Tinh toan tuoi tho moi

§å ¸n tèt nghiÖp
ThiÕt kÕ tÝnh to¸n tuæi thä mái c«ng tr×nh LQ10

LỜI CẢM ƠN
Đối với sinh viên xây dựng thì đồ án tốt nghiệp có ý nghĩa hết sức quan trọng. Đó là một
bước để đánh giá sự trưởng thành về nhiều mặt của sinh viên qua 5 năm học và những kiến
thức gặt hái được trong quá trình học tập tại nhà trường. Đối với sinh viên P.F.I.E.V
chuyên ngành Công trình thủy (IH), kiến thức chuyên ngành công trình thủy cuối năm thứ 4
và đầu năm thứ 5 đã cung cấp những hiểu biết chung về lĩnh vực công trình thủy, đồ án tốt
nghiệp của tôi là sự tìm hiều kĩ hơn và sâu hơn về một lĩnh vực, một công trình cụ thể trong
công trình thủy.
Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp của chuyên ngành công trình thủy là đòi hỏi kĩ năng sử
dụng phần mềm, khả năng làm việc độc lập, khả năng phát hiện và giải quyết vấn đề-là
những đìều mà tôi rất cần trước khi trở thành một người kĩ sư.
Để đạt được mong muốn đó, dưới sự hướng dẫn của các thầy viện Công trình biển, tôi đã
lỗ lực làm việc và nghiên cứu trong thời gian mười lăm tuần từ tháng 2/2007 đến tháng
5/2007. Để hoàn thành đồ án đúng mục tiêu và thời hạn, tôi xin được chân thành cảm ơn
ThS. Mai Hồng Quân- Viện công trình biển - là thầy giáo hướng dẫn chính trực tiếp, xin
được cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS. Đinh Quang Cường và TS. Nguyễn Quốc
Hòa.
Nhân đây, tôi xin được gửi lời đồng cảm ơn tới các thầy cô trong ban Quản lý và Đào tạo
Kĩ Sư Chất lượng cao trường Đại học Xây Dựng, các thầy thuộc Viện Công trình biển,
Khoa Thủy lợi-Thủy điện, Khoa Công trình bến cảng đã giúp đỡ tôi trong suốt 5 năm đại
học.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn những ai quan tâm đến đồ án này nói riêng và lĩnh vực công
trình biển nói chung.

Hà nội, ngày 29/05/2007

Sinh viên
Phạm Thị Hồng Nhung

Sinh viªn thùc hiÖn
Ph¹m ThÞ Hång Nhung - líp 47 CTT - Khoa ®µo t¹o kü s− chÊt l−îng cao 1


LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I ......................................................................................................................................... 3
MỞ ĐẦU -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN-SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG TÍNH TOÁN - GIỚI THIỆU
CÔNG TRÌNH LQ10 ......................................................................................................................... 3
I.1-Mở đầu - Nhiệm vụ đồ án ........................................................................................................... 3
I.2-Số liệu môi trường tính toán ....................................................................................................... 3
I.2.1-Số liệu khí tượng hải văn ..................................................................................................... 3
I.2.2-Số liệu địa chất .................................................................................................................... 8
I.3- Giới thiệu công trình LQ10 ....................................................................................................... 9
I.3.1-Chức năng ............................................................................................................................ 9
I.3.2-Mô tả công trình .................................................................................................................. 9
CHƯƠNG II ..................................................................................................................................... 12
LÝ THUYẾT TÍNH MỎI CÔNG TRÌNH BIỂN .......................................................................... 12
II.1- Hiện tượng phá huỷ mỏi trong kết cấu ................................................................................... 12
II.2- Tải trọng gây mỏi ................................................................................................................... 13
II.3-Các phương pháp tính toán mỏi .............................................................................................. 14
II.4 - Điểm nóng - Hệ số tập trung ứng suất - Đường cong mỏi .................................................... 17
II.4.1-Điểm nóng ( hot spot)....................................................................................................... 17
II.4.2-Hệ số tập trung ứng suất (SCF) ........................................................................................ 18
II.4.3-Đường cong mỏi S-N ....................................................................................................... 28
II.5- Tính toán mỏi theo quan điểm tiền định ................................................................................ 33
II.5.1- Tải trọng sóng.................................................................................................................. 33
II.5.2-Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp tiền định ............................................. 34
II.5.3-Đếm các chu trình ứng suất .............................................................................................. 35
II.5.4-Thống kê dài hạn các trạng thái biển................................................................................ 35
II.5.5-Tổn thất mỏi tích luỹ ........................................................................................................ 35
II.6-Tính toán mỏi theo quan điểm ngẫu nhiên .............................................................................. 35
II.6.1 - Tải trọng sóng................................................................................................................. 35
II.6.2-Xác định ứng suất danh nghĩa theo phương pháp phổ ..................................................... 37
II.6.4-Đếm các chu trình ứng suất .............................................................................................. 38
II.6.5-Thống kê dài hạn các trạng thái biển................................................................................ 39
II.6.6-Tỉ số mỏi tích luỹ ............................................................................................................. 39
II.7. Hệ số an toàn FCF .................................................................................................................. 39
CHƯƠNG III .................................................................................................................................... 41
SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH SACS TÍNH TOÁN-KIỂM TRA MỎI CÔNG TRÌNH LQ10 41
III.1-Lý thuyết bổ sung cho chương trình tính toán ....................................................................... 41
III.1.1-Lý thuyết các nút ............................................................................................................. 41
III.1.2-Lý thuyết về mô hình cọc đất nền ................................................................................... 43
III.2-Dao động riêng ....................................................................................................................... 44
III.3-Tính toán mỏi với mô hình cơ bản ......................................................................................... 44
III.4-Tính toán mỏi với mô hình chi tiết ........................................................................................ 46
III.5 -Cọc đất nền tác dụng đồng thời ............................................................................................ 52
CHƯƠNG IV .................................................................................................................................... 54
NHẬN XÉT KIẾN NGHỊ PHƯƠNG ÁN BẢO TRÌ CÔNG TRÌNH ......................................... 54
IV.1-Nhận xét về mức độ phá huỷ mỏi giữa các nút ..................................................................... 54
IV.2-Khuyến cáo trong quá trình sử dụng...................................................................................... 65



CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN-SỐ LIỆU MÔI TRƯỜNG TÍNH TOÁN -
GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH LQ10
I.1-Mở đầu - Nhiệm vụ đồ án
Khi lựa chon chuyên ngành, tôi đã chọn chuyên ngành xây dựng công trình biển và rất
ham mê tìm hiểu. Trong đợt thực tập cán bộ kĩ thuật tại công ty liên doanh dầu khí
Vietsovpetro, tôi được giới thiệu một đề tài rất hấp dẫn: tính mỏi công trình biển. Chính vì
vậy tôi đã chọn đề tài: Thiết kế, tính toán tuổi thọ mỏi kết cấu chân đế giàn nhà ở LQ 10
thuộc mỏ Bạch Hổ đề thực hiện đồ án tốt nghiệp. Đề tài này giúp tôi có thể thực hành một
kĩ năng quan trọng của người kĩ sư: tính toán khả năng chịu mỏi của công trình trong điều
kiện chịu tải trọng lặp. Sau đây tôi xin tóm tắt cơ bản nhiệm vụ đố án:
• Tìm hiểu lý thuyết tính mỏi công trình biển cố định bằng thép, bao gồm tính mỏi tiền
định và tính mỏi ngẫu nhiên.
• Áp dụng lý thuyết tính mỏi trên để tính toán kiểm tra chân đế dàn LQ 10 bằng phần
mềm SACS trên cở sở thiết kế giàn LQ10.
• Từ kết quả tính toán trên phát hiện ra những nút nhạy cảm với hiện tượng mỏi, qua
đó có các khuyến cáo trong quá trình sử dụng và thiết kế lại nếu cần thiết.

I.2-Số liệu môi trường tính toán
Điều kiện môi trường được lấy từ báo cáo: “Bach Ho - Rong Field’s Environmental
Extreme Conditions - 2000” - là kết quả nghiên cứu đo đạc của XNLD Vietsovpetro tại khu
vực mỏ Rồng và Bạch Hổ.

I.2.1-Số liệu khí tượng hải văn

I.2.1.1- Gió
Khu vực xây dựng công trình là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa. Gió mùa
Đông Bắc (vào mùa đông), gió mùa Tây Nam (mùa hè). Gió mùa Đông Bắc kéo dài từ
tháng 11 đến tháng 3 hàng năm, trong khoảng thời gian này gió thổi ổn định, có tốc độ
mạnh và thịnh hành trong suốt mùa. Gió mùa chuyển tiếp (kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10
hàng năm), gió thổi không ổn định theo các hướng. Tốc độ gió được đo ở độ cao tiêu chuẩn
10m so với mực nước trung bình (MSL) với các tần suất xẩy ra lần lượt là: 100, 50, 25, 10,
5, 1 năm. Với các thông số đo như sau:
Tốc độ gió được đo ở 8 hướng:
Hướng Bắc (N)
Hướng Đông Bắc (NE)
Hướng Đông (E)
Hướng Đông Nam (SE)
Hướng Nam (S)


Hướng Tây Nam (SW)
Hướng Tây (W)
Hướng Tây Bắc (NW)
Tốc độ gió ở các hướng khác có thể tính bằng cách nội suy tuyến tính từ các hướng lân
cận.
Tốc độ gió trung bình được đo ở các mốc thời gian trong: 3 giây, 1 phút và 2 phút.

Bảng I.1: Tốc độ gió trung bình trong khoảng thời gian 2 phút (m/s)

Tần suất Hướng gió
(năm)
N NE E SE S SW W NW
100 38.4 49.4 30 20.8 22 35.7 34.2 33.5
50 36.2 45 29.1 19.2 21.4 33.4 32.7 31.8
25 34.2 40.6 27.4 18.2 20.4 31.5 30.4 29.2
10 30.6 37.5 26.3 16.8 19.2 28.2 27.5 26.5
5 28.5 34.6 25.2 15.5 18.4 26.2 25.2 21.3
1 23 26 22 12.7 16 21 20 18

BảngI.2: Tốc độ gió trung bình trong khoảng thời gian 1 phút (m/s)

Tần suất Hướng gió
(năm)
N NE E SE S SW W NW
100 39.7 50.9 31 21.4 22.7 36.9 35.3 34.6
50 37.4 46.5 30.1 19.8 22.1 34.5 33.4 32.8
25 35.3 41.9 28.3 18.8 21.1 32.5 34.1 30.2
10 31.6 38.7 27.2 17.4 19.8 29.1 28.4 27.4
5 29.4 35.7 26 16 19 27.1 26 22
1 23.8 26.4 22.7 13.1 16.5 21.7 20.7 18.6

Bảng I.3: Tốc độ gió trung bình trong khoảng thời gian 3 giây (m/s)

Tần suất Hướng
(năm) N NE E SE S SW W NW
100 44.7 57.4 34.9 24.2 25.6 41.6 39.8 39
50 42.1 52.4 33.9 22.3 24.9 38.9 18.1 37
25 39.8 47.3 31.9 21.2 23.7 36.7 35.4 34
10 35.6 43.7 30.6 19.6 22.4 32.8 32 30.8
5 33.2 40.3 29.3 18 21.4 30.5 29.3 24.8


Tần suất Hướng
(năm) N NE E SE S SW W NW
1 26.8 30.3 25.5 14.8 16.6 24.4 23.3 21

Tải trọng gió tính toán cho cả công trình được tính với tốc độ gió trung bình trong khoảng
thời gian 1 phút với chu kỳ lặp 100 năm.

I.1.2.2-Sóng
Gió mùa, áp thấp nhiệt đới và bão là nguyên nhân chủ yếu hình thành sóng ở biển Đông.
Bão thường tập trung từ tháng 6 đến tháng 10, do vậy chế độ sóng rất rõ rệt. Trong thời kì
có gió mùa Đông Bắc (từ tháng 11 đến tháng 3) sóng theo hướng Đông Bắc, độ cao cực đại
của sóng đáng kể hướng Đông Bắc có thể đạt 6.5 m và có thể lớn hơn. Trong thời kì gió
mùa Tây Nam, sóng theo hướng Tây Nam có độ cao cực đại sóng đáng kể chỉ trong tháng 8,
có thể vượt qua 6.0 m. Chế độ sóng được mô tả bởi hai thông số chính là chiều cao sóng và
chu kỳ sóng với các thông số sau:
Các thông số sóng được đo ở 8 hướng: N, NE, E, SE, S, SW, W, NW.
Các thông số sóng ở các hướng khác được tính bằng cách nội suy tuyến tính từ các hướng
lân cận.

Bảng I.4: Số con sóng xuất hiện trong một năm theo hướng Bắc

Khoảng chiều Chiều cao Chu kỳ
Xác suất Số con sóng
cao sóng (m) trung bình (m) sóng (s)
0.15 – 0.5 0.30 3.35 0.17690 16609
0.5 – 1.0 0.75 4.65 0.11994 8118
1.0 - 1.5 1.25 5.48 0.05935 3410
1.5 - 2.0 1.75 6.13 0.03208 1649
2.0 - 2.5 2.25 6.67 0.01822 861
2.5 - 3.0 2.75 7.14 0.01070 472
3.0 - 3.5 3.25 7.57 0.00645 268
3.5 - 4.0 3.75 7.96 0.00396 157
4.0 - 4.5 4.25 8.31 0.00247 94
4.5 - 5.0 4.75 8.65 0.00156 57
5.0 - 5.5 5.25 8.96 0.00100 35
5.5 - 6.0 5.75 9.25 0.00064 22
6.0 - 6.5 6.25 9.53 0.00042 14
6.5 - 7.0 6.75 9.80 0.00028 9
7.0 - 7.5 7.25 10.06 0.00018 6
7.5 - 8.0 7.75 10.30 0.00012 4
8.0 - 8.5 8.25 10.54 0.00008 2
8.5 - 9.0 8.75 10.76 0.00005 2
9.0 - 9.5 9.25 10.98 0.00004 1
9.5 - 10 9.75 11.19 0.00003 1


Khoảng chiều Chiều cao Chu kỳ
Xác suất Số con sóng
cao sóng (m) trung bình (m) sóng (s)
h0 = 0.73 T0 = 4.3 P = 0.435 N = 31791

Phụ lục I.1 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Bắc.
Phụ lục I.2 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Đông Bắc.
Phụ lục I.3 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Đông.
Phụ lục I.4 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Đông Nam.
Phụ lục I.5 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Nam.
Phụ lục I.6 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Tây Nam.
Phụ lục I.7 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Tây.
Phụ lục I.8 : Bảng số con sóng xuất hiện theo hướng Tây Bắc.

I.1.2.3-Dòng chảy
Chế độ dòng chảy trong khu vực được hình thành do ảnh hưởng của chế độ gió mùa và
chế độ thuỷ triều của hoàn lưu nước biển Đông.
Dòng chảy bao gồm: chế độ dòng chảy mặt và chế độ dòng chảy đáy. Vận tốc dòng chảy
được xác định như sau:
Vận tốc dòng chảy mặt được đo cách mực nước trung bình là 5m.
Vận tốc dòng chảy đáy được đo cách đáy là 5m.
Các vận tốc dòng chảy trung gian được tính bằng cách nội suy tuyến tính dòng chảy mặt
và dòng chảy đáy.
Vận tốc dòng chảy được thống kê với các tần suất xuất hiện là 100, 1 năm.
Vận tốc dòng chảy mặt

Bảng I.5 : Vận tốc dòng chảy mặt với tần suất 100 năm theo các hướng sóng

Hướng sóng
Thông số
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc (cm/s) 93 137 100 173 224 181 178 121
Góc lệch so với
240 242 277 41 68 79 78 134
hướng Bắc



Bảng I.6: Vận tốc dòng chảy mặt với tần suất 1 năm theo các hướng sóng

Hướng sóng
Thông số
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc
80 102 83 135 128 148 142 89
(cm/s)
Góc lệch so
với hướng 240 242 277 41 68 79 78 134
Bắc

Vận tốc dòng chảy đáy

Bảng I.7: Vận tốc dòng chảy đáy với tần suất 100 năm theo các hướng sóng

Hướng sóng
Thông số
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc (cm/s) 68 119 126 109 82 137 119 97
Góc lệch so
2 300 60 295 329 53 329 197
với hướng Bắc

Bảng I.8: Vận tốc dòng chảy đáy với tần suất 1 năm theo các hướng sóng

Hướng sóng
Thông số
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc (cm/s) 58 69 96 85 67 97 96 77
Góc lệch so
2 300 60 295 329 53 329 197
với hướng Bắc

I.1.2.4-Thuỷ triều
Trong khu vực mỏ Bạch Hổ, đặc trưng dao động mực nước là bán nhật triều không đều.
Mực nước trung bình tháng phân bố không đều trong năm, các tháng mùa đông mực nước
dâng lên 0.234 (m), còn trong mùa hè mực nước hạ xuống 0.145(m) so với mực nước trung
bình hàng năm. Biên độ dao động triều được tính toán lên xuống so với mực nước trung
bình (MSL).
Biên độ triều cao nhất so với MSL : + 1.03 m.
Biên độ triều thấp nhất so với MSL : - 1.62 m.
Nước dâng do gió bão so với MSL : + 0.87 m.



I.1.2.5-Sinh vật biển
Sự phát triển của sinh vật biển (hà) được lấy trung bình theo các báo cáo khảo sát cho
vùng mỏ Bạch Hổ năm 1997, tại các cao độ sau:

Bảng I.9 : Chiều dày hà bám

Chiều dày
Cao độ (m)
(mm)
Từ cao độ (±) 0.000 đến cao độ (-) 4.000 80
Từ cao độ (-) 4.000 đến cao độ (-) 8.000 87
Từ cao độ (-) 8.000 đến cao độ (-) 10.000 100
Từ cao độ (-) 10.000 đến đáy biển 70

I.2.2-Số liệu địa chất
Trên cơ sở kết quả khảo sát địa chất phục vụ quá trình thiết kế và xây dựng các công trình
biển trên hai khu mỏ Bạch Hổ và Rồng. Chúng ta có thể đưa ra một số nhận định chung về
điều kiện địa chất công trình trên khu mỏ như sau:
Trên bề mặt đáy biển thường có một lớp trầm tích lắng đọng có thành phần hỗn hợp, ở
dạng bùn rất nhão. Chiều dày lớp này thường trên dưới nửa mét, đặc tính cơ lý không ổn
định, thường bỏ qua trong quá trình tính toán thi công.
Nền đất trên toàn bộ khu mỏ là tương đối giống nhau, gồm khá nhiều lớp, chiều dày các
lớp đất không lớn (ít có lớp đất nào dày hơn 10m). Chiều dày trung bình của các lớp đất
trong khoảng 4.5 đến 5m.
Số các lớp đất sét chiếm ưu thế, ứng suất cắt của các lớp đất này phổ biến trong khoảng
100 đến 200 Kpa.
Các lớp cát xuất hiện rải rác, xen kẽ giữa các lớp sét, thường có góc nội ma sát trong
khoảng từ 200 đến 350.
Chưa thấy sự xuất hiện của các lớp sỏi và tầng đá trong khoảng 80 m trên cùng.

Bảng I.10 : Số liệu địa chất dùng cho thiết kế giàn LQ10

Ứng suất cắt không
Tỷ trọng Góc nội
thoát nước Su Độ rỗng
STT Độ sâu (m) Loại đất ngập nước ma sát Φ
(KPa) ε50
(KN/m3) (độ)
Mặt Đáy
1 0.0 - 0.5 Cát 7.3 18
2 0.5 - 3.2 Sét 7.9 6 22 0.012
3 3.2 - 6.0 Sét 9.8 100 117 0.022
4 6.0 - 8.0 Cát 9.2 25
5 8.0 - 14.0 Sét 9.1 80 100 0.023



Ứng suất cắt không
Tỷ trọng Góc nội
thoát nước Su Độ rỗng
STT Độ sâu (m) Loại đất ngập nước ma sát Φ
(KPa) ε50
(KN/m3) (độ)
Mặt Đáy
6 14.0 - 22.0 Sét 8.9 100 100 0.023
7 22.0 - 24.5 Sét 9.0 59 72 0.046
8 24.5 - 34.0 Cát 10.4 35
9 34.0 - 40.0 Sét 10.0 190 190 0.024
10 40.0 - 47.0 Sét 9.8 70 127 0.038
11 47.0 - 49.5 Cát 9.5 27
12 49.5 - 57.5 Sét 10.0 120 190 0.039
13 57.5 - 63.0 Sét 8.5 86 86 0.030
14 63.0 - 69.0 Bùn 7.1 154 154 0.026
15 69.0 - 73.5 Sét 8.6 104 104 0.043
16a 73.5 - 76.2 Cát 9.0 26
16 76.2 - 78.0 Sét 11.6 192 192 0.036
17 78.0 - 80.1 Cát 11.4 36

I.3- Giới thiệu công trình LQ10

I.3.1-Chức năng
Giàn LQ10 được thiết kế cho mục đích làm nhà ở cho các cán bộ công nhân viên làm việc
trên hai giàn BK1 và BK10.

I.3.2-Mô tả công trình
Những số liệu cơ bản nhất của giàn LQ10:
• Độ sâu nước : 50.1 m.
• Chiều cao công trình : 86.6m.
• Khối chân đế gồm 4 ống chính.
• Vì là giàn nhà ở, công trình không có giếng khoan và Riser.



Sàn sân bay el (+) 36.562

Sàn trên el (+) 27.812

Sàn chính el (+) 27.812

Sàn du?i el (+) 27.812

el (+) 7.500 ( cao trình wp )

el (+) 5.400 ( d?nh kcd )
el (+) 4.500

MSL (+) 0.00

B?n c?p t?u

EL (−) 12.500

? ng bom c?u h?a

EL (−) 32.500

EL (−) 50.100
EL (−) 50.600
( Đáy bi?n )
paker sàn ch?ng lún paker

c?c c?c

EL (−) 122.60
( Cao trình mui c?c )

Bản vẽ số : 1
Để đáp ứng nhu cầu module hóa thuận tiện cho công tác gia công chế tạo, lắp dựng, đồng
thời đảm bảo cho công tác duy tu bảo dưỡng sửa chữa được dễ dàng, công trình được phân
chia thành các block chế tạo độc lập và liên kết với nhau bằng các mối hàn, gồm có:

I.3.2.1-Khối chân đế
Kết cấu chân đế là bộ phận chịu lực quan trọng nhất của công trình, được cấu tạo từ tổ hợp
các thanh thép ống gồm bốn ống chính và ống nhánh làm nhiệm vụ truyền tải trọng từ kết
cấu phần trên xuống móng của công trình.
Để tối ưu hóa về chịu lực thì khối chân đế có kết cấu đối xứng, các panel nghiêng đều về
các phía tạo thành khối chân đế có dạng hình chóp cụt vuông.

I.3.2.2- Móng cọc
Cọc được chế tạo từ các thép ống chuyên dụng cho công trình biển. Cọc được chia thành
nhiều đoạn tùy thuộc vào chiều dài cọc thiết kế. Ở phần trên, trong lồng cọc có bố trí đường
ống bơm trám xi măng. Phẩn mũi cọc có một nửa được vát nghiêng, phía trong xung quanh
mũi cọc có hàn các sườn gia cường với mục đích vừa bảo vệ buồng bơm trám, vừa tăng
cứng cho mũi cọc, đảm bảo quá trình thi công cọc có thể xuyên qua các nền cứng một cách
dễ dàng.
Đường kính, chiều dài cọc phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên kết cấu, khả năng chịu tải
của nền đất và giải pháp thi công công trình.



Các cọc sẽ được đóng xuống độ sâu thiết kế qua ống chính của chân đế, giữa ống chính và
cọc được bơm trám bằng dung dịch xi măng.

I.3.2.3- Khung sàn chịu lực
Khung sàn chịu lực là bộ phận trung gian giữa các module trên thượng tầng và kết cấu
chân đế. Làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng từ khối thượng tầng xuống chân đế.
Sàn chịu lực thường được chế tạo từ các dầm thép hình hoặc các dầm thép tổ hợp.

I.3.2.4- Giá cập tàu
Giá cập tầu được thiết kế dựa trên các cơ sở sau:
Vị trí bố trí giá cập tầu tại khu vực có sự dao động thuỷ triều.
Đảm bảo mớn nước cho tàu cập khi thuỷ triều lên xuống.
Đảm bảo không cho tầu va trực tiếp vào khối chân đế.
Giảm được đáng kể lực cập tầu
Phù hợp với các yêu cầu trên, giá cập tàu được đặt ngược với hướng gió chính và hướng
dòng chảy để giảm thiểu lực tác dụng vào giàn khoan khi tàu cập vào giàn, đảm bảo độ an
toàn cho khối chân đế.
Giá cập tàu được chia làm hai phần chính:
Phần cố định gồm khung xương, cầu thang, hai mặt sàn ở cao độ khác nhau cho các mực
thuỷ triều.
Phần bán cố định gồm các trụ đứng bọc đệm cao su, phía dưới liên kết với với khung
xương qua ống định tâm, đầu trên liên kết với khung xương qua mặt bích bắt bulông.
Giải pháp này cho phép sử dụng lâu dài giá cập tàu, quá trình sửa chữa và thay thế chỉ cần
phương tiện thô sơ để thay thế các trụ đứng.

I.3.2.5-Thượng tầng
Là tổ hợp kiến trúc xây dựng dân dụng và công nghiệp đảm bảo các hoạt động của công
trình ở xa bờ. Được bố trí theo kiến trúc modul khép kín, quy hoạch hợp lý và liên hợp giữa
các hạng mục của công trình và thiết bị. Quy hoạch thượng tầng đảm bảo tính an toàn cao
về cháy nổ và cứu sinh.
Các block của giàn LQ10:
Sàn sân bay;
Block người ở;
Sàn chính: có các kết cấu phụ, trạm cứư hoả, khu vệ sinh, sàn cho xuồng cứư sinh…;
Sàn dưới (cellar deck): gồm các bình chứa chất lỏng, container DG, hệ thống ống,..



CHƯƠNG II
LÝ THUYẾT TÍNH MỎI CÔNG TRÌNH BIỂN
II.1- Hiện tượng phá huỷ mỏi trong kết cấu
Hiện tượng mỏi là hiện tượng phá huỷ của kết cấu dưới tác động lặp lại nhiều lần của ứng
suất, đến khi kết cấu xuất hiện vết nứt, các vết nứt phát triển dần đến khi có phá huỷ hoàn
toàn kết cấu:
Hiện tượng mỏi được phát sinh khi có đủ hai điều kiện cần sau:
• Tải trọng tác động có gía trị thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi có chu kì. Chu kì
có thể đều hoặc không đều.
• Vật liệu làm kết cấu không đồng nhất.
Hiện tượng mỏi cần có điều kiện đủ sau:
• Số chu trình lặp lại của mức ứng suất phải đủ lớn để gây mỏi. Nếu ứng suất lớn thì
cần ít chu trình để gây ra mỏi, nếu ứng suất nhỏ thì cần nhiều chu trình hơn.
Trạng thái làm việc của công trình biển:
• Tải trọng sóng tác dụng lên công trình là tải trọng thay đổi có chu kì và tác động lặp
lại trong suốt thời gian tồn tại của công trình.
• Vật liệu thép ống chế tạo tại nhà máy nhưng được thi công hàn tại công trường vì vậy
không tránh khỏi khuyết tật.
Đây chính là điều kiện cần và đủ có thể xảy ra hiện tượng mỏi trong công trình biển.
Các giai đoạn phá huỷ mỏi:
• Giai đoạn 1: Với chu trình N1 đủ lớn thì vết nứt thì kết cấu bắt đầu xuất hiện các vết
rạn nhỏ tại các vị trí xung yếu nhất.
• Giai đoạn 2: Quá trình vết nứt được lan truyền chậm sang các vị trí lân cận N2 > N1,
thời gian lan truyền các vết nứt là (N2 – N1)Tm. Trong đó Tm là chu kì trung bình
của ứng suất.
• Giai đoạn 3: Vết nứt lan truyền rất nhanh và dẫn đến các cấu kiện bị phá huỷ tại mặt
cắt.
Vị trí tính toán mỏi được giới thiệu trong sơ đồ dưới đây



Điều chỉnh tổng thể

Thiết kế chân đế Điều kiện môi
- Cấu tạo hình học trường cực hạn Kiểm tra bền
- Tiết diện, đường kính,
chiều dày phần tử
- Vật liệu Điều kiện môi
trường dài hạn Kiểm tra mỏi

Điều chỉnh cục bộ

Tính toán mỏi là phần tính toán thứ hai trong tính toán kiểm tra kết cấu chân đế và là yêu
cầu không thể thiếu đối với kĩ sư thiết kế. Quy trình tính mỏi trong thiết kế thực hành : chọn
trước tuổi thọ mỏi của kết cấu và sử dụng thiết kế mỏi để đảm bảo tuổi thọ tính toán tại
‘điểm nóng’ của kết cấu lớn hơn tuổi thọ dự kiến. Tính mỏi không tính được khả năng chịu
mỏi của công trình, nhưng nó cho biết những điểm nhạy cảm có tuổi thọ bé hơn tuổi thọ
thiết kế để có kế hoạch theo dõi và sửa chữa.

Tuổi thọ mỏi Tính toán Đảm bảo
Tính toán mỏi
dự kiến kiểm tra tuối
thọ nút so Không đảm bảo, đề ra
với tuổi thọ phương án thay đổi, kế
dự kiến
hoạch theo dõi sửa chữa

II.2- Tải trọng gây mỏi
Mọi sự thay đổi ứng suất có thể gây ra phá huỷ mỏi đều phải được kể đến khi thiết lập sự
phân bố dài hạn biên độ ứng suất. Các tác động có giá trị thay đổi có thể xảy ra trong tất cả
các giai đoạn của đời sống công trình bao gồm:

Bảng II.1: Tải trọng gây mỏi

Nguồn gây mỏi Kết cấu bị ảnh hưởng
Sóng (Dòng chảy) Kết cấu chân đế, cọc
Dòng chảy xoáy Phần tử mảnh, conductor
Sóng đập (Wave slam) Mạng lưới thanh rằng trên MSL
Vật nổi gây va đập Vùng nước bắn
Kết cấu chân đế (Chỉ áp dụng cho kéo
Vận chuyển
thời gian dài)


Nguồn gây mỏi Kết cấu bị ảnh hưởng
Gió (Rối) Tháp, cầu, cần đốt khí
Nhiệt Cần đốt khí
Thiết bị xoay Kết cấu đỡ
Cần cẩu Bệ đỡ
Kết cấu phụ trợ gắn vào
Đóng cọc
( Ví dụ anode)
Lực thủy tĩnh Vật có đưòng kính lớn gần vùng sóng

• Dòng chảy nói chung mang tính tĩnh và không kể tới trong tính mỏi.
• Triều và hà bám đều gây ra các hiệu ứng đối với mỏi. Đối với các sóng thường nhật,
diễn biến triều hàng ngày có ảnh hưởng nhỏ tới mỏi. Tuy nhiên, triều và nước dâng
kết hợp với sóng bão lại gây ra ảnh hưởng lớn đáng kể. Ví dụ : chúng có thể chùm
lên một số phần tử hay cả phần tử mà bình thường các phần tử này ở trên không. Nói
chung triều ảnh hưởng không đáng kể .
• Dòng chảy xoáy, sóng đập, vật nổi va đập ảnh hưởng tới mỏi nhưng tổn thất không
đáng kể.
• Mỏi kể tới trong vận chuyển chỉ tính với những khoảng vận chuyển dài : dàn LQ10
có khoảng vận chuyển ngắn nên không kể tới.
• Gío chỉ ảnh hưởng tới các thiết bị trên thượng tầng như cần khí đốt, tháp, cần cẩu
mục đích của đồ án là quan tâm tới mỏi ở chân đế nên ta không xét tới ảnh hưởng
gío.
• Nhiệt chỉ ảnh hưởng tới cần khí đốt.
• Thiết bị xoay, cần cẩu chỉ ảnh hưởng mỏi cục bộ trên thượng tầng cũng không phải là
đối tượng chúng ta quan tâm.
• Đóng cọc chỉ ảnh hưởng tới những phần tử phụ trợ gắn vào chân đế như anode.
• Lực thuỷ tĩnh chỉ ảnh hưởng vật có kích thước lớn gần mặt nước tĩnh giả thiết bỏ qua
cho việc tính toán đơn giản và ảnh hưởng của nó cũng không lớn.
Do vậy tải trọng sóng là nguyên nhân chủ yếu gây phá huỷ mỏi cho chân đế là phần chúng
ta quan tâm. Tóm lại, trong đồ án này ta chỉ đề cập tới tính mỏi dưới tác động của sóng.

II.3-Các phương pháp tính toán mỏi
Tính toán mỏi được chia thành hai nhóm:
• Phương pháp xác định tổn thương tích luỹ: Dựa vào lý thuyết tổn thương tích luỹ của
Palgreen-Miner và các đường cong mỏi S-N được xây dựng từ các thí nghiệm, áp
dụng để dự báo tuổi thọ mỏi.
Dựa trên phương pháp xác định tổn thương tích luỹ có các phương pháp cụ thể sau:
1. Phương pháp tiền định.
2. Phương pháp phổ.
3. Phương pháp lịch sử thời gian ( Phương pháp mô phỏng ).
• Lý thuyết cơ học phá huỷ: Sử dụng các lý thuyết về sự hình thành và lan truyền vết
nứt để tính toán áp dụng cho giai đoạn 2 và 3 của hiện tượng mỏi.



Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, trong đồ án này hai phương pháp được tìm
hiểu kĩ là : phương pháp tiền định và phương pháp phổ, và áp dụng phương pháp tiền định
để tính toán kiểm tra khối chân đế dàn LQ10.
Sơ đồ tính hai phương pháp trên :



Phương pháp tiền định Phương pháp phổ
II.5 II.6

Sơ đồ phân
phối các sóng

Tính lực do sóng Phổ sóng ngắn hạn(Hs, Tz)
điều hoà (Morison) Phổ lực sóng
II.5.1 II.6.1

Tính kết cấu trong miền thời gian Tính kết cấu trong miền tần số
II.5.2 II.6.2

Ứng suất do sóng đều Phổ ứng suất ngắn hạn

S.C.F
II.4.2

Mô phỏng

Đếm các chu trình ứng suất
II.6.4

Lược đồ ứng suất ngắn hạn

Thống kê dài hạn
(các trạng thái biển)

Đường cong mỏi S-N
II.4.3 Lược đồ ứng suất dài hạn

Hệ số an toàn FCF Tỉ số tổn thất mỏi tích luỹ
II.7 ( Theo luật P-M)

Đời sống mỏi thiết kế



II.4 - Điểm nóng - Hệ số tập trung ứng suất - Đường cong mỏi

II.4.1-Điểm nóng ( hot spot)
Ứng suất điểm nóng là ứng suất cục bộ cực đại, có vị trí tại liên kết giữa các phần tử, tức
là ở các vịt rí bất liên tục của kết cấu điển hình là nút ống, vị trí và giá trị chính xác của nó
phụ thuộc vào dạng hình học của liên kết và các điều kiện chịu tải.

K.cach=2 lan chieu day ong chinh

Vung cac diem nong
Điểm nóng thường được khảo sát và cũng là một ví dụ về điểm nóng phụ thuộc vào dạng
hình học và tải trọng :

Ong nhanh
Ong chinh (Brance) Diem Hong
(Chord) ( Crown point )

Diem Dinh
(Saddle Point )

Vi tri diem nong
Phan tu Tai trong Uon trong mat Uon ngoai mat
doc truc (AX) phang (IPB) phang (OPB)

Ong chinh
Ong nhanh



Tại vành hàn nối giữa ống nhánh với ống chính, thường có hai dạng phá huỷ điển hình, cả
hai dạng phá huỷ này thường xảy ra trong vùng lân cận với mối hàn đỉnh:
• Phá huỷ phía ống nhánh (tách giữa ống nhánh và mối hàn)
• Phá huỷ phía ống chính (tách giữa ống chính và mối hàn)

Ong nhanh Ong nhanh
(Brace) (Brace)

Duong han Duong han
Ong chinh Ong chinh
(Chord) (Chord)

Pha huy giua ong nhanh va moi han Pha huy giua ong chinh va moi han

Hình vẽ mô tả sự thay đổi ứng suất tại điểm nóng:

Snotch

Shot

Shot3/2
Stress
Snom

Weld toe

Snom : Ứng suất danh nghĩa.
Shot : Ứng suất tập trung tại điểm nóng chỉ kể tới ảnh hưởng của biến đổi đột ngột
dạng hình học.
Snotch : Ứng suất tập trung có kể tới biến đổi dạng hình học và ảnh hưởng của mối
hàn.

II.4.2-Hệ số tập trung ứng suất (SCF)
Biểu thức xác định ứng suất cục bộ:
σ e = (SCF )σ n



σ n : Ứng suất danh nghĩa tại vị trí tương ứng của đầu phần tử thuộc nút đang xét.
σ e : Ứng suất cục bộ tại vị trí điểm nóng của nút khảo sát.
SCF : hệ số tập trung ứng suất tại điểm nóng đang xét - là vấn đề chúng ta đang quan tâm

Ong nhanh Ong nhanh
(Brace) (Brace)
Ong chinh Ong chính
(Chord) (Chord)

Hệ số tập trung ứng suất phụ thuộc vào điều kiện chịu tải, dạng hình học của nút, vị trí ốn
nhánh quy tụ vào nút, cấu tạo hình học mối hàn xét trong mối liên hệ với đường cong mỏi
S-N tương ứng. SCF trong mọi trường hợp tính toán được đề nghị không nhỏ hơn 1.8.
Cơ sở xác định SCF:
• Phương pháp phần tử hữu hạn (phương pháp lý thuyết).
• Thí nghiệm mô hình (phương pháp thực nghiệm).
• Xây dựng các công thức số (nhận được từ mô hình số, mô hình vật lý và phương
pháp phần tử hữu hạn)
Phương pháp thứ 3 thường được sử dụng trong thiết kế với các nút ống đơn giản. Chính vì
vậy trong đồ án này phương pháp thứ 3 được tập trung nhiều hơn.

II.4.2.1- Phương pháp phần tử hữu hạn

Trong trường hợp các công thức kinh nghiệm không có sẵn để tính hoặc độ chính xác
không đủ thì phải dùng phương pháp tinh vi là phương pháp PTHH để xác định SCF.
Phương pháp PTHH cho phép tính SCF tại nút có hình dạng bất kì. Bằng cách sử dụng các
phần tử vỏ mỏng có thể phân tích được biến dạng tại điểm nóng của nút, trong đó việc chia
lưới các phần tử phải đủ dầy sao cho có thể xác định được biến thiên theo bước chia của ứng
suất cục bộ và tìm được giá trị ứng suất tại vị trí chân mối hàn thực tế. Cũng có thể sử dụng
các phần tử vỏ dày và các phần tử khối đẳng hướng để mô tả vùng mối hàn.
Nhược điểm chính của phương pháp này giá thành cao và phải tốn nhiều thời gian.
Từ các kết quả tính toán theo phương pháp PTHH rút ra nhận xét: Gía trị tại một điểm gốc
0 không có ý nghĩa thực tế và giá trị tại nút σ e phải lấy tương ứng tại chân mối hàn thuộc
ống chính hoặc ống nhánh (Hình vẽ trên).



Việc xác định các ứng suất tập trung và các hệ số tập trung ứng suất SCF tại các nút phức
tạp của kết cấu bằng phương pháp PTHH có thể thực hiện bởi các chương trình máy tính
thích hợp có sẵn chư các phần mềm nổi tiếng ADINA, NASTRAN, SAMCEF, ..

II.4.2.2 – Thí nghiệm mô hình

Giá trị của các hệ số tập trung ứng suất cũng có thể được xác định bằng phương pháp thí
nghiệm trên mô hình, trong đó sử dụng các thiết bị đo biến dạng. Từ các giá trị đo biến dạng
có thể ngoại suy ra các giá trị của giá trị ứng suất tương ứng: giá trị ứng suất cục bộ tại chân
mối hàn σ e . Thông thường có các phương pháp đo biến dạng :
• Phân tích quang đàn hồi trên mô hình chất dẻo ở tỉ lệ nhỏ.
• Dùng thiết bị đo biến dạng trên mô hình.
• Dùng thiết bị đo biến dạng trên mô hình kết cấu thép.

II.4.3.3- Phương pháp số

Các công thức số được sử dụng rộng rãi trước tiên vì nó cho phép sử dụng dễ dàng và
nhanh chóng. Tuy nhiên nó có thể đưa đến sai số lớn nếu áp dụng không đúng phạm vi hoặc
dạng hình học của nó.

Đề nghị của ABS tính công thức số.

Phân loại nút và đề nghị của ABS cho từng loại nút:
• Nút đơn giản: (Simple Joints) Bảng dưới đây nêu ra những công thức cho việc dự
tính SCF cho nút đơn giản. Những mẫu này đã được kiểm địng từ mô hình thép và
mô hình chất dẻo và được xác nhận là phương pháp dự tính có thể chấp nhận được.
• Nút nhiều mặt phẳng : (Multi Planar Joints) Hệ số SCF cho nút nhiều mặt phẳng
được xác định khi thừa nhận rằng không có sự tương tác giữa các nút ở các mặt
phẳng khác nhau.
• Nút xếp chồng : (Overlappded Joints) Tham số để tính SCF được lấy trong công thức
Efthymiou 1988 ). Chúng vẫn chưa được ấn định vì sự hạn chế của cơ sở dữ liệu.
• Nút gia cường (Stiffened Joints) Thông số tính SCF được phát triển từ mô hình chất
dẻo ( acrylic model ) bởi Smedley and Fisher 1990.

BảngII.2: SCF cho nút đơn giản X, K và T/Y

X joints

Tải trọng Vị trí Efthy S&F
Ống chính –điểm đỉnh Y X
Lực dọc Ống chính -điểm hông X* X*
Ống nhánh-điểm hông Y Y
Ống nhánh-điểm đỉnh Y Y



Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y Y
Ống chính -điểm hông Y Y


K joints

Lực dọc Phía thanh chủ X Y
Phía thanh nhánh X Y


Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Yc Y

T/Y joints

Ống chính –điểm đỉnh Y X
Lực dọc Ống chính -điểm hông Y Y
Ống nhánh-điểm hông Y Y
Ống nhánh-điểm đỉnh Yc Y


Lực dọc Ống chính –điểm đỉnh Y X

Trong đó:
Y : Được đề nghị
YC : Được đề nghị nhưng còn nhiều trang cãi
X : Không được đề nghị, từ khi nó thất bại gặp phải phê bình.
X* : Không được đề nghị khi có nhiều hơn 15 loại thép và mối nối chất dẻo trong dữ liệu
SCF.
Efthy : Etthymiou Equations (Efthymiou 1988)
S&F : Smedley and Fisher Equations (Smedley and Fisher 1991)

Theo tiêu chuẩn API


• Công thức của Kuang dựa trên phân tích phần tử mặt (shell element). Khi dùng quang
đàn hồi để tính mỏi dựa trên đường cong X, kết quả bị phê phán khi so sánh với sự liên
hệ với số đo bằng quang đàn hồi.

Chord : R >4"
3
t > 16"
Hot Spot Stress Rang

API-X

(SCF)chord = (SCF)Kuang
5
(SCF)brace = 1.0 + 8*[(SCF)Kuang - 1.0]

Cycles to Failure

(SCF)chord = (SCF)kuang
5
(SCF)Brace = 1.0 +
8
[(SCF ) Kuang − 1.0 ]
• Mẫu SCF dựa trên Kellogg. Sự thiết lập này của SCF có sự cung cấp cho mối nối vữa.
Tuy nhiên mẫu này được dùng với sự thận trọng từ sự đề nghị gần đây rằng vữa có thể
ảnh hưởng tải trọng và cấu tạo hình học cái gây ra sự xoay ống chính.
• Mẫu SCF được phát triển Lloyds Register, London, nhận được từ mô hình vật lý.
• Các công thức của đăng kiểm DnV
Mỏi tích luỹ được tính tại ít nhất 8 điểm quanh chỗ nối. Tại Điểm đỉnh (Saddle Points)
chịu lực dọc trục và uốn ngoài mặt phẳng; khi tại Điểm hông (Crown Points) chịu tải trọng
dọc trục và uốn trong mặt phẳng. Ứng suât danh nghĩa fax ; fipb; fopb thích hợp với 3 trường
hợp tải trọng:
+ Ứng suất tại điểm đỉnh (saddle points) :
Fhot = SCFax.fax + SCFipb.fipb
+ Ứng suất tại điểm hông (Crown points) :
Fhot = SCFax.fax + SCFopb.fobp



1

4 3
1; 2 : Crown point
3; 4 : Saddle point
2 8 diem : Top, Top-left, Left, Bot-left, Bot, Bot-right, Right, Top-Right

Mopd Mipd
P
fopd fipd fax

θ

Uon ngoai mat phang Uon trong mat phang Tai doc truc
Out of plane bending In plane bending Axial load

Phạm vi áp dụng các công thức tính SCF
Các công thức số được sử dụng rộng rãi trước tiên vì nó cho phép sử dụng dễ dàng và
nhanh chóng. Tuy nhiên nó có thể đưa đến sai số lớn nếu áp dụng không đúng phạm vi hoặc
dạng hình học của nó, do đó xác định phạm vi áp dụng các công thức này là rất quan trọng.

BảngII.3: Phạm vi giá trị của các công thức tính SCF

Lực dọc trục Uốn trong mặt phẳng Uống ngoài mặt phẳng
Axial load In-plane bending Out of plane bending
Kuang Kuang Kuang
T DnV DnV DnV
Lloyds Lloyds Lloyds
Kuang Kuang Kuang
Y
Loyds Loyds Loyds
X Lloyds Lloyds Lloyds
Kuang Kuang Kuang
K, TY
Lloyds Lloyds Lloyds
Kuang
KT Lloyds Lloyds
Lloyds

Bảng II.4: Phạm vi giá trị các thông số hình học

Các DnV
Kuang Lloyds
thông số Thanh chủ Thanh rằng
α 6.67 - 40 7 - 16 8 - 40
β 0.3 – 0.8 0.225 – 0.9 0.3 – 0.9 0.13 – 1.0
γ 8.33 – 33.3 10 – 30 10 -30 12 -32


Các Kuang DnV Lloyds
thông số
τ 0.2 – 0.8 0.4 – 1.0 0.47 – 1.0 0.25 – 1.0
θ 0.0 - π /2 π /2 π /2 π /6 - π /2
ς 0.01 – 1.0

fb
fa

α=2L/D
τ=t/T
d t β=d/D
γ=D/2T
ξ =g/D

T
g θ

D
L

Trong đó công thức của Kuang và Efthymiou được sử dụng nhiều nhất, và công thức của Kuang
được sử dụng trong đồ án này.

Bảng II.5: Các công thức SCF của Kuang

Dạng hình
học S.C.F Phạm vi áp dụng
và chịu tải
Ống chính
3

TY S.C.F = 1.981.α 0.057 .e −1.2.β .γ 0.808 .τ 1.333 . sin 1.694 θ
AX Ống nhánh
3
S.C.F = 3.751.α 0.12 .e −1.35.β .γ 0.55 .τ . sin 1.94 θ 6.6 ≤ α ≤ 40
Ống chính 0.3 ≤ β ≤ 0.8
TY S.C.F = 0.702.β −0.04 .γ 0.6 .τ 0.86 . sin 0.57 θ 8.3 ≤ γ ≤ 33.3
I.P.B Ống nhánh 0.2 ≤ τ ≤ 0.8
S .C.F = 1.301.β −0.38 .γ 0.23 .τ 0.38 . sin 0.21 θ 0.01 ≤ ς ≤ 1.0
Ống chính 0.3 ≤ β ≤ 0.55
0 o ≤ θ ≤ 90 o
S.C.F = 1.024.β 0.7874 .γ 1.014 .τ 0.889 . sin 1.557 θ θ 2 : góc nghiêng
TY Ống nhánh ống nhánh giữa
O.P.B 0.3 ≤ β ≤ 0.55
S .C.F = 1.522.β 0.801 .γ 0.852 .τ 0.543 . sin 2.033 θ
Ống chính 0.55 ≤ β ≤ 0.75


Dạng hình
h ọc S.C.F Phạm vi áp dụng
và chịu tải
S.C.F = 0.462.β −0.619 .γ 1.014 .τ 0.889 . sin 1.557 θ
Ống nhánh 0.55 ≤ β ≤ 0.75
S .C.F = 0.796.β −0.281 .γ 0.852 .τ 0.543 . sin 2.033 θ
Ống chính
KTY S.C.F = 1.506.β −0.059 .γ 0.666 .τ 1.104 .ς 0.067 sin 1.521 θ
AX Ống nhánh
S.C.F = 0.920.β −0.441 .γ 0.157 .τ 0.56 .ς 0.058 .e1.448. sin θ
Ống chính
KTY S.C.F = 1.822.β 0.06 .γ 0.38 .τ 0.94 . sin 0.9 θ
I.P.B Ống nhánh
S.C.F = 2.8727.β −0.35 .τ 0.35 . sin 0.5 θ
Ống chính
0.126
S.C.F = 1.832.β 0.12 .γ 0.10 .τ 0.68 .(ς 1 + ς 2 ) sin 0.5 θ
Ống nhánh 0 o ≤ θ ≤ 45 o
0.126
KT S.C.F = 6.056.β −0.36 .γ 0.10 .τ 0.68 .(ς 1 + ς 2 ) sin 0.5 θ
AX Ống nhánh 45 o ≤ θ ≤ 90 o
0.126
S.C.F = 13.804.β −0.36 .γ 0.10 .τ 0.68 .(ς 1 + ς 2 ) sin 2.88 θ
Ống nhánh trung gian 0 o ≤ θ 2 ≤ 90 o
0.159
S.C.F = 4.981.β −0.396 .γ 0.123 .τ 0.672 .(ς 1 + ς 2 ) sin 2.267 θ 2

Bảng II.6: Các công thức SCF của Lloyds

Dạng hình
Phạm vi áp
h ọc S.C.F
dụng
và chịu tải
Ống chính
S.C.FSadde = β . 6.78 − 6.42.β 0.5 .γ .τ . sin (1.7+0.7 β ) θ
( ) 3

S.C.FCrown = k 'c + k o .kc ' '
Ống nhánh
TY S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu
AX S.C.FCrown = 1.0 + 0.63.S .C.FCro.thanhchu
( )(
k c ' = 0.7 + 1.37.(1 − β ).γ 0.5 .τ . 2. sin 0.5 θ − sin 3 θ )
( −1
)( )
k o = τ . β − τ .(2.γ ) . 0.5.α . sin θ . sin θ . 1 − 1.5.γ −1
−β −1
( )−1

( (
k c ' ' = 1.05 + 30.0.γ −1.τ 1.5 .(1.2 − β ). cos 4 θ + 0.15 ))
Ống chính
T,Y,K,KT,X
I.P.B
( )
S.C.FCrown = 0.75.γ 0.6 .τ 0.8 . 1.6.β 0.25 − 0.7.β 2 . sin (1.5−1.6.β ) θ
Ống nhánh


Dạng hình
Phạm vi áp
h ọc S.C.F
dụng
và chịu tải
S.C.FCrown = 1.0 + 0.63.S .C.FCro.thanhchu
Ống chính
S.C.FSadde = β . 1.6 − 1.15.β 5 .γ .τ . sin (1.35+ β ) θ
( )
2

TY
O.P.B Ống nhánh 8 ≤ α ≤ 40
S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu 0.13 ≤ β ≤ 1.0
Ống chính 12 ≤ γ ≤ 32
X (
S.C.FSadde = 1.7.γ .τ .β . 2.42 − 2.28.β 2.2 . sin β (15−14.4 β ) θ) 2

0.25 ≤ τ ≤ 1.0
AX Ống nhánh 0<ς
S.C.FSadde = 1.0 + 0.63.S .C.FSad .thanhchu
30 o ≤ θ ≤ 90 o
Ống chính
θ 2 : góc nghiêng
X ( )
S.C.FSadde = β . 1.56 − 1.46.β 5 .γ .τ . sin β (15−14.4 β ) θ
2

ống nhánh giữa
O.P.B Ống nhánh
Ống chính trung gian: M1 = M2 = M3,
θ 2 > θ1 , θ 2 > θ 3 , θ1 = θ 3
KT ( )(
S.C.FSadde = CCCQ. y. Jo int θ =θ2 . 1.0 + 2.0(θ 2 / θ1 )
0.3
)
O.P.B (1.35+ β )
.(sin θ1 / sin θ 2 )
2
.(0.016.γ .β )
(ς +0.45 )
. 1.0 − 0.1(1.0+ 4ς ) ( ) 2

Ống nhánh trung gian

Chord θ1 > θ 2 , P2 = P . sin θ1 / sin θ 2
1

(
S.C.FSadde = (CCCQ. y. Jo int θ =θ1 ). 1.0 − (0.012.γ )
(0.67.ς +0.4 )
).
(0.1−0.7 β ) 3
.(sin θ1 / sin θ 2 )
K −0.5 0.05 β
K.T S.C.FCrown = 1.1.γ 0.65. .τ . sin θ1. sin θ 2 .(2.0.ς )
AX (
. 1.5.β 0.25 − β 2 )
Ống nhánh
S.C.FCrown = 1.0 + 0.63.S .C.FCro.thanhchu
Ống chính θ1 > θ 2 , M 1 = M 2
(
S.C.FSadde = (CCCQ. y. Jo int θ =θ1 ). 1.0 + (0.016.γ .β )
(ς +0.45 )
).
K
(θ1 / θ 2 )0.33.(sin θ1 / sin θ 2 )(0.35+β ).(1.0 − 0.1.(1.0+4ς ) )
2

O.P.B
Ống nhánh

Bảng II.7: Các công thức SCF của DnV


Dạng hình
h ọc S.C.F Phạm vi áp dụng
và chịu tải
Ống chính Ống chính
T ( 2
)
S.C.F = 1.44 - 3.72.(β - 0.47 ) .γ 0.87 .τ 1.37 .α 0.06 . sin 1.694 θ 7.0 ≤ α ≤ 40
AX Ống nhánh 0.255 ≤ β ≤ 0.9
( 2
)
S.C.F = 1.00 - 1.78.(β - 0.5) γ 0.76 .τ 0.57 .α 0.12 . sin 1.94 θ 8.3 ≤ γ ≤ 33.3
Ống chính 10 ≤ τ ≤ 30
T ( 2
)
S.C.F = 1.65 - 1.1.(β - 0.42 ) .γ 0.38 .τ 1.05 . sin 0.57 θ 0. 4 ≤ ς ≤ 1. 0
I.P.B Ống nhánh 0 o ≤ θ ≤ 90 o
( 2
)
S .C.F = 0.95 − 0.65.(β − 0.41) .γ 0.39 .τ 0.29 . sin 0.21 θ Ống nhánh
Ống chính 7.0 ≤ α ≤ 16
( 2
)
S.C.F = 1.01 - 3.36.(β - 0.64 ) .γ 0.95 .τ 1.18 . sin 1.557 θ 0.3 ≤ β ≤ 0.9
T Ống nhánh 10 ≤ γ ≤ 30
O.P.B ( 2
)
S .C.F = 0.76 − 1.92.(β − 0.72 ) .γ 0.89 .τ 0.47 . sin 0.2033 θ 0.47 ≤ τ ≤ 1.0
0 o ≤ θ ≤ 90 o

Những thu nhận khái quát nhất về công thức Efthimiou

M.Efthimiou đã phát triển công thức xác định hệ số SCF và xây dựng các hàm ảnh hưởng suy rộng
để tính mỏi. Những kết quả chính của tác giả:
• Đã thiết lập được các biểu thức đánh giá SCF tại các nút kiểu T/Y, X, K và K. Đối với các
nút X, K, KT và đã xét đủ các trường hợp chất tải để làm cơ sở cho việc thiết lập hàm ảnh
hưởng.
• Xây dựng các hàm ảnh hưởng cho phép xác định các ứng suất điểm nóng trong các nút ống
phẳng chịu tải trọng và moment bất kì tại đầu thanh giằng. Công thức hàm ảnh hưởng đã được
mở rộng cho các nút nhiều mặt phẳng.

Nguyên tắc chính để thiết lập hàm ảnh hưởng là cộng tác dụng, có thể xây dựng được biểu thức
tính ứng suất điểm nóng tại một vị trí nào đó (đỉnh 1 thuộc thanh chủ) về phía thanh giằng i suy ra
từ ứng suất danh nghĩa ở đầu các thanh giằng khác (thanh j) có tải trọng tác dụng.

σ 1 = σ j × IFij

σ 1 : Ứng suất điểm nóng tại đỉnh 1 thuộc thanh chủ xét về phía thanh giằng i do tải trọng dọc trục
tác dụng phía thanh giằng j gây ra.
σ j : Ứng suất danh nghĩa tại thanh giằng j.
IFij : Hàm ảnh hưởng tại đỉnh thanh chủ xét về phía thanh giằng i, do lực dọc trục phía thanh
giằng j gây ra ( ứng với σ j =1)

Trường hợp nút chịu tải trọng, ứng suất điểm nóng toàn phần tại điểm 1 được phân phối từ thanh
giằng lân cận và thanh giằng bản thân phía điểm 1 :



σ 1 = σ j × IFij + σ k × IFik + σ 1 × IFi1

Efthimmiou có những kết luận sau:
• Hiệu ứng đa mặt phẳng không có ảnh hưởng quá lớn : làm tăng hoặc giảm ứng suất điểm
nóng trong vòng 15% so với trường hợp ta loại bỏ một số thanh giằng chịu tải trọng nhỏ có
tuổi thọ cao.
• Tải trọng dọc trục trong các thanh giằng của các nút K, KT và X nói chung đã tự nó cân
bằng trong phạm vi 20% khi sóng đi qua kết cấu.
• Tính chất uốn ngoài mặt phẳng đối với các nút kiểu K và KT có thể gây ra trạng thái biển
biến đổi từ cân bằng sang không cân bằng.

Kết luận : trường hợp nút đa mặt phẳng; K,KT : không cân bằng phải tính bằng công thức
Efthimiou để có kết quả chính xác hơn.

II.4.3-Đường cong mỏi S-N
Đường cong mỏi S-N được xác định bằng thực nghiệm, nó biểu diễn mối quan hệ giữa
biên độ ứng suất ( ∆σ hay S) trong một mẫu thí nghiệm hay một nút khảo sát và mốt số chu
trình ứng suất khi đạt tới phá huỷ. Đường cong mỏi S-N nói chung phụ thuộc hai tham số
thực nghiệm ( m, a), là loại đường cong Wohler :
N = a.S-m
Hay có dạng phi tuyến khi xét trong hệ toạ độ loga:
Log10N = log10a – m.log10S
Đường cong mỏi mô tả các quan sát thực nghiệm, qua đó cho thấy thực tế tồn tại một mức
ứng suất (đúng hơn là biên độ ứng suất) mà với tất cả các biên độ ứng suất thấp hơn nó
không bao giờ xảy ra hiện tượng phá huỷ mỏi. Thực tế cho thấy rằng hiện tượng phá huỷ
các nút hàn của kết cấu chủ yếu do quá trình hàn gây ra. Do dó, có thể quan niệm giới hạn
mỏi thực nghiệm tương ứng với mức ứng suất ngưỡng để bắt đầu gây ra hiện tượng lan
truyền từ khuyết tật ban đầu. Các công trình biển chịu tải trọng ngẫu nhiên với các giá trị
lớn hơn mức ứng suất ngưỡng. Trong quá trình đời sống công trình, các vết nứt ban đầu sẽ
phát triển, trong khi mức ứng suất ngưỡng và giới hạn mỏi lại giảm xuống. Do hiện tượng
này, nên đối với các đường cong S-N, thường độ dốc có giá trị thay đổi khi số chu trình ứng
suất N > 107. Sau đây ta sẽ giới thiệu các đường cong mỏi đã được trình bày trong các tiêu
chuẩn quy phạm công trình biển, trong đó tiêu chuẩn API được đề nghị áp dụng nhiều nhất.

II.2.8.1- Bureau Veritas
+N ≤ Nc = 107 : log N = 12.29 -3.00 log S
+N > Nc = 107 : log N = 15.82-5.00 log S



1000

Pham vi ung suat SB (N/mm2)
100

10

10^4 10^5 10^6 10^7 10^8

So chu trinh ung suat

Duong cong moi S-N voi chieu day thanh chu T = 18 mm

Đường cong có dạng như hình vẽ và thích hợp trong những trường hợp sau:
• Có vết nứt xuất hiện khi phá huỷ.
• Xét trường hợp nút hàn.
• Ống chủ có chiều dày T = 18mm ( có chiều dày khác phải hiệu chỉnh )
• Thông số hình học của nút β =d/D < 1.
• Xác suất không phá huỷ 97.5%, độ lệch chuẩn log N = 0.275.
• Công trình trong không khí hoặc trong nước mặn nhưng được bảo vệ chống ăn
mòn hiệu quả.
Trường hợp ống chủ có chiều dày > 18 mm được hiệu chỉnh theo công thức dưới đây :
0.29
 t 
∆σ = ∆σ *   N/mm2 đối với T > 15 mm.
 18 
∆σ * : Giá trị số gia ứng suất trên đường cong tiêu chuẩn
Hiệu chỉnh lại ta có công thức mới như sau :
+N ≤ Nc = 107 : log N = A(T) -3.00 log ∆σ *
A(T) = 13.38 – 0.87 log T với T > 15 mm
A(T) = 12.37 với T < 15 mm
+N > Nc = 107 : log N = A(T) -5.00 log ∆σ *
A(T) = 17.64 – 1.45 log T với T > 15 mm
A(T) = 15.93 với T < 15 mm

II.2.8.2-Tiêu chuẩn DnV
Đường cong mỏi có dạng đường X dành cho nút ống và các đường B, C, D, E, F , F2 , G,
W dành cho chi tiết kết cấu có dạng bản dầm. Phương trình các đường cong này cho như
bảng dưới dây :



500

X
Stress range (N/mm2)

100

50

4 5 6 7 8 Log N

Duong cong moi S-N tai nut ong (DnV)

Log N = log a = Klog S

Loại đường
Loga K S ( N = 2.108)
cong
B 15.01 4.0 48
C 13.63 3.5 33
D 12.18 3.0 20
E 12.02 3.0 18
F 11.80 3.0 15
F2 11.63 3.0 13
G 11.39 3.0 11
W 11.20 3.0 9.3
X 14.57 4.1 34

Áp dụng trong trường hợp các giải pháp chống ăn mòn thực hiện hiệu quả.

II.2.8.3 – Tiêu chuẩn dăng kiểm Lloyd
Hai tham số kinh nghiệm :
log a = 14.95.
m = 4.27
Trên đường cong mỏi có giới hạn mỏi 36 N/mm2 tương ứng với số chu trình 2.108.

II.2.8.4-Tiêu chuẩn API-RP2A
Phương trình :


−m
 ∆σ 
-m 6 
N = a.S = 2 × 10  ∆σ 
 ref 
N : số lượng chu trình cho phép để nút chịu được số gia ứng suất ∆σ
6
∆σ ref : Số gia ứng suất ứng với số chu trình cho phép 2.10
Trong các đường cong này giới hạn mỏi xuất hiện tại chu trình 2.108
100
X
X'

10
Stress range S (ksi)

X

X'
1

0.5

10^3 10^4 10^5 10^6 10^7 10^8 10^9

So luong chu trinh chat tai cho phep N

Các thông số của hai đường cong mỏi X và X’ cho trên bảng sau :

Loại đường ∆σ ref Giới hạn mỏi tại
m
cong S-N Tại N = 2.10 8 N = 2.108
X 100 N/mm2 4.38 35 N/mm2(5.07Ksi)
X’ 79 N/ mm2 3.74 23N/mm2 ( 3.33 Ksi)

Các đường cong này áp dụng trong trường hợp :
• Tải trọng mang tính ngẫu nhiên (Tiền định được xem như trường hợp riêng).
• Biện pháp chống ăn mòn bằng bảo vệ cathode được xem như có hiệu quả.
• Đối với các vùng không có bảo vệ chống ăn mòn, vùng nước dao động, vùng chịu ăn
mòn mạnh: cần xem xét thêm về giá trị của giới hạn mỏi. Tuy nhiên cần tránh bố trí
các nút ống ở khu vực nước dao động.
• Đối với các nút ống chịu tải trọng điều hoà tác động trong vùng khí quyển, giới hạn
mỏi đạt tại N = 107 đối với đường cong X và tại N = 2 × 107 đối với đường cong X’.
• Đối với đường cong S-N (X) : các mối hàn phải được kiểm tra, có sự chuyển tuyếp
êm giữa chân mối hàn và kim loại gốc như diễn tả ( Hình vẽ ) và ống nhánh có chiều


Tinh toan tuoi tho moi

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (8)

Similar a Tinh toan tuoi tho moi

Similar a Tinh toan tuoi tho moi (20)

Más de robinking277

Más de robinking277 (20)

Tinh toan tuoi tho moi