di n tích l u thông...

Khu v c làm vi c Kho ch a chung Kho xi m ng, bùn t ho c khô...

2,5 1)

4,5 1) 9,0 1) 13,0 1)

gH, min.13,0

là kh i l ng riêng c a v t li u (t/m3) g = 9,81 m/s2

H là chi u cao kho ch a 1) bao g m kh i l ng b n thân c a sàn (sàn thép)

- a là kh i l ng n c kèm c a tàu, th ng c l y b ng

0,4M i v i va ch m m n tàu và b ng 0,1M i v i va ch m m i tàu ho c uôi tàu;

- v là t c va ch m, m/s. ng choán n c c a tàu l y theo kh i l ng c a các tàu tiêu

bi u ho t ng trong vùng công trình . T c va ch m c a tàu có th do các s c :

- tàu b trôi: v = 0,5HS, trong ó HS là chi u cao sóng áng k c i lúc tàu ho t ng sát công trình, m;

- thao tác tàu sai: v n t c va ch m gi thi t l y t 1 n 2 m/s, ph thu c vào lo i tàu,...

b) i tr ng do v t r i

ng l ng va ch m c a v t r i có th c bi u di n d i ng:

E = m.g.h (kJ) (2.44) trong ó:

- m là kh i l ng c a v t r i , t, th ng l y theo t i tr ng c a móc c u;

- h là chi u cao r i trong không khí, m. ng l ng va ch m m c n c bi n th ng c l y không

nh h n 5MJ i v i các c n c u có s c nâng trên 30 t n. N ng ng va ch m d i m c n c bi n có th gi thi t b ng n ng ng va ch m ngay m c n c bi n.

Vùng gi i h n c a các v t r i c xác nh trên c s chuy n ng th c c a các t i tr ng v i gi thi t h ng r i nghiêng m t góc

so v i h ng th ng ng là: - 5o trong không khí; - 15o trong n c.

2.2.3 Các h s và các t h p t i tr ng thi t k trong ph ng pháp h s riêng ph n

2.2.3.1 Các h s và các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n c i

Khi t h p t i tr ng thi t k có th s d ng hai nhóm h s cho trong b ng 2.10 tính toán theo tr ng thái gi i h n c c i (ULS). Lúc ó các t h p kí hi u là a) và b) c xem xét trong hai u ki n thi t k : u ki n thi t k khai thác và u ki n thi t k thi công.

61 62

ng 2.10. Các h s t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n c c i

h p t i tr ng thi t k

Lo i t i tr ng

P L D E A

a) 1,3 1,3 1,0 0,7 0 b) 1,0 1,0 1,0 1,3 0

Trong b ng 2.10, các lo i t i tr ng bao g m: - P là t i tr ng th ng xuyên; L là ho t t i/t i tr ng t m th i; - D là t i tr ng bi n d ng;- E là t i tr ng môi tr ng; - A là t i tr ng s c .

xác nh úng các hi u ng c a t i tr ng th ng xuyên (P) và ho t t i (L), trong t h p a) có th gi m h s này xu ng còn 1,2.

u t i tr ng th ng xuyên (P) gây nên hi u ng có l i trong t h p a) thì h s t i tr ng c l y b ng 1,0.

Trong tr ng h p hi u ng t i tr ng là k t qu c a áp l c th y nh l n c l p và ng c chi u, h s t i tr ng thích h p ph i c

áp d ng cho s chênh áp. S chênh áp không c l y nh h n 1/10 áp l c l n h n, tr khi áp l c luôn luôn c cân b ng m t cách

nhiên nh dòng ch y. i v i s tác d ng tr c ti p t ng su t tr c, h s t i tr ng

a t i tr ng bi n d ng (D) c l y b ng 1,1 trong t h p a) và b ng 1,0 trong t h p b). Tuy nhiên, h s 0,9 c dùng cho c hai t h p

u u ó là b t l i h n. Khi công trình không có ng i v n hành trong u ki n bão, các

s t i tr ng i v i t i tr ng gió, sóng và dòng ch y có th gi m n 1,15 trong t h p b), v i u ki n có th ch ng minh c r ng phá hu k t c u không gây ra:

- nguy hi m hay t n th t v ng i; - thi t h i v t ch t áng k ; - ô nhi m môi tr ng áng k .

2.2.3.2 Các h s và các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n

tính toán theo tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n (PLS) hai t p t i tr ng thi t k c xem xét nh trong b ng 2.11, ó là:

ng 2.11. Các h s t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n

h p t i tr ng thi t k

Lo i t i tr ng 1)

P L D E A c) t c u

Nguyên n

i tr ng c

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

i tr ng môi tr ng

t th ng

1,0

1,0

1,0

1,0

0

d) t c u có h h ng 1,0 1,0 1,0 1,0 0 1) Các lo i t i tr ng, xem b ng 2.10. c) t c u nguyên v n, t h p t i tr ng thi t k bao g m các t i

tr ng s c ho c t i tr ng môi tr ng b t th ng d n n hi u ng i tr ng thi t k b t th ng;

d) t c u có h h ng, t h p t i tr ng thi t k không k n t i tr ng s c nh ng k n t i tr ng môi tr ng v i xác su t v t

ng th i hàng n m b ng 10-1.

63 64

Vi c ki m tra theo tr ng thái gi i h n phá h y l y ti n (PLS) có th b qua v i u ki n ch ra m t cách h p lí r ng s tích l y phá

y không gây nên nguy hi m hay t n th t v ng i, thi t h i v t ch t và ô nhi m môi tr ng không áng k . T h p d) ( t c u có h

ng) có th b qua v i u ki n ch ra m t cách h p lí r ng, i v i h p c) ( t c u nguyên v n) không có h h ng ho c ch có h ng không áng k .

2.2.3.3 Các h s và các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n i

t c u ph i có kh n ng ch u t i tr ng m i trong u ki n thi t thi công ho c u ki n thi t k khai thác (các u ki n c c tr

ho c bình th ng). Khi các t i tr ng có tính chu trình l n có th x y ra trong các giai n khác, ví d tác d ng c a gió khi ch t o k t

u, thì các t i tr ng có tính chu trình ó c n c a vào trong ánh giá t i tr ng m i.

Các h s t i tr ng trong tr ng thái gi i h n m i (FLS) c l y ng 1,0 cho t t c các lo i t i tr ng.

2.2.3.4 Các h s và các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c

Khi tính toán theo tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c (SLS) h t i tr ng ph i l y b ng 1,0 i v i t t c các lo i t i tr ng, c u

ki n thi t k thi công và u ki n thi t k khai thác.

2.2.4 Các t h p t i tr ng thi t k trong ph ng pháp ng su t cho phép

Ph ng pháp ng su t cho phép c khuy n cáo s d ng thi t k các k t c u công trình bi n khi t i tr ng môi tr ng (chi ph i)

c tính d a trên vi c mô t ti n nh các y u t môi tr ng liên quan.

2.2.4.1 Các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n c c i

Khi tính toán theo tr ng thái gi i h n c c i (ULS) ph i xem sét hai t h p t i tr ng ghi trong b ng 2.12. Các t h p ký hi u b ng a) và b) t ng ng c xem xét trong các u ki n thi t k khai thác và u ki n thi t k thi công.

ng 2.12. Các h s t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n c c i khi thi t k theo ph ng pháp ng su t cho phép

h p t i tr ng thi t k

Lo i t i tr ng

P L D E A a) 1,0 1,0 1,0 0 0 b) 1,0 1,0 1,0 1,0 0

2.2.4.2 Các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n

Khi tính toán theo tr ng thái gi i h n phá h y l y ti n (PLS) ph i xem xét hai t h p thi t k cho trong b ng 2.13, ó là:

c) t c u nguyên v n, t h p t i tr ng thi t k bao g m các t i tr ng s c ho c t i tr ng môi tr ng b t th ng d n n hi u ng

i tr ng thi t k b t th ng; d) t c u có h h ng, t h p t i tr ng thi t k không k n t i

tr ng s c nh ng k n t i tr ng môi tr ng v i xác su t v t ng th i hàng n m b ng 10-1.

Vi c ki m tra theo tr ng thái gi i h n phá h y l y ti n (PLS) có th b qua v i u ki n ch ra m t cách h p lí r ng s tích l y phá

y không gây nên nguy hi m hay t n th t v ng i, thi t h i v t ch t và ô nhi m môi tr ng không áng k . T h p d) ( t c u có h

ng) có th b qua v i u ki n ch ra m t cách h p lí r ng, i v i

65 66

h p c) ( t c u nguyên v n) không có h h ng ho c ch có h ng không áng k .

ng 2.13. Các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n khi thi t k theo ph ng pháp ng su t cho phép

h p t i tr ng thi t k Lo i t i tr ng 1)

P L D E A

c) t c u Nguyên

n

i tr ng c

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

i tr ng môi

tr ng t

th ng

1,0

1,0

1,0

1,0

0

d) t c u có h h ng 1,0 1,0 1,0 1,0 0 1) Các lo i t i tr ng, xem b ng 2.10.

2.2.4.3 Các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n m i

t c u ph i có kh n ng ch u t i tr ng m i trong các u ki n thi t k thi công ho c thi t k khai thác (các u ki n c c tr ho c bình th ng). Khi các t i tr ng có tính chu trình l n có th x y ra trong các giai n khác, ví d tác d ng c a gió khi ch t o k t c u, thì các t i tr ng có tính chu trình ó c n c a vào trong ánh giá

i tr ng m i. Các h s t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n m i c y b ng 1,0 cho t t c các lo i t i tr ng

2.2.4.4 Các t h p t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c

Khi tính toán theo tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c (SLS) h t i tr ng ph i l y b ng 1,0 i v i t t c các lo i t i tr ng, c u

ki n thi t k thi công và u ki n thi t k khai thác.

2.3 Các yêu c u v v t li u

t li u làm k t c u công trình bi n ph i có các tính ch t c h c, thành ph n hóa h c, u ki n x lí nhi t,... m b o công trình có kh n ng ch u l c t t và có tính ch ng n mòn cao.

Kh n ng ch u l c t t c hi u theo ngh a là k t c u ph i có t ch n sóng nh nh t, nh ng ch u c t i tr ng l n nh t.

Tính ch ng n mòn cao là m b o cho k t c u làm vi c lâu dài trên bi n, m b o an toàn cho công trình bi n trong su t tu i th thi t k .

a) Thép k t c u Các ph n t hay b ph n k t c u thép th ng c nhóm theo: - ng su t làm vi c; - t i tr ng chu trình; - s t p trung ng su t; - c ch b o v ; - t c t t i; - h u qu c a s phá h y; - b c siêu t nh ( d phòng).

i m c tiêu ó các ph n t hay b ph n k t c u có th c phân thành ba nhóm nh sau:

67 68

- Nhóm k t c u c bi t: là các ph n t k t c u lo i 1 c dùng nh ng m truy n t i tr ng l n hay nh ng m t p trung

ng su t. - Nhóm k t c u lo i 1: là nh ng ph n t k t c u khi h h ng có

th : + gây t n th t v ng i; + thi t h i v t ch t áng k ho c + ô nhi m môi tr ng n ng. - Nhóm k t c u lo i 2: là nh ng ph n t k t c u ít quan tr ng,

khi b phá h y không gây t n th t v ng i; thi t h i v t ch t hay ô nhi m môi tr ng không áng k .

Mác c a thép l a ch n cho các b ph n k t c u th ng liên quan n các yêu c u v b n và giai va p.

b n, Mác thép c xác nh d a trên c ng ch u kéo n phá h y c a m u thép và c l a ch n theo gi i h n ch y c a t li u. D i c ng c a thép liên quan n ng su t ch y (hay gi i n ch y) có th tham kh o theo b ng 2.14.

Các yêu c u v giai va p ph thu c vào: nhi t thi t k , t i h n c a ph n t và dày v t li u th c t .

Trong m i nhóm c ng , các Mác khác nhau còn c xác nh theo tính ch t c a giai va p. Mác thép c tham chi u

theo các m c A, B, D và E và c cho trong b ng 2.15. b) Bê tông c t thép Bê tông c t thép là v t li u t h p g m nhi u thành ph n nh : xi

ng, cát, n c, s i ( á d m), các ch t ph gia và thép. Bê tông k t c u c nh ngh a là v t li u t h p c a ch t dính

t xi m ng và là thành ph n chính c u t o k t c u bê tông

ng 2.14. Nhóm c ng c a thép

ng

Gi i h n ch y nh nh t , N/mm2

Thép hàn c bình

th ng

Thép hàn c trong d i dày (mm)

25 25-50 50-75 75-100

Thép th ng (NS)

235 235 215 200 190

Thép c ng cao

(HS)

265 315 355 390

265 315 355

0

245 295 335 0

230 280 320

0

220 270 310

0

Thép c ng siêu cao (EHS)

420 460 500

420 460 500

420 460 500

400 440 480

380 420 460

a là v t li u dính k t xi m ng và bao g m các v t li u thành

ph n: xi m ng, n c và các ph gia. Các c t li u thích h p nh cát en, vàng) c ng có th bao g m trong thành ph n c a v a.

t thép c nh ngh a là thành ph n c a bê tông k t c u ch u kéo, t o cho bê tông s m m d o. C t thép có th là:

- c t thép th ng; - c t thép ng su t tr c; - c t thép c bi t. Xi m ng là ch t dính k t trong h n h p bê tông k t c u.

t li u là thành ph n chính c v th tích và tr ng l ng trong t t h p bê tông k t c u.

69 70

Các v t li u dính k t phi xi m ng c nh ngh a ây là các t li u nh : epoxy và polyurethane c s n xu t c bi t s ng cùng v i bê tông k t c u nh m t ng c ng các tính ch t c a bê

tông ho c b sung, s a ch a và thay th bê tông. Ph thu c các v t li u thành ph n, bê tông có th là: bê tông

ng th ng, bê tông c ng cao và bê tông nh .

ng 2.15. Mác thép ng d ng (*)

ng Mác Nhi t thí nghi m giai va p

Thép th ng (NS)

B D E

0o C -20o C -40o C

Thép c ng cao (HS)

A D E

0o C -20o C -40o C

Thép c ng siêu cao

(EHS)

D E

-20o C -40o C

(*) Có th tham kh o Mác thép i v i các công trình trên c n theo TCVN 5575:1991

Ch ng 3 Mô hình hoá k t c u và t i tr ng, tính toán l a ch n ph ng án

3.1 Mô hình hoá k t c u và t i tr ng

3.1.1 Mô hình hoá k t c u

Mô hình hoá k t c u là chuy n m t k t c u công trình th c v ng c a m t bài toán c h c và gi i c b ng các ph ng pháp a c h c k t c u ho c b ng các ph ng pháp toán h c. K t c u

c mô hình hoá càng sát v i k t c u công trình th c càng t t. Vi c mô hình hoá k t c u ph thu c vào nhi u y u t , song có

th rút ra m t s y u t chính sau ây: - s phát tri n c a các ph ng pháp và công c tính toán; - trình c a ng i thi t k ; - yêu c u c a ch công trình thông qua các Tiêu chu n quy

ph m. Th c t cho th y s phát tri n c a các ph ng pháp và công c

tính toán ã làm cho vi c mô hình hoá k t c u ngày càng hoàn thi n n, sát th c h n, song c ng ph c t p h n và, ôi khi c ng có th

nói là kém thiên v an toàn h n, òi h i ph i có các gi i pháp k t c u và v t li u k t c u t t h n m b o an toàn cho công trình.

i v i các công trình bi n c nh vi c mô hình hoá k t c u, th ng và là t ng quát nh t, c ti n hành theo mô hình ng l c

c trong không gian 3 chi u, t c là d a vào ph ng trình chuy n ng c a k t c u c vi t d i d ng ma tr n nh sau:

M u + C u + K u = ( )P t , (3.1)

trong ó:

71 72

M , C và K l n l t là ma tr n kh i l ng, ma tr n c n và ma tr n c ng c a k t c u;

u , u và u là các véc t gia t c, v n t c và chuy n v c a t c u;

( )P t là véc t t i tr ng tác ng lên k t c u.

Khi mô hình hoá k t c u c n ph i chú ý c bi t n các tham v kh i l ng (M), v c n (C) và v c ng (K).

Kh i l ng bao g m: kh i l ng b n thân k t c u chính và các t c u ph tr , các t i tr ng sàn, kh i l ng n c trong các ph n t

ng d i n c, kh i l ng hà bám d báo có th tích l y trên k t u và kh i l ng b sung c a các ph n t ng p n c khi tính n t ng ng kính c a ph n t do hà bám.

Các giá tr c n nh t t ng ng có th c s d ng thay cho vi c xác nh tr c ti p các thành ph n c n. Trong tr ng h p thi u thông tin v các giá tr c n i v i công trình ang xét có th l y các giá tr c n kho ng t 2 n 3% l c t i h n khi phân tích sóng c c tr và 3% l c t i h n khi phân tích m i (h s t t d n / chi m kho ng 5-10% t t d n t i h n, khi ó / =1 v i =0,5 C/M và = /K M ) .

(3.1) ta có th suy ra: - mô hình t nh và mô hình ng, ph thu c t i tr ng P(t); - mô hình tuy n tính và mô hình phi tuy n, ph thu c K, u hay ,

. a) Mô hình t nh Trong mô hình t nh h c, t i tr ng tác ng là t nh, không ph

thu c th i gian ho c có ph thu c th i gian nh ng ch m c coi nh t a t nh, lúc ó các thành ph n quán tính và c n c a ph ng trình (3.1) có th b qua và ph ng trình (3.1) còn l i d ng ( c tr ng):

Ku = P (3.2)

Ph ng trình (3.2) là ph ng trình quen thu c c a c h c k t u. T ph ng trình này ta xác nh c các hi u ng t i tr ng

nh chuy n v u, n i l c N, Q , M và ng su t , ... Trong tr ng h p t i tr ng c coi là t a t nh, các hi u ng t i

tr ng ng c tính toán theo (3.2) nêu trên và nhân v i các h s ng l c h c t ng ng.

b) Mô hình ng

Mô hình ng là mô hình d a trên ph ng trình (3.1) phân tích k t c u. Thông th ng i v i công trình bi n t i tr ng gây hi u

ng ng là sóng. Nh ng n u t n s dao ng riêng c a công trình n h n t n s c a t i tr ng sóng m t cách áng k (hay chu k sóng

T1 = 2 / 1 < 3s) thì nh h ng c a c tr ng ng l c h c là không n. Vì v y, khi phân tích k t c u theo mô hình ng l c h c, tr c t, c n ti n hành phân tích dao ng riêng.

c) Phân tích dao ng riêng ph ng trình (3.1), n u không k n c n thì bài toán dao

ng riêng có d ng: Mu +Ku = 0 (3.3)

Gi i ph ng trình (3.3) ta s c dãy các t n s riêng và các ng dao ng riêng c a k t c u làm c s phân tích ng l c c k t c u.

d) Mô hình phi tuy n Mô hình phi tuy n bao g m: phi tuy n v t lí và phi tuy n hình

c. Mô hình phi tuy n v t lí .

73 74

Bài toán c a lí thuy t àn h i tuy n tính trong chuy n v c vi t d ng (3.2) d a trên gi thi t v t li u k t c u là àn h i tuy n tính, t c là m i quan h gi a ng su t và bi n d ng là tuy n tính:

= D (3.4) còn trong tr ng h p m i quan h trên là phi tuy n, D là hàm c a bi n d ng hay c a chuy n v u, d n n trong ph ng trình (3.2) K = K(u), vi c gi i bài toán ph i ti n hành b ng các ph ng pháp l p. Mô hình phi tuy n v t lí c xét n khi phân tích thi t k công trình bi n là mô hình àn h i phi tuy n hay mô hình àn-d o, lúc này mô un àn h i E không ph i là h ng s mà ph thu c quá trình bi n ng c a v t li u và công c a n i l c không thay i tuy n tính theo i tr ng ngoài mà s b hao tán m t ph n. Vi c tính toán c th c

hi n b ng quá trình l p nh sau: b c u gi thi t v t li u là àn h i tuy n tính v i E = E0 ta tìm c bi n d ng, các b c ti p theo tính

i E = E( ). Quá trình tính toán c d ng khi k t qu c a 2 b c tính liên ti p khác nhau không áng k .

Mô hình phi tuy n hình h c c s d ng i v i công trình bi n có neo ho c mô hình hóa k t c u c a các b ph n công trình nh tháp khoan, c n t. Lúc này m i quan h hình h c gi a bi n d ng và chuy n v không ch là các o hàm b c nh t mà còn các o hàm

c cao:

= ux

+ 2

2

ux

+ (3.5)

và n u bi u di n (3.4) d i d ng: = B0u +BLu , (3.6)

trong ó: B0 là ph n tuy n tính, xác nh các bi n d ng nh và BL – phi tuy n, ph thu c vào chuy n v , thì bài toán c ng c gi i l p theo cách nh ã nêu trên.

Trong ph m vi giáo trình này ta ch xét n nh h ng c a các u t phi tuy n m c gi i h n, ch y u là xét n tính d o, hay i quan h v t lí c a v t li u. Lúc này h ph ng trình chuy n ng

a k t c u (3.1) c vi t d i d ng: M u + C u u + K u u = ( )p t , (3.7)

trong ó C u và K u t ng ng là ma tr n c n và ma tr n

c ng c a k t c u ph thu c vào véct chuy n v nút u .

Khi mô hình hoá k t c u ph i chú ý n s t ng tác gi a k t u v i các môi tr ng: n-móng-n c. i v i vi c phân tích m i

(sóng th ng) có th coi móng c ng h n là i v i vi c phân tích ph n ng c a sóng c c tr (sóng thi t k ). i v i các tháp có dây neo, c ng c t ng lên nh h th ng neo. Trong quy trình phân tích ph i tính n s t ng tác ng l c h c c a tháp và h th ng neo. Các mô hình gi i tích c a tháp có neo ph i xét n c ng hình

c (hi u ng chuy n v l n – mô hình (3.7)). Các l c tác ng lên ng hình h c bao g m: t i tr ng b n thân, l c y n i, thành ph n

th ng ng c a ph n l c dây neo...

3.1.2 Mô hình hoá t i tr ng

Các t i tr ng tác ng lên k t c u th ng là d i d ng t i tr ng phân b ho c t i tr ng t p trung. T i tr ng phân b trên các ph n t

a k t c u có th u ho c không u, c ng có th là phi tuy n. Trong tr ng h p t i tr ng phân b không u, phi tuy n, có th

c tuy n tính hóa t ng n. Khi phân tích k t c u (gi i ph ng trình (3.1)) b ng ph ng pháp ph n t h u h n, t t c các t i tr ng tham gia trong v ph i c a ph ng trình u c a v t i tr ng nút.

i tr ng tác ng có th gây nên các hi u ng ng l c (có y u th i gian) ho c không gây nên các hi u ng ng l c (t nh). Khi k

75 76

n y u t th i gian thì t i tr ng có th c xét theo ph ng pháp phân tích l a ch n, ó là ph ng pháp di n bi n th i gian (time history methods) hay còn c g i là ph ng pháp tích phân tr c ti p theo b c th i gian – ph ng pháp Newmark, và ph ng pháp mi n t n s (frequency domain methods). Các ph ng pháp phân tích ng l c h c theo di n bi n th i gian c s d ng phân tích ph n ng sóng c c tr c a các giàn khoan và tháp neo do các công trình này ch y u ch u l c y. i v i các tr có dây neo ph i xét

n c ng c a h phi tuy n neo. Các ph ng pháp mi n t n s có th c s d ng phân tích ph n ng sóng c c tr khi tính toán h

ng l c k t h p v i t i tr ng t nh và u ki n tuy n tính hóa l c y c tho mãn. i v i các tháp có neo thì ph i tuy n tính hoá l c y và c ng dây neo phi tuy n. Ph ng pháp mi n t n s

nói chung thích h p i v i vi c phân tích m i, t ng ng v i sóng bé.

3.1.3 Mô hình hoá k t c u công trình bi n thép

a) Nguyên t c chung

t c u các công trình bi n b ng thép nhi u n c trên th gi i, c ng nh Vi t Nam, ph n l n c mô hình hoá theo mô un, bao g m các mô un th ng t ng, mô un chân và mô un móng

c. Ch u l c chính cho các ho t ng c a công trình này là các mô un chân và mô un c c. Th c t t n t i hai cách mô hình hoá s

ng tác gi a mô un chân và mô un c c. t là, coi liên k t gi a chân và c c là „ngàm“ c ng, tính toán

các ph n ng (t c là hi u ng t i tr ng) c a k t c u chân , trong ó có các l c d c, l c c t và mô men u n t i các chân c t, d i tác ng c a t t c các t i tr ng ng và ngang. Các ph n ng t i chân t chính là các l c tác ng lên c c và ti n hành ki m tra c c theo

các l c này. Tuy nhiên, ây c n chú ý n v trí m „ngàm“, nó m sâu d i áy bi n và c xác nh riêng cho t ng công trình,

ng khu v c, ph thu c l c tác ng, các tham s c a móng và t. Trên c s các nghiên c u b ng lí thuy t và th c nghi m ng i ta ã

a vào Tiêu chu n thi t k v trí m ngàm sâu kho ng 4-6D, trong ó D là ng kính c a c c, so v i áy bi n.

Hai là, coi mô un chân và mô un c c là m t mô un th ng nh t cùng làm vi c d i tác ng ng th i c a t i tr ng bên trên (các t i tr ng ng và ngang) và các ph n ng c a n n bên d i

c xác nh t các c tr ng c lý c a t. ây là cách mô hình hoá hi n i nh t ang c s d ng tính toán ki m tra hay phân tích l i k t c u công trình bi n.

t c u các công trình bi n c nh b ng thép là k t c u không gian. Tuy nhiên, trong vi c mô hình hóa k t c u này ã có nh ng

c thay i áng k . u tiên , ng i ta mô hình hóa k t c u không gian này nh m t

thanh tr ng (1D) có các c tr ng hình h c (mô men quán tính J..) ng ng v i k t c u công trình th c. K t c u c tính toán n

gi n nh m t d m công son, u d i ngàm và u trên t do, ch u các t i tr ng khác nhau.

c ti n áng k ti p theo c a vi c mô hình hoá là thay vì ph i tính toán k t c u không gian (3D) ng i ta tính các k t c u ph ng (2D). Trên c s bi t h ng tác ng b t l i c a các t i tr ng sóng, dòng ch y và gió ng i ta ch n ra các panel c tr ng (m t ph ng ti p nh n t i tr ng l n nh t và ch u u n nhi u nh t) tính toán ki m tra.

Cu i cùng , hi n nay h u nh vi c tính toán các công trình bi n nh b ng thép u c th c hi n theo mô hình k t c u không

gian 3D.

Quá trình mô hình hoá k t c u nêu trên là s hoàn thi n d n, t o ra k t c u mô hình hóa ngày càng sát v i k t c u th c h n. Vi c tính toán theo các mô hình càng v sau càng hi n i và ph c t p h n,

77 78

nh ng v n c th c hi n t t nh s tr giúp c a công c tính toán. ng th i c ng c n ph i nh n xét r ng, khi mô hình hoá k t c u thô n ta s nh n c các giá tr c a hi u ng t i tr ng l n h n và

thi t k theo các giá tr này th c t là thiên v an toàn. b) Mô hình hóa k t c u công trình bi n c nh d ng MSP t i m

ch h b ng ch ng trình SAP Trong th c t vi c mô hình hoá k t c u công trình bi n c nh

ng thép (MSP – Morskaja Stasionarnaja Platforma) có th c th c hi n nh các ch ng trình m u s n có, ch ng h n nh ch ng trình phân tích k t c u SAP (Structural Analysis Program). ch ng trình có th cho các s chi ti t c ng nh s t ng th

t c u xem xét, c n ph i chu n b tr c các s li u sau ây: To nút. ây là các s li u c b n nh t cho hình thành

t s tính. Khi nh p vào y các t a c a các nút, ch ng trình s v cho các m t ng, m t ngang và s không gian 3D c a

t c u. có s k t qu c n ph i d a vào các nguyên lí c a c c k t c u và kinh nghi m t th c t xây d ng các công trình t ng , u ch nh d n sao cho k t c u không b bi n hình và có d

phòng (s b c siêu t nh) h p lí. ánh s nút và s ph n t . Vi c ánh s nút và s ph n t c

th c hi n trên c s s tính ã c thi t l p, t c là ph i d a vào t c các m t c t ng và m t c t ngang. S nút và s ph n t có

th c ánh theo th t tùy ý, theo t ng m t c t ngang hay t ng t c t ng t trái sang ph i, t d i lên trên ho c theo th t

khác. Lúc này s tính c xu t ra s bao g m s nút và s ph n c a k t c u.

Xác nh liên k t. phân tích c k t c u c n ph i xác nh tr c các liên k t. Liên k t gi a các ph n t c a k t c u công trình bi n b ng thép c coi là ngàm c ng, còn liên k t gi a các ph n t

a k t c u v i n n móng ph thu c s tính ch n:

- n u s tính c xem xét riêng bi t gi a k t c u và n n móng thì liên k t c xác nh là ngàm t i m quy nh ( sâu

i m t bi n t 4 n 6D, trong ó D là ng kính c a ph n t k t u liên k t v i n n).

- n u s tính c xem xét ng th i c k t c u và n n móng thì không c n xác nh c tr ng c a liên k t này, nh ng ph i xác

nh c ng c a các liên k t àn h i trên c s Tiêu chu n quy ph m tham chi u, ví d [1]:

+ c ng v i các chuy n ng t nh ti n ngang:

hK = 32(1 )7 8

GR (3.8)

+ c ng theo ph ng th ng ng:

Kv = 41GR (3.9)

+ c ng ch ng xo n:

Kt = 316

3GR (3.10)

+ c ng ch ng u a:

Kr = 38

3(1 )GR (3.11)

Trong các công th c trên: G và là mô un c t àn h i và h s poisson c a t.

Ghi ch ng lo i v t li u. M i ph n t c ghi m t s c tr ng bao g m trong ó kích th c c a ti t di n, c ng và các kí mã hi u c a v t li u.

79 80

3.1.4 Mô hình hoá công trình bi n bê tông tr ng l c

Các chân d ng dàn thép không gian c mô t trên th ng c s d ng nh ng vùng t m m, có th óng c c c

sâu gi cho công trình không b d ch chuy n và ch u toàn b tr ng l ng kh i th ng t ng. i v i vùng t c ng khó óng c c ng i ta ã thi t k m t lo i chân khác, lo i này gi cho công trình không b d ch chuy n d i tác ng c a gió, sóng và dòng ch y nh tr ng l ng c a b n thân chân . ó là giàn bê tông tr ng l c.

mô hình hóa giàn bê tông tr ng l c ta c n chú ý n 2 c m khác bi t c a bê tông so v i thép:

t là, bê tông ch u nén t t (th ng t 20 n 40 MPa hay l n n) nh ng ch u kéo r t kém (< 15% b n nén). Mà i v i công

trình bi n thì k t c u ph i ch u c nén và kéo. Vì v y, ng i ta th ng ph i t o ng su t tr c cho các v t li u chính tham gia vào

t c u: thép và bê tông. M t trong các ph ng pháp t o ng su t tr c là khi bê tông ta s n các rãnh nh d c tr c c u ki n, sau khi bê tông ông c ng, qua các rãnh này ta kéo các thanh thép ho c các bó thép c ng cao c neo tr c m t u và neo u còn l i sau khi kéo vào bê tông. L c c ng thép c truy n qua bê tông d i d ng t i tr ng nén.

Hai là, bê tông không có gi i h n àn h i rõ r t và n nh nh thép mà ph thu c ng su t nén b (xem hình 3.1). Vì v y, xác

nh mô un àn h i c a bê tông, Eb, ng i ta dùng công th c th c nghi m

Eb = 44 3/ 2b b , (3.12)

trong ó b là tr ng l ng riêng c a bê tông, kN/m3 ( th ng kho ng 23 kN/m3).

u ki n c a các tính toán trong giai n àn h i, khi mô un àn h i c xác nh nh trên, gi i h n m c ng su t không l n

n 45% gi i h n b n c a bê tông. Tuy nhiên, ngay c khi gi i h n nh v y thì vi c tính toán có th v n khó kh n do t bi n c a bê tông, do chùng ng su t trong các bó c t thép, do m t ng su t các neo... V i nguyên nhân này khi tính toán các c u ki n bê tông c t thép, khác v i tính toán c u ki n thép, h s an toàn chung c xác

nh theo giá tr t i tr ng gi i h n mà c u ki n có th ch u ng không phá hu , ch không theo m c ng su t xu t hi n trong c u ki n ng v i các t i tr ng tính toán.

Hình 3.1. Bi u bi n d ng: a) c a bê tông ch u nén;

b) c a bó c t thép c ng cao 1 và c a thanh c t thép th ng 2

3.2 Tính toán l a ch n ph ng án

3.2.1 Khái quát

Nh trên ã nêu, thi t k m t công trình i v i m t vùng bi n cho tr c, trên c s phân tích các y u t u vào, có th a ra m t s ph ng án s b (lo i công trình: giàn thép ki u Jacket hay giàn bê tông tr ng l c; m i ki u l i ch n d ng: m t chân , hai hay nhi u chân ,...). Trong các ph ng án s b , các yêu c u c a nhi m v thi t k v c b n ph i c th a mãn và k t c u có th

c mô hình hoá m c chi ti t có th ánh giá c s phù

81 82

p c a ph ng án ch n v i các u ki n môi tr ng khu v c và có th a áp v t li u vào tính ra các hi u ng t i tr ng, ví d , chuy n v , n i l c,...

Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thi n ph ng án s b , có th ph i xem xét l a ch n c u trúc và kích th c ti t di n sao cho th a mãn t t nh t các tr ng thái làm vi c khác nhau c a k t c u, t c là gi i quy t t ng b c bài toán thi t k k t c u. Th c t có nhi u cách t và gi i quy t bài toán này. Ph thu c vào m c tiêu và các ràng bu c c k n mà ta có các bài toán khác nhau. Ch ng h n, bài toán tìm kích th c c a ti t di n thanh sao cho th a mãn u ki n hình h c, u ki n b n và ph n t có tr ng l ng nh nh t; bài toán tìm kích th c c a m t b ch a hình tr sao cho th a mãn các

u ki n cân b ng t nh h c và u ki n b n v i dung tích b cho tr c và tr ng l ng c c ti u; bài toán tính toán k t c u àn - d o th a mãn u ki n cân b ng t ng su t và u ki n thích ng; bài toán thi t k k t c u trong không gian tr ng thái,...D i ây là cách thi t l p và gi i bài toán t ng quát t ó tùy thu c m c yêu c u có th l a ch n ph ng án cho thi t k chi ti t.

3.2.2 Thi t l p và gi i bài toán l a ch n ph ng án k t c u

a) Các nh ngh a - Các bi n c xem xét trong bài toán bao g m hai nhóm:

Nhóm các bi n thi t k không ph thu c th i gian (kích th c hay các c tr ng hình h c c a ph n t k t c u):

b = 1 k, , Tb b (3.13)

và nhóm các bi n tr ng thái (hay các hi u ng t i tr ng) ph thu c th i gian:

( )tz = 1( ), , ( )nz t z t T ; (3.14)

- T i tr ng tác ng lên công trình trong tr ng h p chung là hàm c a bi n thi t k và bi n th i gian, ví d t i tr ng do ng t, có

ng: )P(b,t = )P(z(t),b ; (3.15)

- H ph ng trình vi phân chuy n ng c a k t c u công trình có d ng:

( )M b z t + ( )C b z t + ( )K b ( ) z t = ( , )P b t (3.16)

i các u ki n u: (0) z = 0, (0) z = 0, (3.17)

trong ó ( )M b , ( )C b và ( )K b l n l t là ma tr n kh i l ng, ma

tr n c n và ma tr n c ng c a k t c u ph thu c bi n thi t k ; ( , )P b t là véct t i tr ng ngoài, trong tr ng h p có ng t là l c

quán tính do chuy n ng c a n n công trình gây ra. - H ph ng trình dao ng t do c a k t c u:

( ( )K b - 2 ( )M b ) ( ) z t = 0 (3.18)

b) Các h th c - Hàm m c tiêu là tr ng l ng c a k t c u ph thu c vào bi n

thi t k và tr ng l ng riêng c a k t c u; G(b, ) min ; (3.19)

- Ràng bu c v chuy n v : 0( ) 0i iz t z i v i m i t, i = 1, 2, … k1 , (3.20)

trong ó z0i là giá tr cho phép l n nh t c a chuy n v ; k1 là s các

ràng bu c v chuy n v ; - Ràng bu c i v i ng su t:

0( ( ), 0i iz t b i v i m i t, i = 1, 2, … k2 , (3.21)

83 84

trong ó 0i là giá tr cho phép l n nh t c a ng su t; k2 là s các

ràng bu c i v i ng su t; - Ràng bu c i v i t n s dao ng riêng:

Djf jf T

jf , j = 1, 2, …, k3 , (3.22)

trong ó fjD và fjT là giá tr t n s riêng (Hz) cho phép l n nh t và nh nh t (c n d i và c n trên); k3 là s t n s xét;

- Ràng bu c i v i các bi n thi t k : Djb jb T

jb , j = 1, 2, …, k4 , (3.23)

trong ó Djb và T

jb là các giá tr bi n thi t k nh nh t và l n nh t

(c n d i và c n trên); k4 là s bi n thi t k t ràng bu c.

Phát bi u bài toán thi t k k t c u các nh ngh a và các h th c nêu trên, bài toán thi t k k t

u có th c phát bi u nh sau: Hãy tìm Min.G(b, ) (3.19) trong các u ki n cân b ng (3.16)

và (3.18), u ki n u (3.17) và các ràng bu c (3.20) - (3.23), t c là G(b, ) min

trong các u ki n

( )M b z t + ( )C b z t + ( )K b ( ) z t = ( , )P b t ;

( ( )K b - 2 ( )M b ) ( ) z t = 0 ;

(0) z = 0, (0) z = 0 ; 0( ) 0i iz t z i v i m i t, i = 1, 2, … k1 ;

0( ( ), 0i iz t b i v i m i t, i = 1, 2, … k2 ; Djf jf T

jf , j = 1, 2, …, k3;

Djb jb T

jb , j = 1, 2, …, k4 .

Ph ng pháp gi i bài toán thi t k k t c u Bài toán phát bi u trên có th c gi i b ng các ph ng

pháp khác nhau. Trong tr ng h p các hàm m c tiêu và ràng bu c là phi tuy n,

có th s d ng ph ng pháp nhân t Lagrange hay ph ng pháp hàm ph t, còn trong tr ng h p các hàm trên là tuy n tính, ta s

ng các ch ng trình d a trên thu t toán n hình l p s n ho c trong Matlab.

Trong th c t k thu t, không ph i âu và lúc nào c ng có th gi i quy t c bài toán t ng quát nh trên, mà ph i gi i quy t t ng ph n, t c là ph i ti n hành tính toán chuy n v và n i l c tr c b ng các ph ng pháp quen thu c, ch ng h n ph ng pháp ph n t h u

n (PTHH), sau ó ti n hành l a ch n ti t di n cho t ng nhóm ph n k t c u th a mãn t ng ràng bu c riêng bi t hay t h p ràng bu c;

tùy thu c c m làm vi c c a ph n t k t c u và v t li u k t c u, tính ch t tác ng c a t i tr ng,... mà ti n hành ki m tra theo u ki n ràng bu c nào. Trong giáo trình này ta ch y u xem xét k t c u

thanh ho c d ng thanh, v t li u thép và bê tông c t thép, ch u các tác ng t nh ho c t a t nh c a t i tr ng. i v i các k t c u thép (h thanh), vi c l a ch n kích th c c a ti t di n c ti n hành theo các quy nh c a Tiêu chu n API (American) (xem ch ng 4), còn i

i k t c u bê tông c t thép – theo Tiêu chu n DNV (Nauy) và TCVN 6170 (Vi t Nam) (xem ch ng 5).

3.2.3 Tính toán k t c u b ng ph ng pháp PTHH

th c hi n vi c tính toán k t c u ch u t i tr ng t nh theo ph ng trình (3.2) hay t i tr ng ng theo ph ng trình (3.1)/(3.7)/(3.16), hi n nay ph ng pháp có hi u qu nh t là ph ng pháp ph n t h u h n (PTHH). D i ây là nh ng v n c b n ch y u c a ph ng pháp PTHH.

85 86

Ma tr n c ng c a ph n t

Sau khi chia k t c u thành m t s h u h n các ph n t c liên k t v i nhau ch t i các m nút, ta gi thi t tr ng chuy n v

a m t ph n t nào ó d i d ng f = N r , (3.25)

trong ó f là hàm-vect có kích th c 2x1 i v i h ph ng và 3x1 i v i h không gian, còn các ph n t c a ma tr n N c thi t l p các hàm ã bi t. r c g i là vect chuy n v nút suy r ng c a

ph n t . Kích th c c a ma tr n N và vect r ph thu c s b c t do c a ph n t . N còn c g i là ma tr n hàm d ng.

minh ho khái ni m hàm d ng, ta xét ph n t d ng thanh ho c d m ph ng, t ng ng v i các hình 3.2 và 3.3. Trong các hình này thì chuy n v và l c hai u c a ph n t c cho theo h t a

a ph ng. i v i ph n t thanh (hình 3.2), chuy n v c a các m trên ph n t ch là các hàm c a t a x . Trong tr ng h p này

hàm chuy n v (3.25) có d ng:

uvw

=

1 0 0 0 0

0 1 0 0 0

0 0 1 0 0

1

2

3

4

5

6

rrrrrr

, (3.26)

trong ó = x /L. (3.26) d dàng tách ma tr n cho hàm d ng N(x ).

Hình 3.2. Ph n t thanh v i các chuy n v và l c nút trong h

to a ph ng

Hình 3.3. Ph n t d m v i các chuy n v và l c nút trong h to

a ph ng ng t ng t , i v i ph n t d m ph ng (hình 3.3), hàm

chuy n v là:

f = , ,T

u x y v x y .

Hàm d ng N ,x y c xác nh nh gi i ph ng trình vi phân n gi n c a d m. B qua các hi u ng liên quan n bi n

ng tr t c a d m, ta nh n c hàm d ng: N=

2 2 2 2

2 2 2 2

1 6 1 4 3 6 2 3

0 1 3 2 1 2 3 0 3 2 1

L L

L L

(3.27)

87 88

trong ó = x /L; = y /L.

nguyên t c, các hàm d ng có th ch n m t cách tùy ý mi n là tho mãn u ki n biên. Hi n nhiên, vi c ch n hàm d ng này có nh h ng n chính xác c a ph ng pháp PTHH. Trong c h c t c u, ng i ta th y t t nh t, ch n các hàm d ng là ng cong

bi n d ng t nh th a mãn các u ki n biên. Các hàm này còn c i là hàm nh h ng. Trong tr ng h p c n c a ph n t , các

hàm d ng là các a th c Hermit. Bây gi ta s d ng (3.25) xác nh bi n d ng t h th c (3.5)

i s h ng b c nh t, trong ó u = r , còn ma tr n B nh n c b ng vi c vi phân các ph n t c a ma tr n N. Nh v y, = Bu bi u th bi n

ng c a ph n t qua các chuy n v nút suy r ng r . Trong ph n t thanh ch có bi n d ng tr c ( X = u/ x’), và ma tr n B t (3.26) có

ng

B = 1 1 0 0 1 0 0L

. (3.28)

i v i ph n t d m, theo lí thuy t c n, ch có bi n d ng d c tr c ( X = u/ x’), và vì v y ma tr n B c xác nh b i d ng

B = 1 1 6 1 2 2 2 3 1 6 2 1 2 1 3L LL

. (3.29)

d ng nguyên lí công kh d ta nh n c các ph ng trình cân b ng c a ph n t b t k . Vi t công kh d c a t t c các l c và cho b ng không, ta nh n c

0T T

v

dV r p , (3.30)

trong ó p là vect l c nút suy r ng, t ng ng v i các chuy n v nút r .

thu n ti n cho vi c s d ng, ta d a vào nh lu t Hook suy ng (xem (3.4)).

Sau khi em (3.4) và (3.6) vào (3.30) nguyên lí công kh d c bi u th b i d ng

0T T

V

r B DBdV r p . (3.31)

Do t t c các thành ph n c a vect r u là tu ý, cho nên bi u th c (3.31) b ng không khi và ch khi s h ng trong ngo c vuông

ng không, t c là p = k r , (3.32)

trong ó ma tr n k c cho b i bi u th c

k = T

V

B DB dV . (3.33)

Ma tr n i x ng k c g i là ma tr n c ng c a ph n t trong h t a a ph ng. Ph n t ijk c a ma tr n k có th c

hi u là l c nút theo h ng i do d ch chuy n n v theo h ng j gây ra.

i v i các ph n t thanh và d m, ma tr n D n gi n là vô ng D = E. em các ma tr n t ng ng c a B và D vào (3.33) và

ti n hành tích phân, ta nh n c ma tr n c ng i v i ph n t thanh và d m d ng

k =

1 0 0 1 0 00 0 0 0 0

0 0 0 01 0 0

0 00

AEL

DX

(3.34)

89 90

k =

2 2

2 2

3 2

2

0 0 0 0

12 6 0 12 64 0 6 2

0 0

12 64

AL ALJ J

L LL L LEJ

L ALJ

DX LL

(3.35)

Bi n i h t a

Tr c khi ti n hành l p ma tr n c ng cho toàn k t c u, ta c n chuy n ma tr n c ng c a ph n t v h tr c t a t ng th . H th c gi a l c và chuy n v c a ph n t trong h t a t ng th c vi t d i d ng

p = k r, (3.36) trong ó p là vect l c nút c a ph n t , r là vect chuy n v nút, k là ma tr n c ng c a ph n t trong h t a t ng th .

Gi th h th c chuy n t h t a a ph ng v t ng th c xác nh d ng

r = r, (3.37) trong ó là ma tr n chuy n c l p t các cosin ch ph ng c a

tr c t a a ph ng so v i t ng th . Cân b ng i l ng công kh d c a các l c p và p’ ta c

p = T p (3.38)

em (3.32) và (3.37) vào (3.38) và khi so sánh bi u th c nh n c v i (3.36), ta có ma tr n c ng c a ph n t k trong h t a

ng th k = T k’ (3.39)

Ma tr n c ng c a k t c u

Trên ây ta ã có ph ng trình cân b ng (3.2) gi a t i tr ng và hi u ng t i tr ng trong tr ng h p t i tr ng t nh. Trong (3.2), K là ma tr n c ng c a toàn k t c u, c n c thi t l p trên c s các ma tr n c ng c a ph n t . Gi s p và r ng ng là các vect

h p c a l c và chuy n v , còn k là ma tr n t h p c a c ng c l p t ma tr n c ng c a các ph n t riêng bi t. Khi ó

ph ng trình cân b ng i v i t t c các ph n t có th c vi t ng ma tr n thu g n nh sau

p = k r . (3.40)

Lúc này ph ng trình t ng thích c a các vect r và u c bi u di n d ng

r = A u, (3.41) trong ó A là ma tr n, m i dòng c a nó ch có m t ph n t n v . Ma tr n này liên k t m t thành ph n nào ó c a vect r v i m t thành ph n nào ó c a vect u. S d ng nguyên lí công kh d , ta nh n

c ph ng trình cân b ng c a P và p d ng

P = AT p . (3.42)

em (3.40) và (3.41) vào (3.42) và khi so sánh bi u th c nh n c v i ph ng trình (3.2), ta nh n c h th c

K = ATk A, (3.43) là công th c c b n có tính quy t nh trong vi c l p ma tr n c ng

a k t c u. Bi u th c (3.43) có th c vi t d ng t ng

K =1

NiT i i

iA k A , (3.44)

trong ó i ng ng v i ph n t h u h n th i, còn N là s ph n t .

91 92

Ma tr n kh i l ng c a k t c u

Ma tr n kh i l ng c a m i ph n t riêng bi t có th tính c khi vi t ng n ng c a nó d ng toàn ph ng c a t c suy r ng.

ng n ng c a ph n t có th c vi t d i d ng:

KE = 12

T

V

f f dV , (3.45)

trong ó kh i l ng c a n v th tích. Khi bi u di n f theo (3.25) và s d ng hàm d ng N, ta c

KE = 12

Tr m r , (3.46)

trong ó m là ma tr n kh i l ng c a ph n t c cho d i d ng

m = T

V

N NdV . (3.47)

Dùng cách bi n i h to (3.37) có th bi u di n ng n ng qua t c suy r ng c a ph n t trong h to t ng th . Trong tr ng h p này ma tr n kh i l ng c a ph n t trong h t a t ng th có th có d ng

m = T m (3.48) ng n ng c a toàn h có th nh n c khi t ng h p ng

ng c a các ph n t riêng bi t. V i vi c s d ng ph ng trình ng thích (3.41) ta bi n i c bi u th c trên v d ng

M =1

NiT i

iA m A , (3.49)

trong ó M là ma tr n kh i l ng c a k t c u. d ng h th c (3.47) và ma tr n hàm d ng suy ra t (3.26) và

(3.27), ta nh n c bi u th c cho ph n t thanh:

m = 3 3

3 3

226

I IALI I

(3.50)

và cho ph n t d m:

m = m (1) + m (2) (3.51) trong ó

m (1) = 2 2

2

140 0 0 70 0 0156 22 0 54 13

4 0 13 3140 0 0420

156 224

L LL L LAL

DX LL

(3.52)

m (2) = 2 2

2

0 0 0 0 0 036 3 0 36 3

4 0 30 0 030

36 34

L LL L LI

LDX L

L

(3.53)

và I3 là ma tr n n v 3x3. Ma tr n (3.52) là thành ph n quán tính khi chuy n ng t nh ti n và ma tr n (3.53) – thành ph n quán tính khi chuy n ng quay c a ph n t .

c nút t ng ng Gi s g là vect -hàm t i tr ng t t i các m trong ph n t ,

và P là t h p các l c nút t ng ng. S d ng ng th c công kh d c a các l c g và P , ta nh n c

93 94

P = T

V

N g dV . (3.54)

d ng công th c (3.54), l c tác ng trong ph n t có th c a v l c nút t ng ng. T h p l c nút này v i các l c

ngoài khác t t i nút, ta c vect l c P ho c P(t) trong các h th c (3.2) và (3.1).

Các b c tính toán k t c u b ng ph ng pháp PTHH: 1) Chia k t c u thành các ph n t h u h n, và ánh s nút và s

ph n t ; 2) L a ch n hàm n i suy i v i m i ph n t h u h n theo

(3.25); 3) Tính ma tr n c ng và ma tr n kh i l ng theo các h th c

(3.33) và (3.47); 4) S d ng các h th c (3.43) và (3.49) l p các ma tr n

ng và kh i l ng c a toàn k t c u; 5) a các u ki n biên vào và gi i các ph ng trình (3.2),

(3.3) và (3.1); 6) Tính toán ng su t và chuy n v t i nh ng m c n thi t.

3.2.4 L a ch n ph ng án k t c u thép t ph ng án thi t k c ch n là ph ng án th a mãn các

yêu c u c a thi t k và cho ch tiêu kinh t -k thu t t t nh t (giá thành và ch u l c t t). Thông th ng thì trong ch tiêu kinh t -k thu t

nêu trên t n t i m t ngh ch lí, t t thì không r và r thì không t t và, do v y, bài toán phát bi u trên (M c 3.2.2) cho phép h n ch c ngh ch lý này.

Theo m c 3.2.2, s ph ng án bi n thi t k là vô s , tuy nhiên trong th c t thi t k thì s ph ng án có th gi m, vì chúng c ghép theo nhóm, ví d i v i m t giàn khoan bi n c nh (MSP) thì

có kho ng 8-12 nhóm chính, s p x p theo ng kính ngoài c a ng:1220; 812; 720; 610; 530... mm hay theo chi u dày ph n t : 38;

20; 12,7; 10; 8,... mm. Vi c b trí các ng thép vào các v trí c a MSP th a mãn t t nh t các u ki n ràng bu c và làm cho tr ng l ng a k t c u nh nh t (t ng ng v i giá thành công trình th p nh t) là tiêu chu n quan tr ng l a ch n ph ng án.

Vi c l a ch n ph ng án hi n nhiên còn ph thu c vào các tiêu chu n khác, ch ng h n nh u ki n khai thác, kh n ng cung c p nguyên v t li u, u ki n thi công, th i gian thi công,...

Trên c s ph ng án c ch n s ti n hành tính toán thi t k chi ti t cho t ng ph n t , t ng nút trong các ch ng 4 và 5.

Ví d 3.1. a ch n ti t di n i v i ph n t k t c u thép

Hãy l a ch n ph ng án i v i ph n t k t c u thép là ng tr tròn (Hình 3.4), bi t l c d c Nmax = 622kN, l c c t Qmax = 11,3 kN và mô men u n Mmax = 43,2 kN.m.

Hình 3.4. i l c tác ng lên ph n t ng tr tròn - Gi thi t ch n ng tr tròn ng kính ngoài D = 0,40 m; chi u

dày ng t = 10 mm; - Tính các c tr ng hình h c c a ti t di n: ng kính trong d =

D - 2t = 0,38 m; di n tích ti t di n ngang (v t li u) ng A = /4(D2– d2) = 3,14/4 (4002–3802). 10-3=0,785.15,6.10-3 =12,246.10-3m2; Mô men quán tính: J= /64(D4– d4) = 0,121. 10-3 m4; mô men kháng u n W = J/ R; R = D/2 = 0,20 m;

95 96

- Tính các giá tr ng su t c c i do l c kéo và mô men u n gây ra

N = NA

= 3

622,212,246.10

= 50,81 MPa;

M = MRJ

= 3

43,2.0,2000,121.10

= 71,40 MPa

- Ki m tra theo tiêu chu n quy ph m API Theo m c 2.3 “ Các yêu c u v v t li u „ s d ng thép c ng

cao v i gi i h n ch y Fy = 265 (N/mm2 hay MPa): Tr ng h p kéo nén d c tr c

N = 50,81MPa < = 0,6 Fy = 0,6.265 = 159 MPa s s d ng v t li u: N / = 50,81/159 = 0,32<0,50 (h s an

toàn b ng 2), nh v y là t t. Tr ng h p nén u n

U = N M =50,81 71,40=122,21 MPa H s s d ng v t li u: N / =122,21/159 = 0,77, n u s d ng

s an toàn b ng 2 thì ti t di n l a ch n nh trên là ch a , c n a ch n l i ti t di n ng..

a ch n l i ti t di n ng. Lúc này gi thi t ch n ng tr tròn ng kính ngoài D = 0,61 m, chi u dày ng t=12,7 mm; các c

tr ng hình h c c a ti t di n: ng kính trong d = D - 2t = 0,5846 m; di n tích ti t di n ngang (v t li u) ng A = (D2– d2)/4 = 3,14/4(6002 – 574,62).10-3 = 0,785. 29.835.10-3 = 23,6.10-3 m2;

Mô men quán tính: J= (D4– d4)/64=1,05.10-3 m4; mô men kháng n W = J/R; R = D/2 = 0,305 m;

Tính toán các giá tr ng su t c c i do l c kéo và mô men u n gây ra

N = NA

= 3

622,223,6.10

= 26,3 MPa;

M = MRI

= 3

43,2.0,2001,05.10

= 12,5 MPa

Các ki m tra theo Quy ph m API v b n cho th y k t qu l a ch n nh trên là “tho mãn”.Tuy nhiên, trong th c t , ngoài vi c ki m tra b n, k t c u công trình bi n còn ph i c ki m tra theo các tr ng thái gi i h n khác nh : Tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n PLS, tr ng thái gi i h n m i FLS, tr ng thái gi i h n s d ng SLS và các t h p t i tr ng khác.Vi c ki m tra theo m t s tr ng thái ng th i có th c ti n hành nh thu t toán chuyên d ng. ó là thu t toán n hình “Simplex” trong ch ng trình MATLAB (xem 3.2.2).

3.2.5 L a ch n ph ng án k t c u bê tông c t thép ng su t tr c

minh ho vi c tính toán k t c u bê tông ng su t tr c ta xét u ki n có m t bó c t thép ng su t tr c (hình 3.5). T i các u a c u ki n có các l c d c N1 và N2, l c c t Q1 và Q2, mô men u n

M1 và M2.

Di n tích ti t di n ngang c a c t thép c coi là nh ng su t trong bê tông có th c tính i v i ti t di n coi nh không có thép. G i a là kho ng cách t tr c c u ki n n b m t c u ki n, ng su t pháp l n nh t khi u n s là:

b,M = MaJ

(3.55)

trong ó M là mô men u n l n nh t; J là mô men quán tính c a ti t di n ngang c u ki n.

97 98

Hình 3.5. u ki n bê tông c t thép ng su t tr c

1 – bó s i c t thép c ng cao; 2 – bê tông

ng t , ng su t pháp (nén) do l c d c là:

b,N = - NA

, (3.56)

trong ó A là di n tích ti t di n ngang t ng th (c bê tông và thép) a ph n t .

c c ng c t thép truy n qua bê tông m t l c nén làm phát sinh trong bê tông ng su t tr c là:

b, = - a aAA

, (3.57)

trong ó a là ng su t trong bó c t thép kéo tr c; Aa là di n tích ti t di n ngang c a c t thép ng su t tr c.

ng su t t ng trong bê tông s là:

b = MaJ

- NA

- a aAA

(3.58)

+ u ki n không t n t i ng su t kéo trong bê tông khi ch u n là:

0 = + MaJ

- NA

- a aAA

(3.59)

(3.59), n u bi t ng su t tr c a (giá tr ng su t c n kéo tr c) có th xác nh c di n tích ti t di n ngang , Aa , c a c t thép.

+ T ng ng ta có ng su t nén c c i trong bê tông là:

b = - MaJ

- NA

- a aAA

(3.60)

Do xác nh ng su t ta ã s d ng lí thuy t àn h i, các ng su t nén th ng l y kho ng 45% gi i h n b n c a bê tông ch u nén (xem m c 3.1.4). gi i h n này thì bê tông c gi thi t làm vi c trong mi n àn h i. Lúc này có hai ph ng án có th c th c hi n:

t là, khi cho kích th c ti t di n c a c u ki n, u ki n trên ng su t nén b ng 45% gi i h n b n c a bê tông) gi i h n các giá

tr mô men u n và l c d c tr c t vào c u ki n; Hai là, khi cho tr c kích th c ti t di n c a c u ki n, mô men

n và l c d c tr c, ta xác nh kích th c ti t di n ngang c a c u ki n.

Ki m tra ng su t kéo chính Trên c s lí thuy t u n àn h i c a d m, ta có th tính c

ng su t ti p trong bê tông, sau ó cùng v i ng su t pháp tính giá tr ng su t kéo chính. ng su t kéo chính (là ng su t pháp kéo khi

ng su t ti p b ng không) tác ng d i m t góc so v i ng su t pháp kéo do u n (t c là so v i tr c c a c u ki n). N u kí hi u là

ng su t ti p, còn là ng su t pháp t i m t m nào ó c a ti t di n ngang c a c u ki n, thì ng su t kéo chính 1 c xác nh nh vòng tròn More (hình 3.6) nh sau:

1 = ( /2) + 2 2( / 2) (3.61)

còn góc gi a h ng tác ng c a ng su t này và tr c c a c u ki n tìm c t bi u th c:

tg 2 = 2 / (3.62)

99 100

Hình 3.6. Vòng tròn More và các ng su t chính trong c u ki n

bê tông (bán kính vòng tròn r = 2 2( / 2) )

Giá tr t i h n c a ng su t chính, t ng ng v i khi phá hu , th ng l y b ng 0,33 b , trong ó b là gi i h n b n c a bê tông

ch u nén, MPa. Nh v y, u ki n không t o thành v t n t s là:

1 0,33 b (3.63)

trong ó 1 là giá tr ng su t kéo chính trong c u ki n. Ki m tra s hình thành v t n t do ng su t pháp Trong các c u ki n t ng i dài, ng su t do u n là ch y u,

thì c n ph i chú ý n s hình thành v t n t do ng su t kéo pháp liên quan n u n, tr c khi xu t hi n v t n t do l c kéo theo ph ng ng chéo gây nên. ánh giá giá tr c a mô men u n MT

ng ng v i s b t u hình thành v t n t, có th s d ng công th c (3.58), trong ó ng su t kéo l y b ng b , t ng ng v i s

hình thành v t n t. ng su t t i h n này th ng l y b ng 0,63 b , MPa, trong ó b là gi i h n b n c a bê tông ch u nén. K t qu , ta có ph ng trình xác nh mô men u n t ng ng v i s b t u hình thành v t n t:

b = TM aJ

- NA

- a aAA

(3.64)

Tính toán k t c u bê tông theo tr ng thái phá h y Các k t qu nh n c trên ây u d a vào gi thi t bê tông là

t li u hoàn toàn àn h i. ng th i c ng ã có nh n xét r ng, do các hi n t ng nh bi n và chùng ng su t trong các bó thép ng su t tr c, các k t qu nh n c trên c s ph ng pháp ng su t cho phép ch a ng m t sai s nào ó. Nh ã c th a nh n trong th c t tính toán k t c u bê tông, m t h s an toàn chung

ng ng c thi t l p b ng cách xác nh giá tr mô men c c i mà c u ki n có th ch u ng, không b phá h y. Các tính toán này

c th c hi n nh ph ng pháp i tr ng phá hu . xác nh mô men nh trên (mô men c c i mà c u ki n có

th ch u ng, không b phá h y), ta xét tr ng thái gi i h n khi ó bê tông vùng ch u nén g n t i n t còn vùng ch u kéo thì ã n t hoàn toàn và không còn kh n ng ch u b t k m t l c kéo nào. Bi n d ng nén gây phá h y bê tông th ng b ng 0,003. S thay i bi n d ng theo chi u cao ti t di n ngang c a c u ki n c gi thi t là tuy n tính (hình 3.7, a) và c bi u di n d i d ng:

= - 0,003e

(3.65)

trong ó là kho ng cách t tr c trung hoà n m xét bi n d ng (d ng, n u h ng lên trên); e là kho ng cách t tr c trung hoà n th ngoài cùng c a ti t di n.

Do s bi n d ng m c bi n d ng này ã không còn là tuy n tính, s phân b ng su t nén trong bê tông có th c bi u di n nh trên hình 3.7, b. ng su t kéo trong bê tông c gi thi t b ng 0.

cho n gi n tính toán, s phân b ng su t nén theo ti t di n c x p x thành phân b u (hình 3.7, c), trong ó b = 0,85 b , còn h s a = 0,85 khi b 28 MPa, khi b > 28 MPa thì c

i 7 MPa nhi u h n, a gi m i 0,05.

101 102

Hình 3.7. tính giá tr mô men gi i h n:

a) s thay i bi n d ng theo chi u cao ti t di n ngang c a c u ki n; b) l c trong c t thép (1) và ng su t trong bê tông (2) ; c) s n gi n hoá s phân b ng su t trong bê tông Theo u ki n cân b ng thì t ng các l c nén trong bê tông và

c kéo trong c t thép ph i b ng l c nén d c tr c N, t c là

a Aa - b Ab = - N, (3.66) trong ó Ab là di n tích vùng ch u nén c a ti t di n do b tác d ng.

th c (3.66) có th c s d ng xác nh v trí tr c trung hoà (khi u n) b ng vi c tìm kho ng cách e. ng su t a c xác nh theo bi u bi n d ng c a bó c t thép khi bi n d ng b ng t ng bi n

ng t ng ng v i s c ng tr c và bi n d ng xác nh theo bi u th c (3.65). Do bi n d ng này ph thu c vào kho ng cách e, nên l i gi i c a ph ng trình (vi c xác nh e) bu c ph i ti n hành b ng phép tính x p x liên ti p.

Theo giá tr c a e nh n c có th xác nh mô men u n gi i n ng v i tr c trung tâm c a ti t di n, t c là t ng mô men c a các c kéo và l c nén. Do trong tr ng h p xét này bó c t thép n m

tr c trung tâm c a c u ki n, cánh tay òn c a l c kéo b ng 0, mô men gi i h n có d ng:

Mgh = b Ab x , (3.67)

trong ó x là kho ng cách t tr c trung tâm n tr ng tâm vùng nén a ti t di n.

Xác nh c t thép th ng và c t ai u mô men u n gi i h n không khác mô men tính toán nhân

i h s an toàn, thì mô men gi i h n c n ph i c t ng lên b ng cách b sung c t thép th ng t theo tr c c a c u ki n. Ví d , n u có các thanh c t thép v i ti t di n ngang Ar c t kho ng j phía

i tr c trung tâm c a c u ki n, thì ng su t ar trong thanh này, c xác nh theo bi n d ng t bi u th c (3.65) và theo s bi n

ng c a thép, s t o ra m t l c b sung ar Ar , l c này ph i c a vào ph ng trình cân b ng (3.66), còn trong ph ng trình (3.67) thêm vào giá tr mô men b sung t ng ng b ng j ar Ar, t c là

Mgh = b Ab x + j ar Ar. Khi b sung c t thép th ng t ng giá tr mô men gi i h n cho

u ki n thì có th c ng ph i t ng c t thép phòng ng a n t khi có tác ng ng th i c a ng su t ti p và ng su t pháp t ng ng

i các t i tr ng gi i h n. u ó c gi i thích, là m c mô men n gi i h n c n thi t không th th c hi n c do bê tông ã b t, không có kh n ng ch ng c l c c t ang t n t i. Vì v y

theo ph ng ngang tr c c a c u ki n ng i ta t c t thép ai t o cho c u ki n kh n ng ch ng l c c t.

ví d ta xét m t ph n c u ki n có c t ai b n t nh trên hình 3.8.

103 104

Hình 3.8. Tính toán c t ai

u Qgh là l c c t t ng ng v i mô men gi i h n tính toán Mgh, còn Qb là l c c t c a bê tông tr c khi b n t, thì hi u Qgh – Qb ph i cân b ng v i n i l c trong các thanh thép ai. Kí hi u Ax là t ng di n tích ti t di n ngang c a c t ai trong m t m t c t d c b t k . Lúc này n i l c c c i xu t hi n trong c t ai s b ng T Ax, v i T là gi i h n ch y c a c t ai. Cu i cùng, n u kí hi u d là hình chi u c a chi u dài v t n t lên tr c c a c u ki n, và s là b c c a c t ai, thì

c t ai i qua ti t di n xét ph i là d/s :

T Ax (d/s) = Qgh – Qb (3.68)

c c t Qb th ng c ánh giá là giá tr nh h n trong hai giá tr : t là, l c c t làm xu t hi n các v t n t vùng trung tâm c a c u ki n khi kéo xiên ho c, hai là, l c c t làm phát tri n các v t n t m t ngoài khi u n. Nhóm v t n t u xu t hi n khi kéo xiên t ng su t 0,33 b MPa, còn nhóm sau xu t hi n khi kéo xiên v i ng su t

kho ng 0,83 b MPa, trong ó b là gi i h n b n c a bê tông ch u nén. Hình chi u c a chi u dài v t n t d ph thu c nghiêng trung bình c a v t n t so v i tr c c a c u ki n và chi u sâu thâm nh p c a

t n t vào c u ki n. Trong tính toán k thu t thì d c gi thi t

ng 0,8 chi u cao c a ti t di n c u ki n. Khi bi t Qb và d ng th i cho các giá tr b n và di n tích ti t di n ngang c a c t ai, ph ng trình (3.68) có th gi i c theo b c c a c t ai. V nguyên tác,

c c a c t ai không c l n h n d/2 c t ai c giao c t nhi u nh t v i các v t n t. Khi Qb > Qgh , theo (3.68), thì c t ai không c n thi t. Tuy nhiên, trong u ki n này ng i ta v n t c t ai theo c u t o.

105 106

Ch ng 4 Thi t k k t c u công trình bi n thép

4.1 Các ph ng pháp thi t k k t c u thép

4.1.1 Thi t k theo ph ng pháp h s riêng ph n

Thi t k theo ph ng pháp h s riêng ph n [1,3,5] là m t ph ng pháp thi t k theo ó c an toàn tiêu chu n c a m t ph n

nh n c b ng cách áp d ng các s riêng bi t i v i các giá tr c tr ng tham chi u c a các bi n c b n.

Các bi n c b n ây có th là: - i tr ng tác ng lên k t c u; - c b n c a k t c u hay c ng c a v t li u k t c u.

c an toàn tiêu chu n c a m t ph n t có c nh s d ng các h s ti n nh i di n cho s thay i v t i tr ng và s c b n, và có x c su t gi m khi các t i tr ng khác nhau tác ng ng th i

i các giá tr c tr ng c a chúng. c an toàn c a k t c u hay ph n t k t c u c coi là t

u hi u ng t i tr ng thi t k , SD không v t quá s c b n thi t k , RD:

SD RD (4.1) (tr ng h p SD = RD , k t c u tr ng thái gi i h n);

Công th c (4.1) là d ng ràng bu c chung c a bài toán thi t k , nó có th là ràng bu c v c ng (3.20), ràng bu c v b n (3.21)

và ràng bu c v dao ng (3.22) nh trong bài toán l a ch n ph ng án (ch ng 3).

Khi xác nh hi u ng t i tr ng thi t k SD, m i t i tr ng thi t k nh n c b ng cách nhân t i tr ng c tr ng v i m t h s cho tr c, t c là

PD i = p i Pk i , (4.2) trong ó:

- PD i là t i tr ng thi t k ; - p i là h s t i tr ng; - Pk i là t i tr ng c tr ng (giá tr cho trong các Tiêu chu n quy

ph m, i v i các tính toán ti n nh thì giá tr c tr ng chính là giá tr tiêu chu n).

Hi u ng t i tr ng thi t k SD trong (4.1) là hi u ng c a t h p i tr ng b t l i nh t nh n c t các t i tr ng thi t k PD i và có th

c bi u di n d i d ng: SD = s (PD1, PD 2,..., PD n), (4.3)

s là hàm hi u ng t i tr ng.

u quan h gi a t i tr ng và hi u ng t i tr ng là tuy n tính thì hi u ng t i tr ng thi t k có th c xác nh b ng cách nhân hi u

ng t i tr ng c tr ng Ski v i h s t i tr ng:

SD = 1

n

pi kii

S . (4.4)

c b n i v i m i hi u ng t i tr ng riêng bi t, nói chung, là hàm c a các tham s nh kích th c hình h c c a k t c u, tính ch t

a v t li u, tác ng c a môi tr ng và t i tr ng (hi u ng t ng tác).

c b n thi t k (RD) c xác nh b ng cách chia s c b n c tr ng (Rk) cho h s v t li u ( m):

107 108

RD = k

m

R , (4.5)

trong ó Rk có th c tính d a trên các giá tr c tr ng c a các tham s t ng ng ho c c xác nh b ng th c nghi m.

s t i tr ng và h s v t li u c cho theo các tr ng thái gi i h n thi t k khác nhau (xem m c 2.2.3).

4.1.2 Thi t k theo ph ng pháp ng su t cho phép

Ph ng pháp ng su t cho phép [1,3,5] là ph ng pháp thi t k khi t i tr ng hay hi u ng t i tr ng xét t ng ng v i m t u ki n

c tr ng, và khi m c an toàn c bi u di n b ng m t h s an toàn chung i v i m i lo i ki m tra.

s an toàn chung là t s gi a c b n c tr ng và hi u ng i tr ng c tr ng t ng ng. ây ta a vào s s d ng ( )

là s ngh ch o c a h s an toàn. u ki n ki m tra c a ph ng pháp ng su t cho phép c ng

gi ng nh u ki n ki m tra theo ph ng pháp h s riêng ph n, t c là u ki n (4.1): SD RD. Tuy nhiên khi xác nh hi u ng t i tr ng thì t i tr ng thi t k l y b ng t i tr ng c tr ng

PD i = Pk i (4.6) và s c b n thi t k (RD) nh n c b ng cách nhân s c b n c tr ng (Rk) v i h s s d ng ( )

RD = Rk. (4.7) Nh v y, h s an toàn s là

SF = 1 . (4.8)

Khi thi t k t ng ng v i các tr ng thái ch u l c khác nhau thì s s d ng có th thay i theo công th c

= 0 (4.9)

trong ó: là h s ph thu c tr ng thái ch u l c c a k t c u, d ng t c u, m i n i ng,.. và 0 là h s s d ng c b n, i v i t h p i tr ng khai thác 0 = 0,6 và i v i t h p t i tr ng thi công 0 =

0,8. Các h s 0 c cho trong các Tiêu chu n quy ph m. H s

i tr ng p và h s v t li u m trong ph ng pháp ng su t cho phép

u l y b ng 1, còn h s an toàn SF = 1 trong ph ng pháp ng

su t cho phép cho > 1. u ó kh ng nh r ng trong thi t k luôn luôn thiên v an toàn.

Trong các ph n ti p d i ây, ta d a ch y u vào ph ng pháp thi t k theo ng su t cho phép trên c s Quy ph m c a Hoa K (API).

4.2 Thi t k ph n t và m i n i ng [1]

4.2.1 Khái quát

1) ng su t c b n. T t c các ph n t c a m t k t c u ph i t v i các ng su t cho phép c b n quy nh khi thi t k . Các ph n ch u nén và u n k t h p có th ph i tho mãn c tiêu chu n b n

và tiêu chu n n nh t i t t c các m d c theo chi u dài ph n t . 2) ng su t cho phép t ng. nh ng n i mà các ng su t do

t ph n các l c ngang và ng gây ra b i các u ki n môi tr ng thi t k thì các ng su t cho phép c b n theo AISC (American Institute of Steel Construction) có th c t ng lên 1/3.

109 110

4.2.2 ng su t cho phép i v i ph n t tr

1. Kéo d c tr c: ng su t kéo cho phép, k , i v i các ph n tr ch u t i tr ng kéo d c tr c c xác nh là:

k = 0,6 y (4.10) trong ó: y là gi i h n ch y c a v t li u, MPa

2. Nén d c tr c 2.a. t n nh c t (m t n nh t ng th ) : ng su t nén d c

tr c cho phép, n , c xác nh i v i các ph n t có t s D/t 60 là:

n =

2

2

3

3

/1

2

3 / /5 /3

8 8

yc

c c

Kl rC

Kl r Kl rC C

khi Kl/r < Cc (4.11)

n = 2

2

1223 /

EKl r

khi Kl/r Cc (4.12)

trong ó:

Cc = 1/ 2

22

y

E ;

E là mô un àn h i, MPa; K là h s chi u dài hi u d ng; l là kho ng chi u dài không có ng nhánh, m; r là bán kính quán tính, m.

t KL/ r = là m nh c a k t c u; Cc = 2 gh, gh = 2

y

E

và 0 = / gh, các công th c (4.11) và (4.12) có th c vi t d i ng:

n =20

30 0

1 0,25

1,66 0,265 0,044y khi 0 < 2 (4.11*)

n = 201,916

y khi 0 2 (4.12*)

i v i các ph n t có t l D/t > 60, ng su t y c thay ng ng su t m t n nh c c b t i h n ( xe hay xc , giá tr nào

nh h n). 2.b. M t n nh c c b :

i v i các ph n t có t l 60 < D/t < 300 v i t 6 mm, ng su t m t n nh àn h i ( xe) và phi àn h i ( xc) do nén d c tr c

c xác nh theo (4.13) và (4.14) d i ây. M t n nh c t t ng th c xác nh b ng cách thay ng su t y trong (4.11) và (4.12) ho c (4.11*) và (4.12*) b ng ng su t m t n nh c c b t i h n ( xe

ho c xc , giá tr nào nh h n). - ng su t m t n nh c c b àn h i

ng su t m t n nh c c b àn h i, xe , c xác nh là:

xe = 2 CE t/D (4.13) trong ó:

C là h s m t n nh c c b àn h i; D là ng kính ngoài c a ng, m; t là chi u dày thành ng, mm.

111 112

Giá tr lí thuy t c a C là 0,6. Tuy nhiên giá tr gi m c a C là 0,3 c khuy n cáo s d ng tính n nh h ng c a nh ng sai s

hình h c ban u. - ng su t m t n nh c c b phi àn h i

ng su t m t n nh c c b phi àn h i , xc , có th c xác nh t :

xc = y 1/ 41,64 0,23 /D t xe

xc = y khi D/t 60 (4.14) 3. n

ng su t u n cho phép, b , có th c xác nh t :

b = 0,75 y khi D/t 10340

y

(4.15)

b = 0,84 1,74 yy

DEt

khi 10340

y

< Dt

20680

y

(4.16)

b = 0,72 0,58 yy

DEt

khi 20680

y

< Dt

300 (4.17)

4. t 4a. C t d m ng su t c t d m c c i , , i v i các ph n t tr là:

= 0,5Q

A (4.18)

trong ó: là ng su t c t c c i c a d m, MPa; Q là l c c t, MN; A là di n tích ti t di n ngang, m2. ng su t c t d m cho phép, , có th c xác nh t :

= 0,4 y (4.19) 4.b. C t xo n

ng su t c t xo n c c i , t , i v i các ph n t tr do mô men xo n gây ra là:

t = ( /2) t

p

M DJ

(4.20)

trong ó:

t là ng su t c t xo n c c i, MPa; Mt là mô men xo n, MNm; Jp là mô men quán tính c c, m4.

ng su t c t xo n cho phép t , có th c xác nh t :

t = 0,4 y (4.21) 5. Áp l c thu t nh ( ng tr có và không có gia c ng)

i v i các ph n t ng thì ng su t màng , h (MPa) , không c v t quá ng su t m t n nh vòng t i h n, hc , chia cho h

an toàn t ng ng:

h hc/ SFh (4.22)

h = pD/2t (4.23) trong ó:

h là ng su t do áp l c thu t nh , MPa p là áp l c thu t nh, MPa; SFh là h s an toàn. 5.a. C t n c thi t k Áp l c thu t nh (p = Hz) s d ng có th c xác nh theo

t n c thi t k , Hz

113 114

Hz = z + cos

2 cosw

k h zHkh

(4.24)

trong ó: z là chi u sâu bên d i b m t n c t nh k c thu tri u, m; H w là chi u cao sóng, m;

k = 2 , v i là b c (chi u dài) sóng, m-1;

h là chi u sâu n c t nh, m; là m t n c bi n, 0,01005 MN/m3. 5.b. ng su t m t n nh vòng - ng su t m t n nh vòng àn h i. ng su t m t n nh vòng

àn h i c xác nh d a trên quan h tuy n tính gi a ng su t và bi n d ng:

he = 2 Ch E t/D (4.25) trong ó:

Ch là h s m t n nh vòng t i h n bao g m hi u ng c a các sai l ch hình h c ban u:

Ch = 0,44 t/D khi M 1,6 D/t

Ch = 0,44 t/D +3

4

0,21 /D tM

khi 0,825 D/t M<1,6 D/t

Ch = 0,736/(M – 0,636) khi 3,5 M < 0,825 D/t Ch = 0,755/(M – 0,559) khi 1,5 M < 3,5 Ch = 0,8 khi M <1,5

i

M = 1/ 22 /L D tD

(4.26)

và L là chi u dài ng tr , m, gi a các vành (nh n) gia c ng, các vách c ng hay liên k t u ng.

Chú thích: Khi M 1,6 D/t, ng su t m t n nh vòng àn h i p x b ng ng su t m t n nh àn h i c a ng tr có chi u dài

không gia c ng. Vì v y, n u c n, ch gia c ng ch M < 1,6 D/t. - ng su t m t n nh vòng t i h n. Gi i h n ch y c a v t li u

liên quan n ng su t m t n nh vòng àn h i quy t nh s xu t hi n m t n nh vòng àn h i ho c phi àn h i và ng su t m t n

nh vòng t i h n, hc (MPa), c xác nh t ng ng v i: + M t n nh àn h i:

hc = he khi he 0,55 y + M t n nh phi àn h i:

hc = 0,45 y + 0,18 he khi 0,55 y < he 1,6 y

hc = 1,31

1,15 /y

y he

khi 1,6 y < he 6,2 y

hc = y khi he > 6,2 y (4.27) 5.c. Thi t k nh n (vành gia c ng) Kích th c c a nh n hay vành gia c ng cho chu vi ng c

a ch n g n úng nh sau:

Jc = 2

8 hetLD

E (4.28)

trong ó: Jc là mô men quán tính i v i ti t di n t ng h p c a nh n, m4; L là kho ng cách gi a các nh n, m; D là ng kính nh n, m.

115 116

4.2.3 ng su t t h p c a ph n t tr

1. n và nén d c tr c a) Ph n t tr . Khi các ph n t tr ch u nén và u n ng th i thì

ph i ki m tra b n theo c hai u ki n sau i v i các m nguy hi m trên các m t c t d c theo chi u dài ng:

2 2

1,01

m Mx MyN

n Nb

e

c (4.29)

2 2

1,00,6

Mx MyN

y b

(4.29*)

trong ó: N , Mx, My là ng su t ti t di n do N, Mx, My gây ra. Chú ý r ng các ng su t này c tính v i các h s s d ng ti t di n kA và k w ;

2

2'e thE ; KL

r; Jr

A; Cm là h s gi m ng su t.

Khi 0,15N

n

, ngh a là l c nén nh , s m t n nh khó x y

ra, do ó có th ki m tra theo công th c sau: 2 2

1,0Mx MyN

n b

. (4.30)

(4.30) là công th c r t quen thu c trong tính toán th c t . Trong công th c (4.29) các giá tr Cm và e t ng ng v i

Mx và My c gi thi t là không khác nhau . N u các giá tr trên

khác nhau thì công th c sau ây c dùng thay cho công th c (4.29):

22

1 / 1 /1,0

my Mymx Mx

N ex N eyN

n b

CC

(4.29**)

b) c tr . Xu th m t n nh c t có th c xem xét i v i

ph n c c n m d i t. M t n nh t ng th c t thông th ng không c xem xét trong thi t k c c, b i vì chính t làm h n ch s m t

n nh này. Tuy nhiên, khi c c ch u t i tr ng d c tr c l n, hi u ng i tr ng – d ch chuy n ngang (P - ) có th c xem xét trong tính

toán ng su t. M t ph ng pháp phân tích có hi u qu là mô hình hoá c c nh m t c t d m trên n n phi àn h i ( àn – d o). Công th c ki m tra c c s là

2 2

1,00,6

Mx MyN

XC b

(4.31)

trong ó xc y theo (4.14). c) Phân tích s c ch u t i c a c c

phân tích s c ch u t i c a h móng - k t c u d i tác d ng a t i tr ng ngang, công th c t ng tác sau ây có th c s ng khi ki m tra các ph n t c c:

/ 2 /sin( ) 1XC XC

P A M Warc , (4.32)

trong ó: arcsin l y theo radian và A là di n tích ti t di n, m2 W là mô men kháng u n c a ti t di n, m3 P, M là l c d c tr c và mô men u n tính c t vi c phân

tích phi tuy n có k n hi u ng (P - )

117 118

XC là ng su t m t n nh c c b t i h n l y theo công th c (4.14) v i giá tr gi i h n b ng 1,2 y khi k n tính tái b n (bi n

ng – strain hardening). phân b l i t i tr ng gi a các c c và d c theo chi u dài c a

t c c c n ph i c xem xét. d) m nh c a ph n t Vi c xác nh m nh = KL/ r i v i ph n t tr ch u nén c n

c th c hi n theo các quy nh hi n hành. i v i các ph n t c t a chân h s chi u dài hi u d ng K l y b ng 1,0. i v i các

thanh gi ng c a chân K = 0,8. e) s gi m Giá tr h s gi m Cm: - i v i các ph n t c t c a chân và c c:

Cm = 1 – 0,4( a

e

), hay ít nh t b ng 0,85

- i v i các thanh gi ng c a chân : Cm = 0,85

2. Kéo d c tr c và u n Trong tr ng h p kéo d c tr c và u n có th s d ng công th c

(4.29*), trong ó Mx và My là các ng su t kéo u n tính toán. 3. Kéo d c tr c và áp l c thu t nh Khi ng su t kéo d c theo ph n t và ng su t nén vòng (phá

hu ) xu t hi n ng th i, ph ng trình t ng tác sau ây ph i c tho mãn:

A2 + B2 + 2v A B 1,0, (4.32)

trong ó:

A = *(0,5 )a b h

y

. (SFx)

Ch „ A“ c hi u là t h p ng su t kéo c c i

B = h

hc

(SFh)

v là h s Poisson = 0,3

y là gi i h n ch y, MPa

a là giá tr tuy t i c a ng su t d c tr c, MPa

b là giá tr tuy t i c a ng su t u n t ng, MPa

h là giá tr tuy t i c a ng su t nén vòng, MPa

hc là ng su t vòng t i h n SFx là h s an toàn i v i kéo d c tr c SFh là h s an toàn i v i nén vòng

4. Nén d c tr c và áp l c thu t nh Khi ng su t nén d c tr c và ng su t nén vòng xu t hi n ng

th i thì các ph ng trình sau ây ph i c tho mãn: *0,5

1,0a h bx b

xc y

SF SF (4.33)

1,0hh

hc

SF (4.34)

Ph ng trình (4.33) là t h p ng su t nén c c i. Khi x > 0,5 ha, ph ng trình sau ây c ng ph i c tho

mãn:

20,5 ( ) 1,00,5

x ha h

aa ha ha

, (4.35)

trong ó:

119 120

aa = xe

xSF

ha = he

hSF

SFx là h s an toàn cho tr ng h p nén d c tr c SFb là h s an toàn cho tr ng h p u n

[ x] = [ a] + [ b] + (0,5 [ h])* là t h p ng su t nén c c i. Các giá tr xe , xc , he và hc c cho t ng ng b i các

ph ng trình (4.13), (4.14), (4.25) và (4.27). Chú thích: - N u b > a + 0,5 h thì c ph ng trình (4.32) và (4.33) u

th a mãn. - D u * hàm ý là n i l c do áp l c thu t nh c t o ra ph n

ng có u mút b t kín hoàn toàn. 5. H s an toàn Các h s an toàn khi ki m tra k t c u c cho trong b ng 4.2 B ng 4.2. s an toàn

u ki n thi t k

H s an toàn trong tr ng h p

Kéo d c tr c

U n Nén d c tr c

Nén vòng

d ng ng su t cho phép c b n

1,67 /y b T 1,67 n 2,0

2,0

ng su t c b n cho phép t ng 1/3

1,25 /1,33y b 1,25 n 1,5

1,5

4.2.4 S chuy n ti p hình côn chuy n ti p hình côn c áp d ng khi n i hai ng có ti t

di n khác nhau, c bi t là u các thanh gi ng, ng nhánh. Nh ng n c n c chú ý xem xét khi thi t k các ph n t k t c u có s

chuy n ti p hình côn. a) Nén d c tr c và u n - Các c tr ng c a ti t di n hình côn - M t n nh c c b - Các m i n i gi a côn và tr không có vành t ng c ng - Các nh n (vành) t ng c ng c a m i n i côn và tr b) Áp l c thu t nh - Thi t k côn - Nh n t ng c ng trung gian - Nh n n i côn-tr 4.2.5 Liên k t nút Liên k t nút là n i các ng v i nhau t i m nút. Liên k t nút có

th có nhi u d ng khác nhau nh liên k t ch K, ch T, ch Y,... và tùy thu c lo i liên k t mà s truy n l c gi a chúng s khác nhau.

i ây ta xét tr ng h p liên k t n gi n nh t c a các d ng trên (tr ng h p liên k t không g i u c a ng chính và không có k p góc, mi ng c ng hay vành t ng c ng - xem hình 4.1).

121 122

- góc c a ng nhánh ( o t ng chính) = t/T g - khe h , mm = d/D t - dày ng nhánh (Brace), mm = D/2T T - dày ng chính (Chord), mm d - ng kính ng nhánh, mm D - ng kính ng chính, mm

Hình 4.1. Các tham s hình h c c a liên k t ng n gi n Trong tr ng h p này c n ph i tính toán ki m tra a) l c c t t

ho c b) t i tr ng danh ngh a trong ng nhánh. Tr c h t c n ph i ki m tra u ki n liên k t c a các ph n t

ch u kéo và nén: ( sin )

1,0(11 1,5 / )yb

yc

, (4.36)

trong ó:

yc là gi i h n ch y c a ng chính m i n i (hay 2/3 ng su t kéo, n u giá tr này nh h n);

yb là gi i h n ch y c a ng nhánh m i n i. Các ký hi u khác c cho trên hình 4.1.

a) t t Tác ng c t t có th c tính theo công th c:

Vp = f sin (4.37) trong ó:

f là ng su t danh ngh a kéo nén d c tr c, u n trong m t ph ng hay u n ngoài m t ph ng ng nhánh (c t t i v i t ng tr ng

p riêng bi t, xem hình 4.2). ng su t c t t cho phép thành ng chính là giá tr nh h n

trong giá tr c t cho phép theo quy nh c a AISC ho c:

Vpa = Qq Qf 0,6yc (c ng v i m c t ng 1/3 ch thích h p) (4.38)

Hình 4.2. Các n i l c u ng nhánh

Vpa có th c xác nh riêng cho m i thành ph n c a t i tr ng ng nhánh, khi s d ng các h s Qq và Qf thích h p. Qq là h s

tính n hi u ng c a lo i t i tr ng và hình h c theo b ng 4.2.

123 124

ng 4.2. Các giá tr Qq

Q = 0,3(1 0,833 )

khi >0,6; Q = 1,0 khi 0,6

gQ = 1,8 – 0,1g/T khi 20; gQ =1,8 – 4 g/T khi >20;

nh ng v i gQ 1

D ng liên t

Lo i t i tr ng ph n t ng nhánh

Kéo-Nén d c tr c

n trong m t ph ng

n ngoài m t ph ng

K (1,10 +0,20/Q )Qg

(3,72+0,67/ )

(1,37+0,67/ )Q

T&Y (1,10 +0,20/ )

Qf là h s k n s hi n di n c a ng su t d c tr c danh

ngh a ng chính. Qf = 1,0 - A2,

trong ó: = 0,030 i v i ng su t d c tr c ng nhánh; = 0,045 i v i ng su t u n trong m t ph ng ng nhánh; = 0,021 i v i ng su t u n ngoài m t ph ng ng nhánh;

A = 2 2 2

0,6AX IPB OPB

yc

(t ng 1/3 cho m u s )

,AX IPB và OPB là các ng su t danh ngh a t ng ng v i kéo nén d c tr c (AX), u n trong m t ph ng (IPB) và u n ngoài m t ph ng (OPB) c a ng chính.

Qf = 1 khi t t c các ng su t th c c tr trong ng chính u là kéo.

i v i t h p ng su t d c tr c và ng su t u n trong ng nhánh thì các ph ng trình t ng tác sau ây ph i c th a mãn:

2 2

1,0p p

pa paIPB OPB

V VV V

(4.39a)

2 22 arcsin 1,0p p p

pa pa paAX IPB OPB

V V VV V V

(4.39b)

trong ó arcsin c tính b ng radian. b) Các t i tr ng danh ngh a

c ch u t i cho phép c a m i n i theo t i tr ng danh ngh a c a ng nhánh là

Pa = Qu Qf 2

1,7sinycT (t ng 1/3 ch thích h p) (4.40,a)

Ma = Qu Qf 2

1,7sinycT (0,8d) (t ng 1/3 ch thích h p) (4.40,b)

trong ó: Pa là s c ch u t i cho phép i v i t i tr ng d c tr c c a ng

nhánh Ma là s c ch u t i cho phép i v i mô men u n c a ng nhánh Qu là h s b n c c i ph thu c d ng m i n i và lo i t i

tr ng (theo b ng 4.3). i v i t h p các t i tr ng d c tr c và u n trong ng nhánh thì

các ph ng trình t ng tác sau ây ph i c th a mãn: 2 2

1,0a aIPB OPB

M MM M

(4.41,a)

125 126

2 2

2 arcsin 1,0a a aIOB OPB

P M MP M M

(4.41,b)

trong ó arcsin c tính b ng radian.

ng 4.3. Các giá tr Qu(1)

ng liên k t Lo i t i tr ng ph n t ng nhánh

Kéo - Nén d c tr c n trong m t ph ng

n ngoài m t ph ng

K

T&Y

(3,4+19 )Qg

(3,4+19 )

(3,4+19 )

(3,4+7 )Q

(1) Các kí hi u xem hình 4.1 và b ng 4.2

4.2.6 Phân tích m i

a) Khái quát i là m t hi n t ng th c t c a k t c u ch u t i tr ng chu trình

trong su t th i gian khai thác. Phá hu m i là m t trong các d ng phá hu ch y u c a công trình bi n, c bi t là nh ng m i hàn, n i r t nh y c m v i m i. Vì v y phân tích m i chi ti t là m t yêu c u i v i

giai n thi công và giai n khai thác. H u h t các Quy ph m u quy nh phân tích m i chi ti t i v i công trình bi n, không

phân bi t ki u dáng hay u ki n môi tr ng n i t công trình. Quy ph m API RP2A – WSD cho h ng d n tính toán ki m tra

i n gi n i v i k t c u khung thép ki u m t cáo (template) chi u sâu n c <122 m và chu k dao ng riêng < 3 s. Ngoài tr ng

p trên (chi u sâu n c l n h n 122 m hay chu k dao ng riêng n h n 3 s) c n áp d ng ph ng pháp phân tích m i chi ti t.

Phân tích m i là ph n ti p t c c a bài toán phân tích b n k t u, vì v y vi c phân tích m i ph thu c vào ph ng pháp phân tích ng l c h c k t c u tr c ó mà có th k là ph ng pháp t a t nh,

ph ng pháp ng l c h c ti n nh và ph ng pháp ng l c h c ng u nhiên.

Ph ng pháp t a t nh c ti n hành v i các sóng khác nhau, i sóng c coi là m t hàm u hoà. Quá trình sóng l t qua k t

u c chia thành nhi u th i m, m i th i m k t c u c phân tích t nh, ta s nh n c ng su t l n nh t và nh nh t m i ph n t .

Ph ng pháp ng l c h c ti n nh xu t phát t h ph ng trình cân b ng ng l c h c. T i tr ng sóng là m t hàm u hoà. Ph n ng c a k t c u tìm c là véc t chuy n v u ph n t , là

i l c và cu i cùng là ng su t nh ng v trí c n thi t. Ph ng pháp ng u nhiên c khuy n ngh trong h u h t các

quy ph m công trình bi n và th ng c dùng nh t là ph ng pháp ph . M i tr ng thái bi n ng n h n c mô t b ng m t m t ph sóng. Thông qua hàm truy n ta s nh n c m t hàm m t ph

ng su t u ph n t . Dù theo ph ng pháp nào thì k t qu mà ta c n quan tâm c ng

là n i l c u các ng nhánh: l c d c P, mô men u n trong m t ph ng Mi (MIPB) và mô men u n ngoài m t ph ng M0 (MOPB) (hình 4.2). T các n i l c ó ta d dàng xác nh c ng su t t i các

m quanh giao tuy n m i hàn (th ng là 8 m). ó là các ng su t danh ngh a Sn. Có th th y hai m nh v y m i ch áy yên (saddle) và nh yên (crown): m t chân m i hàn phía ng chính và

t chân m i hàn phía ng nhánh. Tu thu c vào hình h c c a m i i và t i tr ng mà m t trong hai m ó có ng su t l n h n. ng

127 128

su t ó c g i là ng su t c c b l n nh t. ng su t c c b , Sl , nói chung c nh ngh a:

Sl = SCF.Sn (4.42) trong ó:

- SCF là h s t p trung ng su t giao tuy n c a m i n i; - Sn là ng su t danh ngh a u ng nhánh c hàn vào ng

chính m i n i xét. Nh v y, xác nh c ng su t c c b , ta c n xác nh các

s t p trung ng su t. Các h s t p trung ng su t c xác nh t vi c phân tích m i n i chi ti t hay t th c nghi m.

b) Các h s t p trung ng su t Khi không có các h s t p trung ng su t (SCFs) c xác

nh t vi c phân tích m i n i chi ti t hay t th c nghi m thì tu i th i c a ng chính hay c a ng nhánh c ánh giá nh s d ng

các SCFs t các công th c tham s . Các SCFs này c s d ng cùng v i s gia ng su t danh ngh a c a ng nhánh cho trong hình 4.3 c F i v i ph ng su t .

F = AN SCFA

+ sinII

p

M SCFW

+ cosOO

p

M SCFW

, (4.43)

trong ó SCFA là SCF d c tr c SCFI là SCF trong m t ph ng SCFO là SCF ngoài m t ph ng c) Tính toán tu i th m i

t n th ng m i tích lu tính c nh s d ng ph ng su t tích l y và ng cong S-N (t ng ng v i m t lo i v t li u) c cho trên hình 4.3.

Hình 4.3. Ph ng su t tích lu và ng cong S-N Ph ng pháp thông th ng là xem xét m t ph n t c a ph

ng su t áp d ng n1, n2 sao cho s bi n c n trong ph n t này là (n2 – n1). Gi s t t c các bi n c u m c s gia ng su t trung bình SM c a ph n t , khi ó t n th ng m i c a ph n t s là n/N, v i N là

chu trình t i phá hu m i . d ng lu t t n th ng tích lu c a Palmgren-Miner, tu i th

i b tiêu hao khi t n th ng t ng n/N b ng t l t n th ng tích lu cho phép, th ng c kí hi u là , nh sau:

Tu i th m i = /n N

(4.44)

l t n th ng tích lu cho phép ( ) c dùng trong thi t k ph thu c c vào v trí c a công trình và kh n ng ti p c n ki m tra và s a ch a. T l t n th ng tích lu cho phép th ng c cho nh b ng 4.4.

Ví d 4.1. Xét chân giàn khoan bi n c nh b ng thép (hình 4.4), xác nh ng su t và ki m tra các tr ng thái b n, n nh

a ph n t 3-8. Sóng tính toán có chi u cao 6,0 m, chi u dài 90 m và gi s h ng truy n sóng song song v i m t bên c a công trình,

c cho trên hình 4.4.

129 130

ng 4.4. l t n th ng tích lu cho phép

Không t i c ki m tra, s a

ch a

Phía d i ho c vùng giáp gianh n c-không khí1)

Phía trên vùng giáp gianh

0,33 0,5 1,0 1) Trong u ki n môi tr ng bi n kh c nghi t, nh ng b ph n tuy vùng giáp gianh nh ng c ng không th t i c ki m tra và b o

ng. Khi ó l y =0,33.

Hình 4.4. chân giàn khoan thép

Chi u sâu n c khi bão là 24 m. T t c các thanh ng c a chân u là ph n t ng có ng kính ngoài là 1,22 m và chi u dày thành ng là 38 mm ( ây c hi u là c chi u dày thành c t

ng và chi u dày thành c c l ng trong c t). Các thanh ngang và thanh xiên có ng kính ngoài là 0,61 m và chi u dày - 12,7 mm. C 4 phía c a chân u nh nhau, h n n a m t tr c và m t sau các thanh nghiêng c n i vào các nút 3 và 7. Ph n th ng t ng có tr ng l ng 2224 kN, t i tr ng gió lên ph n th ng t ng là 444 kN

Gi thi t v i cách tính t i tr ng sóng ã bi t và ã tính c t i tr ng sóng cùng các l c khác tác d ng lên chân nói chung và lên ph n t 3-8 nói riêng (xem s t t i hình 4.5, a,b,c,d), ng th i ã tính và d ng c bi u n i l c c a ph n t 3-8 (hình 4.6).

Hình 4.5. t i tr ng:

a), b) - tác ng c a sóng lên chân và ph n t 3-8; c), d) - tác ng c a tr ng l ng b n thân, l c y n i lên chân

và ph n t 3-8

131 132

Ta ti n hành tính toán ng su t và ki m tra các u ki n an toàn a ph n t 3-8, bao g m l c d c Nmax = 622 kN, l c c t Qmax = 11,3

kN và mô men u n Mmax = 43,2 kN.m.

Hình 4.6. T i tr ng và n i l c ph n t 3- 8 (a); Các bi u n i

c M, Q, N (b) c d c và mô men u n c c i trong ph n t 3-8 n m g n

nút 3. Các ng su t pháp t ng ng v i chúng là:

N = NA

= 3

622,223,6.10

= 26,3 MPa;

M = MRJ

= 3

43,2.0,3041,05.10

= 12,5 MPa

ng su t pháp (kéo) c c i b ng 26,3 + 12,5 = 38,8 MPa Khi tính toán ã s d ng các c tr ng hình h c sau: A = /4 (D2

– d2), v i d = D – 2t; R = D/2 (xét lân c n m c c i, t c là 0,305 – 0,001 = 0,304); J = / 64 (D4 – d4).

Theo m c 2.3 “Các yêu c u v v t li u”, áp d ng thép c ng cao v i gi i h n ch y y = 315 (N/ mm2 hay MPa) thì :

1. Tr ng h p kéo

k = NA

= 3

622,223,6.10

= 26,3 MPa < 0,6 y = 189 MPa

2. Tr ng h p nén D/t = 610/ 12,7 = 48 < 60 (ki m tra bình th ng theo y)

Cc = (2 2E/ y)1/ 2 = (2. 3,142. 2,1.105/ 315)1/ 2 = 53,4

i K = 1; l = 21,5; r = JA

= 3

3

1,05.1023,6.10

= 0,21

Kl/ r = 102 > Cc =53,4 Do Kl/r > Cc ta ki m tra theo công th c (4.12)

a = 2

2

1223 /

EKl r

= 2 5

2

12. 2,1.1023.102

= 103,5 MPa < y = 315 MPa

3. ng su t m t n nh c c b Do D/t 0,61/ 0,127 = 48 < 60 , xc = y .

4. Tr ng h p u n 10340/ y = 33 < D/t = 48 < 20680/ y = 66

ng su t u n cho phép c tính theo công th c (4.16)

133 134

b = 0,84 1,74 yDEt y = 5 3

315.0,610,84 1,742,1.10 .12,7.10

. 315

= 241,92 MPa Ta có b = M = 12,5 MPa << 241,92 MPa. 5. ng su t c t

ng su t c t d m c c i c tính theo công th c (4.18)

v = V/ 0,5 A = 11,3.10-3/ 0,5.23,6.10-3 = 1.0 MPa

v << 0,4 y 6. Ki m tra ng su t m t n nh c c b

- M t n nh c c b àn h i c ki m tra theo công th c (4.25)

Tr c h t ph i tính M theo công th c (4.26) M = L/D(2D/t)1/2 = 21,5/0,61 (2.0,61/ 12,7.10-3)1/2 = 345 > 1,6.48

= 76,8. Suy ra Ch = 0,44 t/D = 0,44. 0,0127/0,61 = 0,009

he = 2.0,009. 2,1.105 .0,0127/0,61 = 79 MPa Do 79 < 0,55 y = 0,55. 315 = 173,25,

t c u ch m t n nh c c b àn h i hc = he = 79 MPa

7. Ki m tra áp l c thu t nh Ki m tra áp l c thu t nh t i m z = h, theo (4.23)

H = h + HW/ 2 = 24 + 6/2 = 27 m

h = pD/ 2t = H D/2t = 10,05.10-3. 27. 0,61/ 2.12,7.10-3 = 6,5 MPa

h = 6,5 << hc/ SFh = 79/2 = 39,5 MPa Do M = 345 > 1,6 D/t =1,6. 48 = 76,8, vi c t ng c ng vành

ng là không c n thi t. 8. Ki m tra u n và kéo-nén d c tr c

Ki m tra u n và kéo-nén d c tr c theo công th c (4.30) 26,3 12,5

103,5 241,92 << 1,0

9.Kéo d c tr c và áp l c thu t nh, ki m tra theo công th c (4.32) A2 + B2 + 2v A B 1,0,

A = 0,5a b h

y

.(SFx) = 103,5 12,5 0,56,5 .2,0315

= 0,72

B = h

hc

(SFh) = 6,5 2,079

= 0,16

(0,72)2 + (,16)2 – 2. 0,3 0,72 . 0,16 = 0,62 < 1,0 . Tho mãn. 10. Nén d c tr c và áp l c thu t nh Theo công t c (4.33)

0,5a h bx b

xc y

SF SF =103,5 0,5.6,5 12,5.1,67 .2,0

315 315=

0,67<1,0, 6,5.2,0 0,16 1,079

hh

hc

SF

Tính x = a + b + (0,5 h) = 103,5 + 12,5 + 0,5. 6,5 = 119,35 Do x = 119,35 > 0,5 ha = 0,5. he / SFh = 0,5. 0,55 y / 2,0 = 44,

ph ng trình sau ây c ng ph i c tho mãn:

20,5 ( ) 1,00,5

x ha h

aa ha ha

(4.45)

trong ó:

aa = xe

xSF

135 136

ha = he

hSF

2119,5 0,5.39,5 6,5 1,01310 0,5.39,5 39,5

. Th a mãn

4.3 Tính toán móng c c

4.3.1 C c cho các công trình d ng khung thép

Các công trình d ng khung c ng v ng ch y u nh các c ng b ng thép óng vào t qua các c t chân ch u các t i

tr ng t th ng t ng và gi n nh cho công trình nói chung trong các u ki n có bão. C c có s c ch u t i c xác nh và có th kháng l i t i tr ng nén t t i u c c nh l c ma sát và l c ch ng.

Chân d ng khung có liên k t v i c c nh hình 4.7 và t i tr ng tác d ng lên c c - hình 4.8.

Các tính toán i v i c c g m: Xác nh s c ch u t i c a c c óng sâu cho tr c d i tác

ng c a t i tr ng d c tr c; Xác nh ph n ng àn h i c a c c ch u t i tr ng d c tr c không

t quá s c ch u t i c a c c; Xác nh ph n ng àn h i c a c c ch u t i tr ng ngang và mô

men t i u c c m t t.

a) b)

Hình 4.7. Chân d ng khung v i c c chính (a) và có thêm c c

ph (b)

Hình 4.8. Các t i tr ng tác d ng lên c c

Bài toán u tiên có ý ngh a quan tr ng khi xác nh sâu óng c vào t, ti p nh n t i tr ng d c tr c t công trình. L i gi i a bài toán c n khi xem xét các v n liên quan n vi c t công

trình thi t k t i v trí khai thác, hay không s l ng c c, quan

137 138

gi a s l ng c c và sâu óng c c. Các bài toán th hai và th ba cho l i gi i v s d ch chuy n àn h i c a c c t i m t t do

i tr ng truy n t công trình xu ng. Các l i gi i này c n ánh giá c ng c a c c. Bài toán cu i cùng c ng quan tr ng khi tính toán c vì t i tr ng ngang th ng làm phát sinh ng su t u n l n trong c sâu nào ó d i b m t áy bi n.

Kho ng cách gi a các c c th ng c gi thi t là l n (5–10D), vì v y, có th b qua s t ng tác c a các c c qua t, ch xét c c

n. ng th i, c ng b qua lún c a c c do s nén c a t, vì l c nén lên m t c c hay lên m t dãy c c nói chung luôn nh h n l c do ngo i l c c c tr tác ng lên công trình. Ngoài ra, c c óng sâu truy n t i tr ng xu ng t ch y u d ng l c ti p tuy n th ng ng phân b theo b m t xung quanh c c, không gây nén t.

4.3.2 Xác nh s c ch u t i c a c c ch u t i tr ng d c tr c

i v i c c ng có u d i m , lo i c c th ng c áp d ng trong xây d ng công trình bi n, s c ch u t i v i gi thi t c c không

nén có th c bi u di n theo công th c = + , (4.45)

trong ó là s c kháng c a t theo b m t xung quanh c c, còn là s c kháng c a t t i u d i c a c c.

Ký hi u s là s c kháng c a t trên m t n v di n tích xung quanh c c, tích phân i l ng này theo toàn b b m t xung quanh

c ti p xúc v i t, ta có:

= 0

L

D sdy (4.46)

Ký hi u q là s c kháng c a t trên m t n v di n tích t i u i c a c c, khi ó

= q( D2/4) (4.47)

Cu i cùng, n u ký hi u F là t i tr ng gi i h n d c tr c tác d ng lên c c t i m t t, wT là tr ng l ng c c cùng lõi t trên m t mét dài có k n tác ng cân b ng c a n c trong t, thì

= F + wTL (4.48)

Hình 4.9. Các l c tác d ng lên c c

1- thân c c; 2- lõi t Trên c s các công th c (4.45) - (4.48) ta có th nh n c

bi u th c i v i t i tr ng nén gi i h n lên c c

Fn = 0

L

D sdy + q( D2/4) - wTL (4.49)

và t i tr ng kéo gi i h n

Fk = 0

L

D sdy + wTL (4.50)

u ki n không tr t lõi t, khi ó các công th c trên c ch ng minh, s là:

139 140

q( d2/4)<0

L

d sdy + wdL (4.51)

ây d là ng kính trong c a c c, còn wd tr ng l ng trên t mét dài c a lõi t có k n tác ng cân b ng c a n c trong

t. s d ng c các bi u th c nêu trên c n ph i thi t l p m i

quan h c a s và q v i các c tr ng c a t. N u là t sét, các i ng này có quan h v i giá tr o c c a l c dính (hay b n

ch ng c t tr ng thái không thoát n c) b i các h th c s = c; q = Ncc , (4.52)

trong ó và Nc là các h s không th nguyên. i v i cát, s và q c xác nh b ng tr ng l ng c a các l p t n m phía trên và

góc ma sát theo ph n ti p xúc c a c c v i t s = K d y tg ; q = Nq d L (4.53)

ây d là tr ng l ng riêng c a t có k n tác ng cân ng c a n c trong t; K và Nc là các h s không th nguyên.

Các tham s c a t xác nh s c ch u t i c a c c i t sét V i cát

= 1,0; 0 c 25 kPa; = 30o; d = 6,5÷11kN/m3 = 1,25- 0,01c; 25< c <75 kPa; K = 0,7; smax = 100 kPa

= 0,5; c > 5 kPa; Nq = 40; qmax = 10 MPa i v i t t c các lo i t Nc = 9,0

Chú ý, i v i cát theo công th c (4.53) ta tìm c các giá tr gi i h n c a s và q.

Ví d 4.2. Xác nh sâu óng c c thép ng kính 1,22 m v i chi u dày thành 25 mm, t ng ng v i s c ch u t i nén b ng 9 MN (hình 4.10). t sét, tr ng thái không thoát n c có b n ch ng

t b ng 0 b m t và t ng tuy n tính theo sâu t i 180 kPa 120

m d i b m t. Tr ng l ng riêng (trong không khí) c a thép là 76.0 kN/m3 và c a t là 15,5 kN/m3.

c kháng c t sâu y: c = by; b = 1,5 kN/m3.

Hình 4.10. t t i lên c c (a) và s thay i l c dính theo sâu (b)

i t sét: s = s1 = by khi 0 < y <16,67 m s = s2 =1,25by – 0,01(by)2 khi 16,67< y 50 m s = s3 = 0,5by khi y > 50 m

và khi y = L, q = Nc c = 9bL. Tr ng l ng t ng trên m t mét dài c c cùng lõi t có k n tác

ng cân b ng c a n c trong t c tính theo công th c wT = t At + d Ad

trong ó t và d là tr ng l ng riêng c a thép và c a t có k n tác ng cân b ng c a n c, còn At và Ad là di n tích ti t di n

ngang c a ng thép và lõi t. Tr ng l ng riêng c a thép và t trong n c:

t =76–10 = 66 kN/m3; d = 15,5–10 = 5,5 kN/m3. Nh v y, wT = 66( /4)(1,222–1,172)+5,5( /4)1,172 =12,1kN/m.

141 142

sâu óng c c c xác nh nh bi u th c (4.49). Gi thi t ng L >50 m, ta tìm c

0

L

sdy = 16,7

10

s dy + 50

216,7

s dy + 350

L

s dy

Suy ra

0

L

sdy = 450 + 0,375L2.

em k t qu này vào (4.49) v i q = 9bL = 13,5L, Fn = 9 MN và wd = 12,1 kN/m ta nh n c ph ng trình

1,437L2 + 3,681L – 7275 = 0, gi i ra ta c L = 69,9 m. u a vào nghi m c a bài toán h s an toàn, ví d , b ng 1,5,

thì u ó có ngh a là t i tr ng nh n c theo bi u th c (4.45) ph i gi m i 1,5 l n. T bi u th c (4.48) ta c ng th y r ng u ó t ng

ng v i vi c t ng các giá tr F và wT L trong công th c (4.49) lên 1,5 l n. Gi i l i bài toán khi Fn = 13,5 MN, ta nh n c L = 89,2 90m.

Ta nh n th y r ng k t qu này th a mãn gi thi t ban u L > 50m. N u u ki n này không th a mãn thì c n gi i l i bài toán v i gi thi t 16,67< L < 50 m, và lúc này s1 có gi i h n t 0 n 16,67, còn s2 t 16,67 n L. Và n u k t qu L <16,7 thì ti p t c gi i l i ch

i s = s1 trong gi i h n t 0 n L. u ki n (4.51) v tr t lõi t c a c c c tho mãn, vì khi L

= 90 m

q( d2/4) =1306kN; d90

0

sdy =12824kN;

1306 <12824 + wdL

Ví d 4.3. i v i công trình cho trên hình 4.11 xác nh sâu óng c c ng kính ngoài 1,82 m và chi u dày thành 25 mm. Các

c tr ng c a t nh trong ví d 4.2. Các i l ng trên hình có giá tr : FH = 13 MN, FV = 9 MN, b =45 m, d = 20 m. u ki n b t l i nh t

i v i c c là khi các t i tr ng sóng và gió có cùng h ng và tác ng vào m t ón sóng m t góc 45o (hình 4.11,a). S phân b t i

tr ng lên c c c cho trên hình 4.11,b). Theo u ki n cân b ng c a các l c th ng ng 4w = FV, và t

u ki n cân b ng mô men i v i c c phía trái d(2w)+2d( w + F) = bFH + dFV.

t qu ta c w = FV /4; F = bFH /2d. Thay các tr s vào ta có: w=9/4=2,25 MN, F = 45.13/2.20 =

14,62 MN.T i tr ng nén c c i lên c c ( t phía ph i) Fn = w + F = 16,87 MN, và t i kéo c c i ( t phía trái) Fk = w – F = -12,37 MN. Khi tính c c ch u t i tr ng nén c c i v i h s an toàn là 1,5 thì c c ph i c óng sâu, theo ph ng pháp áp d ng ví d trên, là 101,4 m. Theo công th c (4.50) ta tìm c t i tr ng kéo là 25,88 MN, h s an toàn s là 25,88/12,37 = 2,1.

Hình 4.11. (Cho ví d 4.3).

a – d ng công trình nhìn t trên xu ng; b – s phân b t i tr ng lên c c

143 144

4.3.3 Ph n ng àn h i c a c c i v i t i tr ng d c tr c Gi thi t r ng t i tr ng tác d ng lên c c t i m t t là F0 , không

t quá s c ch u t i c a c c. S c kháng c t àn h i c a t s trên t n v di n tích b m t c c c c không b d ch chuy n. ng th i gi thi t r ng i l ng này ph thu c vào ng kính

ngoài c a c c, vào d ch chuy n d c và c tr ng àn h i k c a t. Bi u di n ph n ng àn h i-tuy n tính c a t d ng s / k =

/D, ta có s = k /D (4.54)

Hình 4.12. Các l c tác d ng lên c c và ph n t c c khi nén d c

tr c Ph ng trình cân b ng c a m t n c c có d ng

dFdy

= - D s (4.55)

ây F là l c d c tr c c c kho ng y d i m t t (d ng n u là nén). N u A là di n tích nh n – ti t di n ngang ng ch u t i tr ng

ngoài, còn = ddy

là bi n d ng d c tr c c c (d ng khi nén), theo

nh lu t Hooke ta có

F = EA = - EA ddy

(4.56)

ó suy ra 2

2

ddy

- kEA

= 0 (4.57)

Nghi m c a ph ng trình này có d ng = C1 ch y + C2 sh y (4.58)

ây

= kEA

(4.59)

C1 và C2 là các h ng s tu ý, có th c xác nh t các u ki n F = F0 khi y = 0 và F = 0 khi y = L.

d ng (4.56), theo các u ki n trên ta tìm c C1 = (F0 /EA )ctg L; C2 = - F0/EA .

t qu (4.58) có d ng = (F0 /EA )(cthL ch y - sh y) (4,60)

Khi y = 0, ta có F0 = K0 , (4.61) trong ó K0 =EA th L (4.62) là c ng hi u qu c a c c ng v i chuy n v d c c a u c c do

i tr ng d c tr c gây ra. s d ng c bi u th c (4.62) c n ph i bi t c tr ng àn

i c a t ka. c tr ng này có th c xác nh nh ng d ng các bi u th c (4.59) và (4.62) cùng v i các k t qu thí nghi m c c trong các u ki n hi n tr ng. c bi t, giá tr K0 có th c xác

nh tr c ti p theo t i tr ng t lên c c và lún u c c o c, sau ó, v i các kích th c ti t di n ngang c c và sâu óng c c cho tr c, nh các bi u th c (4.59) và (4.62), xác nh ka.

145 146

Các giá tri ka theo s li u thí nghi m hi n tr ng Lo i t ka, MPa

Sét 7,5 Cát 9,0

Trong hình 4.13, a cho k t qu thí nghi m c c t i hi n tr ng và so sánh các k t qu này v i các k t qu tính toán.

Hình 4.13. Quan h gi a lún u c c và t i tr ng nén d c

tr c: a) c c v i c ng EA = 2,13 MN óng sâu L = 15,2 m vào t sét; b) c c v i c ng EA = 3,71 MN óng sâu L = 21 m trong t

cát (thí nghi m: ng r i, lý thuy t: ng li n).

Ví d 4.4. Xác nh c ng hi u qu d c tr c c a c c ng kính 1,22 m, chi u dày thành 25 mm c óng vào t sét sâu 60m, E = 210 GPa, A = 0,0938 m2, EA = 19,7 GN. i v i t sét ka = 7,5 MPa, khi ó = /ak EA = 0,0346 1/m. Theo (4.62) k0 = 688 MN/m

4.3.4 Ph n ng c a c c ch u t i tr ng ngang chu k

c ngang và mô men tác d ng lên c c t i b m t t, do nh ng c a sóng, sinh ra d ch chuy n ngang c a t, mà các d ch

chuy n này, khi thay i theo chi u sâu thì gi ng nh ph n ng c a t, t c c i g n b m t t và gi m d n khi chi u sâu t ng,

nh hình 4.14. xác nh ph n ng c a c c i v i các t i tr ng này c n ph i bi u di n ph n ng c a t d ng gi i tích sao cho k

c s làm vi c c a các l p t phía trên, n i có th có chuy n v n và bi n d ng d o, và s làm vi c c a các l p t phía d i còn

trong giai n àn h i. Coi ph n ng c a t trên m t n v dài c c là p, trong tr ng

p chung ph thu c vào ng kính D c a c c, vào d ch chuy n ngang u và vào hai tham s và k, c tr ng cho b n và tính ch t àn h i c a t, có th nguyên là ng su t. Quan h gi a các i

ng này có th c bi u di n d ng không th nguyên nh sau p/kD = f(u/D, /k) (4.63)

ây f là hàm có d ng b t k . Ch n t có d ng àn d o lý ng (hình 4.15), ta có

//

p ND khi u Dp ku khi u D

(4.64)

i u là võng d ng c a tr c c c, N là h s b t k , còn c xác nh theo u ki n giao c a hai n th ng àn h i và d o,

= N /k = u*/D (4.65)

147 148

Hình 4.14. c ch u tác d ng c a t i tr ng ngang và mô men

Hình 4.15. Bi u di n n gi n hóa s ph thu c ph n l c c a

t n n vào võng c a c c

ây u* là võng c a c c t ng ng v i vi c chuy n t giai n àn h i sang giai n d o.

i t sét, gi thi t b n thay i tuy n tính, t ng d n theo sâu d ng

= c = a + by, (4.66) trong ó a và b là các h ng s i v i lo i t cho. Thay (4.66) vào (4.64) và (4.65) ta c

( ) //

p ND a by khi u Dp ku khi u D

(4.67)

trong ó = [N(a +by)]/k = u*/D (4.68) i cát, b n có th c bi u di n d ng

= Kp d y , (4.69) trong ó d là tr ng l ng riêng c a t có k n tác ng cân b ng

a n c, còn Kp c bi u di n qua góc ma sát c a cát

Kp = 1 sin1 sin

(4.70)

em (4.69) vào các bi u th c (4.64) và (4.65) có d ng

/

/p dp NDK y khi u D

p ku khi u D (4.71)

và = NKp d y/k = u*/D (4.72)

xác nh ph n ng c a c c i v i t i tr ng ngang chu trình ta xét h c c – n n d i tác d ng c a l c n m ngang và mô men t

i nh c c. Gi thi t các l p t phía trên cho n sâu L1 tr ng thái d o. võng c a c c c xác nh theo ph ng trình u n d m

EJ4

4

d udy

= - p (4.73)

149 150

trong ó EJ là c ng ch ng u n c a c c; u là võng d ng khi n sang ph i; p là ph n l c c a n n, d ng n u t ng ng v i

võng u d ng. i v i vùng d o (y < L1), cho c sét và cát ta có ph ng trình

EJ4

4

d udy

= - P1 – P2y , (4.74)

trong ó: - cho sét: P1 = NDa; P2 = NDb, (4.75)

- cho cát P1 = 0; P2 = NDKp d (4.76)

Tích phân ph ng trình (4.74) v i u ki n biên y = 0

EJ2

2

d udy

= M0 ; EJ3

3

d udy

= P0 (4.77)

Khi EJ =const, ta c

EJu = - 4

1

24P y -

52

120P y +

30

6P y +

20

2M y +C1y + C2, (4.78)

trong ó C1 và C2 là các h ng s . i v i vùng àn h i (y L1) cho c t sét và cát ta có ph ng

trình

EJ 4

4

d udy

+ ku = 0 (4.79)

i v i c c óng sâu, nghi m c a (4.79) có th có d ng EJu = e-ay’(C3 cos y’+C4 sin y’), (4.80)

trong ó y’=y – L1 – kho ng cách tính t cao L1, gianh gi i gi a vùng ân h i và vùng d o;

= (k/EJ)1/4 (4.81) Gi thi t c c óng v i sâu l n, có ngh a là

L – L1 3/ (4.82) L là t ng chi u dài c c. Trong l i gi i nh n c có 5 h ng s : C1, C2 ,C3, C4 và L, có

th tìm nh bi u th c (4.68) i v i t sét hay (4.72) i v i cát cùng v i các u ki n liên t c v võng, góc xoay, mô men u n và

c c t t i ti t di n y = L1 thu c vùng d o hay y’ = 0 trong vùng àn i.

Chú ý là mô men M và l c c t Q c xác nh b i các h th c

EJ2

2

d udy

= M ; EJ3

3

d udy

= -Q, (4.83)

có th d dàng nh n c M* và Q* t i ti t di n y – L1 t vi c gi i ng ng v i vùng d o:

M* = - 2

1 1

2PL -

32 1

6P L +P0L1 + M0 (4.84)

Q* = P1L1 + 2

2 1

2P L - P0 (4.85)

Cân b ng các l i gi i này v i các l i gi i nh n c i v i vùng àn h i khi y’ = 0, ta tìm c

C3 = ( M* - Q*)/2 3 (4.86) C4 = - M*/2 2 (4.87)

Ti p theo, s d ng (4.68) hay (4.72) nh các công th c (4.80) và (4.81) ta nh n c ph ng trình

2(P1 + P2L1) = M* 2 – Q* , (4.88) Ph ng trình này gi i i v i L1 cùng v i các ph ng trình

(4.84) và (4.85) b ng cách x p x liên ti p. Hi n nhiên, n u ph ng trình (4.88) th a mãn giá tr L1, nh h n ho c b ng 0, thì không t n t i vùng d o, và ph n ng c a c c nói chung có th c xác nh nh

i gi i nh n c theo giai n àn h i c a t, t c là L1 = 0.

151 152

u L1 > 0, thì hai h ng s C1 và C2 theo các u ki n là võng và góc xoay ti t di n y = L1 a vùng d o b ng các giá tr

ng ng nh n c ti t di n y’ = 0 c a vùng àn h i. Bi u di n các h ng s này qua các i l ng M* và Q* t (4.84) và (4.85), ta

c

C1 = 2

22

Q M + 3

1 1

6PL +

42 1

24P L -

20 1

2P L - M0L1 (4.89)

C2 = 12

(1 2 )2

L M - 13

(1 )2

L Q - 4

1 1

8PL -

52 1

30P L +

30 1

3P L +

20 1

2M L (4.90)

Nh v y, t t c các h ng s c a l i gi i gi i tích c a bài toán u ã nh n c, c i v i t sét c ng nh i v i cát, cho c

vùng àn h i và vùng d o c a n n t. Vi c ánh giá h s N và c tr ng àn h i k c a t có th

thông qua các thí nghi m c c t i hi n tr ng, quá trình thí nghi m s o c chuy n v c a c c t i m c b m t t và s thay i mô

men u n theo chi u dài c c khi các giá tr l c ngang và mô men u c c khác nhau.

Các giá tr c tr ng c a t khi t t i ngang chu trình theo các li u thí nghi m hi n tr ng

N k, MPa Sét m m 3,5 22 Cát 1,8 8,3 Trên hình 4.16 là k t qu thí nghi m c c t i hi n tr ng so v i

t qu tính toán.

Hình 4.16. ph thu c chuy n v ngang u0 c a c c t i b m t

t và mô men u n c c i M0 trong c c vào t i tr ng ngang chu trình P0: a) Sét m m; b) Cát. D u x x x – thí nghi m hi n tr ng; d u ... –

tính toán.

153 154

Ví d 4.5. Xét m t c c thép ng c tr ng cho công trình th m

c bi n (hình 4.17). C c có ng kính 1,22 m và chi u dày thành 25 mm, c óng nghiêng m t góc 8o và sâu 76 m. T i tr ng ngang chu trình do sóng c c i là P0 = 0,67 MN, mô men chu trình

c i M0 =2,70 MNm. H ng c a t i tr ng theo h ng sóng, t trái qua ph i. t sét, có b n b m t t nh không áng k và t ng theo sâu c=by, b=1,37 kN/m3. Xác nh võng và góc xoay t i b

t n n, và ng su t c c i trong c c. Do góc nghiêng nh (cos 8o=0,9903), ta s tính c c nh th ng

ng. Theo công th c (4.75) ta tìm c P1=0; P2=NDb =1,22.3,5.1,37 = 5,85 kPa, và khi EI = 35,20 MN/m2 theo (4.81) ta tìm

c = 0,281 1/m. Tr c tiên ta xác nh chi u dài L1 a vùng d o liên quan n

các u ki n t t i. Gi i ph ng trình (4.88) b ng ph ng pháp x p liên ti p ta tìm c L1 = 18 m. L c ngang và mô men t ng ng i sâu ó, c tính theo các công th c (4.84) và (4.85) khi P0 =

0,67 MN và M0 = 2,7 MN.m, b ng M* = 3,62 MN.m; Q* = 0,28 MN. Ti p theo, theo (4.86) và (4.87) ta tính các h ng s C3 và C4

ng ng v i vùng àn h i: C3 = 16,62 MNm3; C4 = - 22,8 MNm3. ng t , theo (4.89) và (4.90) ta tính các h ng s C1 và C2

ng ng v i vùng d o: C1 = - 44,5 MNm2; C2 = 705,6 MNm3. ng su t u n c c i trong c c là

2

4,0.0,61 145 .1,68.10

MR MPaI

Khi ã bi t các h ng s , theo (4,78) ta tìm c võng u0 và góc xoay – du/dy c a c c m t t (y = 0): u0 = 0,20 m; 0 = 0,0128 radian.

d ng bi u th c u c a (4.83) cùng v i (4.78) i v i y < L1 hay v i (4.80) i v i y > L1 ta s nh n c bi u th c cho mô men

n trong c c. Nghiên c u c c tr c a bi u th c này có th th y r ng mô men u n c c i b ng 4,0 MNm và tác d ng t i ti t di n sâu 12,2m.

Hình 4.17. (Cho ví d 4.5) a) t t i; b) N i l c trong c c

m t t

Ki m tra u ki n (4.82). D dàng th y r ng u ki n này tho mãn, vì L – L1 = 76 – 18 = 58 m, còn 3/ = 3/0,281 = 10,7 m.

Chú thích: S làm vi c c a c c khi có các kh i n ng

Các công trình móng c c, n u vì lý do khách quan nào ó c c không óng sâu ho c tính toán không l c thì trong quá trình

155 156

lam vi c th ng b rung l c quá m c cho phép. Trong tr ng h p này m b o an toàn s d ng ng i ta ph i gia c ng chúng

ng các kh i bê tông c t li u á d m/x i ho c bê tông c t li u gang. Lúc này công trình c g i là công trình bán tr ng l c và các kh i bê tông s tham gia ch u l c cùng v i c c, t ng c ng kh n ng ch ng nh và ch ng tr t cho công trình. Kích th c và tr ng l ng

a các kh i n ng v nguyên t c c xác nh theo tính toán v i h an toàn cho tr c và ph thu c kh i l ng riêng c a c t li u. Tuy

nhiên, n c ta hi n nay gi i pháp này m i c s d ng gia c các công trình DKI, trên th gi i c ng ch a có khuy n ngh s d ng

giàn bán tr ng l c.

4.4 Ch ng n mòn

4.4.1 Khái quát Ch ng n mòn cho k t c u công trình bi n thép c ti n hành theo 3 ph n khác nhau: ph n k t c u trong vùng không khí c b o

b ng s n ph , ph n k t c u trong vùng giáp gianh, do tác ng a môi tr ng r t m nh k t c u c gia công/s n ph c bi t và

ph n k t c u ngâm n c c b o v k t h p c s n ph và b o v ca-t t. S n ph là dùng ch t li u s n ng n ng a s n mòn trên

m t v t li u thép, còn b o v ca-t t là k thu t ng n ng a s n mòn b m t v t li u thép b ng cách bi n b m t thép thành ca-t t c a

t pin n hóa. Vi c gia công/s n ph c bi t vùng giáp gianh là o chi u dày thép/s n thêm vào chi u dày quy nh m b o n thi t k theo th i gian.

4.4.2 S n ph n ph k t c u công trình bi n thép c n m b o các tiêu chí

sau: - lo i s n và tên th ng m i;

- n i cung c p; - s lý b m t; - quy trình phun/s n; - quy trình ki m tra; - tiêu chu n ch p nh n; - quy trình s a ch a.

4.4.3 B o v ca-t t B o v ca-t t c th c hi n b ng a-n t hi sinh. Tài li u thi t k

h th ng b o v a-n t hi sinh ph i m b o y các thông tin theo quy nh c a DNV [2]

c tr ng k thu t c a a-n t hi sinh là: - tính ch t n hóa c ch ng minh b ng thí nghi m n hóa

lâu dài ho c b ng kinh nghi m s d ng vùng bi n t ng t ; - kích th c ; - sai s v kích th c và tr ng l ng; - c u t o lõi; - th nghi m phá h y và không phá h y; - phân tích hóa h c; - th nghi m n hóa t i n i ch t o; Tu i th L c a a-n t hi sinh c xác nh nh sau:

WuLEI

trong ó L là tu i th hi u qu c a a-n t, n m; W là kh i l ng c a a-n t, kg; u là h s s d ng, kho ng 0,8 – 0,9; E là t c tiêu hao c a a-n t, kg/A n m; I là dòng n trung bình trong tu i th , A

157 158

Ch ng 5 Thi t k công trình bi n bê tông c t thép

5.1 Các tham s thi t k c a bê tông và thép

5.1.1 Các tham s thi t k c a bê tông

1. Các kí hi u b – chi u r ng c a ti t di n; h – chi u cao toàn b c a ti t di n; d – chi u cao hi u d ng c a ti t di n; e - l ch tâm;

- ng kính c t thép; c – chi u dày l p bê tông b o v c t thép; x – chi u sâu vùng ch u nén; Ac – di n tích toàn ph n c a ti t di n bê tông; As – di n tích c t thép d c; Asv – di n tích c t thép ngang (c t ai);

- t l c t thép = s

c

AA

;

Jc – mô men quán tính c a ti t di n bê tông i v i tr c chính; Wc – mô men kháng u n àn h i c a ti t di n bê tông;

fsk – c ng c tr ng c a c t thép; fsr - c ng thi t k c a c t thép; fsy – gi i h n ch y c a c t thép; f0,2 – gi i h n ch y quy c c a c t thép ng v i bi n d ng d

ng 0,2%;

s - chênh l ch c a ng su t trong c t thép ng su t tr c so i ng su t khi bi n d ng trong bê tông b ng không;

fck – c ng nén c tr ng c a m u bê tông kh i l p ph ng (28 ngày);

fcck - c ng nén c tr ng c a m u bê tông hình tr (28 ngày);

fcn - c ng nén danh ngh a c a bê tông; fcr - c ng nén thi t k c a bê tông; ftk – c ng kéo c tr ng c a bê tông; ftn - c ng kéo danh ngh a c a bê tông;

ftr - c ng kéo thi t k c a bê tông = tn

m

f ;

m - h s v t li u;

P - l c t o ng su t tr c;

cn - giá tr danh ngh a c a c ;

cu - gi i h n bi n d ng t i a c a bê tông ch u nén trong tr ng thái gi i h n c c i;

c - bi n d ng nén c a bê tông khi ch u t i ng n h n;

co - bi n d ng nén c a bê tông t i m ng su t t c c i;

cnE - mô un àn h i c a bê tông;

ckE - mô un àn h i c tr ng c a bê tông ch u t i ng n h n;

159 160

skE - mô un àn h i c tr ng c a c t thép th ng;

c – bê tông, nén; s – c t thép; t - kéo; v – c t. 2. C ng c tr ng

ng c tr ng c xác nh trên c s các s li u tin c y và k thu t th ng kê thích h p d a vào các ph ng pháp th nghi m

t li u c th a nh n. Giá tr c tr ng c a c ng (hay s c b n) th ng d a trên

phân v 5% hay 95% c a k t qu th , tùy theo phân v nào là b t l i nh t.

ng (hay s c b n ) m i c tr ng th ng d a trên phân v 2,5% c a k t qu th .

nh ng n i s c b n cao làm gi m an toàn k t c u, s c b n c tr ng ph i c xác nh sao cho nó b v t v i m t x c su t

th p. Giá tr c tr ng c a s c b n ng v i gi i h n ch y thi t k ph i

y giá tr nh h n: - gi i h n ch y trên nh nh t - gi i h n ch y ng v i m c bi n d ng d 0,2% - 0,85 b n kéo nh nh t c a v t li u. 3. C ng nén c tr ng

Mác c a bê tông c xác nh theo c ng nén c tr ng th p h n (fck) c a các m u thí nghi m kh i l p ph ng ch u t i tr ng ng n h n n tr c. C ng nén c tr ng (fck hay fcck) (m u kh i

p ph ng hay kh i tr ) c xác nh b ng th ng kê ng v i phân 5% (ho c 95%) i v i các m u thí nghi m ã c ch t o, b o

ng và thí nghi m theo TCVN 3105:1993. Tu i c a bê tông khi th th ng là 28 ngày.

Khi xác nh c ng c tr ng và m i quan h ng su t-bi n ng t ng ng c a bê tông dùng trong phân tích thi t k ph i chú ý c bi t n nh ng y u t c b n có nh h ng b t l i n ph n

ng c a v t li u trong công trình. Chú thích: Do khó xác nh c s th ng kê chính xác c ng

c tr ng, c ng thi t k th ng c l y b ng các giá tr danh ngh a quy nh thiên v an toàn.

i v i bê tông không ch u t i tr ng m i thì c ng nén c tr ng có th l y b ng m t giá tr danh ngh a (fcn) c xác nh nh sau:

fcn = k fck (5.1) trong ó: k là h s chuy n i chung gi a c ng m u thí

nghi m tiêu chu n v i c ng k t c u. s k ph i bao hàm c t t c các thông tin liên quan.

Chú thích- s k có th bao g m các thành ph n v :

- s chuy n i c ng n tr c „th c“ (lo i b nh h ng h n ch bi n d ng t i các vùng u mút c a m u thí nghi m do các t m t

i c a thi t b th ti p xúc v i m u gây ra);

- s chuy n i c ng t i hi n tr ng th i m bê tông ông ng và i v i các u ki n thí nghi m phù h p v i ông c ng khi

xác nh fck;

- nh h ng c a t c t t i th c t khác v i t c t t i khi xác nh fck;

- nh h ng c a nh ng ng su t cao c duy trì liên t c trong kho ng th i gian lâu h n khi thí nghi m;

- nh h ng b t l i c a t i tr ng l p nh ng m c ng su t cao;

161 162

- nh h ng c a tu i bê tông t i th i m xu t hi n t h p t i tr ng i h n có liên quan t i vi c xác nh fck;

- nh h ng c a các tr ng thái ng su t a tr c do hi u ng t i tr ng ho c do s h n ch c h c liên quan n c ng m t tr c;

- nh h ng b t l i c a áp l c l r ng bên trong do môi tr ng áp c cao c a ch t l ng ho c ch t khí;

- nh h ng b t l i c a nhi t cao, ví d : h a ho n;

- nh h ng b t l i khác có th c xem là quan tr ng i v i ng tr ng h p riêng bi t.

t vài y u t c a h s chuy n i, v nguyên t c, có th là khác nhau i v i các tr ng thái gi i h n khác nhau c ng nh i v i các t h p t i tr ng khác nhau trong cùng m t tr ng thái gi i h n.

Khi thi t k có th dùng các giá tr c tr ng cho s n (xem 3.2.5) hay ví d 5.1.

4. ng kéo c tr ng ng kéo c tr ng th ng c l y b ng các giá tr danh

ngh a quy nh (ftn). Nh ng giá tr này có th c xác nh theo ng nén phù h p v i th c t c ch p nh n. Khi thi t k có

th s d ng nh ng giá tr cho s n theo b ng 5.1. 5. Quan h ng su t- bi n d ng

ng cong quan h ng su t-bi n d ng c a bê tông ch u nén c ch n sao cho d báo c các c tr ng c a chúng trong các

tr ng thái gi i h n thích h p. Quan h t ng quát th hi n trên hình 5.1 có th c dùng thay th nh ng s li u nh v y.

Chú thích: Nén c coi là âm, do ó các giá tr c a và là âm i v i bê tông ch u nén.

i v i cu < c co thì cn = - fcn

i v i co < c - 0,6 cn

cn

fE

thì cn = Ecn c +

+ (m -1)fcn

0,610,6

0,6

mm

cn c cn

cn

E fm f

ng 5.1. Mác bê tông và c ng c a k t c u, N/mm2

Giá tr

c tr ng

Mác bê tông, MPa 2)

-

LC15

C25

LC25

C35

LC35

C45

LC45

C55

LC55

C65

LC65

C75

LC75

C85

LC85

C95

-

C105

-

fck 15 25 35 45 55 65 75 85 - -

fcck 12 20 28 36 44 54 64 74 84 94

fcn 11,2 16,8 22,4 28,0 33,6 39,2 44,8 50,4 56,0 61,6

ftk1) 1,55 2,10 2,55 2,95 3,30 3,60 4,00 4,30 4,60 4,9

ftn 1,00 1,40 1,70 2,00 2,25 2,50 2,60 2,70 2,70 2,70

1) C ng dùng cho bê tông ch u kéo úng tâm. 2) Mác bê tông c bi u th b ng c ng ch u nén c tr ng c a kh i l p

ph ng 100 mm3 và c kí hi u b ng ch “C„ i v i bê tông th ng và “LC” i v i bê tông nh .

i v i - 0,6 cn

cnE c < 0 thì cn = Ecn c

cu = (2,5m – 1,5) cn

cn = - fcn /Ecn

m = co

cn

163 164

Hình 5.1. th ng su t – bi n d ng t ng quát tính toán

ng bê tông th ng và bê tông nh ch u nén

i v i bê tông, khi fcn 650 KG/cm2 (mác nh h n 650 KG/cm2 hay 65 N/mm2) thì có th gi thi t là:

Ecn = kE (fcn)0,3, trong ó: kE = 10.000 (N/mm2)0,7;

co = 1 - k fcn

i 1 = - 0,19 % và k = 0,0004% /(N/mm2).

i v i nh ng mác bê tông l n h n 650 KG/cm2 hay 65 N/mm2 và bê tông nh thì các giá tr Ecn và co c xác nh b ng thí nghi m. Bê tông ch u kéo c coi là không ch u ng su t.

i v i bê tông th ng có mác t 25 ên 55 thì có th dùng th ng su t – bi n d ng n gi n hoá (hình 5.2)

c = - fcr 2c c

co co

(5.2)

co = -0,2% là bi n d ng t i m có ng su t l n nh t.

i v i bê tông nh có mác t LC15 n LC45 thì có th dùng th ng su t – bi n d ng gãy khúc n gi n hoá tính s c ch u i.

Gi i h n bi n d ng l n nh t i v i bê tông nh khi ch u nén là

cu = 11

0,70,3

trong ó: 1 = - 0,35% và 1 = 24 kN/m3

Hình 5.2. th - n gi n hoá cho bê tông th ng mác t

C25 n C55 6. Các quan h v c ng m i ( ng cong m i)

ng cong m i ( ng cong S-N) c a bê tông c xác nh ng thí nghi m có chú ý n các thông s sau:

- ch t l ng bê tông; - hi u ng t i tr ng v t tr i (l c d c tr c, mô men u n, l c c t,

c liên k t hay t h p thích h p c a chúng)

165 166

Hình 5.3. th - n gi n hoá cho bê tông nh có mác t LC25 n LC45

- tr ng thái ng su t (chu trình, khi nén thu n túy ho c kéo/nén); - môi tr ng xung quanh; 7. Các thông s àn h i - Mô un àn h i Bê tông không có gi i h n àn h i rõ r t và n nh nh thép mà

ph thu c ng su t nén b (xem hình 5.1). Vì v y, xác nh mô un àn h i c a bê tông Ec ng i ta dùng công th c th c nghi m

Ec = 44 3/ 2c c (5.3)

trong ó c là tr ng l ng riêng c a bê tông, kN/m3 ( th ng kho ng 23 kN/m3)

Công th c này áp d ng cho mác bê tông gi a C25 và C85

Khi các v t li u s d ng trong công trình ã c xác nh thì mô un àn h i th c c a chúng ph i c xác nh b ng thí nghi m theo các ph ng pháp c ch p nh n và n u c n thi t thì ph i ki m tra, hi u ch nh thi t k . Mô un E th c th i m ch u t i ban u

ng c n ph i c xem xét. i v i bê tông ch u t i tr ng va p ho c dao ng nhanh thì

mô un àn h i tính toán c n c t ng n 15% tu thu c vào m c bi n d ng.

i v i nhi t ng n h n trong kho ng 100oC và 200oC (khi h a ho n) thì mô un àn h i c tr ng ban u Eck ph i gi m i 10%.

- H s Poisson có th l y b ng 0,2. - nh h ng c a t bi n, co ngót và hi u ng nhi t có th c

xem xét khi c n thi t. 8. Các h s v t li u Các h s v t li u ( m) i v i bê tông c t thép c quy nh l y

theo b ng 5.2. ng 5.2. s v t li u ( m) i v i bê tông

Tr ng p

Tr ng thái gi i h n ULS PLS FLS SLS

a) 1,4 1,2 1,2 1,0 b) 1,25 1,0 1,1 1,0

Tr ng h p a: Thi t k v i các h s này cho phép sai s thi công không làm gi m s c b n tính toán quá 10%. N u các sai s l n

n thì khi tính toán s c b n ph i xét n s suy gi m v t quá 10% này. Thay vào ó, h s v t li u có th l y theo tr ng h p b.

Tr ng h p b: V i các h s này, thi t k ph i d a trên kích th c bao g m c sai s ã nêu nh ng gi i han b t l i nh t.

167 168

5.1.2 Các tham s thi t k c a thép

1. C ng kéo c tr ng ng c tr ng c a thép (fsk) có giai n ch y n nh rõ

t c xác nh b ng gi i h n ch y th p h n. i v i thép không có gi i h n ch y n nh rõ r t thì c ng

c tr ng c xác nh b ng ng su t quy c 0,2% (ngh a là ng su t ng v i 0,2% bi n d ng d ).

Giá tr c tr ng c xác nh b ng th ng kê d a trên các ph ng pháp thí nghi m v t li u.

2. C ng nén c tr ng c tính v c ng c a c t thép ch u nén thông th ng l y

gi ng nh c tính v c ng ch u kéo 3. Quan h ng su t bi n d ng

i v i t i tr ng không gây m i thì th quan h ng su t – bi n d ng c a c t thép có d ng (hình 5.4).

Hình 5.4. Quan h ng su t – bi n d ng c a c t thép xác

nh s c b n

4. Nhi t

Xét hi u ng b t l i do nhi t quá cao gây ra (ví d , ho ho n) 5. Các tham s àn h i Mô un àn h i E = 2,1.105 N/mm2 (2,1.106 KG/cm2), h s

Poisson = 0,3 – 0,5 6. Các h s v t li u m

s v t li u ( m) c l y theo b ng 5.3. ng 5.3. H s v t li u ( m) i v i c t thép

Tr ng p

Tr ng thái gi i h n ULS PLS FLS SLS

a) 1,25 1,1 1,1 1,0 b) 1,15 1,0 1,0 1,0

Tr ng h p a: Thi t k v i các h s này cho phép sai s thi công v kích th c ti t di n và b trí c t thép không làm gi m s c

n tính toán quá 10%. N u các sai s ã nêu d n t i s suy gi m n h n thì khi tính toán s c b n ph i xét n s suy gi m v t quá

10% này. Thay vào ó, các h s v t li u có th l y theo tr ng h p b.

Tr ng h p b: V i các h s này, thi t k ph i d a trên s li u kích th c bao g m c sai s ã nêu nh ng gi i h n b t l i nh t

a chúng.

169 170

5.2 Ph ng pháp thi t k k t c u công trình bi n bê tông t thép

5.2.1 Khái quát

Vi c tính toán hi u ng t i tr ng thông th ng c d a trên lí thuy t àn h i tuy n tính. Các c tr ng v c ng có th c xác

nh t ti t di n bê tông ng nh t. u có v t n t, t bi n và các hi n t ng khác d n n s phân

l i hi u ng t i tr ng thì ph i xét n s phân b l i này. Trong các tr ng thái gi i h n ULS và PLS thì hi u ng t i tr ng

có th c xác nh b ng k thu t phân tích thi t k theo lí thuy t o.

Nh ng k t c u nh v y ph i bao g m các c u ki n có kh n ng phát tri n s c b n d o ã xác nh và duy trì s c b n này trong khi bi n d ng c n t o thành m t c c u.

Các sai s hình h c (nh ng sai l ch t thi t k ) và nh h ng phi tuy n hình h c do chuy n v các c u ki n m nh ch u nén, n u có, ph i c a vào trong tính toán hi u ng t i tr ng.

Hi u ng t i tr ng do các bi n d ng c ng b c c ng c xem xét. Các bi n d ng c ng b c có th g m các hi u ng gây ra do: t bi n và co ngót trong bê tông; l c ban u và s chùng c t thép ng su t tr c; nh ng thay i trong k t c u lúc xây d ng; nh ng thay

i nhi t do môi tr ng ho c s thu hoá bê tông; t h p các nguyên nhân trên.

Áp su t do ch t l ng và ch t khí, ngoài tác ng trên b m t c u ki n còn c gi nh tác ng bên trong toàn b ti t di n ho c trong các v t n t, tu theo tr ng h p nào là b t l i nh t.

Có th ch n lí thuy t ng ch y d o làm c s thi t k trong các tr ng thái gi i h n ULS và PLS n u tho mãn các u ki n sau:

- s c ch u t i s b chi ph i do d ng phá hu d o; - b qua các hi u ng b c hai; - các kh p d o d c theo ng ch y d o có th quay c.

5.2.2 Tr ng thái gi i h n c c i

a) Quy inh chung - Các h s t i tr ng và các t h p t i tr ng i v i u ki n

thi t k theo tr ng thái gi i h n c c i (ULS) c cho trong b ng 5.4.

ng 5.4. Các h s t i tr ng i v i tr ng thái gi i h n c c i

Các t h p i tr ng

thi t k

Các t i tr ng P L D E A

a) 1,3 1,3 1,0 0,7 0 b) 1,0 1,0 1,0 1,3 0

Các lo i t i tr ng g m: P là t i tr ng th ng xuyên; L là t i tr ng m th i; D là t i tr ng bi n d ng; E là t i tr ng môi tr ng; A là t i

tr ng s c - Các h s v t li u c cho trong 5.2 i v i bê tông t 1,25

n 1,4 và trong 5.3 i v i thép t 1,15 n 1,25. Các gi i h n “trên” cho tr ng h p thi t k v i các h s này

cho phép sai s thi công và b trí c t thép không làm gi m s c b n tính toán quá 10%. N u sai s ã nêu d n t i s suy gi m l n h n thì khi tính toán s c b n ph i xét n s suy gi m v t quá 10% này. Thay vào ó, các h s v t li u có th c l y theo tr ng h p gi i

n “d i”, v i h s này thi t k s c d a trên s li u kích th c bao g m c các sai s ã nêu nh ng gi i h n b t l i nh t c a chúng.

171 172

b) c d c tr c và mô men u n

c d c tr c và mô men u n trong tr ng thái gi i h n c c i ULS có th c xác nh d a trên các gi thi t sau:

- ti t di n ph ng s gi nguyên ph ng; - b qua b n kéo trong bê tông; - m i quan h ng su t-bi n d ng i v i bê tông c ng nh c t

thép c xét t ng ng v i các m c 5.1.1 và 5.1.2; - C t thép và ph n bê tông xung quanh c t thép có cùng bi n

ng. i tr ng nén d c tr c cho phép c c i không v t quá

0,85(fcrAb + fsrAs). c) c b n ch ng m t n nh k t c u

Nói chung khi xét s m t n nh k t c u thì ch p nh n ph ng pháp phân tích n gi n, n u nó c ch ng minh y là i v i

bi n d ng thích h p thì hi u ng t i tr ng thi t k s không v t quá s c b n thi t k t ng ng v s m t n nh k t c u.

Vi c thi t k các c u ki n c nh nhau ph i xét n các hi u ng c 2 có th có c truy n qua t i các liên k t. nh h ng c a các

sai l ch hình h c và các c tính phi tuy n v t lí c ng c xem xét khi c n thi t.

Chuy n v c tính b ng cách dùng quan h mô men - cong th c. nh ng n i thích h p ph i xem xét nh h ng c a t bi n và

t. Trong tr ng thái bi n d ng ph i có s t ng thích hoàn toàn gi a bi n d ng và chuy n v c ng nh gi a n i l c và t i tr ng.

u các b ph n quan tr ng c a công trình ch u u n ho c kéo c tr c và có s phân b l i l c do v t n t thì có th phân tích phi

tuy n chi ti t (phi tuy n hình h c và phi tuy n v t lí) k t c u bê tông t thép.

d) c b n ch ng c t ngang (ngoài m t ph ng)

- Có th s d ng các ph ng pháp khác nhau xác nh s c n ch ng c t nh : nguyên lí c ng s c b n thành ph n; ki m tra kh ng ch ng c t theo di n tích nh h n; ph ng pháp ma sát; mô

hình gi i tích có s d ng tiêu chu n phá hu i v i tr ng thái ng su t hai tr c vùng ch u nén.

- T i nh ng ch giao nhau gi a các b ph n k t c u, n i có hi n t ng t p trung ng su t áng k và n i vi c truy n l c c t là ch y u i v i toàn b công trình thì di n tích c t thép ngang (Asv)

c ch n theo u ki n:

Asv 0,025 cr

sr

ff

b.d (5.4)

trong ó: b là chi u r ng và d là chi u cao hi u d ng c a ti t di n. Chú thích: 1) Nguyên lí c ng s c b n thành ph n xác nh s c b n ch ng

t t ng c nêu d i ây. Ph ng pháp này là úng i v i các l c t t h p v i mô men u n và l c d c tr c nh . Khi x y ra ng th i mô

men u n và l c d c tr c l n thì nguyên lí này có th cho k t qu không chính xác và, do ó, ph i c n th n khi s d ng. Nh ng công th c cho

c gi i h n i v i d m và các ph n t v ch u t i, và c sao cho các c t thép ph c neo ch c ch n, ch u c các l c kéo b t k tác d ng vuông góc v i m t ph ng c a ph n t .

Các thành ph n c a s c b n ch ng c t. S c b n ch ng c t t ng (Vr) c bi u di n b i t ng c a các thành ph n sau:

Vr = Vcr + Vpr + Vsr (5.5)

trong ó:

Vcr là s c b n ch ng c t do bê tông và c t thép d c;

Vpr là s c b n ch ng c t do l c kéo tr c ho c do l c d c tr c;

Vsr là s c b n ch ng c t do c t thép ch u c t.

173 174

c b n ch ng c t t ng không c l n h n so v i:

Vr, max = k tn

m

fb.d

trong ó k là h s t l thu n v i mác c a bê tông nh sau:

Mác bê tông C25 C35 C45 C55 C65 C75 C85

k 3,2 3,7 4,0 4,4 4,8 5,5 6,1

Thành ph n Vcr. S c b n ch ng c t c a bê tông và c t thép d c chính c bi u di n b ng

Vcr = fvr b.d (5.6)

trong ó:

fvr = 0,11 cck

m

f(1 + 50 )

0,22 cck

m

f

i = 1,6 – d (d tính b ng m) 1,0; =.sA

b d, nh ng không l n h n

0,02.

Thành ph n Vpr. S c b n ch ng c t do l c nén d c tr c ho c l c kéo tr c là:

Vpr = 0

fd

MM

Vfd (5.7)

trong ó:

- M0 là mô men do l c d c tr c và l c kéo tr c gây ra ng su t bê tông b ng không t i th xa nh t;

- Vfd và Mfd là các hi u ng t i tr ng thi t k t i ti t di n xét;

M0 và Mfd c tính v i tr c chính c a ti t di n ng nh t, xem hình 5,5;

Nfd và Pfd không c dùng các giá tr v t quá: 0,5 cck

m

fAc.

a)

a) L c kéo tr c, Pfd Mo=Pfd.ec

1 cwA e

b)

b) L c d c tr c, Nfd Mo=Nfdc

cwA

Hình 5.5. Nguyên t c ánh giá M0 Thành ph n Vsr. S c b n ch ng c t do c t thép ngang c bi u

di n b ng:

Vsr = fsr Asv. (5.8)

Góc gi a c t thép ch u c t và c t thép d c và kho ng cách gi a các t ai c xét n khi tính Asv. Góc này không nh h n 45o .

175 176

ng Vcr + Vp r không c v t quá 0,22 cck

m

f b.d + 0,2Nfd

ng gi m s c b n ch u c t do l c kéo d c tr c c bi u di n:

Vpr = - 2 0

fd

MM

Vfd (5.9)

u t ng Vcr + Vp r âm thì không c dùng trong tính toán.

Khi tính toán Vpr ph i xem xét c n th n nh h ng c a các t i do bi n d ng n Mfd, Vfd và Nfd.

2) Hi u ng nh p ng n: Hi u ng vòm liên quan n các t i tr ng tr c ti p g n g i t a có th c tính b ng các ph ng pháp c ch p nh n.

e) S c b n ch ng c t màng (trong m t ph ng) c b n ch ng các l c c t màng trong t m và v ph i c xác

nh b ng các ph ng pháp c ch p nh n d a trên tr ng thái cân ng. B qua c ng ch u kéo c a bê tông.

Chú thích: Tr ng h p ch có l c màng

Khi m t ph n t t m ch ch u các l c tác d ng tr ng m t ph ng (hình 5.6) và c t thép c b trí i x ng qua m t trung gian thì c t thép có th c thi t k nh mô t d i ây, n u ít nh t m t l c màng chính là kéo.

Hình 5.6. Ph n t t m ch u các l c màng

Bê tông c xem nh ch u ng su t nén ( c ) t i góc so v i

tr c x (theo ngh a t ng ng v i d u c a Nxy). Các c t thép ngang và c c thi t k ch u các l c Fx và Fy, trong ó:

Fx = Nx + xyN cotg (5.10)

Fy = Ny + xyN tg (5.11)

c = sin cos

xyNh

(5.12)

n v c a F là l c/ n v dài) có hi u l c i v i các giá tr d ng c a Fx và Fy và khi l y ng su t kéo là d ng. Góc có th c ch n tu ý

i v i m i tr ng h p ch u t i c ng nh i v i m i ph n t m có chú ý tho áng n s b trí c t thép t i thi u theo yêu c u ch ng n t.

177 178

Khi Nx < - xyN cotg thì không c n b trí c t thép theo h ng x.

Lúc này, Fy và c c cho b i:

Fy = Ny - 2xy

x

NN

(5.13)

c =21 xy

xx

NN

h N (5.14)

Khi Ny < - xyN tg thì không c n b trí c t thép theo h ng y. Lúc

này, Fx và c c cho b i:

Fx = Nx - 2xy

y

NN

(5.15)

c = 21 xy

yy

NN

h N (5.16)

Cu i cùng, có th x y ra tr ng h p c Nx và Ny u âm và Nx.Ny > 2

xyN . Khi ó không c n b trí c t thép và các l c màng chính có th

c tính theo các công th c thông d ng.

h p các l c màng và mô men u n

Trong tr ng h p m t ph n t t m ch u các t h p mô men và l c màng ho c ch ch u mô men thì ph n t t m này có th c coi nh

t k t c u nhi u l p, g m hai l p bên ngoài và m t l p gi a. Các l c và mô men có th c phân tích thành các l c “màng” t ng ng v

t t nh h c trên các l p bên ngoài nh trên hình 5.7. Do ó, m i m t p c thi t k t ng ng v i nh ng nguyên t c chung “ch có các l c

màng” ã nêu.

Hình 5.7. c và mô men tác d ng c phân tích thành l c

màng trong các l p c a k t c u nhi u l p g) C ng dính k t và s phá hu neo

Kho ng cách gi a các c t thép ph i c b trí sao cho m o s dính k t t t.

trí c t thép trong các l p khác nhau ph i c x p x p th ng hàng trong t ng m t ph ng và ch a l i không gian a m rung vào trong.

i n i ch ng ph i m b o truy n c các l c t thanh này sang thanh khác. Khi c n thi t ph i xét n s suy gi m c ng

c a m i n i ch ng t g n nhau. Các m i n i ch ng ph i c t r i ra. S m i n i ch ng nhi u

nh t xu t hi n t i m t m t ph ng ti t di n ngang cho tr c, th ng nh h n:

- 1/2 s thanh c t thép; - s thanh c t thép c a m t l p dày c nh t.

179 180

Chi u dài c a m i n i ch ng không c l n h n 80 . b n ch ng phá hu dính k t và neo ph i c xác nh b ng

các ph ng pháp c ch p nh n. Ph i nghiên c u c dính k t c c và dính k t neo.

Trong nh ng vùng mà l c dính k t gi a bê tông và c t thép b gi m (ví d , nh ng n i ông k t bê tông do tác d ng tr ng tr ng làm ch t c a bê tông xung quanh c t thép b gi m) thì c ng dính k t thi t k không c l y cao h n 70% giá tr nh ng vùng có dính k t t t.

Ph i l u ý n tr ng thái ng su t trong vùng neo. b n dính t ph i b o m y b ng c t thép ngang, c t ai, c t xo n, móc

ho c neo c khí. Nh ng neo kéo sau ph i c thi t k i v i ng su t t i a

a thép ch . Kh i neo này ph i c thi t k sao cho có th truy n các l c n bê tông xung quanh mà không làm bê tông b h ng.

Thi t k các vùng neo ph i theo các ph ng pháp ã c ch p nh n. Ph i b trí c t thép nh ng n i c n thi t tránh v ho c r n

t bê tông. C ng thi t k c a c t thép này c gi i h n n 300MPa.

Chú thích: tránh phá hu giòn thì c ng neo c a các c t ch th ng ph i l n h n ít nh t 10% so v i gi i h n ch y c a các c t này.

Tác d ng neo gi có th t c b ng cách:

+ phân b ng su t c t trên kh p b m t c a c t ch ;

+ hàn c t thép ngang v i c t ch ;

+ dùng neo c bi t.

Neo gi b ng c ng dính k t:

ng dính k t thi t k , fbr , có th tìm c b ng cách nhân ng ch u kéo thi t k c a bê tông, ftr , v i h s . H s b ng:

+ 1,4 i v i thép có gai;

+ 0,9 i v i thép không có gai;

+ 0,5 i v i thép ng su t tr c.

ng ch u kéo danh ngh a có th l y theo b ng 5.1. H s v t li u c l y nh i v i bê tông.

Khi b trí c t thép thành bó thì chu vi có th c tính b ng m t thanh c t thép có cùng di n tích ti t di n c a bó.

Giá tr gi i h n c a ng su t dính k t brf ph thu c vào lo i c t thép, ng bê tông và v trí c a c t thép khi bê tông. u ki n dính k t c th a mãn n u:

+ t t c c t thép c t trong v a bê tông mà chi u cao c a chúng theo h ng bê tông không v t quá 250 mm.

+ khi bê tông xong t t c c t thép c chôn trong các l p v a có sâu > 250 mm, ho c n m n a d i c a l p v a (ho c c a ván khuôn c a m t c u ki n b t k trong cùng m t giai n bê tông) ho c là cách nh ít nh t 300 mm.

+ khi bê tông t t c c t thép ph i có nghiêng t 45o n 90o so v i ph ng n m ngang.

i v i nh ng u ki n dính k t khác thì các giá tr gi i h n c a

brf ph i c nhân v i h s b ng 0,7. i v i v a bê tông ông c ng nhanh, t ng i c ng và c m rung trong c p pha thì có th xem xét h s gi m ho c không c n thi t.

u bê tông ch u ng su t kéo vuông góc v i các c t neo ch và ti t di n ngang không b n t thì c ng ch ng tr t ph i nhân v i 0,8.

gi m này có th b qua n u s d ng giá tr gi i h n c a ng su t tr t nói trên.

p bê tông b o v nh h ng n dính k t. i v i c t thép tr n s ph thu c này c a l p b o v có th c k n b ng cách nhân fbr v i

181 182

1 23 3

c

trong ó: c là giá tr nh nh t c a c1, c2 và 1

2s

c xác nh theo

hình 5.8.

a) b)

a) Kho ng cách gi a các thanh neo

b) Kho ng cách gi a các ch n i

Hình 5.8. p b o v và kho ng cách gi a các c t ch

i v i tr ng h p b trí c t thép th a trong m t l p thì fbr ph i nhân v i 1,6 n u s1 (giá tr l n nh t trong hai s : 9 ho c 6c + ).

s này là 1,0 n u s1 (giá tr l n nh t trong hai s 5 và 3c + ). i v i nh ng giá tr s1 n m gi a các giá tr trên thì có th n i suy tuy n

tính.

Khi không xét n tác d ng c a c t ai và n i mà kho ng cách gi a các thanh nh h n 12 thì fbr i v i thép gai ph i t ng m t l ng

ng:

fbr = k st

t

As

1,5 MPa

trong ó:

- Ast là di n tích ti t di n c a các c t ai không c s d ng. N u c s d ng m t ph n thì Ast c gi m t ng ng;

- St là kho ng cách tính t tâm gi a các c t ai;

- là ng kính c t neo;

- k là h ng s có các giá tr sau (xem hình 5.9):

+ k = 40 MPa i v i c t ch n m v trí u n c a c t ai;

+ k = 20 MPa i v i c t ch ti p xúc v i c t bên ngoài khác;

+ k = 0 MPa trong các tr ng h p khác.

Hình 5.9. Giá tr k i v i các v trí khác nhau c a c t thép

h) S c b n ch ng xo n

c b n ch ng xo n ph i c xác nh theo các ph ng pháp ã c ch p nh n.

Chú thích. Tính toán s c b n ch ng xo n

i v i ti t di n c thì l c c t do mô men xo n c phân b trong m t ti t di n c coi là r ng có biên ngoài b ng biên ngoài c a

t ai và dày (t) b ng 0,2 l n ng kính c a vòng tròn l n nh t có th v c trong ti t di n này. (xem hình 5.10).

phân b c a ng su t ti p có th xác nh b ng cách dùng lí thuy t d o.

Khi ã tìm c ng su t ti p c a ti t di n thì vi c ki m tra kh ng ch u c t do xo n có th th c hi n theo các m c d) và e) trên.

183 184

Hình 5.10. ti t di n n gi n tính toán s c b n ch ng

xo n i)T i tr ng do bi n d ng, l c kéo tr c và t bi n - T i tr ng do bi n d ng c t o ra b i các bi n d ng c ng

c trong k t c u là nh ng t i tr ng c g i là t i tr ng bi n d ng (D).

Chú thích: Nh ng t i tr ng này có th do:

+ lún không u;

+ hi u ng nhi t ;

+ co ngót;

+ t i tr ng trong các ph n t m m c n i v i các ph n t c ng, trong m t s tr ng h p có th xem là t i tr ng do bi n d ng;

+ nh ng thay i trong bi n d ng do h p th .

u x y ra d ng phá hu d o và trong ó b qua các hi u ng c hai thì nh h ng c a t i tr ng bi n d ng th ng c b qua.

Chú thích: t ví d n hình c a d ng phá hu d o là phá hu n khi kh p d o v n còn kh n ng xoay.

Các bi n d ng c ng b c th ng có nh h ng áng k n c b n ch u c t c a m t ti t di n và ph i c chú ý thích áng

trong thi t k . Chú thích: Tính t i tr ng bi n d ng

Giá tr c tr ng c a t i tr ng bi n d ng c ng b c th ng c ánh giá d a trên các giá tr c c i và c c ti u c a các thông s quy t nh l n c a giá tr c tr ng ó.

t qu tính toán chính xác t i tr ng bi n d ng do hi u ng nhi t gây ra ch thu c t phân tích phi tuy n ph n nh các tính ch t v t li u

a bê tông c t thép. Trên th c t , hi u ng do bi n d ng c ng b c có th tính c khi dùng mô hình àn h i tuy n tính và m t mô un àn

i không i trên toàn b k t c u. S suy gi m có th có do n t c ánh giá riêng.

i v i bê tông, h s dãn n nhi t ( ) có th l y b ng 1,0.10-5 oc-

1. Khi t i do nhi t là áng k thì th ng ph i làm thí nghi m tìm .

Ph i xem xét hi u ng c a t bi n khi c n thi t. Chú thích: Hi u ng c a t bi n

Vi c ánh giá chính xác b ng tính toán t bi n trong k t c u d ng ch có th thu c b ng cách tính toán trên máy tính khi dùng các

ch ng trình ph n t h u h n phi tuy n. Tuy nhiên, vi c ánh giá thô hi u ng t bi n có th thu c nh các ph ng pháp c phát tri n

u tiên i v i các c t n gi n. Hai ph ng pháp sau ây là thích h p n, c g i là “ph ng pháp h s t bi n” và “ph ng pháp l ch

tâm t bi n”.

185 186

“Ph ng pháp h s t bi n”: Ph ng pháp này s d ng bi u ng su t-bi n d ng c c i bi n cho bê tông.Trong bi u này thì bi n ng ng n h n c nhân v i (1 + ), là h s t bi n (xem hình

5.11). Giá tr c a ph i c xác nh c n th n theo úng nh ng nguyên lí c ch p nh n.

Hình 5.11. i quan h ng su t – bi n d ng c i bi n cho bê

tông

“Ph ng pháp l ch tâm t bi n”: Trong ph ng pháp này hi u ng t bi n c tính n b ng cách dùng m t l ch tâm ph thêm do bi n gây ra. Ph ng pháp này c dùng ph bi n. Ph i l u ý n

hai gi i h n quan tr ng c a ph ng pháp này. M t là, t ng l ch tâm nh sao cho không b n t và hai là, giá tr c a t i tr ng gây ra t

bi n nh tránh tính ch t phi tuy n c a v t li u khi ch u t i ng n n.

k)Tính m m d o - K t c u bê tông ph i c thi t k có tính m m d o m

o k t c u này trong m t ph m vi nào ó có th ch u c các t i

tr ng b t th ng ho c s c và m b o có th ch u c s phân l i c a t i tr ng này.

- i v i các c u ki n ch u t i mô men thì ph i b o m u ki n là bi n d ng c a thép phía ch u kéo c a c u ki n s t g p ôi bi n d ng ng v i gi i h n ch y tr c khi bê tông phía ch u

nén t n bi n d ng nén t i a c a nó. nh ng n i mà yêu c u này không th tho mãn do t i tr ng d c tr c l n thì tính m m d o ph i c m b o b ng cách dùng c t ai.

5.2.3 Tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c

a) Quy nh chung - S c b n thi t k trong tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c

(SLS) th ng liên quan n ch tiêu v : + b n lâu; + gi i h n n t; + kín n c; + gi i h n võng và rung ng.

hình thành v t n t c a bê tông ph i c h n ch sao cho nó không làm gi m ch c n ng ho c b n lâu c a k t c u. V t n t

c ki m tra b ng tính toán chi u r ng v t n t. Khi c n ph i b o m kín n c c a các ng n ch ng rò r

do chênh l ch áp su t gi a bên trong và bên ngoài, ti t di n bê tông ph i c thi t k v i m t vùng ch u nén có biên c nh.

t c u bê tông ph i có s l ng c t thép t i thi u m b o kh n ng phân b v t n t và s c b n ch ng l i các hi u ng t i

ph ch a c tính n trong thi t k . Các h s v t li u ( m ) c l y riêng bi t i v i bê tông và c t

thép.

187 188

b) L p bê tông b o v

- Nh ng y u t chính t o cho l p bê tông b o v có ch t l ng cao là:

+ bê tông c ch c có tính th m th p i v i c clo và oxy; + chi u dày l p bê tông b o v ph i thích h p (n u quá nh s

làm cho tính th m cao, còn n u quá l n s gây ra v t n t l n); + l p bê tông b o v ph i không ch a c t thép và không nh

n 40mm cho vùng trong không khí và vùng không b b n n c nghiêm tr ng; không nh h n 50 mm cho vùng d i n c và vùng dao ng sóng. Ngoài ra, l p bê tông b o v không c nh h n: 1,5 l n kích th c danh ngh a l n nh t c a c t li u; 1,5 l n ng kính danh ngh a l n nh t c a c t thép th ng ho c c t thép ng su t tr c; 1,5 l n ng kính t ng ng c a bó c t thép; ng kính

a ng t c t thép ng su t tr c; - ph i chú ý c bi t n l p b o v c a các c u ki n có th ph i

ch u ho ho n. c) Tính kín n c Các c u ki n ch u s chênh áp su t thu t nh gi a bên ngoài và

bên trong c thi t k v i m t vùng nén có biên c nh (hình ch nh t) không nh h n giá tr nào l n h n trong hai giá tr sau:

+ 0,25h; + các giá tr cho b ng 5.5.

ng 5.5. Chi u sâu c a vùng ch u nén ng v i chênh áp

chênh áp su t, kN/m2 Chi u sâu c a vùng nén, mm

< 150 > 150

100 200

d) Chi u r ng v t n t - Các c u ki n ch u ch y u t i tr ng t nh, không gây ra ng

su t kéo c tính toán i v i ti t di n ng nh t thì có th xem nh không b n t.

- Chi u r ng v t n t vùng dao ng sóng h n ch 0,2mm, các vùng khác – 0,4mm. Trong u ki n thi t k thi công (t m

th i), chi u r ng v t n t có th b ng 1,5 l n chi u r ng v t n t ã cho trên ho c 0,5mm, l y giá tr nh h n. Ph i chú ý c bi t n tiêu chu n chi u r ng v t n t i v i nh ng k t c u bê tông trong môi tr ng n mòn.

- Ki m tra v t n t có th d a trên tính toán ng su t trong c t thép ho c tính toán chi u r ng v t n t.

- s phân b v t n t áp ng yêu c u thì di n tích c t thép i v i m i m t c t không c nh h n:

As = tm

sp

f wf

b.de

trong ó: ftm là c ng kéo trung bình c a bê tông; fsp = 0,9fsy; w là áp l c n c trong các v t n t; de là chi u sâu vùng ch u kéo hi u d ng = 1,5c+10 và không

c l y nh h n 0,2h và không l n h n 0,5(h – x).

5.2.4 Tr ng thái gi i h n m i

a) Quy nh chung

189 190

Khi xác nh s phân b dài h n c a s gia ng su t, c n ph i xét n s bi n thiên ng su t có th gây ra phá h y m i mà k t c u ph i ch u trong su t kho ng th i gian ho t ng.

n nghiên c u th ng kê các t i tr ng ng u nhiên xác nh phân b dài h n c a hi u ng t i tr ng m i. Có th dùng phân tích

ti n nh ho c phân tích ph . Ph i xét t i hi u ng c a ph n ng ng l c h c m t cách thích

áng khi xác nh các s gia ng su t. H s c n ph i c gi nh phù h p v i thi t k .

Tính toán m i có th c th c hi n khi s d ng các ph ng pháp d a trên thí nghi m m i và p ng tích l y, các ph ng pháp d a trên c h c phá h y ho c t h p c a các ph ng pháp ó.

Chú thích Thí nghi m m i và phân tích t n th ng tích l y. Tu i th m i có th c tính toán d a trên gi thi t v t n th ng

tích l y tuy n tính (quy t c Miner-Palmgrens). B n ch t c a gi thi t này là s phân ph i dài h n c a s gia ng su t c bi u di n b ng m t s

ng su t g m m t s l ng h p lí các kh i s gia ng su t có biên không i, mà m i kh i có s chu trình ng su t l p thích h p

Ch tiêu m i d a trên t n th ng tích lu có d ng:

1

ki

i i

nN

(5.17)

trong ó:

k là s các kh i ng su t;

ni là s chu trình ng su t trong kh i ng su t „ i “;

Ni là s chu trình t i phá hu s gia ng su t không i th „ i “

là t l t n th ng tích lu cho phép

Phân tích m i theo c h c phá hu Ch tiêu m i d a trên c h c phá hu có d ng:

tot

B

NN

, (5.18)

trong ó

Ntot là t ng s các chu trình ng su t (Ntot = 1

k

ii

n );

NB là s chu trình ng su t c n thi t khuy t t t phát tri n t kích th c ban u n kích th c cu i cùng.

Phân tích m i d a trên c h c phá hu có th c g n v i vi c rút ra kho ng th i gian gi a các l n kh o sát nh k m t c u ki n m

o r ng các v t n t m i ti m n c phát hi n tr c m t s phá h y cu i cùng.

b n hay s c b n m i c tr ng ( ng cong S-N) c a m t chi ti t k t c u thì phù h p v i lo i v t li u, lo i chi ti t k t c u, tr ng thái k t c u xét và môi tr ng xung quanh, Các ng cong S-N còn ph i xét n c hi u ng chi u dày c a v t li u.

l t n th ng tích l y cho phép ( ) c dùng trong thi t k ph thu c vào kh n ng ti p c n ki m tra và s a ch a. Các h s này c cho trong b ng 5.6.

ng 5.6. l t n th ng tích l y cho phép

Không ti p c n c ki m tra và s a

ch a

Bên d i ho c trong vùng dao ng

c(1)

Vung khí quy n

0,33 0,5 1,0

(1) Trong môi tr ng kh c nghi t n hình các chi ti t k t c u g n t n c bi n trong vùng dao ng n c có th coi là không t i c

191 192

ki m tra và s a ch a, ngh a là t l t n th ng tích l y cho phép ph i gi m xu ng n 0,33.

b) S c b n m i Chú thích:

1) Tu i th m i (N) c a k t c u bê tông ch u các ng su t bi n i có th c tính khi dùng công th c sau:

Log10N = C1

max

min

1

1

rd

rd

f

f

trong ó:

frd là c ng thi t k t ng ng v i d ng phá hu th c;

max là ng su t nén l n nh t (giá tr tuy t i) b ng ng su t trung bình trong m i kh i ng su t;

min là ng su t nén nh nh t (giá tr tuy t i) b ng ng su t trung bình trong m i kh i ng su t; ( i v i ng su t kéo min = 0).

Gía tr c a C1 c ch n nh sau:

C1 = 12 i v i k t c u trong không khí;

C1 = 10 i v i k t c u trong n c (dùng cho nh ng kh i ng su t có s thay i ng su t trong vùng ch u nén)

C1 = 8 i v i k t c u trong n c (dùng cho nh ng kh i ng su t có s thay i ng su t trong vùng ch u kéo-nén, min = 0).

u tu i th m i (N) c xác nh theo công th c trên mà l n h n 10X chu trình thì xác nh tu i th th c N, ph i nhân log10N v i bi u th c:

1 + 0,2 (log10N – X) , v i X = 1

min11 0,1.

rd

C

Cf

2) Tu i th m i (N) c a c t thép ch u ng su t thay i c bi u di n b ng bi u th c:

log10N = C2 – m log10

trong ó:

là m c chênh ng su t trong c t thép, MPa;

C2, m là các h s ph thu c vào lo i c t thép.

5.2.4 Tr ng thái gi i h n phá h y l y ti n

a) Quy nh chung Khi thi t k theo tr ng thái phá h y l y ti n (PLS) thì c n quan

tâm t i tính m m d o c a k t c u bê tông c t thép. Tính m m d o c a m t k t c u hay m t ph n t k t c u c

nh ngh a nh là kh n ng c a nó ch u ng c kh n ng bi n ng t ng quá gi i h n ch y trong khi ó v n duy trì c kh n ng

ch u t i c n thi t. Do ó, tính m m d o có th c mô t theo kh ng h p th n ng l ng c a k t c u ho c các c u ki n c a nó.

Chú thích – phân tích tính m m d o c a m t k t c u bê tông thì ph i xem xét các v n sau:

t là, tính m m d o c a các c u ki n. Các c u ki n bê tông c thi t k sao cho c t thép nói chung bi u l c c tính m m d o này. Khi bê tông b v t ng su t (không ph i c t thép) thì s phá h y có th do:

- phá h y nén c a bê tông;

- phá h y c t c a bê tông;

- m t tác d ng neo c t thép.

Hai là, tính m m d o t ng th c a toàn k t c u. t c kh ng h p th và tiêu hao n ng l ng l n c a k t c u thì ph i lo i tr

c các nguyên nhân có th gây ra phá h y giòn

193 194

Ví d 5.1 (Tính toán k t c u bê tông c t thép theo ph ng pháp

ng su t cho phép). Xét m t chân giàn khoan d i d ng kh i móng l n có m t tr

bê tông c t thép ph n th ng t ng cùng các thi t b c a giàn (hình 5.12). C t có ng kính ngoài là 4,5 m và ng kính trong là 3,3 m. Ph n th ng t ng cùng thi t b n ng là 25 MN, ph n c t n ng 4,2 MN. Cho h p l c c a t i tr ng sóng và dòng ch y b ng 1,8 MN và t v trí cao 19 m tính t chân c t (xem hình 5.12), hãy xác nh di n tích ti t di n ngang c a c t thép ng su t tr c c n thi t phòng tránh s xu t hi n ng su t kéo trong bê tông v i u ki n là bó c t thép t i x ng trên di n tích ti t di n c t và ng su t tr c

t 1,05 GPa. Ngoài ra c n ánh giá s kéo xiên do ng su t ti p c i gây ra và th i m hình thành v t n t, l y gi i h n b n c a

bê tông ch u nén b ng 35 MPa. N i l c t giá tr c c i t i chân c t (hình 5.12).

Hình 5.12. Giàn khoan bi n tr ng l c bê tông c t thép

Di n tích ti t di n ngang A và mô men quán tính J c a c t : A = ( / 4)(D2 – d2) = ( / 4)(4,52 – 3,32) = 7,35 m2

J = ( / 64)(D4 – d4) = ( / 64)(4,54 – 3,34) = 14,3 m4; Xác nh di n tích ti t di n c t thép ng su t tr c

ng su t tr c phân b u theo di n tích c t, vì v y h p l c a nó tác d ng úng tr c c t. T ph ng trình (3.58) khi cho ng

su t kéo b ng không v i a = R = 2,25 m; M = 34,2 MNm và N = 29,2 MN, ta nh n c

0 = 34,2.2,25 29,214,3 7,35 7,35

a aA

i ng su t tr c c n t: a = 1,05.103 MPa, suy ra Aa = 0,986.10-2 m2.

Ki m tra ng su t nén c c i ng ng ta có ng su t nén c c i trong bê tông

b = - 3 234,2.2,25 29,2 1,05.10 .0,986.10 10,76

14,3 7,35 7,35MPa.

Giá tr trên có th c so sánh v i giá tr cho phép l n nh t 0,45 b = 0,45.35 = 15,7 MPa.

c là b =10,76 MPa < [ b]= 15,7 MPa. Ki m tra ng su t kéo chính (xiên)

c h c v t r n bi n d ng, ta có công th c xác nh ng su t ti p c c i t i gi a chi u cao ti t di n c a ph n t ch u u n

m = Qm S/J (2 ), trong ó Qm là l c ngang c c i; là chi u dày thành ng tr ; S là mô men t nh h c c a ti t di n ngang

S = 2/3 (R3 – r3) = 4,6 m3

195 196

Khi giá tr c c ai c a l c c t c t Qm = 1,8 MN, ng su t ti p c i s là

m = 1,8.4,614,3.1,2

= 0,48 MPa.

ng su t pháp trong ti t di n ngang c a c t

= - NA

- a aAA

= 3 229,2 1,05.10 .0,986.10

7,35 7,35- 5,38 MPa

ng su t kéo (chính) c c i gây ra s tác ng ng th i c a ng su t pháp và ng su t ti p c sác nh theo công th c (3.61)

1 = - 5,382

+ 2

25,38 0,482

= 0,04 MPa.

Giá tr này có th c so sánh v i giá tr ng su t t i h n ng ng v i phá hu bê tông b ng 0,33 b = 0,33 35 = 1,96

MPa. y: 1 = 0,04 MPa < 1,96 MPa.

Th i m hình thành v t n t liên quan n ng su t pháp kéo do u n tìm c t ph ng trình (3.64) khi b = 0,63 b =

0,53 35 = 3,68 MPa

3,68 = .2,25 29,214,3 7,35bM 3 21,05.10 .0,986.10

7,35,

ó Mb = 57,6 MNm, t c là l n h n mô men tác ng (1,8 MNx19 m) g n 1,7 l n.

Ví d 5.2 (Tính toán k t c u bê tông c t thép theo ph ng pháp l c phá h y).

i các u ki n cho c a ví d 5.1 xác nh giá tr mômen u n gi i h n c t (kh n ng ch u l c c a c t), gi thi t r ng c t thép ng su t tr c c nhóm thành 4 bó t trong ti t di n ngang c a c t

i vòng tròn ng kính là 1,95 m (Hình 5.13). Di n tích ti t di n ngang c a m i bó c t thép ng su t tr c là 24 cm2.

Gi thi t s phân b bi n d ng trong ti t di n t ng ng v i s hình thành v t n t trong bê tông, t c là = -0,003 (xem hình 5.13, a). Bi u th c i v i s phân b bi n d ng theo chi u cao c a ti t di n có th c vi t là = - (0,003/e) trong ó là kho ng cách t tr c trung hoà n m xét c a ti t di n; e là kho ng cách t tr c trung hoà n b m t phía ngoài c a c u ki n.

ng l c nén trong bê tông và l c kéo trong c t thép xác nh c nén d c tr c trong ti t di n. Nh v y, theo ph ng trình (3.66)

ph i có Fa - Fb = - N = - 29,2 MN. Ph ng trình này c gi i i v i kho ng cách e b ng ph ng pháp x p x liên ti p.

Hình 5.13. Cho ví d 5.2

1- 4 là các bó c t thép ng su t tr c (di n tích ti t di n ngang là 24 cm2); 5 – tr c u n (tr c trung hoà)

197 198

x p x gi thi t r ng ng su t trong thép có quan h tuy n

tính v i bi n d ng khi các giá tr c a nó nh h n gi i h n ch y, còn khi bi n d ng v t quá giá tr này thì ng su t b ng gi i h n ch y (s

Prandle). Mô un àn h i c a bó c t thép l y b ng 186 GPa, còn gi i h n ch y –1,45 GPa. Bi n d ng t ng ng v i gi i h n ch y

ng 1,45/186 = 0,0078. ng su t tr c trong thép c thi t l p m c 1,05 GPa, t c là

bi n d ng kéo ban u trong các bó c t thép b ng 1,05/186 = 0,0056. phân b ng su t nén trong bê tông c x p x b i bi u hình

ch nh t (xem hình 3.7,c). Trong l n x p x u tiên gi thi t e = 0,90 m. i v i bó c t thép

1 ta nh n c = 1,95–(2,25–0,90) = 0,60 m. Bi n d ng khi u n c a u ki n t ng ng v i tr ng h p náy b ng

= - (0,003/0,90)0,60 = - 0,002. Khi thêm i l ng nh n c vào bi n d ng ban u c a ng

su t tr c, t c là vào 0,0056, ta nh n c bi n d ng kéo ban u ng 0,0036, và ng su t t ng ng trong c t thép là 186.0,0036 =

0,67 GPa. i v i các bó thép 2,3 và 4 còn l i, ta th y r ng bi n d ng trong ó v t quá gía tr t ng ng v i gi i h n ch y , nh ng nh

n giá tr t gãy (th ng t 0,030 tr lên). Vì v y, ng su t trong các bó thép này b ng gi i h n ch y. Do di n tích c a m i bó thép là 24 cm2. L c chung trong c t thép Fa = (0,67.0,0024 + 3.1,45.0,0024)103 = 12,2 MN.

ng v i gi i h n b n c a bê tông ch u nén b ng b = 35 MPa , ta xác nh l c nén trong bê tông: Fb = bAb, trong ó b = 0,85.35 = 29,7 MPa; Ab là di n tích ph n có g ch trên hình 5.13,b có th c bi u di n qua bán kính c a vòng tròn ngoài (R = 2,25 m) và vòng tròn trong (r = 1,65 m) ti t di n ngang c a nh n

Ab = AR , ae R - r ; Ab = AR – Ar , ae > R - r

khi AR và Ar c xác nh t ng ng v i = R và = r theo công th c

A = 21 (2 sin2 )2

cos = (R – ae)/ .

Khi e = 0,90 m, a = 0,8, Ab = 1,526 m2 và l c nén trong bê tông Fb = b.Ab = 29,7.1,526 = 45,3 MN. L c t ng trong ti t di n c t là Fa – Fb = 12,2 – 45,3 = -33,1 MN, t c là cao h n l c nén th c t (- 29,2 MN). L p l i các tính toán, khi e = 0,80 m, ta tìm c Fa = 11,93 MN và Fb = -44,45 MN. T ng l c là Fa – Fb = - 29,52 MN, sai khác v i giá tr l c th c t là 1%.

Theo giá tr e tìm c có th tính mô men gi i h n i v i tr c trung tâm c a c u ki n t ng ng v i nó. L c trong các bó c t thép 2 và 4 không t o ra mô men i v i tr c này vì cánh tay òn

ng 0. L c trong bó c t thép 1 b ng 1,50 MN và có cánh tay òn là 1,95 m. L c trong bó c t thép 3 b ng 3,48 MN (1,45x0,0024) và có cánh tay òn là 1,95 m. Mô men t ng các l c trong hai bó c t thép này là - 1,5. 1,95 + 3,48. 1,95 = 3,86 MNm. L c nén trong bê tông, nh ã xác nh trên, b ng 44,45 MN. V trí tr ng tâm c a di n tích ti t di n Ab tìm c nh các bi u th c

x = xR , ae R – r;

x = R R r r

b

A x A xA

, ae >R – r,

trong ó xR và xr c xác nh t ng ng khi = R và = r theo công th c

x = 2/3 2sin

cos sin .

Các giá tr AR; Ar và ã c xác nh trên. Khi e = 0,80 m ta có AR = 1,384 m2 , Ar = 0,019 m2 , xR = 1,87 m, xr = 1,371 m và x

199 200

= 1,88 m. Mô men t ng su t do bê tông ti p nh n b ng 44,45.1,88 = 83,56 MNm. Giá tr mô men gi i h n c tính b ng t ng các mô men c a l c trong bê tông và trong các bó c t thép Mgh = 3,86 + 83,56 = 87,42 MNm.

Khi giá tr mô men u n tính toán là 29,2 MNm và h s an toàn là 1,8 thì c n thi t giá tr mô men gi i h n là 29,2. 1,8 = 52,56 MNm, ngh a là kh n ng ch u l c c a ti t di n c u ki n (mô men gi i h n) ã l n h n m c c n thi t ó (87,42 > 52,56 MNm).

ki m tra s c n thi t t c t thép ngang (c t ai) hay không khi giá tr mô men gi i h n yêu c u là 52,56 MNm có th s d ng h th c (3.68). Theo hình 5.12 l c c t t ng ng v i mô men gi i h n trên s là 52,56/19 = 2,77 MN. L c c t c a bê tông (Qb) c xác

nh là giá tr nh h n trong hai giá tr sau: Giá tr làm xu t hi n v t t t i tâm c a ti t di n ngang khi kéo hay giá tr làm xu t hi n v t t h ng t biên vào tr c trung tâm khi kéo do u n.

i v i các v t n t xiên do kéo, cho ng su t kéo chính t giá tr gi i h n liên quan n gi i h n b n c a bê tông ch u nén b = 35

MPa b i h th c 1 = 0,33 b = 1,96 MPa. Theo (3.61) v i = - 5,38 MPa ta tìm c:

1,96 = - 2

25,38 5,382 2

Suy ra = 3,79 MPa. T ng ng v i ng su t này, l c ngang c xác nh t

= (2 )QS

I , t c là .4,60 3,79

14,3(2.0,6)Q MPa.

t qu nh n c Q = 14,14 MN. t o thành v t n t vùng kéo khi u n thì giá tr ng su t pháp

kéo t i h n c n ph i b ng

0,8 b = 4,91 MPa.

d ng ph ng trình (3.58), ta c

4,91 = .2,2514,3bM 3 229,2 1,05.10 .0,986.10

7,35 7,35

trong ó bM là mô men u n làm cho phát tri n v t n t. T ó ta có

bM = 65,40 MNm. L c c t Qb t ng ng v i mô men u n này là 65,40/19 = 3,44 MN.

Do 3,44 < 14,14 , ta thay Qb = 3,44 MN vào ph ng trình (3.68). Nh n xét r ng giá tr này v t quá giá tr c t Qb = 2,77 MN, vì v y có th k t lu n là không c n t c t thép ai.

5.3 Tính toán móng công trình bi n bê tông c t thép

Móng các công trình bi n tr ng l c là móng nông có th d ng liên t c và c ng có th d ng các riêng r (hình 5.14).

Hình 5.14. Móng công trình bi n tr ng l c: a – liên t c; b – riêng

201 202

Yêu c u tính toán móng nông là:

1. n nh, bao g m s phá hu do l t, ch u t i nén, tr t hay t p c a chúng;

2. Bi n d ng t nh h c, bao g m s h h ng kh d các thành ph n c a k t c u và n n móng hay c a các thi t b kèm;

3. Các c tr ng ng l c h c, bao g m tác ng c a móng lên ph n ng c a k t c u và s làm vi c c a b n thân móng d i tác

ng c a t i tr ng ng; 4. M t n nh thu l c nh xói hay bào mòn do áp l c sóng,

bao g m s ti m n c a nh ng h h ng k t c u và s m t n nh móng;

5. S l p t và di chuy n, bao g m xuyên sâu và tr t c a các váy ch u c t hay c a b n thân n n và s tác ng c a áp l c xây

ng hay s t bên d i n n

c ch u t i c a móng

Khi móng ch u t i th ng ng úng tâm thì s thoát n c c a t t d i áy móng có th di n ra nh hình 5.15. Khi vùng thoát

c c a t bao m t vùng n n r ng thì n n s m t n nh. Tr ng thái ó x y ra khi ng su t ti p t giá tr t i h n. Theo u ki n m t n nh c a n n t, áp l c gi i h n d i áy móng có th c xác nh g n úng theo các công th c c a c h c t

qgh = Ncc + (1/2)N d B (5.19)

Hình 5.15. Thoát n c c a t t d i móng ch u t i úng tâm

trong ó c là l c dính; d là tr ng l ng riêng c a t có k n tác ng cân b ng c a n c; B là kích th c c tr ng c a móng trong t b ng, i v i móng vuông B làchi u dài c nh, i v i móng ch

nh t – chi u dài c nh ng n, i v i móng tròn – bán kinh; Nc và N là các h s ph thu c góc n i ma sát c a t, c xác nh theo b ng 5.7.

ng 5.7. Giá tr các h s c a Nc và N

, grad. Nc N grad. Nc N

0 5,1 0 5 6,4 0,5 10 8,3 1,2 15 11,0 2,7 20 14,8 5,4

25 20,7 10,9 30 30,1 22,4 35 46,1 48,0 40 75,3 109,4 45 133,9 271,7

i v i cát, c = 0, công th c (5.19) c thay b ng

qgh = (1/2)N d B (5.20) i v i sét, có th cho = 0, Nc = 5,1; N = 0 trong tr ng thái

không thoát n c ban u và c = 0 trong tr ng thái tho mãn s thoát c lâu dài, t c là công th c (5.19) c n gi n hoá d ng:

203 204

+ cho tr ng thái không thoát n c qgh = 5,1c (5.21a) + cho tr ng thái thoát n c qgh = (1/2)N d B (5.21b) Thông th ng tr ng thái không thoát n c c tr ng cho giai

n k t thúc xây d ng c a các công trình th m l c a, khi mà th i gian ch a nén ép áp l c l r ng y n c kh i kh i t.

Tr ng thái thoát n c phù h p v i kh n ng ch u l c lâu dài c a n t sau khi n c l rông thoát h t.

Giá tr s c ch u t i gi i h n c a n n c thi t l p theo các công th c (5.20) hay (5.21) th ng b gi m i trong tính toán i v i các h s an toàn t 2,5 n 3,0.

Ví d 5.3. Xét móng tròn bán kính 6,0 m và xác nh s c ch u t i gi i h n c a n n t sét có lèn ch t bình th ng. t tr ng thái không thoát n c có b n ch ng tr t c thay i tuy n tính v i s

ng sâu y i b m t t, t c là c = y, = 2 kPa/m. Góc ma sát hi u qu c a t d = 20o, còn tr ng l ng th tích có k n tác

ng cân b ng c a n c b ng 6,2 kN/m3. i v i tr ng thái không thoát n c ban u ta ánh giá l c

dính, khi nh n giá tr c a c sâu 3 m, t c là b ng B/2 trong công th c (5.19). Nh v y, c = 2 kPa/m x 3 m = 6 kPa, và theo bi u th c (5.21,a) ta có qgh = 5,1c =5,1 . 6 = 30,6 kPa.

i v i tr ng thái ti p sau khi t thoát n c lâu dài, N = 5,4, theo (5.21b), ta có qgh = 0,5 . 5,4 . 6,2 . 6 = 100,44 kPa.

Nh v y, rõ ràng là s c ch u t i c a n n t t ng lên trong quá trình c k t. Trong tính toán ph i s d ng giá tr s c ch u t i nh h n (t ng ng v i tr ng thái không thoát n c) cùng h s an toàn

ng ng.

Ví d 5.4. Xét ví d 5.3 trong u ki n t là sét c lèn ch t, trong tr ng thái không thoát n c sâu 3 m có b n ch ng tr t là 24 kPa.

i v i tr ng thái không thoát n c ban u qgh = 5,1. 24 = 122,4 kPa, còn i v i tr ng thái ti p sau khi t thoát n c lâu dài, N = 5,4, theo (5.21b), ta có qgh = 100,44 kPa.

Tóm l i, i v i lo i t này s c ch u t i lâu dài nh h n s c ch u t i ban u, v n này c n ph i c k n trong tính toán.

c kháng tr t c a móng S nguy hi m do tr t móng d i tác ng c a t i tr ng

ngang s xu t hi n, n u vi c t móng t ng i nông, và t i tr ng ngang t ng i l n. ánh giá s c ch u t i c a n n fgh khi t t i ngang (trên n v di n tích áy móng) i v i móng t nông, có th dùng tr c ti p công th c Cu lông (5.1). Gi thi t r ng tr t do d ch chuy n c a t trong m t ph ng trùng v i b m t áy bi n, ta nh n

c fgh = c +(FV/A)tg (5.22)

trong ó A là di n tích áy móng; FV là t i tr ng th ng ng. N u móng t a trên cát thì c = 0; trong tr ng h p n n t sét c n xét hai tr ng thái: = 0 (tr ng thái không thoát n c) và c = 0 (Tr ng thái thoát n c) và trong tính toán l y giá tr nào nh h n. Giá tr h s an toàn c ng c l y trong gi i h n t 2,3 n 3,0.

Tính toán móng ch u t i tr ng d ng chung

Khi t t i úng tâm theo ph ng th ng ng thì áp l c d i áy móng có th coi là phân b u. Trong tr ng h p riêng, n u áp c nh h n tr s s c ch u t i cho phép c a n n thì kích th c móng

có th coi là c, ng c l i, không c, c n ph i u ch nh.

205 206

Tuy nhiên th ng thì móng các công trình th m l c a ph i ch u tác ng không ch các t i tr ng th ng ng do tr ng l ng công trình, mà còn các l c ngang và mô men do gió và sóng. Các l c ngang sinh ra ng su t ti p trong t d i móng, trong khi ó các

c ng và mô men l i làm cho s phân b áp l c không u lên t. Theo u ki n n nh, giá tr ng su t ti p do t i tr ng ngang

ph i nh h n s c ch u t i c a n n ch u c t (5,22). ki m tra tính a c a s c ch u t i c a n n có th ph i nh n m t l ng d tr . m b o n nh móng áp l c này ph i nh h n giá tr cho phép,

c xác nh d a trên các bi u th c (5.20) ho c (5.21). Áp l c l n nh t tác d ng lên t theo móng có th c

ánh giá v i gi thiêt v s thay i tuy n tính áp l c d c theo móng (hình 5.16,a). T u ki n cân b ng t ng l c và mô men ta có

Hình 5.16. Các s phân b áp l c n gi n theo móng ch u l c và mô men

VA

pdA F ; ( )2 V H

A

BxpdA F bF (5.23)

ây A là di n tích áy móng. N u móng có d ng hình ch nh t, chi u r ng là B và chi u dài là L, và gi thi t áp l c là tác ng trong ph m vi toàn áy móng (hình 5.15,b), ta tìm c

p1 = ;2

V HF F bBBL I

p2 = ,2

V HF F bBBL I

(5.24)

ây I = LB3/12; b là cánh tay òn c a l c ngang. N u p1 không âm thì giá tr áp l c c c i c a p2 có th c

tính tr c ti p theo (5.24). Khi t i tr ng ngang l n, p1 có th nh n giá tr âm, lúc này l i gi i trên, p2 xác nh theo (5.24), không còn úng n a vì móng không th truy n su ng n n ng su t kéo. Lúc này

207 208

ph i s d ng l i gi i khác phù h p v i s phân b áp su t nh trên hình 5.16,c . S d ng các ng th c (5.23) ta tìm c

p2 = 24 ;

3 2V

V H

FL F B bF

(5.25)

= 3

2H

V

bF BF b

. (5.26)

S t p trung áp su t t i biên ph i móng t ng ng v i u ki n t công trình. Gi thi t trong bi u th c (5.26) = B, ta tìm c t i

tr ng ngang FH = FV B/2b, khi ó s x y ra l t. T bi u th c (5.25) ta th y áp l c trong tr ng h p này s t giá tr l n vô cùng. Nh v y,

u p2 không v t s c ch u t i c a n n thì không c n ph i ki m tra n nh l t công trình d i tác ng c a sóng và gió.

Các công th c (5.24) – (5.26) nh n c là ki m tra móng ch nh t hay móng vuông. Các bi u th c t ng t , nh ng ph c t p

n có th ch ng minh c cho móng hình tròn. Trong tính toán n úng thì móng hình tròn có th c thay th b i móng hình

vuông ng tích theo di n tích và s d ng các công th c ã có. Khi móng có d ng hình h c ph c t p h n, giá tr áp l c c c i có th c ánh giá b ng vi c thay móng th c b ng t p h p các m u hình ch nh t và áp d ng các bi u th c (5.23) v i gi thi t t ng t nh trên v s phân b tuy n tính c a áp l c. Trong m t s bài toán

t nh t gi hình h c móng, nh ng x p x s phân b áp l c theo quy lu t tuy n tính. Ví d 5.5. Công trình bi n bê tông c t thép tr ng l c (hình 5.17) có móng hình tròn ng kính 13,5 m, c t trên n n cát có = 35o,

d = 9,42 kN/m3. Tr ng l ng chung c a công trình cùng móng k n tác ng cân b ng c a n c là 22,5 MN. Xác nh xem móng có

phù h p v i các u ki n c a t i tr ng và c a t không.

Hình 5.17. Cho ví d 5.5

Tr c h t xác nh p1 theo (5.24) v i BL = B2 122 và I = 124/12

p1 = 3 3

2 4

22,5.10 2.10 .16.1212 2.12

= 45,1 kPa

Do i l ng náy d ng giá tr áp l c c c i p2 có th tìm theo (5.24)

P2 = 267,4 kPa. S c ch u t i c a n n cát ta xác nh theo bi u th c (5,20). Khi = 35o theo b ng 5.3 ta có N = 48. Do v y qgh = 0,5 .48 . 9,42 .6,75 = 1526 kPa. L y h s an toàn là 2,5 ta nh n c s c ch u t i c a n n là

1526/2,5 = 610 kPa. Do giá tr này v t xa áp l c c c i truy n cho t, có th k t lu n r ng kích th c móng l n h n m c c n thi t d i

góc s c ch u t i. ki m tra n nh c a mòng ch ng tr t ta s d ng công

th c (5.22)

209 210

Fgh = 3

022,5.10 30143,1

tg = 90,8 kPa

T i tr ng ngang trên n v di n tích b ng 2 . 103/143,1 =14,0 kPa, t c là kích th c móng m b o n nh công trình ch ng tr t.

Ví d 5.6. Xét l i Ví d 5.5, lúc này gi thi t là móng có d ng các ô l i hình tr ng kính 4,5 m (hình 5.18). S phân b tuy n tính áp l c theo móng c x p x t ng n-c nh. N u g i A lá di n tích c a m i tr thu c l i móng, t u ki n cân b ng l c ta nh n c

p2A + 1 2

2p p

3A + p1A = FV.

T ng t , n u R là bán kính các ô l i c a móng, t ng mô men i v i biên trái c a móng s là

5Rp2A + 3R( 1 2

2p p

) 3A + Rp1A = M

t FH là t i tr ng ngang, còn b là cánh tay òn c a t i tr ng này i v i móng, khi ó

M = bFH + 3RFV.

Hình 5.18. Cho ví d 5.6: a) S t t i; b) S phân b ng

su t d i móng các ô l i tr T l i gi i c a hai ph ng trình cân b ng ta c

p1 =2 ;10 4

V HF F bA RA

p2 = 2 ,10 4

V HF F bA RA

Thay vào FV = 22,5 MN, FH = 2,0 MN, b = 16 m, R = 2,25 m, A = 15,9 m, ta tìm c p1 = 59,4 kPa và p2 = 506,6 kPa. Do p1 > 0, giá tr p2 c xác nh là có c s . Khi xét ô l i

ph i c a móng, trong ph m vi ô l i có tác ng c a áp l c này, theo công th c (5.20) ta tìm kh n ng ch u l c gi i h n c a n n

qgh = 0,5 .48 . 9,42 .2,25 = 508,7 kPa.

Giá tr này ch l n h n áp l c c c i m t ít cho nên móng ang xét không b o m s n nh cho n n, c n ph i có gi i pháp x lý.

t trong các gi i pháp kh d m b o n nh cho n n là g n các ph n t tr vào m t t m tròn ng kính 13,5 m.

211 212

Ph n l c àn h i c a n n

Khi móng c n c thi t k ch u t i tr ng ch a v t quá giá tr tính toán, n n t d i móng làm vi c nh môi tr ng àn h i. tính ph n l c àn h i c a n n khi thi t k công trình, trong s tính, có th bi u di n n n th c b ng m t móng àn h i t trên b m t

a n n t, c xem xét nh môi tr ng không bi n d ng (hình 5.19). Móng àn h i t ng ng theo c ng v i móng th c t a lên n n t àn h i.

Hình 5.19. Thay th móng c ng trên n n àn h i (a) b ng móng àn h i t ng ng v c ng trên n n không bi n d ng (b)

Quan h gi a n i l c và chuy n v c a móng àn h i t ng ng có th bi u di n d i d ng

2 1 2

2 2 2

3 22

0 00 00 0

x

y

f k uf k v

km (5.27)

trong ó f2x , f2y và m2 là n i l c t t i nh móng; u2, v2 và 2 là các chuy n v t ng ng v i các n i l c trên. i v i móng tr n c ng t trên n n àn h i ng nh t

k1 = 32(1 )

7 8GR

; k2 = 41

GR; k3 =

383(1 )

GR (5.28)

trong ó R là bán kính móng; G và là mô un tr t và h s poisson c a t. i v i sét = 0,5; còn i v i cát = 0,25. Tr s

a G thay i và c cho theo v trí xây d ng. M c dù công th c (5.28) c ch ng minh cho móng tròn,

nh ng c ng có th dùng tính toán g n úng móng hình vuông ng ng v di n tích. Ví d 5.7. Xác nh d ch chuy n ngang c a th ng t ng công

trình th m l c a (hình 5.20) do t i tr ng ngang F = 450 kN. C t chân có chi u cao l = 24,5 m, mô men quán tính J = 15,2 m4, mô un

àn h i c a bê tông E = 28 GPa. Móng tròn có bán kính R = 6,75 m. Mô m un tr t c a t G = 50 MPa.

Hình 5.20. Cho ví d 5.7 Cho chuy n v th ng ng c a công trình b ng không. Khi ó

nh ph ng pháp ma tr n và bi u th c (5.27) ta c h th c quan gi a t i tr ng và chuy n v :

213 214

2 21

22 3

33

33

( )(2 )

2

x

x

F ua k b a bM b c k b c

uF a b a bM b c b c

ây F2x, M2, F3x và M3 là l c ngang và mô men t i các nút 2 và 3; u2, 2, u3 và 3 là các chuy n v ngang và góc xoay;

A = 12EJ/ l 3; b = 6EJ/ l 2; c = 2EJ/ l ;

k1 và k3 là các thành ph n c a ma tr n c ng trong bi u th c (5.28). Các u ki n biên: F2x = M2 = M3 = 0; F3x = 450 kN.

em các tr s cho vào và gi i ph ng trình ma tr n ta thu c u2 = 0,25. 10-3 m; 2 = 0,13. 10-3 rad; u3 = 8,6. 10-3 m; 3 =

0,45. 10-3 rad. Chuy n v ngang c a th ng t ng b ng 8,6. 10-3 m, có th so

sánh v i giá tr 5,2. 10-3 m, nh n c v i gi thi t r ng b n thân móng và n n t d i áy móng là c ng tuy t i.

Ví d 5.8. Thi t l p ma tr n c ng c a móng c t nh hình 5.21, a, bao g m 5 ô l i tr bán kính R.

Gi thi t ph n ng c a n n t ng ng v i ph n ng c a các lò so àn h i có c ng k1 và k2 (hình 5.21, b) v i các giá tr c tính theo (5.28). Quan h gi a l c ngang f2x và chuy n v u2 c a nút 2 trong tr ng h p này có d ng f2x = 5k1u2. T ng t , quan h gi a

c th ng ng f2y và d ch chuy n v2 có th là f2y = 5k2v2.

Hình 5.21. Cho ví d 5.8

Cu i cùng theo u ki n cân b ng c a móng (hình 5.21,c) có

th tìm c h th c gi a mô men và góc xoay c a móng m2 = 4Rk2 2.

Tóm l i, h th c ma tr n gi a n i n c trong móng và chuy n v a móng có th c bi u di n d i d ng

2 1 2

2 2 2

3 22

5 0 00 5 00 0 4

x

y

f k uf k v

km

Nh trong ví d trên, ma tr n c ng c a móng nh n c ây có th c dùng tính toán công trình ch u các tác ng bên

ngòai,

215 216

Lún c a móng Móng các công trình th m l c a b lún do s lèn ch t c a t

i tác ng c a tr ng l ng công trình. S lún u c a móng th ng không gây nh h ng s u n móng hay n công trình n m trên móng, nh ng lún không u có th gây nên ng su t không cho phép trong móng hay trong công trình. Lún không u có th cho phép i v i các công trình khác nhau. Nh ng, lún t ng i, v nguyên t c, không cho phép v t quá 25 mm

N u móng tròn và ch nh t t trên l p cát t ng i dày (Chi u dày không nh h n 3-4 ng kính hay chi u dài c nh móng), thì lún c c i th ng không l n và có th c ánh giá nh s

ng l i gi i nh n c m c trên. Ch ng h n, n u g i H là lún, thì t bi u th c (5.27) khi = 0,25 ta có

H = W/k2 = 3W/16GR, (5.29) trong ó R là bán kính c a móng tròn hay 1/2 c nh móng vuông; W là

i tr ng th ng ng; G là mô dun tr t c a cát. Tr s nh n c theo công th c này s là lún u c c i. N u móng g m m t s kh i ch u các t i tr ng khác nhau thì lún t ng i có th c ánh giá nh hi u c a các lún nh n c theo công th c (5.29)

áp d ng i v i m i kh i móng riêng bi t. i v i móng liên t c thì giá tr võng t ng i có th c ánh giá v i gi thi t r ng, theo công th c (5.29) nh n c lún trung bình, còn lún c c i tâm c a móng s b ng 2 l n lún theo biên c a móng. Trong tr ng h p này lún tâm móng s l n h n lún trung bình 1/3

n, còn lún biên móng ít h n 1/3 l n. Nh v y, lún t ng i ng 2/3 giá tr lún trung bình.

i v i móng t trên l p sét t ng i dày, vi c tính toán lún ph c t p h n, do c n ph i k n tr ng thái bi n d ng ban u

a t sét, c ng nh quá trình c k t th m lâu dài c a t. Nh trên

ã nh n xét, cát vi c nén ép n c l r ng d i tác ng c a t i tr ng nén di n ra khá nhanh, vì v y trong tr ng h p này các v n nh trên s không xu t hi n khi tính toán lún c a móng. t sét khi tính toán lún c a móng thì hi n t ng c k t có ý ngh a áng k .

Lún c a móng trên n n t sét th ng c xác nh d a trên các ng cong nén các m u t. Vi c thí nghi m nén c ti n hành trong phòng thí nghi m khi gi t m i m c gia t i cho n khi k t thúc hoàn toàn bi n d ng.

Trên hình 5.22 cho k t qu c a các nghiên c u nh v y, c ti n hành i v i các m u l y t các l p sét lèn bình th ng và lèn ch t (xem hình 5.22).

a) b)

Hình 5.22. Các bi u bi n d ng c a t lèn bình th ng (a) và

lèn ch t (b). 1 – d c Cc; 2 – d c Cr

Thông th ng thì quan h c a bi n d ng vào logarit c s 10 a ng su t c x p x b ng m t ng th ng hay hai ng g p

khúc. Giá tr 0 trên các th có ngh a là giá tr ng su t mà t ph i ch u d i tác ng c a tr ng l ng các l p t n m phía trên (nó

ng tr ng l ng riêng c a t có k n tác ng cân b ng c a c nhân v i chi u sâu, n i l y m u. i v i t lèn bình th ng

217 218

ng su t này là giá tr l n nh t trong s giá tr mà t ph i ch u sâu l y m u. Trong l ch s t t i t lèn ch t s có m t tr ng thái, khi ó t ch u ng su t m > 0, và tr ng thái này xu t hi n khi thí nghi m nén d ng gãy khúc trên bi u bi n d ng t i m t ng

ng v i ng su t m. Do gi thi t r ng m u t c tr ng cho tính ch t c a t

sâu b t k , cho nên bi n d ng liên quan n ng su t ( 0 + ) trong tr ng h p t sét lèn bình th ng b i h th c

= Cc(lg – lg 0) (5.30)

trong ó Cc c tr ng cho d c c a ng th ng trên th (xem hình 5.22, a). T ng t i v i t lèn ch t khi m

= Cr (lg – lg 0) (5.31, a) và khi > m

= Cr (lg m – lg 0) + Cc(lg – lg 0) (5.31, b) trong ó Cr và Cc c tr ng cho nghiêng các n c a thi trên hình 5.22, b.

Ta th y r ng ng su t m có th thay i v i s t ng sâu, và gi i thích tính ch t thay i này các thí nghi m nén ph i c ti n

hành i v i các m u l y sâu khác nhau. xác nh ng su t trong t do t i tr ng th ng ng W

t lên móng tròn hay vuông ng kính hay chi u r ng D, th ng d ng l i gi i lý thuyêt c a Businesk, t c là t c xem nh môi

tr ng àn h i ng nh t. th trên hình 5.23 cho s thay i ng su t theo s t ng

sâu d i tâm và biên móng tròn hay vuông di n tích A. Các giá tr ng su t trên th c d n theo c ng trung bình c a áp l c q

= W/A, c móng truy n lên b m t n n. Các giá tr sâu ây c so v i ng kính hay chi u r ng c a móng.

Hình 5.23. Thay i ng su t d i tâm móng (1) và d i biên

móng (2) theo s gia t ng sâu khi móng ch u t i t i tâm. ng li n nét cho móng vuông, ng r i nét cho móng tròn

Mô hình môi tr ng àn h i ng nh t có th c s d ng

xác nh lún tâm hay biên c a móng. lún t ng i c a t s móng riêng l có th tìm c b ng hi u các lún trung bình

a các móng này. i v i móng liên t c lún t ng i là hi u lún tâm và biên.

Ví d 5.9. Xác nh lún c a móng tròn, hình 5.24. N n cát i mô un tr t G = 50 MPa. Tr ng l ng c a công trình và móng

219 220

W k n tác ng cân b ng c a n c b ng 25 MN. ng kính móng là 12 m.

Theo công th c (5.29) ta xác nh lún trung bình c a móng H = (3 . 25)/ (16 . 50 . 6) = 0,0156 m.

lún t ng i c ánh giá là 2/3 . 0,0156 = 0,0105 m

Hình 5.24. tính c a công trình

Ví d 5.10. Xác nh lún t ng i c c i c a móng (hình

5.25, a). N n là t sét lèn ch t v i các tham s Cr = 0,02; Cc = 0,18 và m (kPa) thay i cùng s gia t ng sâu theo quy lu t m = 60 +6y (hình 5.25, b). Tr ng l ng riêng c a t k n tác ng cân

ng c a n c b ng 6,3 kN/m3. Tr ng l ng công trình và móng k n tác ng cân b ng c a n c b ng 4,5 MN.

xác nh lún ta s d ng bi u th c (5.31). Chia kh i t i áy móng thành 5 l p n m ngang, dày m i l p là 6 m. Xác

nh ng su t 0 = d y tâm m i l p và theo th trên hình 5.25, b ng su t ng v i t i tr ng t lên móng q = W/A = 4500/113

40 kPa. Bi n d ng t ng ng v i ng su t tính toán c xác nh theo các bi u th c (5.31). K t qu tính toán c cho trong b ng 5.8.

a) b)

Hình 5.25. tính c a công trình và c tr ng c a các u

ki n t ng 5.8. ng su t và bi n d ng trong kh i t d i móng

sâu ng su t, kPa Bi n d ng y, m 0 m i tâm móng 3 18,9 36,0 54,9 78,0 9,26 . 10-3 9 56,7 16,8 73,5 114,0 2,25 . 10-3 15 94,5 9,0 103,5 150,0 0,79 . 10-3 21 132,3 5,2 137,5 186,0 0,33 . 10-3 i biên móng 3 18,9 18,0 36,9 78,0 5,81 . 10-3 9 56,7 10,4 67,1 114,0 1,46 . 10-3 15 94,5 5,8 100,3 150,0 0,51 . 10-3 21 132,3 4,0 136,3 186,0 0,26 . 10-3

lún c a móng c ánh giá theo bi n d ng

221 222

H = 0

dy = H i

trong ó H là chi u dày c a l p; i là bi n d ng c a l p th i. T ng các bi n d ng cho trong b ng ta nh n c giá tr c a chúng d i tâm c ng nh biên c a móng t ng ng b ng 12,79.10-3 và 8,16 . 10-3.

Tóm l i, lún c a n n d i tâm móng b ng 6 . 12,79 . 10-3 = 76,7 . 10-3 m, còn biên móng – 6 . 8,16 . 10-3 = 49,0 . 10-3 m. Giá tr c c

i c a lún t ng i là (76,7 – 49,0)10-3 = 27,7 . 10-3 m. Ví d 5.10. Xét ph n móng c a ví d 5.1 bao g m ph n n i

ti p c a c t và b n ph n t bê tông hình tr xung quanh c t, nh hình 5.26. Theo các thành ph n cho tr c c a ph n ng g i t a ta xác nh s c n thi t c a ng su t tr c i v i các ph n t móng, gi thi t r ng ng kính ngoài c a các ph n t tr móng là 2,25 m và chi u dày t ng là 0,3 m, t c là di n tích ti t di n ngang c a m i tr móng là A = 3,14(4,52 – (4,5 – 2.0,3)2)/4 = 3,95 m2. Ngoài ra, xác

nh mô men gây n t và l c kéo xiên c c i móng.

Hình 5.26. Cho ví d 5.10

t ng th móng c xét nh m t ti t di n d m. Các t i tr ng gió và sóng c gi thi t tác ng theo h ng t ph n t 1 n ph n t 2, còn tr c a-a là tr c u n ch y qua tâm c a các ph n t 3 và 4. Các ng su t c c tr c xác nh t bi u th c

b,M = M R / J

trong ó R là kho ng cách t tr c trung tâm n th ngoài c a ph n t xét; M là mô men c c i c a t i tr ng ngoài; J là mô men quán tính c a ti t di n ngang móng i v i tr c trung hoà. Theo các

li u cho R = 6,75 m, M = 46,0 MNm. Mô men quán tính c a ti t di n móng có th c tính riêng cho t ng ph n t . Mô men quán tính c a c t chân i v i tr c trung tâm c a c t trùng v i tr c trung hòa c a móng b ng 14,3 m4, còn c a các ph n t xung quanh b ng 8,8 m4. Do tr ng tâm c a c t chân và c a các ph n t 3, 4 n m trên tr c trung hoà c a móng, mô men quán tính chung b ng 14,3+2.8,8 = 31,9 m4. Mô men quán tính c a các ph n t 1 và 2 là 8,8 + 3,95.4,52 = 88,8 m4. Tóm l i, mô men quán tính chung c a ti t di n móng là J =31,9+2.88,8 = 209,5 m4. ng su t c c tr trong các ph n t 1 và 2 do u n là

b,M = 46,0.6,75209,5

= 1,2 MPa.

kh kéo do u n ph i t o cho bê tông ng su t tr c là 1,2 MPa (ch a k ng su t nén do tr ng l ng b n thân và do áp l c thu t nh). Do tác ng c a sóng và gió có th theo h ng b t k ,

ng su t tr c c n thi t i v i c 4 tr ngoài. N u ng su t kéo tr c c a các bó c t thép l y b ng 1,05 GPa, thì t ng di n tích ti t di n ngang c a các bó thép trong m t tr khi t i x ng s là

Aa = 3

1,2.3,951,05.10

= 4,52 m2

223 224

i ng su t tr c nh v y và h ng tác ng t ph n t 1 n ph n t 2 ng su t kéo c c i ( m 1) s gi m d n n 0 còn ng su t nén ( m 2) s t ng n – 2,4 MPa.

Mô men t o thành v t n t Mb tính v i gi thi t là ng su t kéo c i t i móng b ng 0,63 b = 3,68 MPa. ng su t do u n cùng i ng su t tr c là

3,68 = .6,75208,5

bM 3 24,52.10 .1,05.103,95

,

ây suy ra Mb = 151 MN.m. Giá tr này l n h n giá tr mô men t vào là 3,3 l n.

ng su t ti p móng theo công th c

= QSJ

trong ó Q là l c c t; S’ là mô men t nh c a ti t di n t ng ng v i tr c trung hoà c a móng; J’ là mô men quán tính ã c xác nh tr c; là chi u r ng c a bê tông ti t di n song song v i tr c trung hoà c a móng n i xác nh giá tr c a ng su t ti p. V i S = 3,95.4,5 = 17,75 m3; Q = 2,2 MN; J’= 208,5 m4; = 0,3 m

= QSJ

= 2,2.17,75208,5.0,3

= 0,62 MPa

Coi ng su t nén do ng su t tr c c a các bó thép thanh n i và các ph n t tr là nh nhau , ng su t pháp kéo do u n thanh

i gi a c t chân và ph n t 1 c xác nh v i R = 2,25 m, ng 0,4 MPa. ng su t t ng thanh n i b ng – 1,2 + 0,4 = - 0, 8

MPa. ng su t kéo chính s là

1 = - 2

20,8 0,8 0,622 2

= 0,38 MPa

u l y h s an toàn là 1,8 thì c n t các t i tr ng lên móng là

Mgh = 1,8. 46 = 82,8 MNm và Qgh = 1,8. 2,2 = 4,8 MN

Do mô men t o n t không theo các l c này nên ng su t ti p và ng su t kéo chính có th c xác nh nh tr c ây. K t qu ta

nh n c m = 1,12 MPa, 1 = 0,91 MPa. Các giá tr này nh h n giá tr ng su t kéo chính gi i h n khi ó xu t hi n v t n t (0,33 b = 1,96 MPa) g n 2,7 l n. Vì v y, các t i tr ng gi i h n xem xét không gây ra n t xiên móng.

Móng bán tr ng l c cho công trình bi n bê tông c t thép Nh ã nêu trong ph n chú thích cu i ch ng 4 v “móng bán

tr ng l c”, t c là v s làm vi c c a c c khi có thêm các kh i n ng, trong m c này, v n c t ng c l i, c là móng tr ng l c có

tham gia làm vi c c a c c. Có th th y r ng, do a hình áy bi n n i xây d ng công trình

không cho phép làm móng r ng (v i chi u cao h n ch ), ngh a là không tr ng l ng ch u c c l c ng và l c ngang. Trong tr ng h p này, m t ph ng án kh d là cùng v i móng tr ng l c cho t ng c ng m t s c c cùng tham gia ch u l c. Khi có s tham gia c a c c s giúp cho công trình n nh tr c tác ng c a các t i tr ng và môi tr ng.

Tuy nhiên, c ng c n nói thêm r ng, ph ng án móng bán tr ng c d ng này ch a c c p t i trong các Tiêu chu n quy ph m

hi n hành, ng th i c ng ch a c th c t áp d ng, m c dù móng c g i là “bán tr ng l c” theo ngh a móng c c thép c gia ng b ng các kh i tr ng l c ã c áp d ng và c ánh giá

t cao i v i các công trình bi n d ng DKI. Hy v ng trong th i gian i móng bán tr ng l c s c s d ng r ng rãi trong các công trình

bi n n c ta.

225 226

5.4 Ch ng n mòn cho công trình bi n bê tông c t thép

Bê tông c t thép là lo i v t li u có kh n ng t b o v ch ng n mòn cao. ó là m t trong nh ng u m c a k t c u lo i này. Khi thi t k k t c u bê tông c t thép cho công trình bi n th ng ph i tuân th các quy nh nghiêm ng t v l p b o v , mà th c ch t là l p bê tông b o v c t thép trong k t c u bê tông c t thép. Tuy nhiên, i

i công trình bi n tr ng l c bê tông c t thép, ngoài ph n chân ch u l c chính ra còn nhi u b ph n c làm t các v t li u khác nh thép, h p kim... , vì v y v n c n ph i xem xét các yêu c u v ch ng n mòn cho công trình d ng này, c bi t là nh ng ch n i, l p ghép...

i v i các công trình bi n tr ng l c bê tông c t thép vi c b o chông n mòn c ng c ti n hành t ng t nh i v i các công

trình bi n thép, ngh a là b o v thép không b n mòn trong ba vùng ng ng: Vùng khí quy n, vùng d i n c và vùng giáp gianh.

Công vi c b o v c th c hi n cho thép nh nêu trong M c 4.4, còn cho bê tông – ch y u là dùng các l p ph ch ng th m.

Ch ng 6 Thi công k t c u công trình bi n thép

u

Chân giàn khoan thép th ng c ch t o trên b và t v trí n m ngang, sau ó c a xu ng sà lan m t boong ph ng

và c lai d t n v trí l p t ngoài kh i. T i v trí l p t, chân th ng c d ch chuy n t sà lan xu ng n c và nh tr giúp a c n c u n i, chân c t xu ng áy bi n v trí th ng ng. Ti p theo, qua các ng tr ng c a chân , c c c óng

vào t nh búa óng c c trên t u c u. Khi c c c óng t sâu thi t k , ph n th a c a c c c c t i và l p vào ó sàn ch u

c và các mô un th ng t ng. Ph n th ng t ng c hàn c ng vào u c c. Sau khi hoàn thành thi công, tr ng l ng ph n th ng

ng công trình do c c ch u, còn chân có tác d ng c n s d ch chuy n ngang.

Vi c thi công ph thu c vào nhi u y u t mà, tr c h t, vào thi t thi công nh s c nâng h c a c n c u, kh n ng c a ph ng ti n

ch n i,... Ví d , tr ng l ng c a chân , khi nguyên v n không c

t s c nâng c a c n c u có th có, ng th i tr ng l ng và kích th c c a chân không c v t kh n ng v n chuy n c a sà lan dùng kéo chân ra v trí khai thác s d ng,

Chân ph i c tính toán v i t i tr ng xu t hi n khi di chuy n b xu ng sà lan. ng th i còn ph i c tính toán v i t i tr ng

xu t hi n khi h t sà lan xu ng n c. Sau khi h xu ng n c, chân ph i có n i. Và, nó ph i c c u t o sao cho v i s tr

giúp c a c n c u n i và c a n c d n trong nh ng khoang riêng bi t có th d ng ng và ng c trên áy bi n. sâu tính toán c a

c, c óng qua các ng tr chân c nh chân vào v trí

227 228

và ti p nh n tr ng l ng c a ph n th ng t ng, ph i phù h p v i các c tr ng làm vi c c a búa. Cu i cùng, tr ng l ng c a ph n th ng ng hay các mô un chính c a ph n th ng t ng không c v t

quá s c nâng c a c n c u n i c s d ng l p ráp ph n th ng ng.

Nh v y, vi c thi công công trình bi n b ng thép có th bao g m t s công n chính nh sau:

1. ch t o chân và chuy n c u xu ng sà lan ho c tàu c u; 2. v n chuy n k t c u trên bi n (t b n v trí l p t ngoài

kh i); 3. h thu chân t sà lan ho c tàu c u; 4. gi chân tr ng thái n i; 5. nh c chân và t vào v trí thi t k ; 6. c n ch nh, nh v ; 7. óng c c qua các ng chân n sâu thi t k , chú ý

ch i và nghiêng l ch; 8. c t các ph n th a c a c c, liên k t c c vào chân , b m

trám v a xi m ng vào vành khuyên gi a ng chân và c c, l p sàn ch u l c và các mô un th ng t ng.

i ây là nh ng quy nh và nh ng xem xét chi ti t i v i t s công n nêu trên.

Hình 6.1. Th t thao tác thi công và l p t chân giàn

khoan thép

229 230

6.1 Ch t o k t c u thép trên bãi l p ráp

6.1.1 t v n

Vi c ch t o k t c u thép là m t giai n c a công tác thi công và c hi u là m t quá trình t khi có h s thi t k , các v n b n pháp quy, các h p ng ch t o,... cho n khi hoàn thành vi c ch

o, k t c u ã s n sàng có th h thu c. Tu thu c vào u ki n k thu t c a m i n c công vi c ch t o

có th c ti n hành m t s công n trong nhà máy và m t s công n trên bãi l p ráp ho c t t c các công n u c th c hi n trên bãi l p ráp. i v i các giàn khoan bi n vùng m B ch H tr c ây h u h t các nút và các ph n t ng c ch t o trong các nhà máy C ng hoà Liên bang Nga và c chuyên ch qua Vi t Nam. Công tác ch t o giàn là l p ráp thành k t c u trên b n c ng, ch ng n mòn và chu n b m i m t công vi c h thu c ti n hành thu n l i.

n m c m t cách khái quát các yêu c u i v i vi c thi công k t c u thép trong giai n này (giai n ch t o), d i ây

c p n t t c các công vi c liên quan, cho dù m t s công vi c, công n, chi ti t có th c gia công ch t o không ph i trên bãi

p ráp. Tuy nhiên, c ng c n nh n m nh là giai n l p ráp các chi ti t k t c u (các nút và các ph n t ng) trên bãi l p ráp thì các công vi c c n quan tâm h n c là: ki m tra và thanh tra kích th c (c n ch nh), hàn, s n ph và l p các h th ng ch ng n mòn,...

6.1.2 Quy nh chung

- Các tài li u làm c n c cho vi c ch t o: + các b n v b trí k t c u và kích th c kèm theo các b n quy

nh k thu t và các s li u xác nh các tính ch t t ng ng c a v t li u;

+ các b n quy nh k thu t v ch t o; + các chi ti t c a các liên k t hàn; + các yêu c u v quy mô, ch t l ng và k t qu c a vi c ch

o, các quy trình ki m tra, th nghi m và th m nh; + các b n quy nh k thu t v h th ng ch ng n mòn; + các gi i h n dung sai do các gi thi t thi t k gây ra. - t li u hàn: + các nhà s n xu t v t li u hàn; + các v t li u hàn. - Quy trình hàn và th hàn: + b n quy nh k thu t quy trình hàn (welding procedure

specification-WPS); + ch t l ng quy trình hàn–biên b n xác nh n (WP qualification

record-WPQR); + hi u l c c a các quy trình hàn ch t l ng; + b n quy nh k thu t quy trình hàn s n xu t (PWPS); + hàn d i n c; + trình tay ngh c a th hàn; + nh ng ng i u khi n công vi c hàn; + th hàn d i n c.

6.1.3 Thanh tra và ki m tra

a) Thu t ng - Ki m tra là công vi c u tra, kh o sát nh o, th nghi m,

th m nh, ho c các ho t ng có liên quan khác do bên ch tao ho c i di n bên ch t o th c hi n xác nh s phù h p c a m t

231 232

i t ng hay m t ho t ng v i các yêu c u c a thi t k và báo cáo s phù h p ó.

- Thanh tra là công vi c u tra, kh o sát nh o, th nghi m, th m nh, giám sát các cu c ki m tra và xét duy t l i các h s ho c các ho t ng có liên quan khác do quan có th m quy n th c hi n

xác nh s phù h p c a m t i t ng hay m t ho t ng v i các yêu c u v phân c p.

b) Thanh tra và ki m tra - Vi c ki m tra trong quá trình ch t o ph i do chính bên ch t o

ho c do m t Ban ki m tra c bên ch tao ra quy t nh thành l p th c hi n. Vi c ki m tra là xem xét s tuân th úng theo các b n

, các quy nh k thu t và các quy trình ã c thi t l p th c hi n công vi c và m b o r ng nh ng ng i c s d ng trong công vi c có trình chuyên môn.

- c bi t ph i chú ý n vi c ki m tra kích th c, l p ph b o và h th ng b o v ca-t t.

- Ki m tra không phá hu (ph ng pháp phóng x , ph ng pháp siêu âm, ph ng pháp b t t , ph ng pháp th m th u ch t

ng). - Các th nghi m hàn s n xu t

6.1.4 Ch t o k t c u thép

- L p k ho ch ch t o

Tr c khi ch t o ph i thi t l p các quy trình th c hi n và ki m soát t t c các nguyên công ch t o m b o ch t l ng t ra. Ph i chu n b tr c các quy trình thích h p, g m thông tin v các

ng m c ã l p ráp tr c và th t ch t o các b ph n ti p theo. - Nh n d ng v t li u, c t và t o hình

Ph i có m t h th ng các kí hi u m b o vi c l p t úng t li u. C n chú ý n vi c b o qu n và s p x p trong kho duy trì nh n d ng c a v t li u.

Khi c t v t li u ph i chú ý n hi n t ng bi n c ng, c bi t là kh n ng xu t hi n v t n t các mép c t.

Vi c t o hình và n n th ng ph i c th c hi n theo các quy trình ch ra t ng b c n i ti p và ki m soát c. N u là quy trình gia công nóng ph i kèm theo quy nh k thu t: thi t b gia nhi t, t c gia nhi t và làm ngu i, nhi t max/min, ki m soát vi c duy trì nhi t

, các thi t b ghi o. N u là quy trình gia công ngu i thì quy nh k thu t g m: các ph ng pháp làm bi n d ng, các m c bi n d ng ban u và t ng b c ti p theo; công tác hi u chu n, kéo dãn (n u có). N u gia công ngu i d n n bi n d ng d o v t quá 3% thì ph i gi m b t ng su t nhi t. Gi i h n 3% c ng có th c nâng lên trong nh ng tr ng h p riêng.

Bi n d ng d o ep có th c tính theo các công th c n gi n hoá sau:

+ Cán/ép ngu i các t m ph ng thành d ng tr (cong n):

ep = tOD

100%,

+ U n ngu i các ng th ng thành cong (cong n):

ep = 2 C

ODR 100%,

+ T o hình các t m ph ng thành d ng hình c u (cong kép):

ep = (1 )2 C

tR

100%,

trong ó: t là chi u dày v t li u;

233 234

OD là ng kính ngoài c a ng; RC là bán kính t o hình; v là h s Poisson (b ng 0,5 trong tr ng thái d o) - L p ráp, hàn và x lí nhi t + p ráp và hàn + Nhi t luy n - Công tác hi u ch nh và s a ch a + Các b ph n b vênh do quá trình hàn ph i c n n th ng

ng các bi n pháp c h c ho c b ng cách nung nóng c c b có gi i n c ki m soát c n th n. Các khuy t t t trong m i hàn ho c

trong thép hàn có th s a ch a c b ng cách mài, c t g t ho c hàn. Các m i hàn không b n, d o hay dai va p ph i

c lo i b hoàn toàn tr c khi s a ch a. Khi lo i b khuy t t t thì vùng c khoét và mài ó ph i c ki m tra b ng ph ng pháp

t t ho c ph ng pháp th nghi m thích h p khác ch c ch n ng ã hoàn toàn lo i b c.

- Các h th ng ch ng n mòn + S n ph Ph i xác nh c p g c a thép i v i các b ph n k t c u lo i

c bi t và lo i chính tr c khi thao tác làm s ch. B m t thép s n ph ph i s ch và khô. Ch c t o l p lót khi b m t thép c ki m tra xong và không có v t g m i trên b m t thép ã c làm s ch. Các l p ph th ng ch c t o ra n u nh nhi t b m t, ít nh t là 3o C cao h n m ng ng t h i n c, m t ng i d i 80% ho c nhi t l n h n 5o C.

+ Anot hy sinh Ph i cung c p các anot kèm theo ch ng ch v t li u c a nhà s n

su t và c ánh d u nh n d ng. Ph i ki m tra các anot b ng tr c quan phát hi n h t các ch t b n, các h h ng c h c ho c

các v t n t và ph i làm s ch. Các ch tiêu lo i b anot không ch t l ng ph i c a ra trong quy trình ã c phê duy t. Ph ng pháp g n các anot ph i c mô t trong quy trình. Ph i dùng các t m kép g n ch t các giá anot vào các b ph n ch u áp l c ho c các ph n t k t c u ch u ng su t cao. Các dây ng dùng n i n gi a các anot v i các ng ph i c hàn nhi t (termit).

+ H th ng dòng ngoài Các anot, các cáp n i và các u thu tín hi u ph i c nhà s n

su t cung c p ch ng ch và ph i c ánh d u rõ ràng nh n ng. Ph i ti n hành th nghi m kh n ng làm vi c c a h th ng.

Th nghi m cu i cùng là sau khi l p t. - H s tài li u + Ph i chu n b b h s liên quan n vi c ch t o k t c u. H

này ph i c th c hi n song song v i quá trình ch t o. H s hoàn công ph i ph n nh t t c các th nghi m, các s a i, các b sung, các hi u ch nh và các v n b n xét duy t trong th i gian ch t o

cung c p thông tin c n thi t cho giai n khai thác công trình. + Các h s ch t o ph i có, bao g m: các bi n pháp m b o

ch t l ng/s tay ki m tra ch t l ng; các b n quy nh k thu t và các tài li u v ch t l ng quy trình hàn; ch ng ch v t li u thích h p; tài li u v x lí nhi t sau khi hàn; các tài li u v ki m tra không phá hu (NDE); các biên b n v ki m tra kích th c; các b n v hoàn công; thông tin v các v n t n t i và các v n khác.

235 236

6.2 Các ph ng pháp h th y k t c u thép

6.2.1 Quy nh chung

Vi c h thu k t c u thép có th c ti n hành theo hai ph ng pháp khác nhau:

+ M t là, i v i các k t c u c c l n công vi c c th c hi n theo hai giai n: chuy n t bãi l p ráp trên t li n xu ng sà lan và chuy n t sà lan xu ng n c;

+ Hai là, i v i các k t c u t ng i l n: chuy n th ng t bãi p ráp xu ng n c và ch tr ng thái t n i n n i l p t trên

bi n không c n n sà lan v n chuy n. Các thao tác c b n th c hi n công vi c theo hai ph ng

pháp nêu trên có th là thao tác nâng h , thao tác d i t i (thao tác tr t),..:

th c hi n các thao tác này các nh ngh a sau ây có th c s d ng: + D i t i (Load-out) là thao tác di chuy n công trình t t li n

lên tàu/sà lan v n chuy n (ví d , tr t lên sà lan). + Nâng (Lift-off) là thao tác nâng di chuy n công trình ang

trên móng kê sang sà lan v n chuy n. + T i tr ng tr t (Skidding loads) là t i tr ng c n di chuy n

t c u, ph thu c vào ma sát, quán tính, d c c a m t tr t,.. + T i tr ng nghiêng (Skew loads) là t i tr ng do s không chính

xác v cao c a các m t a gây ra. Thao tác nâng h

i v i các k t c u nh ho c k t c u n ng và c c n ng nh ng c chia thành các mô un phù h p v i s c nâng c a c n c u n i

thì vi c chuy n t sà lan xu ng n c là không c n thi t, lúc này có th c u nâng k t c u t sà lan và l p t vào v trí thi t k ho c c u

ng mô un chân riêng bi t, l p và hàn n i v i nhau t c trí th ng ng cu i cùng.

Thao tác d i t i (thao tác tr t)

Khi th c hi n các thao tác d i t i c n ph i chú ý n các tham : u ki n môi tr ng (k c thu tri u), l c y/kéo, th ng và b ng ph ng c a ng tr t, nghiêng c a sà lan n i, v trí

chính xác c a k t c u (k c nghiêng); l ng choán n c, nghiêng d c, nghiêng ngang c a sà lan; các v t d n c a sà lan, áp su t kích thu l c. Tr ng thái c a t i tr ng

Các tr ng thái c a t i tr ng c xem là t a t nh.

6.2.2 Các thao tác nâng h

- i v i các thao tác nâng h , các tham s th ng ph i c ki m tra là: t i tr ng móc c u; u ki n môi tr ng; nghiêng l ch

c bi t khi dùng nhi u tai c u); v trí và h ng, các kho ng tr ng và c nâng.

- Các nh ngh a và kí hi u: + H s ng l c (Dynamic amplification factor – DAF) là h s

ng thêm vào k t qu tính toán theo t a t nh. + H s t i tr ng thi t k (Design load factor - DLF) tính n

không chính xác c a t i tr ng và h u qu c a h h ng. + Tai c u (Padeye) là m dùng nâng h , c thi t k g m

t t m thép chính có l móc vào. L có th c gia c ng ng cách t o gân m i phía.

+ Kh i l ng c a h nâng h (Rigging weight – RW) là kh i ng c a toàn b tháp nâng và h puli nâng h (các vòng móc, dây

cáp, vòng m,...).

237 238

+ H s l ch t i tr ng (Skew-load factor – SKL) là h s phát sinh do chi u dài dây cáp không u.

+ Các t i tr ng c bi t (SPL) là l c ch a c tính n n i nào khác (l c c ng cáp c a tàu kéo, l c gió, l c thu ng, thu

nh...). + H s tác ng nghiêng (Tilt-effect factor – TEF) là h s tính

n t i tr ng cáp treo t ng lên do v t c nâng nghiêng so v i tr c m ngang.

+ H s t ng kh i l ng (Weight-growth factor – WGF) là h s tính n s t ng kh i l ng th ng x y ra khi ch t o.

+ Kh i l ng c a v t c nâng (W). + H s tác ng xoay o (Yaw-effect factor – YEF) tính n t i

tr ng cáp treo t ng lên do v t nâng b xoay quanh tr c th ng ng. - Trong tr ng h p b t l i nh t, k n t t c các h s nêu trên

thì h s an toàn c a cáp ph i b ng ít nh t là 3,0 và c a móc c u là 4,0.

6.2.3 B trí neo bu c k t c u và các thao tác tr ng thái n i

- Neo bu c Neo bu c là h th ng các gi i pháp c n thi t gi cho k t c u

i v trí quy nh. H neo bu c t i thi u ph i g m: m neo, dây bu c, dây neo, t i kéo, móc hãm, máy cu n, b hi u ch nh,...Ph i xem xét thi t b n i l ng kh n c p h th ng neo bu c và ph i ti p

n c các m neo bu c c nh vào b t c lúc nào. - Th neo Vi c th neo ph i xét n các thông tin sau: v trí c a k t c u,

sâu c a n c, các c m c a áy bi n; các ki u neo, bao g m ch ng lo i, kh i l ng, s c ch u t i và chi u dài dây neo; v trí c a

các k t c u g n; v trí c a các v t c n áy bi n; kh n ng ch u kéo c c i/c c ti u d tính c a các dây neo.

- t các m (khi c n thi t). - Các h th ng và thi t b : h th ng d b d n, h th ng van

kh n c p, các h th ng thông gió,...

6.3 V n chuy n và d ng l p ngoài kh i

6.3.1 Quy nh chung

- Các ho t ng sau ây c n ph i c xem xét khi v n chuy n t c u công trình bi n b ng thép:

+ chuy n n i (ven b và ngoài kh i); + lai d t; + nh v ; + làm chìm; + d ng (k c vi c cho xuyên vào t và l y th ng b ng); + óng c c; + trám v a; + các thao tác d ng l p t i hi n tr ng; + các thao tác c bi t trên bi n; + ki m tra sau khi thao tác. - Các thao tác trên bi n ph i d a trên các nguyên lí, k thu t,

các h th ng và các trang thi t b ã c ki m ch ng.

6.3.2 Thao tác di chuy n giai n u

- H th ng y/kéo

239 240

Các h th ng y/kéo ph i ho t ng ng b v i m t t c t i thi u có tính n: Kho ng th i gian d i t i t i a cho phép; các t i tr ng quán tính t i a cho phép; th i gian l p ráp d nh i v i thi t

d phòng. - H th ng sà lan Ph i xem xét h th ng d n c a sà lan v kh n ng u ch nh

ng-gi m t i và h th ng d n d phòng trong nh ng u ki n: S thay i quá l n c a thu tri u, s ch m tr có th x y ra khi d i t i,

h ng các b m n c d n,..

6.3.3 V n chuy n trên bi n

a) Các nh ngh a: +Tàu mang t i (Carrier vessel) là tàu/sà lan/phao mang k t c u

n c v n chuy n; +Tàu v n chuy n (Tranpsport vessel) là tàu c s d ng nh m

cung c p l c di chuy n k t c u (ví d , tàu kéo lai d t ho c y);

+Thi t b v n t i (Tranpsport unit) là thi t b g m c tàu mang t i và tàu v n chuy n làm vi c cùng nhau nh m t thi t b (tàu lai có h dây lai n i v i k t c u)

b) Quy nh chung

- Ph i l a ch n ng v n chuy n trên bi n trên c s l u ý, xem xét:

+ các c m chuy n ng c a tàu; + các u ki n môi tr ng (k c chênh thu tri u); + vùng bi n; + các kho ng tr ng; + l u l ng giao thông;

+ quy t c h ng h i; + các tình hu ng b t th ng (n i n náu an toàn). - B t k tàu mang t i nào c ng c n ph i có ít nh t m t neo

cùng m t dây cáp ho c giây xích s n sàng th neo kh n c p; máy, i ho c nh ng thi t b t ng t ph i c l p t cho các thao tác

neo. - Các thi t b ch y u nh v , bu c, lai d t ho c y k t c u

ph i c xem xét k nh : + các thi t b ghép bu c; + các thi t b chêm chèn ho c ; + các giá lai d t; + dây ho c cáp lai d t ho c c n y; + các thi t b dây ho c cáp lai d t ho c y (ví d , các c c

cu n dây, t i...); + các dòng d c, các t m k p, móc, vòng xuy n, vòng u cáp; + các thi t b l y l i th ng b ng. - Các tàu v n chuy n và các b trí v n chuy n có liên quan (k

h dây lai d t) ph i c l a ch n b o m ch c ch n có c ki m soát và gi t c di chuy n úng i v i tr ng thái t i tr ng

thi t k : + tr ng thái bi n b t l i (s c c n c a sóng và dòng ch y); + tr ng thái dòng ch y b t l i; + các t i tr ng gió; + các ng th y b c m; + t c ch u lái t i thi u; + s t ng tác c a sóng/chân v t; + n nh h ng, n nh chuy n ng;

241 242

+ các thao tác ng t quãng. c) Thao tác lai d t - Các thi t b lai d t, k c cách s p x p các tàu lai d t, ph i

m b o: + s d ng có hi u qu s c kéo các c c; + n nh h ng; + thao tác tách r i n gi n; + l y l i th ng b ng n gi n các tàu lai d t khi tr t/ t dây

neo. - Các thi t b lai d t ph i c thi t k sao cho không x y ra

h ng trong quá trình làm vi c. - Các c u trúc dùng bu c dây kéo (các móc ho c c t bu c

dây) ph i c thi t k ch u l c kéo c a dây t b t k h ng nào. c ch u c c i c a b t k m t h nào dùng bu c, th ng không c nh h n giá tr nào l n h n trong hai giá tr sau: + 1,3 l n t i tr ng kéo t; + 4 l n l c ch u kéo t nh c a c t bu c tàu kéo. - Dây lai d t th ng ph i có t i tr ng kéo t t i thi u là:

+ TBL = 75P/ L + TBL = 3P

trong ó: TBL là t i tr ng kéo t t i thi u c a dây lai d t,t; P là l c kéo c c i t i c t bu c c a tàu lai d t,t; L là chi u dài dây lai d t, m.

Ch n s l n h n. - Ít nh t ph i có 2 b thi t b lai d t y (k c b n thân dây

lai d t) trên boong tàu lai d t ho c k t c u n i lai d t.

- Các t i lai d t c n có các c m thi t k t i thi u sau: u khi n thao tác t xa, trang b d ng c có th xác nh c t i tr ng lai d t, có kh n ng gi i phóng kh n c p dây lai d t (kèm theo kh

ng khôi ph c l i hoàn toàn ch c n ng u khi n sau khi gi i phóng kh n c p), s m t l c kéo ho c gi i phóng kh n c p nh v y s không làm tu t dây hoàn toàn kh i móc gi dây (t c là ng n ng a kh i b v ng r i), có các móc dây ho t ng theo „tác ng m m“

phòng các t i tr ng b t ch t. d) Lai d t dùng nhi u sà lan Khi lai d t dùng nhi u sà lan ph i c bi t xem xét n t i tr ng

ch do các nh h ng: dung sai ch t o, l ch có tính ch t th ng xuyên ho c bán th ng xuyên (ví d , l ch do phân b d n trên sà lan), l ch t c th i (ví d , tác ng c a sóng lên sà lan), không chính xác khi nh v ho c khi s p t), nghiêng ngang và nghiêng

c c a sà lan,.. Trong tr ng h p này, ph i phân tích n nh khi h ng i v i m t sà lan mà h h ng sà lan y d n n tr ng h p t i

tr ng h h ng b t l i nh t.

6.3.4 Các thao tác trên bi n giai n cu i

1) Quy nh chung Các thao tác l p t công trình vào v trí cu i cùng sau khi v n

chuy n trên bi n, thông th ng bao g m: h th y, l t, nh v , làm chìm, c m chân vào áy bi n, l y cân b ng, c nh ( óng c c, …) và các công vi c thi công cu i cùng.

a hình áy bi n t i hi n tr ng ph i c xác nh chính xác và ph i k n: sai s có th khi nh v , sai s có th c a thi t b hàng h i và dung sai c a các thao tác th c t .

Ph i xác nh n i và v trí tâm n i c a k t c u d a trên mô hình hình h c chính xác c a k t c u n i ti n hành thao tác trên bi n.

243 244

Các thao tác làm cân b ng, làm chìm, t d n, b d n ph i th c hi n trong u ki n c ki m soát liên t c. Tr các tình hu ng khi di chuy n t tr ng thái n nh này sang tr ng thái n nh khác c ch p nh n, t t c các thao tác nêu trên ph i có kh n ng v n hành ng c l i các giai n nguy hi m và có th d ng l i mà không c n dùng n n ng l ng d phòng.

2) H thu

Xét vi c h thu k t c u theo chi u d c t m t ph ng ti n v n i sà lan n. Vi c h thu ph i c b t u t m t ph ng th c

ki m soát c b ng cách tháo b các thi t b chèn gi cho t tr t và/ho c b ng cách y ho c kéo k t c u v t qua ma sát t nh (không dùng tàu kéo). Ph i nghiên c u s bi n i tr ng tâm c a k t

u theo c ph ng ngang và ph ng d c. Khi phân tích h thu ph i xét n t t c các tác ng do ch t t i

ho c do m t n nh gây ra, bao g m: + các t i tr ng thu t nh; + các t i tr ng thu ng; + t i tr ng gió; + tr ng l ng b n thân; + l c y n i; + các l c c a sà lan ; + các t i tr ng do chuy n ng; + các t i tr ng do bi n d ng; + các t i tr ng quán tính; + các t i tr ng va ch m. Trong su t quá trình h thu ph i m b o có kho ng tr ng

(kho ng tr ng n áy bi n).

Sà lan h thu ph i c trang b c bi t cho công tác h thu i các thông s c n ph i xem xét là:

+ kích th c sà lan; + v trí công trình trên sà lan; + m n n c, nghiêng ngang, nghiêng d c c a sà lan; + các tr ng thái môi tr ng gi i h n; + các thi t b tay òn và các gi i h n chuy n ng quay; + các thi t b ng tr t h thu ; + tháo ch n và ma sát h thu ; + sâu n c.

u boong sà lan có th b ng p trong quá trình h thu thì ph i xem xét toàn b các v n liên quan n s c này (ví d , l c thu

nh, n nh...). Ph i ch ng minh rõ ràng y n nh c a h th ng h thu

(sà lan h thu cùng tr t hay không cùng tr t) trong toàn b thao tác h thu .

Các h th ng t d n ho c d b d n c a sà lan h thu ph i có kh n ng t c các yêu c u h thu trong gi i h n th i gian

yêu c u. C n xem xét các kh n ng d phòng. Các thi t b gi không cho t tr t ph i c l p t trên sà lan

thu phòng ng a vi c h thu t ng t sau khi tháo b h chèn bu c.

Các v u gi dùng cho vi c h thu ph i c thi t k t tách ra sau khi h thu .

Ph i ch ng minh r ng k t c u c h thu s có tr ng thái n nh trong và sau khi thao tác h thu .

245 246

3) t (Upending)

Thao tác l t ph i c ti n hành theo m t ph ng th c u khi n c (ví d , b ng các thao tác u khi n vi c t d n, làm chìm và/ho c d b d n).

Khi hoàn thi n thao tác l t, k t c u v n ph i n i trong tr ng thái cân b ng v ng ch c v i n nh cao.

Vi c phân tích thao tác l t th ng ph i ti n hành xem xét t t c các tham s : t i tr ng thu t nh, t i tr ng thu ng, u ki n môi tr ng, sâu n c bi n, trình t t/b d n, các n i ghép c n c u (n u s d ng).

4) nh v , ánh chìm và d ng Khi ti n hành phân tích cho các thao tác nh v , làm chìm và

ng ph i xét n t t c các l c và các t i tr ng quan tr ng nh ng n s v n hành thao tác ang th c hi n. Nh ng tham s ó

là: chuy n ng t nh ti n và chuy n ng quay; t c và gia t c c c i; t i tr ng va ch m, t i tr ng dây n i, các t i tr ng môi tr ng, t i

tr ng thu t nh, ph n ng c a t, kh i l ng b n thân, các t i tr ng ch.

Các t i tr ng nh v ph i c ánh giá trong tr ng thái môi tr ng thi t k c c i.

Các móc gi dây dùng nh v g n trên k t c u ph i có kh ng ch u l c không nh h n 3 l n l c kéo t nh c a c t bu c có l c

gi t m nh nh t c a dây g n vào móc ó. Vi c làm chìm và d ng k t c u ph i c ti n hành theo cách

có th u khi n c b ng thao tác t d n, làm ng p n c ho c d n.

t c u ph i có y n nh trên áy bi n ch ng l i s nâng, l t và tr t tr c khi c c nh.

5) óng c c

Các k t c u óng c c ph i c làm ng m c, tránh làm ng c k t c u sau khi c c ã c óng.

Các n c c ph i c ánh d u m b o vi c l p các n c c úng theo trình t yêu c u trong thi t k . Vi c ánh d u

ng là thu n ti n cho vi c m nhát búa và xác nh t c , sâu âm xuyên c a c c.

Ph i ki m tra nh ng tham s c coi là quan tr ng i v i vi c u khi n các thao tác óng c c tr c và/ho c trong khi óng c c.

Nh ng thông s này g m: + nh n d ng kí hi u c a c c; + xuyên sâu c a c c do kh i l ng b n thân c c; + xuyên sâu c a c c do kh i l ng c a búa máy; + s nhát búa trong su t quá trình óng búa cùng v i kí hi u

nh n d ng c a búa máy s d ng các giai n khác nhau. i v i các búa máy có n ng l ng ra u ch nh c thì c n ghi l i và chú ý n ng l ng th c t ;

+ tr ng thái không bình th ng c a búa máy hay c a c c trong quá trình óng;

+ nh ng gián n trong khi óng c c, k c th i gian l p c c + th i gian óng m i n c c; + s tr i c a nút t và m t n c bên trong sau khi óng; + chi u dài th c t c a m i n c c và n c t b ; + các s li u thích h p t các b c th c hi n v t qua

ch i; + biên b n v công tác hàn và ki m tra hàn.

247 248

6) B m trám v a xi m ng

Ph i m b o h th ng phun v a có l thoát không khí và/ho c n c và v a th a có th thái ra c kh i vành và các khoang ch a v a do l ng phun b v t quá m c c n thi t.

Tr c khi b t u các thao tác phun v a ph i xác nh các c tính c a h n h p v a b ng vi c th nghi m các tính ch t nh : m t

, nh t, n nh (tách r i và ch y), th i gian ông c ng, ng ch u nén. 7) Ki m tra sau khi thao tác xong Ngay sau khi hoàn thành các thao tác l p d ng, ph i ti n hành

vi c ki m tra b ng m t công trình ã l p t phát hi n các h ng có th x y ra trong khi thao tác.

Ph i ghi chép l i các h h ng quan sát c và các v n liên quan n các h h ng ph i c phân tích và a vào báo cáo cùng

i các k t lu n thích h p.

Ch ng 7 Thi công công trình bi n bê tông c t thép

u

Ph ng pháp thi công công trình bê tông c t thép khác v i ph ng pháp thi công k t c u thép. Ph n móng th ng c ch t o trên khô, sau ó c a t khô sang tr ng thái n i và neo vùng n c sâu c a c ng. Lúc này ti n hành bê tông ph n c t

ng c p pha tr t. Khi t cao thi t k , chân c b m n c n b sung h th p xu ng, sau ó t sàn ch u l c ã c l p

ráp s n b ng kim lo i lên trên c t /các c t và l p các mô un th ng t ng còn l i. Cu i cùng gi m n c d n và lai d t n v trí s

ng, t i ây l i t ng n c d n h xu ng và t o v trí n nh cu i cùng. Th t các thao tác ch t o và l p t giàn khoan tr ng l c bê tông c t thép có th c tham chi u theo quy trình thi công giàn Kondtri (Nauy) Bi n B c (hình 7.1):

1. Ch t o ph n d i c a các tr móng chân ( bê tông trên khô/h chân móng, „dry dock“/„kotlovan“);

249 250

Hình 7.1. Th t thao tác thi công l p t giàn khoan bi n tr ng c bê tông c t thép

2. K t thúc vi c bê tông các tr móng (16 tr ) và b t u bê tông tr chân có s d ng c p pha tr t;

3. Gia t i t ng ph n công trình trong quá trình bê tông c t chân vùng n c sâu c a c ng ( sâu 270 m);

4. V n chuy n ph n th ng t ng ã c hoàn ch nh n g n chân ;

5. L p ph n th ng t ng vào chân ã c chu n b , ng th i l p ráp các mô un còn l i c a giàn;

6. Lai d t công trình n a m s d ng; 7. t công trình lên áy bi n ( sâu g n 120 m)

7.1 Ch t o k t c u bê tông c t thép công trình bi n tr ng c

7.1.1 V t li u và th nghi m v t li u

- Quy nh chung

+ Các v t li u c u t o, c t thép và các h th ng d ng l c c s d ng trong ch t o k t c u bê tông c t thép ph i tho mãn

các yêu c u phù h p v i các tiêu chu n hi n hành v v t li u. + Vi c th nghi m các v t li u ph i c th c hi n tr c và

trong khi ch t o kh ng nh ch t l ng c a các v t li u và m b o s n ph m có c ch t l ng quy nh.

+ Vi c th nghi m các v t li u ph i c th c hi n theo các tiêu chu n ã c phê duy t và kinh nghi m th c t ã có. Vi c th nghi m ph i c ti n hành b ng các d ng c ã c ki m tra và hi u ch nh.

+ Các tài li u v t t c các th nghi m ã th c hi n ph i c u gi a vào h s ch t o.

251 252

- Các v t li u c u t o

+ Xi m ng ph i c c p kèm theo ch ng ch c a nhà máy. Các xi m ng khác nhau, n u th c t cho phép, ph i c b o qu n

trong các xi lô khác nhau k t qu th nghi m trên hi n tr ng có th c ch rõ cho t ng m riêng bi t.

+ Vi c th nghi m xi m ng trên hi n tr ng c th c hi n trên s ng u nhiên trong su t giai n ch t o. T n su t l y m u

c quy nh d a trên kinh nghi m và c phê duy t tr c khi b t u ch t o. M u ph i là i di n cho xi m ng c c p. T n su t l y u ph i t ng khi: thay i nhà cung c p; thay i ch ng lo i/mác;

thay i các yêu c u v c tính c a bê tông; các k t qu th nghi m không phù h p; u ki n b o qu n không phù h p và các lí do khác.

+ Xi m ng c th nghi m ít nh t là xác nh các tính ch t sau: m n; th i gian b t u và k t thúc quá trình ông c ng; thành ph n ô-xít; c ng v a.

+ Các ph i li u ph i c th nghi m khi giao nh n hi n tr ng. N u dùng các ngu n ph i li u khác nhau thì các tính ch t v t li u ph i c xác nh n cho t ng ngu n. Các tính ch t c n xác nh là: kích th c h t (phân lo i theo l n); hàm l ng t p ch t h u

; kh i l ng riêng; c ng c a bê tông và c a v a có t l c p ph i chu n; thành ph n th ch h c và các tính ch t có nh h ng n tu i th c a bê tông; hàm l ng n c.

+ Các ph i li u c cung c p n hi n tr ng ph i c b o qu n trong thùng ho c trong các xi-lô, riêng t ng lo i và c h t. Các thùng/các xi-lô ph i c b trí sao cho b o v c ph i li u không

th m n c và b các tác ng có h i khác c a môi tr ng và ph i có d u hi u nh n bi t lo i ph i li u ch a bên trong.

+ Vi c th nghi m ph i li u ph i c th c hi n u n trong su t quá trình ch t o. T n su t l y m u ph i c quy nh trên c

ch t l ng và tính nh t quán c a ngu n c p c ng nh l ng bê tông c n dùng.

+ Ngu n n c ph i c kh o sát xem có thích h p và tin c y vi c c p n c hay không. N c không c ch a các t p ch t u c , các mu i có h i ho c các ch t khác có th có tác ng b t

i ho c có h i cho bê tông t i ho c bê tông ã ông c ng c ng nh c t thép. Ngu n cung c p ph i y và áng tin c y, m b o cung c p u n trong b t c giai n s n xu t nào ã d ki n tr c.

+ Ch t l ng c a n c tr n v a ph i c ánh giá b ng các th nghi m các kho ng th i gian c u ch nh cho m i m t tr ng h p c p n c (ngu n n c máy công c ng ho c ngu n n c khác) theo tho thu n gi a bên ch t o và c quan có th m quy n.

+ Các ch t ph gia cung c p cho hi n tr ng pha tr n ph i kèm theo các báo cáo th nghi m kh ng nh các tính ch t ã quy

nh. Các ph gia ph i c th nghi m t ng t trên hi n tr ng và xác nh các tính ch t nh : m c (ví d , sau khi pha tr n 5 phút và 30 phút), co ngót/tr ng n , yêu c u v n c i v i m c ã cho, c ng nén và u n 1,3,28 và 91 ngày.

- t thép và các b ph n c a h th ng t o d ng l c + T t c các c t thép cung c p n n i ch t o ph i có ch ng

ch kh ng nh s phù h p các yêu c u quy nh. Thép ph i c ánh d u y nh n d ng khi chuy n n. Các d u hi u ph i

c gi gìn có th truy tìm m i khi c n s d ng. + Ph i b o qu n các c t thép sao cho ng n ng a c n mòn

và làm m t d u ã ánh. C t thép ph i c b o qu n riêng r theo kích th c và ch ng lo i.

+ Các b ph n c a h th ng t o d ng l c c n ph i c cung p kèm theo các ch ng ch , có d u hi u truy tìm, ph i c b o

qu n phù h p.

253 254

+ T t c các m i hàn ph i c ki m tra 100% b ng tr c quan. Các m u hàn ph i c l y các kho ng th i gian u n. Có th yêu c u th b ng b t t các n nguy hi m. Vi c th nghi m c

c các ch n i c h c c t thép ph i bao g m: Tr c khi ch t o (ba th nghi m kéo t i ch n i c làm t i ch ) và trong quá trình ch

o (các th nghi m kéo v i 1% c a t t c các ch n i ã th c hi n). - Th nghi m trong quá trình s n xu t

+ Tr c khi ti n hành ch t o, các tính ch t c a h n h p bê tông ã nh ph i c xác minh b ng th nghi m các m u l y ra t lo t n h p c n th . Vi c th nghi m ph i tuân theo tiêu chu n ã ban

hành và ã tho thu n, ví d nh tiêu chu n ASTM (American Society for Testing and Materials), TCVN 3119 : 1979.

+ Các tính ch t sau ây ph i c ch ng minh: t l thành ph n a h n h p, m c, s t và hàm l ng khí; c ng ch u

nén; th i gian ông c ng và s t ng tr ng c ng ; các mô un àn h i v nén; tính ch ng th m c a bê tông ã ông c ng; tính lâu n theo yêu c u c a quy nh k thu t và tác d ng c a các ch t ph

gia. + Trong quá trình ch tao, bê tông ph i c th nghi m u

n v c ng , hàm l ng khí, c ch c, nhi t và kh i ng riêng nh quy nh trong b ng 7.1.

- Th nghi m bê tông trong công trình + Th nghi m bê tông trong công trình b ng các m u c c a

t ho c khoan ra t công trình ho c b ng các ph ng pháp không phá hu (NDE). Quy mô, v trí và ph ng pháp th nghi m ph i c tho thu n v i c quan có th m quy n cho t ng tr ng h p. Ph i

ng s l n th nghi m trong các tr ng h p: các m u th c ng tiêu chu n ch ra giá tr c ng th p khác th ng, bê tông có ch t

ng kém nhìn th y rõ, bê tông ã b xâm th c hoá h c n ng ho c b

ng 7.1. n su t th nghi m bê tông trong quá trình s n xu t

Tham s n su t C ng t l n l y m u trong m i ca và th ng

không ít h n m t l n cho m i 100 m3 ho c ít nh t m t l n l y m u m i khi thay i t

c p ph i, l y theo cách nào cho s l n y m u nhi u h n

Hàm l ng khí, nhi t và ch c c

Ba l n trong m i ca ho c m i khi l y m u th c ng

M t (kh i l ng riêng)

t l n trong m i ca

ch y, bê tông ã b ông l nh ho c khô quá s m trong quá trình

ng h , quan sát th y ho c nghi ng vi c m, b o d ng không .

+ so sánh các k t qu th nghi m, ph i xây d ng m i quan gi a các k t qu th các m u chu n và các k t qu th nghi m

bê tông trong công trình. - Các v t li u phi xi m ng + Các v t li u phi xi m ng là nh ng v t li u nh êpôxy,

pôlyurethan, chúng c ch t o c bi t dùng k t h p v i bê tông k t c u ho c nâng cao các tính ch t c a bê tông ho c b sung, s a ch a và thay th bê tông.

+ Các v t li u phi xi m ng c cung c p ph i kèm theo các báo cáo th nghi m nêu rõ thành ph n và các tính ch t c a v t li u. V t li u ph i c l u kho và b o qu n theo khuy n ngh c a nhà cung

p.

255 256

7.1.2 Công tác ván khuôn

- Thi t k , v t li u và ghép ván khuôn + Ván khuôn ph i c ng , c ng và n nh kích

th c ch u ng c các t i tr ng do vi c , m và rung bê tông gây ra. H n n a, ph i xem xét các u ki n ván khuôn ch u các t i tr ng t m th i và t i tr ng môi tr ng tr c, trong và sau khi

bê tông. + Các thao tác ghép ván khuôn ph i c mô t trong quy trình

ghép ván khuôn. Có th ph i th nghi m tính kh thi hi n tr ng i v i các thao tác ghép ván khuôn ph c t p.

- X lí b m t và công vi c chu n b cu i cùng c a công tác ván khuôn

+ Lúc hoàn thành vi c d ng ván khuôn và trong quá trình thao tác ghép ván khuôn ph i m b o r ng không có v t l n m trong ván khuôn. Có th s d ng ván khuôn có l p ph c nh ít dính.

+ Ph i ki m soát kích th c trong và sau khi hoàn thành ván khuôn, t i thi u ph i bao g m: d ng hình h c và kích th c các ti t di n ngang; d ng hình h c t ng th , g m c l ch kh i d ng lí thuy t và s không th ng hàng

7.1.3 C t thép và thép c u t o

- C t thép + C t thép ph i úng ch ng lo i, mác và kích th c ã quy nh

trong các b n v và ph i c t nh ng kho ng cách, v i các u i và v i các chi u dày l p bê tông b o v quy nh. B m t c t thép

ph i s ch và ph i c b o v cho t i khi bê tông.

+ C t thép c u n ngu i. Vi c hàn n i c t thép ph i do th hàn trình th c hi n.

+ C t thép ph i c và c nh ng n c các d ch chuy n ng u nhiên trong quá trình t ván khuôn và trong khi ,

m, rung bê tông. + Chi u dày l p bê tông b o v ph i c m b o b ng các

mi ng chèn c ng c gi ch c. Không s d ng các mi ng chèn g . + Ph i chú ý n vi c th c hi n các m i n i c t thép và các vùng

lân c n xung quanh neo d ng l c. - Các ng d n và h c neo d ng l c + Các ng d n và h c neo d ng l c ph i úng ch ng lo i và

kích th c ã nêu trong h s và ph i c l p t theo quy nh trong các b n v .

+ B m t các ng d n và h c neo ph i c b o v : không b n, không h h ng c h c, không có m nh v n và th ng.

- Thép c u t o

+ Khi c n thi t ph i t thép c u t o d ng xuyên sâu hay ng ai . Ph i gi b m t c a thép c u t o không có ch t b n,

không có các h h ng c h c ho c n mòn tr c khi b t u bê tông

+ Ph i c c nh tránh các d ch chuy n ng u nhiên trong các giai n ch t o ti p theo; ph i xem xét s truy n nhi t vào bê tông khi hàn. Các thép c u t o t m th i ph i c b o v ch ng n mòn.

- Thanh tra và ki m tra

Trong và sau khi l p t c t thép, ng d n, các h c neo và thép u t o ph i th c hi n công tác thanh tra và ki m tra. Vi c thanh tra

và ki m tra t i thi u ph i bao g m: + kích th c, ch ng lo i, mác, kho ng cách và chi u dày l p bê

tông b o v c t thép;

257 258

+ kích th c, ch ng lo i, v trí c a các ng d n và h c neo; + ch ng lo i và v trí thép c u t o; + s phù h p các quy trình th c hi n.

7.1.4 Tr n v a và bê tông

- Quy nh chung + Tr c khi b t u ch t o, các tính ch t c a h n h p v a và

bê tông d ki n ph i c xác minh nh th nghi m các m u l y t lo t các h n h p này.

+ Các v t li u c u t o ph i c cân o b ng tr ng l ng. Không c o theo th tích, n u chính xác ch a c ch ng minh th ng xuyên. L ng n c s d ng cho các h n h p ph i

c u ch nh theo hàm l ng n c trong các ph i li u.

7.1.5 V n chuy n, , m và d ng h bê tông

- n chuy n

+ Vi c v n chuy n bê tông t tr m tr n t i n i ph i c t ch c m b o cung c p bê tông ch t l ng t i u t i n i .

+ Ph i tránh bê tông t i b phân l p. N u tr ng h p th i gian ông c ng s m có th gây ra s c thì ph i xem xét b trí l i tr m

tr n. Ph i s d ng xe tr n bê tông ki u quay v n chuy n t tr m tr n, dùng b m ho c g u rót bê tông vào khuôn.

- và m bê tông

+Tr c khi bê tông ph i ki m tra ván khuôn, c t thép, ng n, h c neo và thép c u t o; ngay tr c khi bê tông ph i ki m tra

ván khuôn lo i b các m nh v n ho c v t l làm h i ch t l ng bê tông.

+ Các m i n i ch t o ph i c chu n b b ng cách lo i b l p váng v a xi m ng và l các ph i li u c a bê tông ã tr c. Ph i chú ý trong quá trình bê tông c t thép và thép c u t o không b xê d ch ng u nhiên.

+ Ph i m k , c n th n, m b o bê tông thâm nh p vào t t các l r ng và ng nh t. Tránh va ch m thi t b rung vào c t thép.

+ Chú ý c bi t n vi c bê tông nhi t th p và cao. + Các biên b n v nh n d ng h n h p, các v t li u c u t o, kh i

ng, th i gian tr n, nhi t c a h n h p, b ph n c a k t c u, vi n n các m u th nghi m ã l y... ph i c l u gi y .

- o d ng +Bê tông ph i c b o d ng y có tu i th c c i và

tránh b n t. Th i gian b o d ng th ng không ít h n hai tu n. + B o d ng bê tông là gi cho b m t bê tông luôn m b ng

c ng t. - Hoàn thành

+ Không c tháo ván khuôn cho n khi bê tông ch a t ng thi t k và ch u c tác ng c a các t i tr ng khác do

môi tr ng ho c do các ho t ng ch t o. + Sau khi tháo ván khuôn ph i b các mi ng chèn các m t

ng ng v i chi u dày l p bê tông b o v và các l h ng này ph i c trám l i b ng v a xi m ng. + Ki m tra b m t bê tông và ánh d u nh ng vùng c n s a

ho c c n ki m tra ch t l ng l i.

259 260

7.1.6 Hoàn ch nh các h th ng t o d ng l c

- Lu n và c ng các bó cáp + Tr c khi lu n các bó cáp vào ng d n thì các h c neo và ng

n ph i không h h ng, không b n mòn. + Vi c t o l c các bó cáp ph i c ti n hành theo quy trình c a

nhà ch t o quy nh v : trình t kéo c ng bó cáp nhi u s i, s b c kéo c ng, quan h gi a dãn dài và l c kéo c ng, l ng c ng d

bù tr cho t bi n, các yêu c u i v i thi t b . + Các u thò ra c a bó cáp ph i c b o v và l c c ng cu i

cùng trong t ng bó cáp ph i c ghi l i. - Phun v a vào trong các ng d n

+ Quy trình phun v a ph i c chu n b v i các n i dung: Các tính ch t c a v a t i nh s t, nh t, m t ...; yêu c u i v i

a ông c ng; yêu c u i v i m tr n và chia m tr n; bi n pháp n chuy n v a t i; các yêu c u i v i thi t b b m và các thi t b

khác; áp su t b m; s l ng và cách b trí các l thông trên ng; các c m thao tác khó nh phun v a vào ng d n dài, th ng ng;

các m l y m u th ch t l ng v a; các bi n pháp phòng ng a trong tr ng h p thi t b h h ng, t c ngh n v a...

+ Tr c khi b t u thao tác ph i m b o ch c ch n r ng h th ng phun v a ho t ng t t và khí c ng nh v a th a có th thoát ra kh i ng d n v i t c v t quá t c n p vào.

+ Các biên b n ph i c l u gi trong quá trình phun. M i m ph i ghi l i các thông tin liên quan nh : nh n d ng h n h p, các v t li u c u t o, tr ng l ng, th i gian tr n, th tích, ng d n c phun

a, vi n d n các m u th ,...

7.1.7 Công tác hi u ch nh, s a ch a

- Quy nh chung + Các quy trình s a ch a ph bi n nh t th ng ph i có s n

ngay khi b t u ch t o. + Các v t li u s a ch a trong quá trình ch t o ph i c phê

duy t tr c khi s d ng. Các tính ch t liên quan bao g m: c ng và s t ng tr ng c ng ; các c tr ng bi n d ng, các tính ch t nhi t, s dính k t v i bê tông, tính n nh/tính lâu b n trong môi tr ng, tu i th .

7.1.8 Ch ng n mòn

- Ph i xem xét s d ng các h th ng ch ng n mòn thích h p nh : t o l p ph , an t hy sinh hay dòng n ngoài t ng t trong

c 6.1.4. - c bi t ph i chú ý n vi c ch ng n món các m i n i l p

ghép, vùng liên k t gi a thép và bê tông…

7.1.9 Các h s tài li u hoàn công

- Quy nh chung

Ph i chu n b b h s y liên quan n toàn b công vi c ch t o. H s này ph i c biên so n song song v i quá trình ch

o. H s biên so n ph i có tính h th ng và có th truy tìm ngu n c. H s này ph i ph n nh c t t c các th nghi m, các s a i, các ph n b sung, các hi u ch nh và các soát xét c th c hi n

trong su t giai n ch t o cung c p thông tin cho quá trình khai thác v sau.

- s ch t o k t c u bê tông ít nh t ph i g m có:

261 262

+ Các bi n pháp m b o ch t l ng/s tay ki m tra ch t l ng; + Các b n quy nh k thu t và các tài li u v ch t l ng quy

trình hàn; + Ch ng ch v t li u thích h p; + Tài li u v x lí nhi t sau khi hàn c t thép; + Các tài li u v ki m tra không phá hu (NDE); + Các biên b n v ki m tra kích th c; + Các b n v hoàn công; + Thông tin v các v n t n t i và các v n khác.

7.2 V n chuy n và ánh chìm k t c u công trình bi n tr ng c

7.2.1 Quy nh chung

- Các công vi c sau ây c n ph i c xem xét khi v n chuy n t c u công trình bi n tr ng l c:

+ chuy n n i; + lai d t; + nh v ; + làm chìm; + l p t các h th ng neo/dây neo; + các thao tác c bi t trên bi n; + ki m tra sau khi thao tác. - Các thao tác trên bi n ph i d a trên các nguyên lí, k thu t,

các h th ng và các trang thi t b ã c ki m ch ng. - các thao tác trên bi n c th c hi n an toàn, ph i l p

t k ho ch h p lí, rõ ràng cho các quá trình thao tác.

- Các quy trình thao tác trên bi n ph i m b o là khi c n có th d ng thao tác hay th c hi n ng c l i.

- Ph i xem xét y m i quá trình ng phó v i các tình hu ng kh n c p và b t ng trong khi thao tác trên bi n, c th ph i xem xét kh n ng d phòng c n thi t v h th ng, v các trang thi t

và ng i ng phó v i các tình hu ng này. - Các phân tích v tin c y có th c s d ng nh m t

công c ánh giá các thao tác trên bi n. Trong nh ng tr ng h p nh v y ph i nêu rõ m c an toàn cho phép t c.

- Có th s d ng mô hình v t lí, ho c hi u ch nh các phân tích d báo, ho c xác nh các thông s không th tính toán tr c ti p c.

- Khi thích h p ph i b trí ph ng ti n thu nh n thông tin v báo th i ti t t các ngu n cung c p ã c công nh n, t i các

th i kho ng u n, tr c và trong khi th c hi n các thao tác trên bi n.

- Tr c m i thao tác trên bi n ph i b o m r ng m i h th ng thi t b ã c chu n b k và các trang thi t b ang tr ng thái làm vi c t t.

- Khi thi t k ph ng án thi công c n l u ý: + Ph i xem xét t t c các y u t môi tr ng có th nh h ng

n các thao tác trên bi n nh : gió, sóng, dòng ch y, n c dâng do bão, thu tri u, b ng, tuy t, nhi t , t m nhìn và ng t. C n xây

ng các ch tiêu gi i h n thích h p cho m i thao tác trên bi n. + Ph i tính toán chính xác kh i l ng và tr ng tâm c a k t c u

chung và c a các b ph n riêng l lúc b t u và trong quá trình di chuy n, c bi t các b ph n nh y c m v i thu tri u, thu ng...

+ Nói chung, m t lo i t i tr ng thi t k n l không i di n y cho các thao tác trên bi n mà ph i do t h p các lo i t i tr ng

khác nhau. Vì v y, v nguyên t c các thao tác trên bi n ph i c

263 264

xem xét t ng b c và tr ng h p t i tr ng nguy hi m nh t i v i ng ph n t c th ph i c xác nh.

- Thi t b ki m soát

+ Tu thu c vào m c ph c t p và kho ng th i gian s th c hi n các thao tác trên bi n, ph i b trí các h th ng, các thi t b c n thi t duy trì s ki m soát y khi ti n hành các thao tác trên bi n trong u ki n bình th ng c ng nh trong u ki n kh n c p,

c bi t là các h th ng n, h th ng ch ng cháy, h thông thông tin liên l c, các h th ng u khi n t ng và u khi n b ng tay.

- th ng d n

+ Khi các thao tác trên bi n liên quan n h th ng d n thì ph i o m r ng các h th ng d n, k c các h th ng ki m tra h

th ng d n ph i c b trí thao tác t xa, t m t m u khi n trung tâm t trên ph ng ti n ó.

7.2.2 Thao tác làm n i

a) Tr c khi làm ng p n c tàu - Tr ng thái óng c a t t c các van thông ra bi n t k t c u

n làm n i ph i c ch ng minh b ng v n b n là ang tr ng thái úng, tr c khi thao tác làm ng p n c tàu khô.

- Chân khay c a các k t c u tr ng l c th ng có yêu c u ph i chia nh gi m hi u ng b m t t do (FSE), ph i xem xét m i s liên quan n hi u ng này.

- Ph i m b o r ng n c có th t do dâng lên m i vùng c n làm ng p và b t k túi khí nào c ng ph i c thoát m c không tác ng b t l i cho k t c u khi thao tác.

b) th ng m khí

u s d ng các h th ng m khí t kho ng tr ng áy thì ph i m b o là ã s d ng c a van n c thích h p. C a van

c l a ch n ph i c xem xét v : - s t o khoang d i áy; - tr ng thái môi tr ng; - h u qu c a s m t khí. c) Ki m tra

Các tham s c coi là quan tr ng u khi n các thao tác làm n i k t c u ph i c ki m tra tr c khi và/ho c trong khi thao tác. Nh ng tham s nh v y g m:

- c a vào c a n c (ví d , bên d i k t c u v i các áy khép kín r ng);

- l ng choán n c, s cân b ng tr ng t i, nghiêng, kho ng tr ng d i áy;

- v trí và h ng c a k t c u; - u ki n môi tr ng (k c thu tri u); - áp l c khí trong các khoang có khí áp; - s l t khí. Nh ng ch d n c a t t c các tham s này ph i c a vào s

tay h ng d n thao tác trên bi n.

7.2.3 V n chuy n trên bi n

a) Các nh ngh a - giàn tr ng l c bê tông là giàn t n i óng vai trò nh m t tàu

mang t i (Carrier vessel); - tàu v n t i (Tranpsport vesel) là tàu c s d ng nh m cung

p l c di chuy n k t c u (ví d , tàu kéo lai d t ho c y);

265 266

b) Ph i xem xét các quy nh chung, quy nh v lai d t c ng nh quy nh v lai d t dùng nhi u xà lan t ng t nh trong m c 6.3.3.

c) Thao tác lai d t k t c u t n i i v i các giàn khoan tr ng l c bê tông ho t ng nh m t v t

c lai d t t n i m t s n i dung c n c xem xét là: - n nh; - các c m chuy n ng; - các t i tr ng bi n/sóng; - t ng tác gi a giàn c lai d t và tàu; - th n i c a giàn; - t i tr ng lai d t.

7.2.4 Thao tác trên bi n giai n cu i

a) Quy nh chung - Giai n k t thúc là giai n l p t công trình vào v trí cu i

cùng sau khi v n chuy n trên bi n. Các thao tác này bao g m: + nh v ; + làm chìm; + c m chân khay vào áy bi n; + l y cân b ng + l p d ng cu i cùng. - Ph i xác nh n i và v trí tâm n i c a k t c u d a trên mô

hình hình h c chính xác c a k t c u n i ti n hành thao tác trên bi n.

- Các thao tác làm cân b ng, làm chìm, t d n, b d n ph i th c hi n trong u ki n c ki m soát liên t c. Tr các tình hu ng khi di chuy n t tr ng thái n nh này sang tr ng thái n nh khác

c ch p nh n, t t c các thao tác nêu trên ph i có kh n ng v n hành ng c l i các giai n nguy hi m và có th d ng l i mà không c n dùng n n ng l ng d phòng.

- Khi ti n hành phân tích cho các thao tác nh v , làm chìm ph i xét n t t c các l c và các t i tr ng quan tr ng nh h ng n

v n hành thao tác ang th c hi n, bao g m: + chuy n ng t nh ti n và quay có liên quan; + các t c và gia t c c c i; + các t i tr ng va ch m; + các t i tr ng y n i; + các t i tr ng môi tr ng; + các t i tr ng thu t nh; + ph n ng c a t; + kh i l ng b n thân; + các t i tr ng l ch;... - K t c u ph i c m b o n nh trong t t c các thao tác

nh v và làm chìm. - Các thanh d n, các thanh ch ng va, các m ch n và các c u

trúc chân c m... g n ch t vào công trình ho c vào áy bi n ph i có b n ch u ng c các tr ng thái gia t i t ng ng có th

phát sinh trong quá trình nh v và làm chìm. b) nh v - Các t i tr ng nh v ph i c ánh giá trong tr ng thái môi

tr ng thi t k c c i. - Các móc gi dây dùng nh v g n trên k t c u ph i có kh

ng ch u l c không nh h n 3 l n l c ch u kéo t nh c a c t bu c có c gi t m nh nh t c a dây g n vào móc ó. Các móc ph i c thi t

ch u c t i tr ng lai d t t b t k h ng nào.

267 268

- Khi thao tác trên , ví d vi c nh v k t c u trên h d ng c l p t t tr c, ph i quan tâm c bi t n các v n sau

ây: + nh v chính xác các c c ; + kho ng tr ng gi a các c c và khuôn giàn ã l p t tr c; + kho ng tr ng gi a c u trúc và c u trúc áy bi n; + các t i tr ng va ch m; + s h h ng c a m t dây neo nh v b t k nào; + s ng p n c c a m t khoang n i b t k nào c a k t c u. c) Làm chìm

- Vi c làm chìm k t c u ph i c ti n hành theo cách có th u khi n c b ng t d n, làm ng p n c ho c b d n.

- K t c u ph i có n nh trên áy bi n ch ng l i s nâng, l t và tr t tr c khi c m chân khay xu ng áy bi n.

- H th ng làm ng p n c ph i c thi t k sao cho t c làm chìm có th c th c hi n úng trong kho ng th i gian quy

nh. - Ph i t d n h p lí ch ng l i s lún không u có th có. - Kh n ng d tr d n ph i th ng c s c c n xuyên

c i nh m t c xuyên sâu yêu c u. - S âm xuyên c ng ph i c ki m tra theo xuyên sâu

yêu c u. Nh ng thay i c c b trong tr ng thái t có th yêu c u t d n l ch tâm trong quá trình thao tác. Trong quá trình thao tác, t c u ph i c duy trì s th ng ng ho c nghiêng trong ph m vi

dung sai cho phép. N u s âm xuyên c tr giúp b i vi c h th p áp l c n c trong khoang chân khay xu ng th p h n c t áp n c bi n xung quanh thì yêu c u ph i bi t chi ti t v tr ng thái c a t các m c xuyên sâu và ki m tra k càng các c t áp khác nhau. T c

âm xuyên th c t c a các chân khay và v u c m ph i c ki m tra theo thi t k .

d) Ki m tra

- Các tham s c coi là quan tr ng i v i vi c u khi n thao tác nh v và làm chìm ph i c ki m tra tr c và trong quá trình thao tác. Các tham s ó có th bao g m:

+ các tr ng thái môi tr ng; + s nh h ng, nh v và l y cân b ng; + t c và gia t c; + các thao tác t d n; + các tr ng thái van; + xuyên sâu. e) Ki m tra sau khi thao tác xong

- Ngay sau khi hoàn thành các thao tác l p d ng, ph i ti n hành vi c ki m tra b ng m t công trình ã l p t phát hi n các

h ng có th x y ra trong khi thao tác. - Ph i ghi chép l i các h h ng quan sát c và các v n

liên quan n các h h ng ph i c phân tích và a vào báo cáo cùng v i các k t lu n thích h p.

269 270

Tài li u tham kh o 1. Recommended Practice for Planning, Designing and

Constructing Fixed Offshore Platforms. API Recommended Practice 2A. 19th Edition, August 1, 1991.

2. DNV (Det Norske Veritas). Rules for Classification of Fixed Offshore Installations. 1993.

3. TCVN 6170: 1-12 (1996 – 2002). Tiêu chu n Vi t Nam v Thi t k và Thi công công trình bi n c nh.

4. TCVN 2737: 1995. T i tr ng và tác ng – Tiêu chu n thi t .

5. TCVN 5575: 1991. K t c u thép – Tiêu chu n thi t k . 6. TCVN 5574: 1991. K t c u bê tông c t thép – Tiêu chu n

thi t k . 7. DNV-OS-C502 (2007) Offshore Standard. Offshore Concrete

Structure. 8. BREBBIA C.A., WALKER S. - Dynamic Analysis Structures -

London – 1979, Leningrad 1983 (B n d ch ti ng Nga). 9. Thomas H. Dawson. Offshore Structural Engineering. Leningrad 1989 (B n d ch ti ng Nga).

10. Phân tích ánh giá tr ng thái k thu t và ki n ngh gi i pháp a ch a k t c u chân giàn khoan bi n c nh. S n (Ch

biên). Hà N i, 1998.

Các Ph l c

Ph l c A S d ng SAP2000 trong tính toán thi t k công trình bi n

Xét chân giàn khoan bi n c nh b ng thép nh trên hình A1

Hình A1

Sóng tính toán có chi u cao 6,0 m, chi u dài 90 m v i chu k sóng kho ng 7,87s. Gi s h ng truy n sóng song song v i m t bên c a công trình. Chi u sâu n c khi bão là 24 m. T t c các thanh

ng c a chân u là ph n t ng có ng kính ngoài là 1,22 m và chi u dày thành ng là 38 mm. Các thanh ngang và thanh xiên có

ng kính ngoài là 0,61 m và chi u dày 12,7 mm. C 4 phía c a

271 272

chân u nh nhau. Ph n th ng t ng có tr ng l ng 2224 kN. c ích c a tính toán là ki m tra tr ng thái b n và n nh c a các

thanh, ki m tra u ki n liên k t c a các nút. Lý thuy t v các m c ki m tra này ã c trình bày trong ch ng 4.

Các thông s nh p vào ch ng trình SAP có d ng các b ng: 6 b ng, trong các b ng gi nguyên các ký hi u nh p vào:

ng 1: T a nút và các u ki n ràng bu c t i chân chân

Joint X Y Z U1 U2 U3 R1 R2 R3

1 0 0 0 Yes Yes Yes Yes Yes Yes

2 0 0 15

3 0 0 30

4 15 0 0 Yes Yes Yes Yes Yes Yes

5 15 0 15

6 15 0 30

7 0 15 0 Yes Yes Yes Yes Yes Yes

8 0 15 15

9 0 15 30

10 15 15 0 Yes Yes Yes Yes Yes Yes

11 15 15 15

12 15 15 30

ng 1: a nút và các u ki n ràng bu c t i chân chân ng 2: hi u nút u-cu i c a thanh và m t c t thanh ng 3: Các thông s m t c t ng 4: Các tr ng h p t i ng 5: Các thông s c a tr ng h p t i sóng ng 6: Các thông s sóng

ng 2: S hi u nút u-cu i c a thanh và m t c t thanh

Frame JointI JointJ t c t

1 1 2 FSEC1

2 2 3 FSEC1

3 4 5 FSEC1

4 5 6 FSEC1

5 2 5 FSEC2

6 3 6 FSEC2

7 2 6 FSEC2

8 7 8 FSEC1

9 8 9 FSEC1

10 10 11 FSEC1

11 11 12 FSEC1

12 8 11 FSEC2

13 9 12 FSEC2

273 274

14 8 12 FSEC2

15 9 3 FSEC1

16 12 6 FSEC1

17 8 2 FSEC1

18 11 5 FSEC1

19 9 2 FSEC2

20 12 5 FSEC2

ng 3: Các thông s m t c t SectionName Material Shape D tw

FSEC1 STEEL Pipe 1.22 0.038

FSEC2 STEEL Pipe 0.61 0.0127

ng 4: Các tr ng h p t i (t i tr ng b n thân, kh i th ng t ng và sóng)

LoadCase DesignType SelfWtMult AutoLoad

Dead DEAD 1

ThuongTang DEAD-LIVE 0

Song WAVE 0 API RP2A-WSD2000

ng 5: Các thông s c a tr ng h p t i sóng LoadCase WaveChar DICoeff BuoyLoad DirAngle WWtDensity

Sóng Default API Default Yes 0 10053.599

ng 6: Các thông s sóng WaveChar SWaterDepth WaveHeight WavePeriod WaveTheory

Default 24 6 7,87 Linear

i các d li u ã cho, ta có th nh p vào ch ng trình tính.

ây ta không i chi ti t vào cách nh p d li u vì v n này ph thu c vào phiên b n c a ch ng trình. Chi ti t có th tham kh o thêm

ng d n s d ng c a t ng ch ng trình c th . Trong cu n sách này, s d ng ch ng trình SAP2000, phiên b n 10.0.0.7, nh p d li u vào ta có mô hình k t c u và t i tr ng sóng trên hình A2:

Ki m tra b n và n nh Sau khi s d ng ch c n ng phân tích (Analysis) r i t i ch c

ng thi t k k t c u thép (Steel Frame Design), ch ng trình có th hi n th k t qu i v i t t c các thanh c n ki m tra. ây, làm ví

, ta xu t ra k t qu tính toán b n và n nh i v i thanh 7 (thanh chéo m t bên, k t qu ki m tra cho ra 7 ph n: t 1 n 7):

ng: Ki m tra b n và n nh, Part 1 of 7 Frame Status P MMajor MMinor T Text Text N N-m N-m N-m

7 No Messages 1.05E+05 1.86E+04 -1.50E+02 -8.34E+02

275 276

Mô hình k t c u và ánh s các thanh, ph n t

i tr ng sóng tác ng lên k t c u

Hình A2

ng: Ki m tra b n và n nh, Part 2 of 7

Frame TotalRatio PRatio MMajRatio MMinRatio PDsgn ffa

Text Unitless Unitless Unitless Unitless N N/m2

7 4.72E-02 2.33E-02 2.39E-02 1.93E-04 1.05E+05 4.41E+06

ng: Ki m tra b n và n nh, Part 3 of 7

Frame Fa Ft Fxe Fxc Fh Fhc

Text N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2

7 9.84E+07 1.89E+08 2.50E+09 3.15E+08 0.00E+00 7.63E+07

ng: Ki m tra b n và n nh, Part 4 of 7

Frame Fhe Fx A B HydroPress MMajDsgn

Text N/m2 N/m2 Unitless Unitless N/m2 N-m

7 7.63E+07 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 1.86E+04

ng: Ki m tra b n và n nh, Part 5 of 7 Frame ffbMajor FbMajor CmMajor MMinDsgn ffbMinor FbMinor

Text N/m2 N/m2 Unitless N-m N/m2 N/m2

7 5.32E+06 2.23E+08 1.00E+00 -1.50E+02 4.31E+04 2.23E+08

ng: Ki m tra b n và n nh, Part 6 of 7

Frame CmMinor Fy VMajor VMajorRatio ffvMajor FvMajor

Text Unitless N/m2 N Text Text Text

7 1.00E+00 3.15E+08 5.91E+03 3.93E-03 4.96E+05 1.26E+08

277 278

B ng: Ki m tra b n và n nh, Part 7 of 7

Frame VMinor VMinorRatio ffvMinor FvMinor

Text N Text Text Text

7 9.85E+01 0.00E+00 0.00E+00 1.26E+08

Trong các b ng trên các thông s ã c gi i thích (xem

ch ng 4), g m: P (l c d c tr c); MMajor và MMinor (các mômen n), VMajor và VMinor (các l c c t); T (mômen xo n); TotalRatio

(các h s ng su t t ng kéo-nén-u n); PRatio (h s ng su t kéo- nén); MMajRatio và MMinRatio (h s ng su t u n); PDsgn (l c d c tr c thi t k ); ffa ( ng su t d c tr c thi t k ); Fa ( ng su t nén cho phép); Ft ( ng su t kéo cho phép); Fxe ( ng su t m t n nh c c b tr ng h p àn h i); Fxc ( ng su t m t n nh c c b tr ng h p phi àn h i); Fh ( ng su t vòng do áp l c th y t nh); Fhc ( ng su t

t n nh vòng t i h n); Fhe ( ng su t m t n nh vòng àn h i); Fx (h s an toàn i v i nén d c tr c khi ki m tra t h p c a nén

c tr c và áp l c th y t nh); A và B (các h s khi ki m tra t h p a kéo d c tr c và áp l c th y t nh); HydroPress (áp l c th y t nh);

MMajDsgn và MMinDsgn (mômen u n thi t k ); ffbMajor và ffbMinor ng su t u n thi t k ); FbMajor và FbMinor ( ng su t u n cho

phép); CmMajor và CmMinor (h s gi m ng su t); Fy (gi i h n ch y c a v t li u); VMajorRatio và VMinorRatio (h s ng su t c t); ffvMajor và ffvMinor ( ng su t c t thi t k ); FvMajor và FvMinor ( ng su t c t cho phép).

Qua các b ng ta th y các u ki n c n ki m tra u c th a mãn, do ó thanh t yêu c u v an toàn và n nh. Tr ng thái c a thanh (c t “Status” c a b ng 1 of 7) c xác nh là No Messages,

c là không có c nh báo.

Ki m tra liên k t nút d ng ch c n ng API Punching Load Check, ta có th thu

c các k t qu ki m tra liên k t nút. làm ví d , ta xu t ra k t qu tính toán liên k t nút t i nút 2 (nút t ng gi a, có k t n i v i thanh chéo). K t qu ki m tra, các h s c cho theo t ng ph n,

1 n 5. ng: Ki m tra liên k t nút, Part 1 of 5

Joint Chord Brace JointClass Ratio1 Ratio2 Ratio3 Text Text Text Text Unitless Unitless Unitless 2 1 5 T & Y 2.41E-03 5.17E-02 0.00E+00

ng: Ki m tra liên k t nút, Part 2 of 5

Joint RatioGov ChordP ChordInM ChordOutM BraceP BraceInM

Text Unitless N N-m N-m N N-m

2 5.17E-02 -6.47E+05 -4.18E+05 1.26E+05 -5.95E+04 -6.96E+04

ng: Ki m tra liên k t nút, Part 3 of 5

Joint BraceOutM QuAxial QuInM QuOutM QfAxial QfInM

Text N-m Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless

2 -2.33E+03 1.29E+01 1.29E+01 6.90E+00 9.97E-01 9.96E-01

ng: Ki m tra liên k t nút, Part 4 of 5

Joint QfOutM Pa MaIn MaOut Fyc BraceAngle

Text Unitless N N-m N-m N/m2 Degrees

2 9.98E-01 2.91E+06 1.42E+06 7.61E+05 2.67E+08 9.00E+01

279 280

ng: Ki m tra liên k t nút, Part 5 of 5

Joint Tau Beta Gamma QBeta Qg WarnMsg

Text Unitless Unitless Unitless Unitless Unitless Text

2 3.34E-01 5.00E-01 1.61E+01 1.00E+00 1.80E+00 No Messages

Trong các b ng trên các thông s ã c gi i thích (xem

ch ng 4), g m: Chord (thanh c coi là ng chính); Brace (thanh c coi là ng nhánh); JointClass (d ng liên k t); Ratio1, Ratio2,

Ratio3 và RatioGov (các h s ng su t c n ki m tra); ChordP và BraceP (l c d c tr c trong ng chính và ng nhánh); ChordInM và BraceInM (mômen u n c a ng chính và ng nhánh, trong m t ph ng ng chính và ng nhánh); ChordOutM và BraceOutM (mômen u n a ng chính và ng nhánh, ngoài m t ph ng ng chính và ng

nhánh); QuAxial, QuInM, QuOutM, QfAxial, QfInM, QfOutM, QBeta, Qg (các h s tính toán); Pa (l c d c cho phép trong ng nhánh); MaIn (mômen u n cho phép c a ng nhánh, trong m t ph ng ng chính và ng nhánh); MaOut (mômen u n cho phép c a ng nhánh, ngoài m t ph ng ng chính và ng nhánh); Fyc (gi i h n ch y c a ng chính m i n i); BraceAngle (góc tính t ng chính n ng

nhánh); Tau, Beta, Gamma (các tham s liên quan t i dày và ng kính c a ng chính và ng nhánh); Qua b ng ta th y các u ki n c n ki m tra u c th a mãn,

do ó liên k t t i nút 2 t yêu c u v an toàn. Tr ng thái c nh báo a liên k t nút (c t WarnMsg) c xác nh là No Messages, t c là

không có c nh báo.

Ph l c B M t s tính toán khi thi công và di chuy n k t u trên bi n

B.1 Tính toán u ki n n nh c a h n i i sà lan v n chuy n và k t c u c v n chuy n là m t h n i

(hình B1).

Hình B1

h n i n nh ( m b o không x y ra s l t úp ho c nghiêng

khi di chuy n trên bi n), công th c sau ây ph i c tho mãn:

zJ CG GMV

0,05d (B.1)

y

l

L

G

O

yG

p1

W

yC

q1 q2

p2

C

x

d

hi

281 282

trong ó: Jz là mô men quán tính c a ti t di n theo m n n c i v i tr c

c c a sà lan (m4), 3

12zLBJ , (B.2)

L và B n l t là chi u dài và chi u r ng c a sà lan V là th tích choán n c (m3):

igV (B.3)

gi là tr ng l ng c a các ph n trong h n i; là tr ng l ng riêng a n c;

d là m n n c v i

,VdA

(B.4)

A là di n tích áy c a sà lan; C là tâm n i v i

2dOC , (OC = Yc) ;

G là tr ng tâm c a h v i

i i

i

g yOG

g, (OG = YG), (B.5)

M là tâm l t v i là bán kính nh khuynh, b ng kho ng cách gi a tr ng tâm c a th tích n c b chi m ch (tâm giãn n c) và tâm nh khuynh, n m trên giao m c a ng th ng ch y qua tâm giãn n c và tr c z,

zJV

(B.6)

Khi thi t k m b o an toàn cho h n i, c n ph i t c GM b ng ho c l n h n 5% m n n c. Tr ng h p tho mãn, ngh a là a ( a = OG –OC) hay GM 0,2 mét thì t t, ng c l i, khi tính toán cho k t qu nh (GM < 0,2 mét), h không n nh. kh c ph c ta có th gia t i thêm b ng n c d n.

B.2. Tính toán t ng t i tr ng lên sà lan và to t t ng

ng ng t i tr ng lên sà lan (hay t ng t i tr ng th ng t ng) và

m t c tính t t i tr ng thành ph n và t a t t ng ng theo các công th c:

iP P (B.7)

i ii

i

P xX

P (B.8)

i ii

i

P yY

P (B.9)

B.3. Tính toán b n và n i c a sà lan

b n c a sà lan c tính toán v i t ng t i tr ng t lên nó và i tr ng gió.

ng t i tr ng tác ng lên boong d c sà lan c tính theo công th c:

i1,2 2

6 Wi iP hp

l l (B.10)

và áp l c n c thu t nh tác ng lên áy sà lan – theo công th c:

i1,2 2

6 Wi iP hq

L L, (B.11)

283 284

trong ó:

iP là t ng các t i tr ng th ng ng tính toán;

Wi là t ng t i tr ng tính toán c a gió tác ng lên ph n n i c a ;

hi là cánh tay òn c a t i tr ng gió; l là chi u dài c a ph n sà lan ch u t i tr ng; L là chi u dài c a sà lan.

Mô men u n và l c c t tính toán t i các ti t di n c a h c tính nh i v i d m n gi n ch u các t i tr ng p1,2, q1,2 và t i tr ng sóng. b n c a sà lan c ki m tra t i nh ng m b t l i nh t,

m mà công trình t a lên, ch n i, n i có g n phao,... n i c a xà lan c ki m tra theo u ki n :

V iP kn, (B.12)

trong ó: V là l ng choán n c l n nh t c a sà lan khi m n n c b ng

chi u cao m n ph n gi a;

iP là tr ng l ng tính toán c a h n i b ng t ng các tr ng ng tính toán c a ph n k t c u và sà lan;

kn là h s tin c y; i v i sà lan cân b ng nh b m kn = 1,2.