Embed Size (px)
Citation preview
1
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Tác động của môi trường dị thường như bão, động đất có tần suất hiếm và các tác
động của các sự cố bất thường như cháy, nổ, vật rơi, va chạm của các phương tiện nổi với
công trình, gọi chung là các “tác động bất thường” là nguyên nhân chính dẫn đến sự quá tải
kết cấu các công trình biển, gây ra các sự cố công trình biển thảm khốc. Chính vì vậy việc
xem xét các tác động bất thường ngày càng được quan tâm sâu sắc và được đưa vào hệ
thống tiêu chuẩn qui phạm.
Lần đầu tiên DNV-1979, đề cập đến tác động bất thường trên cơ sở đưa ra “Trạng
thái giới hạn phá hũy lũy tiến” (PLS: Progressive Collape Limit State), theo đó kết cấu
công trình được xem xét ở giai đoạn sụp đổ (quá tải), do tác động bất thường gồm môi
trường dị thường và sự cố bất thường nói chung gây ra.
Phân tích đánh giá lại kết cấu Jacket là đánh giá sự phù hợp của kết cấu với mục
đích sử dụng tại thời điểm đánh giá, trong đó cần xác định khả năng quá tải của kết cấu
Jacket dưới tác động của môi trường biển dị thường là nguyên nhân chính gây ra các sự cố
công trình biển.
PTĐGL kết cấu CTB dựa trên các trạng thái gới hạn khác như ULS, FLS thường
không phản ánh đúng thực tế kết cấu công trình. Cụ thể là hầu hết kết cấu công trình biển
mặc dù không thoả mãn các phân tích này nhưng vẫn tồn tại và hoạt động bình thường.
Hiện nay một số qui phạm đã đưa ra các qui trình phân tích đánh giá lại kết cấu công trình
biển cố định đang vận hành và khai thác và đã được áp dụng rộng rãi trong thực tế tính
toán như API RP 2A WSD, ISO 19902, trong đó đề cập đến cường độ cực hạn của công
trình dưới tác động của tải trọng môi trường dị thường, sử dụng phương pháp phân tích
sụp đổ lũy tiến để phân tích đánh giá lại kết cấu.
Việc các qui phạm đề cập đến PLS trong qui trình phân tích đánh giá lại kết cấu
khối chân đế công trình biển cố định đang vận hành, khai thác đã đáp ứng được yêu cầu và
đòi hỏi của thực tế như:
- Đề cập đến ảnh hưởng của các tác động bất thường, tần suất hiếm là nguyên nhân
chính gây ra các sự cố hậu quả lớn
- Đề cập đến việc tận dụng tối đa khả năng làm việc của kết cấu khối chân đế bằng
2
thép, vật liệu có tính đàn dẻo, tái bền trong giai đoạn quá tải. điều này có ý nghĩa về
kinh tế, do trong giai đoạn thiết kế hiện nay chỉ xem xét vật liệu trong giai đoạn đàn hồi.
- Xem xét sự làm việc của kết cấu một cách tổng thể, xác định được khả năng dự trữ
an toàn, dự báo được các vị trí xung yếu, từ đó có các biện pháp phù hợp đảm bảo
an toàn công trình trong quá trình vận hành khai thác
- Kể đến độ tin cậy của kết cấu công trình (phân cấp công trình theo mức độ an toàn)
phù hợp với xu thế phát triển của các phương pháp đánh giá an toàn và chất lượng
kết cấu công trình nói chung, công trình biển nói riêng
Tác động của môi trường dị thường và các tác động bất thường như cháy, nổ, vật
rơi, va chạm của các phương tiện nổi với công trình là một trong những yếu tố chính gây ra
các tổn thương cho công trình trong quá trình vận hành, khai thác, dẫn đến các sự cố công
trình biển thảm khốc gây ra các tổn thất lớn về người cũng như tài sàn.
Các rủi ro này đã được WOAD: “Worldwide Offshore Accident Databank”,
Det Norske Veritas, Oslo, 1996 thống kê, theo đó:
Các hiện
tượng bất
thường
Trên toàn thế giới Vịnh Mexico Biển bắc
CTB di động CTB cố định CTB cố định CTB di động
1970-79 / 80-95 1970-79 / 80-95 1970-79 / 80-95 1970-79 / 80-95
Lốc 18.8/11.4 2.5/0.9 2.2/1.1 2.6/1.6
Va chạm 24.6/14.6 1.6/1.0 1.3/0.7 5.1/6.3
Vật rơi 4.2/6.1 0.5/0.8 0.1/0.4 10.3/10.6
Nổ 7.4/3.3 0.7/1.6 0.3/0.4 2.6/8.3
Cháy 12.3/11.9 2.0/7.5 1.0/7.8 18.0/42.5
Sụt lún nền 6.1/3.3 - - -
KC hư hỏng 25.6/18.4 0.5/0.6 0.4/0.5 10.3/6.0
Bảng 1: Thống kê các sự cố công trình biển
3
Hình 1: Phạm vi nghiên cứu chính của sản phẩm 2 – DDTB11.4
PHẠM VI NGHIÊN CỨU CHÍNH ND2
Phân tích kết cấu
Trạng thái giới hạn
Kết cấu công trình biển cố định bằng thép
Tính toán kết cấu mới (KC MỚI)
PTĐGL kết cấu (KC CŨ)
Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)
Trạng thái giới hạn phục vụ (SLS)
Trạng thái giới hạn mỏi (FLS)
Trạng thái phá hủy lũy tiến (PLS)
Kết cấu khối chân đế (JACKET)
Kết cấu thượng tầng (TOPSIDE)
Phân tích CT ở trạng thái sụp đổ ( quá tải)
Tác động của Môi trường dị thường
Tác động của Sự cố bất thường
Cháy, nổ . . .
Tải trọng vật rơi
Va chạm của các phương tiện nổi
Bão có tần xuất vượt <10-4
Động đất có tần suất vượt <10-4
Phân tích theo mức độ thiết kế
Phân tích cường độ cực hạn
Phân tích rủi ro công trình
Hệ số cường độ dự trữ RSR
Mô hình hóa phần tử khuyết tật
Phi tuyến vật liệu, hình học
Các vấn đề khác liên quan . . .
Phân tích theo mức độ thiết kế
Phân tích cường độ
cực hạn
Phân tích rủi ro công trình
Tải trọng môi trường biển là trội
(Rủi ro mức 1, 2, 3 )
RSR (L-1, L-2, L-3)
Các Tác động “ Bất thường “
4
Các tính toán, thiết kế hay PTĐGL các công trình biển đều nhằm mục đích đảm
bảo an toàn con người và tài sản trên các công trình biển. Do vậy tác động của môi trường
dị thường và tác động sự cố ( cháy, nổ, vật rơi...) càng được quan tâm sâu sắc và được đưa
vào hệ thống tiêu chuẩn qui phạm.
Để đáp ứng với các yêu cầu thực tế, các thế hệ tiêu chuẩn qui phạm đặc biệt là qui
phạm API đã có sự điều chỉnh phù hợp, phát triển theo thời gian, qua các sự cố thực tế xảy
ra (đặc biệt là qua các cơn bão ở vịnh Mexico), cùng với sự hỗ trợ của các tiến bộ của khoa
học kỹ thuật.
Theo đó nguyên tắc chung mà các tiêu chuẩn qui phạm khuyến cáo là sử dụng cường độ dự
trữ cho kết cấu, thêm hệ số an toàn cho các trang thiết bị, hay các qui trình vận hành trên
giàn khoan. Nhờ các hệ số an toàn dự trữ này mà giảm thiểu tổn thất về người cũng như
các rủi do do tác động của môi trường dị thường và các tác động bất thường ngẫu nhiên.
Đề cập đến các tác động của môi trường dị thường và tác động bất thường ở trạng
thái quá tải, trạng thái giới hạn PLS ngày nay đã trở thành một lĩnh vực được nhiên cứu
sâu sắc trong đó có hướng nghiên cứu phương pháp luận đánh giá rủi ro và độ tin cậy của
kết cấu công trình.
Hình 2: Sự điều chỉnh và phát triển của hệ thống qui phạm API
5
Trạng thái giới hạn PLS
Khái niệm 1. Theo NPD [3]: “ Trạng thái giới hạn phá hủy lũy
tiến là trạng thái phản ánh khả năng của công trình
chống lại sự sụp đổ dưới tác động của các điều kiện sự
cố hay bất thường ”.
2. Theo DnV 1993 [2]: “Trạng thái giới hạn phá hủy
lũy tiến tương ứng với quá trình phá hủy lũy tiến, trôi
rạt tự do, lật hay chìm của công trình biển khi chịu tác
động của các tải trọng sự cố hay bất thường ”.
Liên quan đến 02 định nghĩa về trạng thái PLS nói trên
cần lưu ý:
- Các công trình biển nói chung bao gồm: Các công
biển cố định, các công trình biển di động, và các
phương tiện nổi. do vậy các khái niệm “ trôi rạt tự do”,
“ lật hay chìm” chỉ liên quan đến các công trình biển
di động và các phương tiện nổi.
- Các tác động sự cố hay bất thường bao gồm:
+ E: Tác động của môi trường dị thường ( bão,
động đất có tần suất hiếm).
+ A: Tác động của các sự cố nói chung như:
Cháy, nổ, vật rơi,va chạm của các phương tiện nổi
Kết cấu câng trình biển cố định nói chung theo hình 4 gồm:
- Kết cấu cấu thượng tầng
- Kết cấu chân đế
- Kết cấu cọc
Kết cấu Jacket bao gồm: Kết cấu chân đế + Kết cấu cọc
Nếu xem tác động của môi trường dị thường và sự cố bất thường (đây là các tác
động có tần suất hiếm) gọi chung là “ các tác động bất thường “, với đối tượng nghiên cứu
là kết cấu Jacket, trạng thái giới hạn PLS trong PTĐGL kết cấu Jacket có thể được phát
biểu như sau: “ Trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS) của kết cấu Jacket là trạng thái
phản ánh khảng năng chống lại sự sụp đổ của kết cấu Jacket do các tác động bất thường
gây ra”
6
Như vậy có thể hiểu rằng Trạng thái giới phá hủy lũy tiến (PLS) xem xét trạng thái
làm việc “Quá tải” của kết công trình do các “ tác động bất thường “ gây ra.
Coïc
Chaân ñeá
Thöôïng taàng
Hình 3: Sơ đồ kết cấu công trình biển
Đặc điểm:
- Trạng thái PLS xem xét tác động bất thường, đây là các tác động thường liên
quan đến quá trình giải phóng năng lượng ( thế năng, động năng, nhiệt năng),
liên quan đến chuyển vị lớn và ứng suất nằm ngoài miền đàn hồi. Do vậy các
bài toán đàn hồi đã được sử dụng trong trạng thái giới hạn cực hạn ULS nhìn
chung không phù hợp.
- Các tác động bất thường cần phải được mô tả bằng các đại lượng ngẫu nhiên
theo lý thuyết xác suất , chính vì vậy trạng thái PLS thường dùng các phương
pháp phân tích rủi ro ( dựa trên lý thuyết xác suất ) nhằm định tính và định
lượng mức độ an toàn của kết cấu
- Xem xét công trình ở trạng thái sụp đổ tức là xem xét kết cấu công trình một
cách tổng thể, có thể một số nút phần tử bị quá tải nhưng công trình chưa sụp
đổ. Đều này khác hoàn toàn với các trạng thái giới hạn khác như ULS, FLS,
theo đó kết cấu công trình được xem là đủ khả năng chịu lực nếu tất cả các nút,
phần tử có hệ số sử dụng hay tuổi thọ mỏi nhỏ hơn cho phép.
- Quá trình sụp độ của kết cấu là qúa trình phức tạp phụ thuộc rất nhiều vào vật
liệu kết cấu ( đặc biệt là vật liệu thép là vật liệu đàn dẻo phi tuyến, tái bền) liên
7
quan đến sự phân phối lại ứng suất, độ cứng tổng thể của kết cấu công trình khi
có một số nút, phần tử bị qúa tải.
- Xem xét vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn dẻo, tái bền là tận dụng tối đa khả
năng làm việc của vật liệu. Đặc điểm này rất có ý nghĩa vì trong giai đoạn thiết
kế nói chung hiện nay, các trạng thái ULS, FLS, SLS chỉ xem xét kết cấu làm
việc trong giai đoạn đàn hồi.
Phương pháp phân tích, đánh giá.
Do những đặc điểm nêu trên phương pháp phân tích đánh giá công trình theo PLS
gồm 02 phương pháp chính
- Phân tích rủi ro
- Phân tích cường độ cực hạn
1. Phương pháp phân tích rủi ro
Nội dung:
Phương pháp phân tích rủi do dựa trên nguyên tắc xác định định tính và định lượng mức độ
rủi ro của công trình trên cơ sở:
- Xác định tần suất và hậu quả của các tác động
- Xác định rủi ro của các tác động = Tần xuất x Hậu quả của các tác động
- Đồi chiếu với ma trận rủi để xác định mức độ rủi do của công trình
Các qui phạm hiện nay thướng phân mức độ rủi ro theo 03 mức
- Mức 1: Rủi ro lớn
- Mức 2: Mức độ rủi ro trung bình
- Mức 3: Mức độ rủi ro nhỏ
Với các công trình có mức độ rủi ro lớn ( Mức 1, mức 2) chỉ cần phân tích theo phương
pháp này
1. Phương pháp Cường độ cực hạn
Nội dung:
Phương pháp này xác định cường độ cực hạn của kết cấu trên cơ sở xem xét vật liệu làm
việc ngoài miền đàn hồi, biên dạng lớn
02 phương pháp sau đã được sử dụng rộng rãi trong tính toán phân tích giàn khoan biển là
phương pháp Push-over (a.1) và Miền thời gian (a.2).
a.1 Phương pháp Push-over Phương pháp này phân tích kết cấu ở giai đoạn sụp đổ do tác
động của tải trọng ngang, kế đến biến dạng dẻo và chuyển vị lớn. Mô hình tính xét đến sự
8
suy giảm và phân phối lại độ cứng tổng thể khi có các nút, phần tử chảy dẻo hoàn toàn
không còn khả năng chịu lực. Phương pháp này phù hợp trong tính toán cường độ cực hạn
của kết cấu dưới tác dụng của môi trường - phân tích được quá phá hủy của công trình khi
tải trọng môi trường ( sóng, gió, dòng chảy ) là yếu tố rủi do trội., điều này là phù hợp với
thực tế
a.2. Phương pháp phân tích theo miền thời gian: Phương pháp này tphân tích kết cấu
chịu tác động của các tải trọng có tính chu kỳ, phù hợp với phân tích động trong đó hàm
của tải trọng lặp phù hợp với chu kỳ lặp của biến dạng và nội lực trong phần tử. Phương
pháp này phù hợp trong tính toán va trạm giữa các phương tiện nổi
Tóm lại: Khi ngiên cứu đến Trạng thái giới hạn PLS, các vấn đề liên quan được thể hiện
theo sơ đồ sau
Hình 4: Tóm tắt các vấn đề chính liên quan đến trạng thái giới hạn PLS
Trạng thái giới hạn PLS
Sự sụp đổ của KCCT “Quá tải”
Các tác động “ Bất thường “
Quá tải Phương pháp đánh giá
“Môi trường dị thường “
” Sự cố ”
Động đất tần suất hiếm
Bão tần suất hiếm
Cháy
Nổ
Vật rơi
Va chạm của phương tiện nổi
Các tải trọng bất thường khác
PP Cường độ cực hạn
Phương pháp phân tich rủi ro
Phương pháp Push-over
Phân tích theo miền thời gian
Vật liệu đàn dẻo
Quá tải cục bộ
Quá tải tổng thể
9
Phạm vi ứng dụng
Kết cấu Thiết kế mới Phân tích đánh giá lại
Phương pháp phân tích rủi ro
Phương pháp cường độ cực
hạn
Phương pháp phân tích rủi ro
Phương pháp cường độ cực
hạn Thượng tầng ( Sự cố Cháy, nổ vật rơi..) là
trội
Áp dụng cho công trình có mức độ rủi ro
1,2 và 3
Áp dụng cho các công trình có mức độ rủi ro 3, cho phép phần tử được
làm việc ngoài miền đàn hồi
Áp dụng cho công trình có mức độ rủi ro
1,2 và 3
Xác định lại khả năng chịu lực
bằng cường độ dự trữ
Kết cấu Jacket ( Tác động của môi trường là
trội)
Chưa áp dụng ( Tác động của môi trường là
trội)
Chưa áp dụng ( không cho
phép làm việc ngoài miền đàn
hồi)
Chưa áp dụng ( Tác động của môi trường là
trội)
Xác định cường độ dự trữ
( Phương pháp Push-over)
Các kết cấu phụ trợ ( giá cập tàu,
sàn sân bay)
Áp dụng cho cả công trình có mức độ rủi ro
1,2 và 3
Áp dụng cho các công trình có mức độ rủi ro 3, cho phép phần tử được
làm việc ngoài miền đàn hồi
Áp dụng cho cả công trình có mức độ rủi ro
1,2 và 3
Xác định cường độ dự trữ
( Phương pháp phân tích theo miền thời gian)
Tổng thể công trình ( Thượng tầng + Jacket + kết cấu phụ trợ)
Áp dụng cho công trình có mức độ rủi ro
1,2 và 3
Áp dụng cho các công trình có mức độ rủi ro 3, cho phép phần tử được
làm việc ngoài miền đàn hồi
Áp dụng cho cả công trình có mức độ rủi ro
1,2 và 3
Xác định lại khả năng chịu lực
bằng cường độ dự trữ
Một vài điểm lưu ý về phậm vi ứng dụng của trậng thái PLS
1. Các tác động bất thường chỉ đưa vào xem xét, phân tích rủi ro khi có tần suất vượt
hàng năm nhỏ hơn hoặc bằng 10-4 ( theo DnV[2] đây là giá trị tần suất vượt hàng
năm cho phép [Pof] được đề cập chi tiết trong 2.2.4 )
2. Trong 02 phương pháp phân tích, mức độ sử dụng của từng phương pháp là khác
nhau, trong đó:
� Phương pháp phân tích rủi ro chủ yếu được đưa vào trong giai đoạn thiết kế
(kết cấu chưa bị tổn thương) bao gồm xác định vị trí công trình, qui mô công
trình . . . và đặc biệt là bố trí các thiết bị . . . nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của
các sự kiện ngẫu nhiên xảy ra.
� Phương pháp phân tích cường độ cực hạn chủ yếu được đưa vào trong PTĐGL
( kết cấu đã bị tổn thương) nhằm xác định cường độ dự trữ RSR của công trình,
xác định được mức độ quá tải của công trình dưới tác động của môi trường
biển dị thường, đây là yếu tố ngẫu nhiên trội đối với kết cấu Jacket.
10
PTĐGL kết cấu công trình biển
Yêu cầu về việc PTĐGL
Mục đích của việc PTĐGL kết cấu công trình là xác định sực phù hợp của kết cấu với yêu
cầu sử dụng tại thời điểm đánh giá. Công trình dầu khí biển là những công trình chịu rủi do
cao do tải trọng ngẫu nhiên ( cháy, nổ, vật rơi . . ), cũng như chịu tác động của môi trường
biển khắc nhiệt trong suốt đời sống công trình. Đồng thời trong quá trình sử dụng, công
trình thường có những thay đổi yêu cầu sử dụng và có các hư hỏng đáng kể. Do vậy cần
PTĐGL để xác định sự phù hợp của kết cấu công trình tại thời điểm đánh giá.
Đánh giá lại công trình biển đang vận hành khai thác còn nhằm kéo dài đời sống công trình
hay đánh giá lại công trình do các đòi hỏi của thực tế như thêm người ở, công trình bị tổn
thương đáng kể.việc sử dụng lại các công đã cận hành và khai thác dùng trong nhiều
trường hợp. thậm trí xét về mặt kinh tế người ta còn nâng cấp công trình cũ để sử dụng
thay vì phải lắp đặt công trình mới. PTĐGL nhằm kéo dài thêm thời gian hoạt động cần
phải khẳng định rằng các rủi ro cho kết cấu công trình là chấp nhận được.
Theo API RP 2A (WSD ) trong các trường hợp sau công trình cần phải PTĐGL:
1. Thêm người ở trên CTB
Nếu “ Mức độ an toàn nhân” mạng bị thay đổi lên mức độ an toàn cao hơn thì
công trình biển cần phải được phân tích đánh giá lại
2. Thêm các trang thiết bị trên CTB
Nếu hoạt tải trong trong quá trình vận hành vượt lên so với hoạt tải tính toán đã
được chấp nhận trong lần đánh giá gần nhất do việc thêm các trạng thiết bị ( ví dụ
như thêm đường ống, đầu giếng hoặc nâng công suất đáng kể khối thượng tầng)
hoặc “ Mức độ hậu quả thiệt hại “ theo phân cấp công trình theo mức độ thiệt hại
thay đổi thì công trình cũng cần phải được đánh giá lại
3. Tải trọng tác dụng lên kết cấu công trình tăng
Nếu kết cấu bị thay đổi là nguyên nhân làm cho tải trọng tăng lên đáng kể ( tăng
10%) so với tải trọng đã được đưa vào từ đánh giá thiết kế hoặc tải trọng đã được
chấp nhận trong lần đánh giá trước đổi thì công trình cần phải được đánh giá lại.
4. Chiều cao sàn công tác không đảm bảo
Nếu công trình có chiều cao sàn công tác không đảm bảo theo như qui định, hoặc
không được thiết kế để chịu tác động của tải trọng sóng, cần phải đánh giá lại
5 Có các khuyết tật trong quá trình khảo sát
PTĐGL cần được thực hiện để đánh giá lại sự phù hợp của kết cấu công trình so
với mục đích sử dụng khi có những tổn thương đáng kể ( giảm 10% khả năng chịu
lực) của các kết cấu chính ( các khuyết tật, tổn thương này được tìm thấy trong
quá trình khảo sát, bao gồm cả khảo sát theo định kỳ và khảo sát đặc biệt )
Những hư hỏng kết cấu nhỏ có thể được xem xét bằng các phân tích phù hợp mà
không cần thực hiện các đánh giá chi tiết. Những tổn thương sau khi xem xét thấy
11
không đáng kể cũng cần được thống kê lại, tuy nhiên ảnh hưởng tích lũy của các
hư hỏng này cần phải được thống kê và và xem xét trong các đánh giá chi tiết.
Qui trình Phân tích đánh giá lại
PTĐGL kết cấu nhìn chung gồm
những bước sau (hình 5):
1. Bước 1: Phân loại và xác định công trình cần đánh giá ( dựa và các điều kiện đánh giá sơ bộ), trên cơ sở xem xét các điều kiện trong 1.3.1.
2. Bước 2: Xác định những mục đích sử dụng trong tường lai (nếu có) của công trình.
3. Bước 3: Phân cấp công trình theo 3.2.2 và phân loại công trình theo mức độ rủi ro của phá hủy theo 2.2.4
4. Bước 4: Xem xét các dữ liệu liên quan đến PTĐGL như ( thiết kế, xây dựng, lắp đặt và toàn bộ quá trình vận hành, khai thác, rà xoát các hư hỏng lớn, thay đổi lớn, các thay đổi xo với thiết kế, các số liệu về khảo sát, duy tu . . .)
5. Bước 5: Phân tích đánh giá ( 03 phương pháp chính )
6. Bước 6: So sánh các chỉ số đánh giá với các tiêu chuẩn
7. Bước 7: Nếu bước 6 được chấp nhận, đưa gia các qui trình cho khảo sát duy tu, bảo dưỡng định kỳ
8. Bước 8: Nếu bước 6 không được chấp nhận, cần đưa ra các giải pháp “giảm tải” công trình.
Hình 5: Qui trình PTĐGL kết cấu CTB
Phương pháp phân tích đánh giá lại
12
Vị trí của TTGH PLS trong PTĐGL
Qui trình đánh giá công trình chịu tác động của Môi trường ( phương pháp 1+2)
Qui trình đánh giá công trình chịu các tác tác động của Sự cố (phương pháp 3+2)
Hình 6: Vị trí của PLS trong PTĐGL đối chiếu với qui trình PTĐG của API RP2A
PTĐGL KC (kết cấu đã bị tổn thương)
(03 Phương pháp)
Phương pháp (1)
Phân tích theo mức độ thiết kế
ULS,FLS,SLS)
Phương pháp (2)
Phân tích theo cường độ cực hạn ( PLS)
Phương pháp (3)
Phân tích rủi ro (Phương pháp xác suất)
(PLS)
TẢI TRỌNG - Tải trọng môi trường dị thường ( bão có tần xuất hiếm hay động đất)
PHÂN TÍCH - Phân kết cấu ở giai đoạn quá tải,
- Vật liệu làm việc ngoài miền đàn hồi
TÁC ĐỘNG - Tác động của các yếu tố
bất thường ngẫu nhiên ( cháy, nổ, vật rơi . . .)
- Tổ hợp của các tác động ngẫu nhiên
TẢI TRỌNG - Tải trọng môi trường bão
100 năm (80%) - Không tính toán các tải
trọng bất thường ngẫu nhiên
PHÂN TÍCH - Phân tích tuyến tính - Vật liệu làm việc trong
miền đàn hồi
ĐÁNH GIÁ - Đánh giá rủi ro theo
phân cấp công trình
35
Theo [16] hiện nay có 03 phương pháp chính dùng trong phân tích đánh giá lại kết cấu
CTB đó là:
- Phân tích theo mức độ thiết kế
- Phân tích cường độ cực hạn
- Phân tích rủi ro
Tương ứng API đưa ra 02 qui trình đánh giá tường ứng với 03 phương pháp trên
- Qui trình đánh giá công trình chịu tác động của môi trường
- Qui trình đánh giá công trình chịu các tác tác động bất thường ngẩu nhiên
Kết luận
a. Trạng thái giới hạn PLS xem xét sự làm việc quá tải của một bộ phận hoặc tổng thể
kết công trình do các “tác động bất thường” gây ra. Các phân tích tính toán trong
giai đoạn quá tải liên quan đến chuyển vị lớn và ứng suất nằm ngoài miền đàn hồi.
b. Trạng thái giới hạn PLS đề cập đến các tác động có tính bất thường, ngẫu nhiên do
vậy các tác động này cần được mô tả bởi các đại lượng ngẫu nhiên theo lý thuyết
xác suất thống kê.
c. PTĐGL kết cấu công trình biển nói chung, kết cấu Jacket nói riêng gồm 03 phương
pháp chính với ưu nhược điểm như sau:
- Kiểm tra theo mức độ thiết kế: đây là phương pháp an toàn do sau thời gian
vận hành những hiểu biết của chúng ta về kết cầu đã rõ ràng so với giai
đoạn thiết kế.
- Phương pháp phân tích cường độ cực hạn: chỉ kế đến một phần những rủi ro
trong đời sống công trình mà chúng ta phải phân tích ( tác động của tải
trọng môi trường theo phương ngang) tuy nhiên phương pháp này phân tích
được quá phá hủy của công trình khi tải trọng môi trường ( sóng, gió, dòng
chảy ) là yếu tố rủi do trội, điều này là phù hợp với thực tế.
- Đánh giá theo phương pháp phân tích rủi ro: là phương pháp đề cập đến tất
cả các tác động bất thường, tuy nhiên phương pháp này đưa ra các mô hình
độc lập và kết quả là không thống nhất giữa các nhóm phân tích. Điều quan
trọng phương pháp này phân tích được các kịch bản có thể xảy ra làm phá
hủy kết cấu công trình. Tìm được phương pháp để bảo vệ công trình nếu
kịch bản đó xảy ra.
d. Qui trình PTĐGL gồm 02 qui trình tương ứng với 02 phương pháp:
- Qui trình PTĐGL công trình dưới tác động của môi trường
36
→ tương ứng với Phương pháp phân tích cường độ cực hạn
- Qui trình PTĐGL công trình dưới tác động của hiện tượng bất thường
→ tương ứng với Phương pháp phân tích rủi ro
e. Mức độ sử dụng của từng phương pháp:
- Phương pháp phân tích rủi ro chủ yếu được đưa vào trong giai đoạn thiết kế
(trong xác định vị trí công trình, qui mô công trình . . . đặc biệt là bố trí các
thiết bị) nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của các sự kiện ngẫu nhiên xảy ra.
- Phương pháp phân tích cường độ cực hạn chủ yếu được đưa vào trong
PTĐGL (trong xác định cường độ dự trữ của công trình) xác định được mức
độ quá tải của công trình dưới tác động của môi trường biển dị thường, đây
là yếu tố ngẫu nhiên trội đối với kết cấu Jacket.2:
II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA TTGH PLS
Đặt vấn đề
Theo định nghĩa về trạng thái giới hạn PLS được trình bày trong các kết luận tại 1.2.1 và
các kết luận trong 1.5, trạng thái giới hạn PLS xem xét
- Các tác động bất thường
- Sự sụp đổ của công trình do các tác động bất thường gây ra
Khi xuất hiện một sự kiện như bão, cháy, nổ . . . , tác động của sự kiện này sẽ gây
ra tải trọng trực tiếp hoặc gián tiếp lên công trình. Khi phân tích đánh giá rủi ro ta quan tâm
đến sự kiện và tổ hợp các sự kiện, khi đánh sức chịu tải của kết cấu công trình ta quan tâm
đến tải trọng ( Sự kiện → Tác động → Tải trọng ). Các công trình biển chịu rất nhiều loại “
tải trọng “, các “tải trọng” này tác dụng trực tiếp lên công trình như trọng lượng bản thân
của kết cấu, hoạt tải . . . hoặc gián tiếp tạo ra tải trọng bằng bởi gây ra biến dạng, thay đổi
gia tốc trong trường hợp nền bị dịch chuyển hay động đất.
ISO 1999 đưa ra khái niệm “Tác động” để thể hiện “ Tải trọng” nói chung. Chính
do yếu tố bất thường ngẫu nhiên nên các tác động bất thường cần được biểu diễn bằng các
đại lượng ngẫu nhiên, đặc chưng bởi các thông số xác xuất, DnV đưa chỉ số xác suất vượt
hàng năm của đại lượng ngẫu nhiên trong xác định đặc trưng ngẫu nhiên của các tác động
bất thường.
Xem xét công trình ở trạng thái sụp đổ là xác định khả năng chịu lực cực hạn của
công trình. Điều này rất có ý nghĩa với các công trình đang hoạt động, để có thể định lượng
được mức độ an toàn của công trình. Điều này có nghĩa là trong các phân tích cần đưa vào
tính toán tối đa khả năng làm việc của vật liệu. Quá trình sụp đổ của công trình phụ thuộc
37
rất nhiều vào đặc trưng vật liệu, do vậy cùng một dạng công trình nhưng chế tạo bằng các
vật liệu khác nhau sẽ có quá trình sụp đổ khác nhau.
Mặt khác do cần định lượng hóa mức độ an toàn của công trình nên phương pháp
PLS xem xét đến mức độ an toàn cho phép của các công trình trên cơ sở phân cấp các công
trình biển.
Chính vì vậy phương pháp luận của TTGH PLS dựa trên các cơ sở sau:
- Xem xét các tác động bất thường trên cơ sở mô tả bằng các đại lượng ngẫu
nhiên đặc trưng bởi các thông số xác suất. ( 2.2 Các tác động bất thường )
- Xem xét quá trình sụp đổ công trình dưới tác động của các tác động bất
thường trên cơ sở kể đến sự làm việc tối đa của vật liệu, đặc biệt với các vật
liệu có tính đàn dẻo. Thông thường trong tính toán thiết kế chỉ xem xét vật
liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi ( 2.3 Vật liệu đàn dẻo và quá trình sụp
đổ công trình )
- Xem xét đến mức độ an toàn cho phép của các công trình trên cơ sở phân
cấp các công trình biển (2.4 Phân cấp công trình )
Các tác động bất thường
Khái niệm
Tác động nói chung gồm 2 loại: Tác động “bất thường” và Tác động “bình thường”
trong đó hầu hết các trường hợp quá tải là liên quan đến tác động bất thường
a. Các tác động “bình thường “ là các tác động gây ra tĩnh tải, hoạt tải (P, F), các tác
động này không phải là thanh phần chính gây ra hiện tượng quá tải.
b. Tác động bất thường: Các tác động bất thường là các tác động gây ra do các sự kiện
rủi ro bất thường như cháy, nổ, vật rơi, bão tần suất hiếm (A,E) . . . Tác động bất
thường gây ra các tải trọng bất thường, theo tiêu chuẩn DNV, tải trọng bất thường
là các tải trọng có tần suất hiếm, khó xác định (ill-defined) cường độ và tần suất, tải
trọng loại này thường xảy ra do hệ quả của một hiện tượng bất thường, hay ngoại
lệ. Tải trọng bất thường cũng đã được qui định và phân loại trong NPD regulations
[4], API-RP2A [3], BS6235 [1] hay DOE-OG rules [5].
Tác động bất thường gồm: Tác động của môi trường dị thường (E) và Tác động của các sự
cố (A)
38
Phân loại các tác động bất thường
a. Tác động của điều kiện môi trường dị thường (E)
Tải trọng môi trường dị thường ( tải trọng môi trường
có tần suất hiếm ) bao gồm:
- Tải trọng môi trường dị thường
- Tải trọng động đất
Tác động của môi trường biển cực hạn thường do
sóng, gió, dòng chảy gây ra. Ảnh hưởng của chúng
phụ thuộc vào kết cấu công trình và điều kiện thời tiết
tại vị trí xây dựng công trình. Các tác động của môi
trường phụ thuộc vào giá trị lớn nhất và thời gian tác
động. Việc xem xét ảnh hưởng của thời gian tác động
là rất quan trọng, quyết định đến phản ứng của công
trình, tuy nhiên thường thì yếu tố thời gian được bỏ
qua và các “tác động” được xem là tĩnh hoặc tựa tĩnh.
b. Tác động của các sự cố (A)
Các sự cố bất thường có thể gồm:
- Cháy
- Nổ
- Vật rơi
- Va chạm của tàu, trực thăng
- . . .
- Tổ hợp của các hiện tượng bất thường trên . . .
Mô tả các tác động bất thường bằng các đại lượng ngẫu nhiên
Các tác động bất thường là các sự kiện mang tính chất ngẫu nhiên, không thể định lượng
hóa theo một giá trị cụ thể nào đó mà phải nhờ vào các công cụ của lý thuyết xác suất
Gọi X là đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho xác suất xuất hiện của tác động bất thường có
chu kỳ X năm mới có 1 lần ( Tần xuất suất hiện X năm).
Đại lượng ngẫu nhiên còn gọi là biến ngẫu nhiên ký hiệu bằng các chữ in A, B, C . . .
39
Theo lý thuyết xác suất thống kê, ta có thể dùng các đại lượng ngẫu nhiên X để mô tả các
tác động như đã phân loại với ký hiệu như sau:
- Tác động của môi trường E
- Tác động của động đất Q
- Cháy F ( Fire)
- Nổ B ( Blast )
- Vật rơi D ( Drop )
- Va trạm của tàu, trực thăng C ( Collision )
- Tổ hợp của các tác động bất thường trên L
L = [E ∩ Q ∩ F ∩ B ∩ D ∩ C ∩ . .]
a. Trong trường hợp tác động xem xét một cách độc lập
Ta có:
- F(x) là hàm ngẫu phân phối của
biến ngẫu nhiên X
- Hàm mật độ phân phối f(x) =
dF(x)/dx
- Fx = ∫ f(x) dx
- Xác suất xuất hiện của đại lượng
ngẫu nhiên X ứng với giá trị
X< x là:
F(x) = P (X<x) với tính chất của
hàm phân phối 0≤ F(x) ≤1
Hình 7: Quan hệ giữa xác suất xuất hiện và xác
suất vượt
- Xác xuất vượt của đại lượng ngẫu nhiên X ứng với giá trị X< x là:
Pof(x) = 1- P (X<x) = P (x>X) do P ( X<x) = 1/X
Pof(x) = 1- 1/X
- Xác xuất vượt hàng năm của đại lượng ngẫu nhiên X ứng với giá trị X< x là:
Pof(x) = (1- 1/X)/X
Ví dụ với tác động bão có tần xuất lần lượt là 10, 100, 10000 năm mới có 1 lần ( X=10,
100, 10000)
- Xác suất vượt hàng năm của E10, E100, E10000 là:
40
Pof(e10) = (1-1/10)/10 = 10-1
Pof(e100) = (1-1/100)/100 = 10-2
Pof(e10000) = (1-1/10000)/10000 = 10-4
- Giá trị xác suất vượt hàng năm cho các tác động bất thường tương ứng chu kỳ lặp X= 10,
100, 10000 được thống kê theo bảng sau:
Xác suất vượt hàng năm Pof
Tác động bất thường 10 100 10000
Bão (E) 10-1 10-2 10-4
Động đất (Q) 10-1 10-2 10-4
Cháy (F) 10-1 10-2 10-4
Nổ (B) 10-1 10-2 10-4
Vật rơi (D) 10-1 10-2 10-4
Va trạm (C) 10-1 10-2 10-4
b. Trong trường hợp tác động xem xét là tổ hợp của nhiều tác động
L = [E ∩ Q ∩ F ∩ B ∩ D ∩ C ∩ . .]
Khi đó ta sử dụng các phép tính xác xuất để xác định
Khi A & B là hai sự kiện độc lập
P ( A+B) = P(A) + P(B)
P(AB) = P(A).P(B)
P(A/B) = P(A)
P(B/A) = P (B)
Khi A & B là hai sự kiện độc lập
P ( A+B) = P(A) + P(B)
Ví dụ xét hai sự kiện cháy và nổ có tần xuất suất hiện 10 năm
+ Nếu hai sự kiên này là độc lập ( không ảnh hưởng hay là điều kiện của nhau )
- P(F10) = 1/10
41
- P(B10) – 1/10
- P(F10B10) = P(F10).P(B10) = 1/10*1/10 = 1/100
Xác suất vượt hàng năm
Fof(f10b10) = (1- 1/100)/10 = 0.099
+Nếu sự kiện nổ (B) chỉ xảy ra khi có sự kiện cháy F
- P(B10/F10) = P(BF)/P(F) = 1/10*1/10/1/10 = 1/10
Xác suất vượt hàng năm
Fof(b10/f10) = (1- 1/10)/10 = 0.09
Tần xuất vượt giới hạn của các tác động bất thường
Các tác động bất thường được đưa vào tính toán được xác định bằng tần xuất vượt giới hạn
hàng năm: [Pof] = P ( X ≥ x)] = 1- [F(x)]
Với tác động của các cơn bão ( tác động môi trường) trong thực tế: các cơn bão có
tần xuất hiện X năm mới có một lần ( X càng lớn ) thì xác suất xuất hiện F(x) càng nhỏ và
xác suất vượt càng tăng ( β ≥ α thì F(β) ≤ F(α) ). Như vậy hàm phân phối F(X) là hàm
giảm, ta có:
Xác xuất vượt giới hạn
[Pof] = [P ( X ≥ x)] = [1- F(x)]
Bão có tần xuất suất hiện X
năm mới có 1 lần tương ứng
Tên gọi
1/10000 = 10-4 X = 10.000(năm) Bão 10.000 năm
1/100 =10-2 X = 100 (năm) Bão 100 năm
1/10 = 10-1 X = 10 (năm) Bão 10 năm
Các phân tích trên phù hợp với giá trị bão tính toán trong trạng thái PLS được qui định
trong NPD [3], theo đó qui định, trong quá trình phân tích tính toán trạng thái giới hạn
PLS với các tác động bất thường cần được tính toán như sau:
Tác động ngẫu nhiên Các yêu cầu trong thiết kế
Cháy Tải trọng do nhiệt độ cho phép 72-200 KW/Hr/m2
Nổ Áp lực nổ ( Ứng suất dư/ Đàn dẻo)
42
Vật rơi Năng lượng vật rơi 3000 KJ (Ứng suất dư)
Va chạm của các phương tiện nổi Va trạm trong vận hành ( 500 - 1000KJ)
Va trạm do tai nạn ( 10000 – 14000 KJ) Đàn dẻo
Động đất Tần suất 10.000 năm ( Đàn dẻo)
Điều kiện môi trường cực hạn Tần suất 10.000 năm (Đàn dẻo hoặc cường độ cực
hạn)
Tổ hợp tác động bất thường trong trạng thái PLS
DNV [2] qui định tổ hợp các tải trọng bất thường trong PLS nói riên và các trạng thái giới
hạn khác nói chung như sau:
Vật liệu đàn dẻo và quá trình sụp đổ công trình
Khái niệm
Hình 3 thể hiện mối quan hệ giửa cường độ và biến dạng của kết cấu công trình. Theo đó
công trình được xem là sụp đổ khi tải trọng tác dụng vượt quá cường độ cực hạn (quá tải )
Hình 8: quan hện giữa Cường độ và chuyển vị của kết cấu công trình
Trạng thái sụp đổ là trạng thái của công trình khi tải trọng tiếp tục tăng thì chyển vị tổng
thế của cống trình tiến tới vô cùng. Ở đây được hiểu là do một hay nhiều bộ phận hoặc
toàn bộ kết cấu công trình bị quá tải dẫn đến sự sụp đổ của toàn bộ kết cấu công trình.
Trước giai đoạn công trình sụp đổ, chấp nhận một số phần tử trong toàn bộ kết cấu bị hư
hỏng cục bộ hay phá hủy mà không làm cho toàn bộ kết cấu công trình bị sụp đổ ( khi một
phần tử bị phá hủy sẽ có sự phân phối lại độ cứng, và độ cứng tổng thể của kết cấu vẫn
đảm bảo công trình không bị sụp đổ)
43
- Trạng thái giới hạn này thường giải quyết các vấn đề về phương án kết cấu hay đặc tính
vật liệu hơn là các tính toán thông thường.
- Trạng thái giới hạn này kết cấu phải được nghiên cứu tổng thể
- Tính toán theo trạng thái này này khẳng định rằng kết cấu không bị sụp đổ trừ khi giá trị
tải trọng thiết kế do các tác động bất thường gây ra bị vượt
Do liên quan đến chuyển vị lớn và trạng thái quá tải nên cần xem xét sự làm việc của vật
liệu trong giai đoạn đàn dẻo
Vật liệu đàn dẻo
Hình 9 thể hiện
đường cong quan hệ giữa
ứng suất và biến dạng của
vật liệu đàn dẻo phi tuyến,
tái bền trong đó
- OA: Giai đoạn
đàn hồi tuyến tính
- AB: Đàn dẻo
phi tuyến
- BC: Thềm dẻo
- CD: Chảy dẻo
- CO’: Giai đoạn
tái bền.
Tương ứng là các
miền đàn hồi, miền đàn
dẻo và miền dẻo
Hình 9: Sự tương tự giữa không gian ứng suất hai chiều và
đường cong kéo của vật liệu
44
Xét phần tử chịu tải trọng (hình 10), phương
trình mặt đàn dẻo của vật liệu phần tử:
1,,,,, −
=Γ
zp
z
yp
y
xp
x
zp
z
yp
y
y M
M
M
M
M
M
Q
Q
Q
Q
N
Nf
Γ = 0 Ứng suất trong phần tử nằm ở miền
chảy dẻo.
Γ = -1 Phần tử không chịu lực.
Trong đó: N,Qy,Qz,Mx,My,Mz là lực dọc, lực
cắt, mô men tính toán; Ny,Qyp,Qzp,Mxp,Myp,Mzp
là lực dọc, lực cắt, mô men tương ứng gây ra
ứng suất chảy dẻo.
Hình 10: Sơ đồ phần tử chịu tải trọng
Qúa trình làm việc của vật liệu phần tử trải qua 3 giai đoạn điển hình (hình 11)
- Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
- Vật liệu bắt đầu chảy dẻo (đàn dẻo).
- Vật liệu chảy dẻo hoàn toàn.
1.0
-0.8 -1.0
-0.6 -1.0 -0.8 -0.2 -0.4 -0.6
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4
0.6
0.2 0.4
0.8
Fy
1.0 0.8 0.6 M/Mp
Fp
N/Np
M/Mp0.6 0.8 1.00.40.2-0.2 0-0.4-0.8-1.0 -0.6
-1.0
-0.8
-0.4
-0.6
-0.2
0.4
0.2
0.8
0.6
Fy
1.0N/Np
Fp
-1.0
-0.6-0.8-1.0 0.40.20-0.2-0.4
-0.2
-0.6
-0.4
-0.8
0.4
0.2
0.6
0.8
Fy
1.0N/Np
M/Mp0.6 0.8 1.0
Fp
Hình 11: Sơ đồ làm việc của vật liệu
Phân cấp công trình biển
Phân cấp CTB theo an toàn nhân mạng và hậu quả phá hủy
An toàn con người và tài sản trên các công trình biển là cơ sở cho tính toán thiết kế, cũng
như PTĐGL các công trình biển. Điều này phụ thuộc vào khả năng chịu lực của kết cấu
dưới tác dụng của tải trọng đã được tính toán theo thiết kế và dưới các điều kiện môi
trường có thể xảy ra trong suốt đời sống công trình. Trong đó, những vấn đề quan tâm trên,
liên quan đến các yếu tố bất thường thường gây ra các rủi ro cho công trình ngày càng
45
được qua tâm sâu sắc, điều này đã dẫn đến yêu cầu cần phân loại các công trình trên cơ sở
bảo đảm an toàn nhân mạng cũng như căn cứ vào mức độ hậu quả thiệt hại. Công trình
biển được phân cấp theo nhiều mức độ, đây là cơ sở để xác định tiêu chuẩn để thiết kế mới
các công trình biển và đánh giá lại các công trình biển đang hoạt động phù hợp với mục
đính sử dụng của công trình.
Theo API-RP 2A, công trình được phân cấp theo các mức độ trên cơ sở xem xét mức độ
an toàn nhân mạng (life-safety), hậu quả thiệt hại (consequences of failure) và mức độ rủi
ro
“ Phá hủy giàn ” được hiểu là phá hủy một phần hay tổng thể giàn khoan
a. Phân cấp theo An toàn nhân mạng và hậu quả phá hủy
Theo API-RP 2A, công trình được phân cấp theo các mức độ trên cơ sở xem xét mức độ an
toàn nhân mạng (life-safety) và hậu quả thiệt hại ( consequences of failure)
Phân cấp theo An toàn nhân mạng
Phân cấp theo An toàn nhân mạng ( life- safety ) đánh giá ảnh hưởng khi tải trọng
môi trường cực hạn xảy ra khi có người trên công trình biển
Phân cấp theo An toàn nhân mạng gồm:
L-l = Công trình biển Có người ở - không sơ tán được
L-2 = Công trình biển Có người ở - Sơ tán
L-3 = Công trình biển Không có người ở
L-1 Công trình biển có người ở - Không sơ tán được
Là các công trình biển vẫn tiếp tục duy trì người ở và sinh sống hoặc việc sơ tán
người trước khi xuất hiện điều kiện môi trường cực hạn thiết kế không được chuẩn bị
hoặc không thực hiện được
L-2 Công trình biển có người ở - Sơ tán được
Là các công trình biển có người ở ngoại trừ trường hợp dự báo được môi trường cực
hạn thiết kế, hoặc việc sơ tán người trước khi xuất hiện điều kiện môi trường cực hạn
thiết kế được thực hiện một cách an toàn, kịp thời.
L-3 Công trình biển không có người ở
Là các công trình biển thường không có người ở, phân loại theo phụ thục C1.7.1c [1]
Phân cấp công trình theo hậu quả thiệt hại
Phân cấp công trình theo hậu quả phá thiệt hại đánh giá mức độ thiệt hại của chủ đầu
tư ( phải thay thế thiết bị, mất sản phẩm ) thiệt hại với nhà vận hành, thiệt hại cho
chính phủ
Phân cấp theo Hậu quả thiệt hại gồm:
46
L-l = Hậu quả thiệt hại lớn
L-2 = Hậu quả thiệt hại trung bình
L-3 = hậu quả thiệt hại thấp
L-1 Hậu quả thiệt hại lớn
Hậu quả thiệt hại lớn liên quan đến các bộ phận chính của công trình hoặc toàn bộ
công trình tiềm ẩn khả năng tràn dầu hay khí trong trường hợp giàn khoan bị phá hủy, bên
cạnh đó là các giàn khoan không thể chứa các sản phẩm dầu hay khí ra trước khi xuất hiện
các sự kiện đã đưa vào trong thiết kế ( ví dụ như các vùng có hoạt động địa chất/ động đất
cao). Các giàn kkhoan có chức năng chính là vận chuyển hay chứa đựng các sản phẩm dầu
khí, hoặc các trạm trung chuyển đều được phân cấp thuộc các công trình có hậu quả thiệt
hại lớn.
L-2 Hậu quả thiệt hại trung bình
Hậu quả thiệt hại trung bình liên quan đến các công trình mà sản phẩm có thể được
chứa đựng trong quá trình xảy ra các sự kiện đã được đưa vào thiết kế. Tất cả các giếng
khoan vẫn đảm bảo an toàn trong trường hợp công trình bị phá hủy, vẫn đảm bảo các chức
năng bởi hệ thống van an toàn được thiết kế và kiểm tra theo các qui phạm hiện hành. Các
hệ thống chứa đựng sản phẩm được Oil storage is limited to process inventory and “surge”
tanks for pipeline transfer.
L-3 Hậu quả thiệt hại thấp
Hậu quả thiệt hại thấp liên quan đến các giàn tối thiếu mà sản phẩm có thể được chứa
đựng trong quá trình xảy ra các sự kiện đã được đưa vào thiết kế. Tất cả các giếng
khoan vẫn hoạt động trong trường hợp công trình bị phá hủy, vẫn đảm bảo các chức
năng bởi hệ thống van an toàn được thiết kế và kiểm tra theo các qui phạm hiện hành.
Bảng 2: Phân cấp công trình theo hậu quả và an toàn nhân mạng
L-1 Hậu quả lớn
Có người ở
Không sơ tán được
Không có người ở
L-2 Hậu quả
nhỏ
Có người ở
Có thể sơ tán
L-3 Không có người ở
47
Phân cấp công trình theo rủi ro của phá hủy
API-RP 2A đưa ra ma trận phân cấp công trình theo mức độ rủi ro dựa trên:
a. Phân loại giàn (L-1, L-2, L-3) được đề cập trong chương 3 ( 3.2)
b. Tần suất xuất hiện theo các mức: L – Mức độ thấp; M – Mức độ trung bình; H –
Mức độ cao
Mức độ rủi ro gây phá hủy giàn phụ thuộc vào kịch bản tác động của các tếu tố bất thường
ngẫu nhiên
Cho tổng thể công trình mức độ rủi ro cho từng sự kiện như sau:
- Mức độ rủi ro 1: Mức độ rủi ro là đáng kể yêu cầu phải có ngay các khắc phục,
giảm tải
- Mức độ rủi ro 2: Mức độ rủi ro yêu cầu các đánh giá thêm để xác định các rủi ro,
hậu quả của nó, đưa ra các chi phí nếu có cho các biện pháp khắc phục. Trong một
vài trường hợp, phân tích ALARP được chấp nhận khi các biện pháp khắc phục là
mất cân đối so với lợi nhuận
- Mức độ rủi ro 3: Mức độ rủi ro là nhỏ hoặc khôngđáng kể, có thể bỏ qua các phân
tích đề cập tới các yếu tố bất thường ngẫu nhiên như cháy nổ . . .
Bảng 3: Ma trận phân cấp công trình theo mức độ rủi ro
Xác
suấ
t xuấ
t hiệ
n
H
Mức độ
rủi ro
Mức độ
rủi ro
Mức độ
rủi ro
1 1 2
M
Mức độ
rủi ro
Mức độ
rủi ro
Mức độ
rủi ro
1 2 3
L
Mức độ
rủi ro
Mức độ
rủi ro
Mức độ
rủi ro
2 3 3
L-1 L-2 L-3
Phân loại giàn
Tần xuất suất hiện của Cháy, nổ và các tải trọng bất thường kèm theo thường xuất
phát từ các nguyên nhân cơ bản, nguồn hydrocarbon là yếu tố cơ bản. Mức độ xuất hiện
của các hiện tượng L,M,H thường được xác định từ phân tích rủi ro từ quá trình cháy, nổ (
hazard analysis)
Các yếu tố này thường có nguyên nhân bắt đấu từ các yếu tố sau:
48
- Loại thiết bị: Sự phức tạp, số lượng, loại thiết bị là các yếu tố quan trọng. Các bình
tách và thiết bị đo lường, bơm, các thiết bị nén, thiết bị đánh lửa, động cơ phát điện,
các thiết bị an toàn, hệ thống đường ống, van cần phải được xem xét
- Loại sản phẩm: loại sản phẩm là khí, condensate, dầu nhẹ hay dầu nặng cần phải
được xem xét
- Vận hành: Các hoạt động vận hành cũng cần được xem xét trong đánh giá bao gồm,
các hoạt động khoan, khai thác, cung cấp nhiên liệu, vận chuyển người
- Vận hành khai thác: Những bước vận hành này thực hiện sau khi quá trình khoan
đã hoàn thành. Bao gồm gọi dòng, bơm ép, sử lý, đo lường vận chuyển vào bờ, các
hoạt động duy tu bảo dưỡng
- Kiểu sàn: Kiểu sàn với kết cấu kín hoặc mở vì ảnh hưởng khi đánh giá các yếu tố
môi trường (gió) và khi xảy ra các sự cố cháy, nổ
- Vị trí công trình: Các yếu tố liên quan dòng hải lưu điều kiện môi trường cho cập
tàu, rủi do do va trạm của các phương tiện nổi
- Các yếu tố khác : Tần suất cung cấp vật tư, nhiên liệu, hàng hóa, tần suất và mức
độ huấn luyện công nhân trên giàn
Phương pháp phân tích
Phương pháp phân tích rủi do
Tải trọng cháy, nổ và tải trọng do các hiện tượng bất thường là nguyên nhân dẫn đến phá
hủy một phần hoặc tổng thể kết cấu công trình, gay tổn thất về người, tài sản, làm ô nhiễm
môi trường.
Cần cân nhắc các yếu tố này trong thiết kế kết cấu và bố trí trang thiết bị và giảm thiểu ảnh
hưởng của các tác động này. Cần xem xét các số liệu, hiện tượng đã xảy ra và tiếp tục xem
xét trong quá trình vận hành và khái thác để đảm bảo rằng các phương án đã đưa ra là phát
huy tác dụng giảm thiểu tần suất xuất hiện của các sự kiện gây nguy hiểm. Phương châm “
Phòng hơn chống “.
Qui trình để xác định các sự kiện có tần xuất suất hiện đáng kể cho đánh giá tác động của
chúng từ quan điểm thiết kế các trang thiết bị, hướng dẫn bố trí các thiết bị được qui định
trong API Recommended Practice 75, API Recommended Practice 14G, API
Recommended Practice 14J, và các tài liệu của bộ API 14. Các nhà thầu vận hành có trách
nhiệm với an toàn của công trình biển bằng cách qui định các qui trình an toàn. Các kỹ sư
kết cấu cần làm việc sát cánh với các kỹ sư về thiết bị trong các phân tích rủi ro như đã qui
49
định trong API Recommended Practice 14J, cùng với hệ thống quản lý an toàn của nhà
thầu vận hành theo qui định trong API Recommended Practice 75.
Theo API RP 2A, qui trình đánh giá gồm:
1. Đánh giá sơ bộ những giàn khoan có mức độ rủi ro thấp, với những giàn khoan này
không cần phải đánh giá chi tiết kết cấu.
2. Đánh giá kết cấu cho những giàn khoan có mức độ rủi ro cao trên quan điểm an toàn
nhân mạng hay mức độ phá hủy khi xảy ra các hiện tượng cháy, nổ hiện tượng bất thường.
Qui trình đánh giá thể hiện trên hình 7
Theo đó:
Mục đích của qui trình này là đưa ra một loạt các đánh giá các sự kiện có thể xuất hiện
trong suốt đời sống công trình theo chức năng phục vụ. Chi tiết qui trình theo hình 6 và
bao gồm một chuỗi các bước mà người kỹ sư cần xem xét để đánh giá rủi ro do cháy nổ và
tải trọng bất thường ngẫu nhiên. Các bước đánh giá dưới đây thể hiện qua hình 6 (Qui trình
đánh giá) và ma trận rủi ro. Các bước gồm:
� Bước 1: Với các giàn khoan đã được lựa chọn, xác định phân loại giàn (đó là , L-1,
L-2, hay L-3).
� Bước 2: Với những sự kiện đưa ra xác định mức độ rủi ro L, M, hay H theo tần
xuất suất hiện của các sự kiện.
� Bước 3: Từ ma tận rủi ro Hình 18.5-1 (Risk Matrix), Xác định mức độ rủi ro tương
ứng cho công trình và các sự kiện đang xem xét.
� Bước 4: Tổng hợp các các nghiên cứu bổ xung để xác định cụ thể hơn các rủi ro,
hậu quả phá hủy và chi phí cho các biện pháp khắc phục. Trong một số trường hợp
công trình ở mức độ rủi ro cao cũng có thể được xem xét chấp nhận qua đánh giá
ALARP (cho phép rủi ro ở mức độ thực tế thấp hợp lý), khi các biện pháp đưa ra có
chi phí không phù hợp với lợi nhuận đem lại của công trình.
� Bước 5: Nếu cần thiết xác định lại phân loại giàn hay các biện pháp tránh rủi ro hay
phá hủy của các sự kiện.
� Bước 6: Với những giàn khoan được xem là các mức độ rủi ro cao thì cần phải
đánh giá chi tiết toàn bộ kết cấu cho tải trọng do cháy, nổ và các tải trọng bất
thường ngẫu nhiên.
50
Hình 12: Qui trình đánh giá mức độ rủi ro cho tải trọng cháy, nổ và sự cố
51
Các đánh giá chi tiết
Các đánh giá chi tiết cho kết
cấu công trình do các tác
động cháy, nổ và các tải
trọng bất thường ngẫu nhiên
chỉ xem xét khi giàn khoan
được đánh giá là có mức độ
rủi ro cáo, các đánh giá chi
tiết này bao gồm:
a. Kiểm tra Thiết kế chống
cháy
b. Kiểm tra thiết kế chống
nổ
c. Kiểm tra tải trọng tàu và
d. Kiểm tra tải trọng vật rơi
Hình 13: Mô hình tính cho kết cấu dưởi tác động của
nổ
Theo API RP 2A, cháy, nổ hay cá tải trong bất thường là các sự kiện dẫn đến sụp đổ một
phần hoặc toàn bộ kết cấu công trình, gây ra các tổn thất về nhân mạng hay ô nhiễm môi
trường. Việc phân tích này cần phải được đưa vào trong giai đoạn thiết kế, bố trí mặt bằng
của các phương tiện và thiết bị để giảm thiếu tối đa ảnh hưởng của các sự kiện trên.
Phương pháp cường độ cực hạn: Sẽ được trình bầy chi tiết trong mục 3 dưới đây
Kết luận
a. Trạng thái giới hạn PLS xem xét kết cấu ở giai đoạn sụp đổ do các tác động bất
thường gây ra, Các tác động bất thường được đưa vào tính toán có xác suất vượt
giới hạn là 10-4 trên cơ sở mô tả chúng bằng các đại lượng ngẫu nhiên
b. Trạng thái giới hạn PLS phù hợp trong phân tích các kết cấu công trình làm bằng
các vật liệu có tính dẻo và tính tái bền.
c. Hiện nay để phân tích theo trạng thái giới hạn PLS có 02 phương pháp phân tích
chính là: Phương pháp cường độ cực hạn và đánh giá rủi ro, trong đó
52
d. Phương pháp Cường độ cực hạn đánh giá phù hợp trong tính toán kết cấu JACKET
chịu tải trọng ngang là tác động của môi trường ( bão cực hạn có tần suất vượt hàng
năm nhỏ hơn 10-4, sử dụng phương pháp Push-over)
e. Phương pháp phân tích rủi do phù hợp trong thiết kế mới, trong xác định vị trí công
trình, qui mô công trình . . . và đặc biệt là bố trí các thiết bị, nhằm giảm thiểu ảnh
hưởng của các sự kiện ngẫu nhiên xảy dựa trên cơ sở ma trận phân cấp giàn theo
rủi ro phá hủy xét đến các yếu tố ngẫu nhiên bất thường có thể xảy ra và tổ hợp của
các sư kiện
3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN PTĐGL KẾT CẤU JACKET THEO PLS
Đặt vấn đề
- Theo các kết luận tại mục II:
“ Vị trí của PLS trong thiết kế mới hay PTĐGL kết cấu đang khai thác đều được thể hiện
trong 02 phương pháp
- Phương pháp phân tích cường độ cực hạn và
- Phương pháp phân tích rủi ro
Tuy nhiên mức độ sử dụng của từng phương pháp là khác nhau. Trong đó:
Phương pháp phân tích cường độ cực hạn chủ yếu được đưa vào trong PTĐGL (
trong xác định cường độ dự trữ của công trình) xác định được mức độ quá tải của công
trình dưới tác động của môi trường biển dị thường, đây là yếu tố ngẫu nhiên trội đối với
kết cấu Jacket.”
Chính vì vậy Phương pháp luận PTĐGL kết cấu CTB cố định theo PLS được nghiên
cứu chủ yếu trê cơ sở phương pháp luận của Phương pháp Phân tích cường độ cực hạn
theo 3.2 dưới đây
Theo đó, Phương pháp luận của Phương pháp Phân tích cường độ cực hạn dựa trên cơ sở:
- Xem xét trạng thái quá tải ( 3.2.1)
- Phân cấp công trình biển (3.2.2)
- Tác động của các sự kiện bất thường (2.2.3)
- Phân cấp công trình theo rủi ro của phá hủy (2.2.4)
Phương pháp Push-over trong PTQT phá hủy lũy tiến JACKET
Nội dung phương pháp
� Phân tích ngoài vùng đàn hồi với mục đích khẳng định kết cấu JACKET có đủ
cường độ và ổn định để đứng vững trước tải trọng môi trường. Tuy có những vị
trí hư hỏng cục bộ hay ứng suất dư cho phép, nhưng không bị sụp đổ. Ở mức
53
độ phân tích này, ứng suất đã vượt quá ứng suất đàn hồi, và mô hình các phần
tử, nút, nền móng phải được xem xét ở khả năng chịu lực cực hạn chứ không
dừng lại ở giới hạn tải trọng đàn hồi
� Mô hình kết cấu phải được xem như suy giảm cường độ và độ cứng sau khi
cực hạn. các bước phân tích tiếp theo khi mức độ của tải trọng được tăng lên
cho đến khi đặt được giá trị cực hạn đã được qui định.
� Khi tải trọng tăng từng bước, các phần tử kết cấu như nút và phần tử hay cọc
được kiểm tra làm việc ngoài miền đàn hồi để đảm bảo phù hợp với mô hình tính.
� Phương pháp Push-over phù hợp cho phân tích với tải trọng tĩnh, biến dạng dẻo
hoặc tải trọng động mà có thể thể hiện bằng tải trọng tựa tĩnh tương đương.
Mô hình hóa các loại phần tử: để mô hình hóa, các phần tử có thể được chia theo
nhóm như sau:
a. Phần tử đàn hồi: Những phần tử này sẽ được phân tích trong giai đoạn đàn hồi
khi phân tích cường độ cực hạn
b. Các phần tử chỉ chịu lực dọc: Những phần tử này sẽ chỉ chịu lực dọc hay mất ổn
định khi phân tích cường độ cực hạn. Những phần tử này được mô hình bằng phần tử
thanh, đưa vào tính toán sự giảm cường độ và độ cứng sau khi đã bị mất ổn định
c. Các phần tử chống uốn: Những phần tử
này sẽ mất bền khi phân tích cường độ cực
hạn, do ứng suất uống gây ra. Những phần
tử này được mô hình bằng những phần tử
dầm, cột, đưa vào tính toán nén uốn đồng
thời cũng như trong việc hình thành và phá
hủy khớp dẻo
d. Nút: Những tải trọng được đánh giá là
tải trong thực tế tác dụng lên nút thực chứ
không phải là chứ không phải dựa trên
cường độ của các ống nhánh liên kết vào
nút.
e. Các phần tử bị khuyết tật hay bị ăn mòn:
Những phần tử, nút bị khuyết tật hay bị ăn
mòn sẽ được mô hình hóa một cách chính
xác để có thể xem xét được cường độ cực
Hình 14: Sơ đồ tính của kết cấu CTB
theo phương pháp Pushover
54
hạn và và sau cường độ cực hạn cùng các
đặc điểm về biến dạng. Phương pháp phần
tử hữu hạn và cơ học phá hủy sẽ được điều
chỉnh trong từng trường hợp
f. Các phần tử được sửa chữa và gia cường:
Các phần tử hay nút đã hay phải được gia
cường cũng cần phải được mô hình hóa để
đưa ra chính xác các đặc trưng của phần tử
sau khi đã được sửa chữa hay gia cường.
g. Nền móng: Để thực hiện phân tích sụp đổ
phi tuyến hoặc phân tích động theo thời
gian kết cấu công trình biển, móng cọc phải
được mô hình hóa đủ chi tiết để có thể mô
phỏng đúng phản ứng của công trình. Có thể
đơn giản hóa mô hình nền móng để đánh giá
phản ứng của kết cấu công trình. Tuy nhiên,
mô hình này cần phải phản ánh được cặp
lực cắt và mô men thực tế của đầu cọc.
Thêm vào đó cần xem xét tương tác phi
tuyến giữa đất và cọc. Cuối cùng mô hình
cũng phải phù hợp cho trạng thái sụp đổ
trong trường hợp nền móng là bộ phận kết
cấu xung yếu của cả hệ thống công trình.
Xây dựng chỉ tiêu cường độ dự trữ (RSR)
Bất đẳng thức thể hiện kết cấu công trình đủ đảm bảo khả năng chịu lực tổng thể như sau
Trong đó:
R = Cường độ cực hạn của kết cấu công trình
RS = Cường độ cực hạn phi tuyến của kết công trình
RF = Cường độ cực hạn phi tuyến của nền móng công trình
EFDFF
R
F
RR ED
F
F
S
S⋅+⋅≥),(
55
D = Các tải trọng ngoài tải trọng môi trường
E = Tải trọng môi trường
FD = Hệ số tải trọng của Các tải trọng ngoài tải trọng môi trường = 1.0
FE = Hệ số tải trọng môi trường (depends on platform categories)
FS = Hệ số vật liệu của kết cấu công trình = 1.15.
FF = Hệ số vật liệu của nền móng công trình = 1.3
Nhân cả hai vế của phương trình với Fs và thay các giá trị trên vào ta được
trong đó:
Giá trị lực ngang lớn nhất khi kết cấu sụp đổ
Tải trọng môi trường với tần xuất xuất hiện 100 năm
Giá trị cường độ dự trữ cho phép [RSR] phụ thuộc vào phân loại giàn (theo API-RP-
2A: với giàn không có người ở , [RSR] = 1.6)
Tải trọng và tổ hợp tải trọng
Trong tính toán phân tích cường độ cực hạn cho kết cấu Jacket, khi xem xét ảnh
hưởng của các yếu tố bất thường chúng ta thấy ảnh hưởng của tải trọng môi trường dị
thường (bão có tần xuất hiếm) là yếu tố trội, Theo DNV-RP-C204 các tải trọng cần được
đưa vào trong tính toán cường độ cực hạn gồm:
- P: Tĩnh tải ( Xác định theo thực tế)
- L: Hoạt tải ( Được qui định trong các tiêu chuẩn qui phạm)
- E: Tải trọng môi trường bão 100 năm
- A: Tải trọng do các yếu tố bất thường ( không đưa vào tính toán)
ERSRDR
RR FSULT *.15.1)
13.1,( +=
RSR=
56
Tổ hợp tải trọng theo phương pháp Push-over xác định cường độ cực hạn theo trạng
thái giới hạn PLS như sau:
Tổ hợp tải trọng PLS (sau hư hỏng): 1.0*P + 1.0*L + 1.0*E + 0.0*A
Trên cơ sở xác định tải trọng môi trường biển dị thường (bão) là tải trọng trội khi
xem xét các yếu tố bất thường trong toàn bộ đời sống công trình, các giàn khoan biển theo
phân loại, hoặc là thỏa mãn hoặc không thỏa mãn các yêu cầu sơ bộ hay kiểm tra phân tích
ở mức độ thiết kế cần phải được kiểm tra để xác định cường độ dự trữ để đảm bảo rằng
dưới tác dụng của tải trọng bất thường ngẫu nhiên, ở đây là bão 100 năm có khả năng đứng
vững.
Theo API-RP 2A, khi phân tích cường độ cực hạn cần sử dụng các hướng dẫn sau:
1. Cường độ cực hạn của các các phần tử nguyên ( không bị tổn thương), nút, cọc
có thể được thiết lập sử dụng các công thức xác định theo ULS với hệ số an toàn bằng 1.
Các ảnh hưởng phi tuyến có thể được sử dụng để điều chỉnh. Cường độ cực hạn của các
nút xác định qua phương trình cân bằng nút
2. Cường độ cực hạn của các phần tử bị tổn thương hoặc đã được gia cố cần được
đánh giá sử dụng các phương pháp thiết kế hợp lý, bao gồm cả các phương pháp hay qui
trình riêng để đảm bảo việc xác định này là phù hợp
3. Ứng suất đàn hồi thực tế hay tính toán có thể được sử dụng thay cho ứng suất
đàn hồi danh nghĩa. Việc tăng cường độ do kết cấu có khả năng “ tái cứng” có thể được
xem xét nếu thiết diện phần tử là nguyên
4. Các nghiên cứu và các thí nghiệm chỉ ra rằng, với các phần tử khung bị quá tải,
hệ số chiều dài hữu dụng của phần tử (K) cơ bản là thấp hơn so với đã được qui định theo
ULS (3.3.1d - API-RP2A). Giá trị thấp này có thể được sử dụng nếu điều này có thể khẳng
định được cả trong lý thuyết và thực tế áp dụng.
Cường độ cực hạn có thể được xác định bằng phương pháp đàn hồi hay (see 17.7.3a
and 17.7.3b), hay phương pháp phi đàn hồi.
57
Đối chiếu phương pháp luận với qui trình PTĐGL theo qui phạm
G iµ n ® u î c ® ¸ n h
g i¸ k h « n g ® ¹ t
4 .2 . P h © n tÝc h th e o ® é b Ò n g ií i h ¹ n
4 .1 . P h © n tÝc h th e o m ø c ® é th iÕ t k Õ
4 . T Ýn h to ¸ n p h © n t Ýc h ® ¸ n h g i¸
C ã h u h á n g , t¶ i t rä n g t¨ n g . . .
3 . X em x Ð t c ¸ c d ÷ liÖ u p h ô c v ô P T Đ L
S ù c Ç n th iÕ t c ñ a c ¸ c x u Ê t p h ¸ t?
2 . P h © n lo ¹ i g iµ n
1 . L ù a c h ä n g iµ n ® Ó P T § G L
K h « n g c Ç n ® ¸ n h g i¸
B iÖ n p h ¸ p k h ¾ c p h ô c ?
5 . B iÖ n p h ¸ pk h ¾ c p h ô c ?
G iµ n ® u î c ® ¸ n h g i¸ ® ¹ t
G iµ n ® \-u î c ® ¸ n h g i¸ ® ¹ t
K h « n g c Ç n ® ¸ n h g i¸
K h « n g
C ã
K h « n g
C ã
§ ¹ t
K h « n g ® ¹ t
K h « n g
C ã
K h « n g ® ¹ t
§ ¹ t
C ã
K h « n g
Hình 15: Qui trình PTĐGL theo API-RP 2A - Với tải trọng môi trường
58
Sự phù hợp về các tác động
T¸c ®éng m«i tr−êng ®ua vµo tÝnh to¸n lµ b·o 100 n¨m t−¬ng ®−¬ng víi
b·o cã tÇn xuÊt v−ît hµng n¨m lµ [Pof]=10-2.
Nh− vËy cã sù phï hîp gi÷a ph−¬ng ph¸p luËn ®· nªu (c¸c t¸c ®éng bÊt
th−êng vµ tÇn xuÊt v−ît hµng n¨m cho phÐp) vµ c¸c quy ®Þnh trong quy ph¹m.
Theo ®ã t¸c ®éng bÊt th−êng ë ®©y lµ t¶i träng m«i tr−êng dÞ th−êng – b·o
100 n¨m , cã tÇn xuÊt cho phÐp lµ [Pof]=10-2.
Sự phù hợp về sự làm việc của vật liệu
Như vậy việc tính toán, phân tích kết cấu được thực hiện theo 2 bước sau:
- Bước 1: Phân tích theo
mức độ thiết kế: giải
quyết các bài toán kết
cấu tuyến tính (vật liệu
làm việc trong miền đàn
hồi, quan hệ giữa ứng
xuất và biến dạng là
tuyến tính).
- Bước 2: Tính toán, phân
tích theo cường độ cực
hạn: giải quyết các bài
toán kết cấu phi tuyến
(vật liệu làm việc trong
miền đàn dẻo).
Từ bước tính toán phân tích thứ 2 cho phép ta đáng giá được khả năng làm việc
ngoài giới hạn đàn hồi do tải trọng vượt tải trọng thiết kế hoặc do sự hư hỏng của kết cấu
mà công trình chưa bị sụp đổ (trạng thái quá tải), xem sơ đồ làm việc của vật liệu thép
59
1. Tính toán, phân tích theo mức độ thiết kế
Tính toán, phân tích theo mức độ thiết kế dựa trên cơ sở phân tích tuyến tính kết cấu bao
gồm:
� Tính toán, phân tích theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)
Tính toán, phân tích kết cấu theo độ bền, độ ổn định, khả năng chịu lực cắt, áp lực thủy
tĩnh của các phần tử kết cấu và cọc trong điều kiện khai thác (operating), điều kiện bão cực
hạn 100 năm (storm), sự tác động của động đất trong vùng có nhạy cảm... Việc tính toán,
phân tích theo trạng thái giới hạn này là so sánh hệ số sử dụng của nút, phần tử với các giá
trị cho phép.
� Tính toán, phân tích theo trạng thái giới hạn mỏi (FLS)
Tính toán, phân tích kết cấu do tích lũy tổn thương dưới sự tác động của tải trọng môi
trường theo các chu trình ngẫu nhiên trong suốt đời sống công trình. Kết qủa của tính toán
theo trạng thái giới hạn này là đưa ra được tuổi thọ mỏi của các nút, từ đó so sánh với tuổi
thọ cho phép.
� Tính toán, phân tích theo trạng thái giới hạn phục vụ (SLS)
Ở trạng thái này chỉ tiêu đánh giá chủ yếu là chuyển vị của kết cấu không được vượt
qúa giới hạn cho phép.
Khi kết qủa tính toán, phân tích theo mức độ thiết kế không đảm bảo thì cần tiến
hành tính toán, phân tích theo độ bền giới hạn.
2. Tính toán, phân tích theo cường độ cực hạn
Tính toán, phân tích theo cường độ cực hạn dựa trên cơ sở phân tích phi tuyến kết
cấu theo trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS).
Trạng thái PLS đánh giá khả năng chịu lực của kết cấu qua hệ số cường độ dự trữ tổng
thể của kết cấu RSR. Đối với kết cấu các giàn khoan biển cố định thì ảnh hưởng của tải
trọng môi trường mà đặc biệt là sóng và dòng chảy là quan trọng nhất, do vậy giá trị RSR
được xác định theo 3.2.5 như sau:
60
Bảng 4: So sánh Phân tích kết cấu mới và Phân tích đánh giá lại
So sánh Phân tích kết cấu mới và PTĐGL
Các số liệu Thiết kế mới PTĐGL
Điều kiện môi
trường
Các số liệu dự báo từ
các số liệu đo đạc có
sẵn
Như theo TK mới và bao gồm các số liệu
gần nhất như:
- Các phương pháp đánh giá mới nhất
- Kinh nghiệm từ các mỏ lân cận;
- Các dự báo trên cơ sở điều kiện môi
trường thực tế tại mỏ
Điều kiện tải
trọng
Đánh giá an toàn
trên cơ sở mục đích
sử dụng của công
trình
Đánh góa an toàn trên cơ sở hồ sơ hoàn
công và sử dụng các số liệu khảo sát gần
nhất như: hà bám, thêm bớt thiết bị . . .
Nền móng công
trình
Định lượng từ số liệu
khảo sát và kiểm tra
mẫu trong phòng thí
nghiệm
Như theo TK mới và bổ xung :
- Các phương pháp đánh giá mới nhất
- Kinh nghiệm từ các mỏ lân cận;
- Các số liệu phân tích từ báo cáo đóng cọc
- Các số liệu khảo sát xói đáy biển
Mô hình kết cấu
Các kích thước hình
học có thể đã thay
đổi. Không thể khảo
sát thực tế
Kích thước kết cấu là cố định và đã biết.
Có thể kiểm tra và khảo sát thực tế
Phân tích ứng
suất
Thời gian cho phân
tích là quan trọng,
tuân thủ theo qui
định, qui phạm
Chất lượng của phân tích là quan trọng, có
thời gian cho thử nghiệm mô hình, loại bỏ các
kết cấu dư thừa, xác định thêm cường độ cực
hạn của kết cấu và nền móng, Phân tích chi
tiết các thông số để năng cao độ tin cậy
Kết quả
Kết cấu phải có các
phần tử và nút đảm
bảo yêu cầu sử dụng
chấp nhận theo qui
phạm
Kết cấu có một vài chỗ quá tải, vượt quá
ứng suất đàn hồi, xong một vài qui phạm
cho phép tổng thể kết cấu còn cường độ dự
trữ cho phép
13
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] BS6235
[2] DNV rules
[3] API – RP2A
[4] NPD regulations
[5] DOE-OG Rules
[7] ESDEP WG 15A: Structural system:
[8] Bài giảng cao học Ngành Xây dựng CTB – Đại học Xây dựng
[9] Báo cáo phân tích đánh giá lại kết cấu chân đế RB-CTP2, LQ-CTP2
[10] SESAM Theory and Manual USFOS – Des Norske Veritas
[11] DNV: Rules for Classification of Fixed Offshore Installations. 1993
[12] DNV: Rules for the Design Construction and Inspection of Offshore
Structures, 1981
[13] C. Guedes Soares (Editors). Risk and Reliability in Marine Technology, 1998.
[14] Palle Thoft-Christensen, Michael J.Baker. Structural Reliability Theory and
Its Applications. 1982.
[15] Guidelines for Safety Evaluation of Platform Conceptual Design. Norwegian
Petroleum Directorate.
[16] On Assessment of Exiting Offshore Structure ( Ivar Langen, Stavanger University College Stavanger, Norway )
[17] OTC 18332 The Development of a Recommneded Practice for Structural Intergrity Management (SIM) of Fixed Offshore Platform ( 2006)
