Tính toán hệ thống dây neo hai phía của công trình biển bán chìm

  • Số trang: 21 |
  • Loại file: DOCX |
  • Lượt xem: 21 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] TIỂU LUẬN CÔNG TRÌNH BIỂN MỀỀM & PT N ỔI  ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM. I. Các số liệu đầu vào: - Các giá trị Hi : Hi = ai. Ho, với ai được lấy theo các giá trị dưới đây: ai = 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,35; 0,3; 0,25; 0,2; (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên trái trục tung) ai = 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0. (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên phải trục tung) - Giá trị Ho, q, d : q (N/m)N hóm Ho ( kN) d Cáp (m) xích (trong nước) 1 q (N/m) - 40 9 (trong nước) 350 0 Trong đó: + Ho(kN) = T0 - lực căng ban đầu (chưa chịu tải trọng) của dây neo tại đáy biển (trạng thái dây căng tới hạn); + d (m) - độ sâu nước biển; + q (N/m) - cường độ trọng lượng bản thân của đây neo trong nước biển. II. Xác đinh các thông số ban đầu. a) Đặt bài toán: 1 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] Xét một công trình nổi được neo giữ bằng một dây neo OBA (OA là đoạn dây ảo, BA là đoạn dây thật) (Hình 1). Tại điểm A dây neo gắn với kết cấu nổi có góc xiên A , còn tại điểm B dây neo nối với neo có góc xiên B . Hình 1. Sơ đồ bài toán tĩnh lực học đường dây neo đơn Trong đó: To B : thành phần lực nằm ngang của lực căng dây = H0 : góc xiên tại điểm B, O =0 L AB : chiều dài dây neo nằm giữa điểm A và điểm B. b) Giải bài toán: q là trọng lượng trên một đơn vị chiều dài dây neo nằm trong nước. Đặt ký hiệu: chiều dài L = LOA, trọng lượng dây neo: P = q.L. Giả sử kéo dài đoạn dây từ điểm B đến điểm O để tiếp tuyến của dây neo là một đường thẳng nằm ngang. Việc kéo dài này không ảnh hưởng đến nội lực trong dây. Các phương trình cân bằng của đường dây neo: 2 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] Theo phương trục x: Theo phương trục z:  X 0 H A  To   Z 0 = H0 VA  q . L  P  Lực căng trong dây neo tại điểm A: = TA sinA TA  T  VA2  H 2A . Xét một đoạn dây có chiều dài s Ta có: T V dx=ds.cos O Hoành độ của điểm A được xác định bằng công thức sau: (LA=LOA) LA LA 0 0 q x A  dx  cos .ds cos   Ta có: Đặt V=s.q, H  To O 1 V tg   1  tg  H ; 2 . tg  Suy ra : đặt A xA   0 qs  To d  ; To 1 d q 1  2 Vậy dx 1 x 2 q ds To A  với  Chú ý tới biểu thức To ds  ; q LA To  Arshx  C , ta nhận được: 3 To . d q H VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN xA  [Pick the date] To q Arsh ( L A ) q To LA  . Suy ra LB  Tương tự ta cũng có: To q sh ( x A ) q To To q sh ( x B ) q To (với LB=LOB) Vậy chiều dài của dây neo giữa điểm A và B là : L AB L A  L B L  T   q q sh( x A )  sh( x B )  q  To To  LA LA 0 0 z A  dz  sin .ds z A  Tương tự ta có: To q [ch( x A )  1] q To Vậy phương trình đường dây neo là : x A= To q Arch( q z +1) To A Trong phần diễn giải ở trên đã sử dụng các công thức toán sau: sin  tg. cos     2 1  d 2  1  2 1  ; ; ch 2  1  sh 2  . c) Chiều dài tối thiểu của đường dây neo. Chiều dài tối thiểu của đường dây neo tức là chiều dài dây neo khi tiếp tuyến với đường dây neo tại vị trí dây liên kết với neo là đường nằm ngang. x B 0 z B 0 Trường hợp lực căng tới hạn, điểm O trùng với điểm B, tức là , . Khi đó: 4 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN L AB  [Pick the date] To q sh( x A ) q To xA  Quan hệ giữa lực căng dây và chiều dài dây: Lmin  Suy ra To q Arsh( L ) q To . To q sh( xA ) q To Ta lại có: zA  To q [ ch( x A )  1] q To To  qd  Mặt khác : T0 ch(  q x A )  T0  z A .q  T0  qd T0 To q q To q ch( x A )  To ch[ Arsh( L)] q To To q To To ch[ Arch 1  ( q 2 q L ) ] T0 1  ( L )2 To T0 T 2 VA 2  To 2 To 2  (qL) 2 To 2 [1  ( Tu (*) va (**)  và T 2 (To  qd) 2 (**) (1) To 2 T 2  VA 2 (qd  To ) 2  (qL) 2 Từ biểu thức (2) suy ra: q L) 2 ] To q L2 To  (  d ) 2 d 5 (*) (2) (3) VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] 2 To L  1 d qd Từ biểu thức (3) suy ra: . Vậy ta có: L min d 90.  Lmin = 2 To 1 qd 2.40.103  1  169,33m 350.90 xA  To q Arsh( L ) q To Từ đó => =135.37m & VA = 59264N Vậy, các ta có các giá trị ban đầu như sau: III. Lmin,m XAo,m VAo,N 169.33 135.37 59264 Lập đường cong quan hệ H(x) với x <0 của dây neo 1 phía: (Kết cấu nổi di chuyển sang bên trái) 1. Đặt bài toán. Khi điểm A dịch chuyển từ vị trí ban đầu A0 sang bên trái tới các vị trí A 1 A 2 A 3 A n , , ,..., tiếp đất tăng dần lên. , thì dây neo bị chùng dần và chiều dài đoạn dây neo 6 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] VA Z X-1 Ao d A-1 To Bo B1 XB1 x XA-1 XAo Hình 2. Trường hợp điểm A dịch chuyển sang trái. Trong đó: A 0 B 0 L2 L 0 Tại vị trí ban đầu: . L L 0 d z A0 Các số liệu ban đầu là: ; và q. Khi A dịch đến A 1 thì L 1  L0 và H 1  Ho . 2. Giải bài toán. Từ các thông số ban đầu như đã tìm ở trên như : Lo = Lmin = 169.33m ; Ta chọn giá trị XAo = 135.37m ; VAo = 59264N ; Ho = To = 40000N L 1  L0 , tính được các giá trị sau: V 1 qL  1 7 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] q L2 H  1  (  1  d) 2 d xA 1  L 1  H 1 q Arch( d  1) q H 1 H 1 q sh ( x A 1 ) q H 1 X B  1 L  L  1 X-1= XAo – (XA-1 + XB-1) - Thực hiện các bước tính toán trên cho trường hợp điểm A dịch chuyển đến xA 2 xA 3 xA n vị trí A-2, A-3,..., A-n xác định được các giá trị , ,…, . Khi điểm A đạt A n L  n d tới vị trí thì . Hoành độ của điểm chuyển đi một đoạn là : B n x B  n L 0  d sẽ là : , và điểm A dịch x  n x A 0  (L 0  d) Cuối cùng ta vẽ được đồ thị quan hệ H=f(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển về bên trái. 3. Tính toán cụ thể. a) Xác định các giá trị H-i : ai 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.35 0.3 0.25 H-i, N 36000 32000 28000 24000 20000 16000 14000 12000 10000 b) Tính 10 giá trị xA-i : 8 0.2 8000 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN i [Pick the date] 1 2 3 4 5 119.5 91.36 XA-i,m 127.71 110.9 101.56 8 9 c) Tính 10 giá trị L-i = Limin ứng với H-i : 6 7 8 9 10 80.075 73.89 67.248 60.04 52.105 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 L-i,m 163.14 156.71 150 142.98 135.59 127.78 123.69 119.46 115.08 110.52 d) Tính 10 giá trị xB-i = L0 - Li : i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 XB-i,m 6.1875 12.619 19.326 26.348 33.732 41.543 45.633 49.863 54.249 10 58.80 8 e) Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo: x-i = xA0 – (xA-i + xB-i ) i 1 2 3 4 5 6 X-i,m 1.4806 3.1756 5.1434 7.4671 10.272 13.756 7 15.85 8 9 10 18.262 21.084 24.46 f) Xác định độ dịch chuyển đầu trên của dây neo khi dây trùng hoàn toàn : X-n = XAo –( Lo – d) = 56.05m => H-n = 0 N. g) Lập đường cong quan hệ H(x) với x <0 của dây neo 1 phía. Với Xo = 0 m => Ho = 40000N 9 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] Điểm A dịch chuyển sang trái 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 -60 IV. -50 -40 -30 -20 -10 0 Lập đường cong quan hệ H(x) với x >0 của dây neo 1 phía: (Kết cấu nổi di chuyển sang bên phải) 1.Đặt bài toán: Giả sử từ vị trí cân bằng ban đầu A0 điểm A dịch chuyển sang bên phải A1 A 2 A 3 An tới các vị trí , , ,..., , tức là sự dịch chuyển của kết cấu nổi làm cho dây neo bị căng và góc B0. Xn Z X1 Ao A1 An d A1 ZB1 Z Z1 B x B1 XB1 x1 XAo XA1 10 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] Hình 3. Trường hợp điểm A dịch chuyển sang phải. Trong đó: - Chiều dài của dây neo L 0 L min , - Góc tiếp tuyến của dây neo với phương ngang tại điểm neo B≠0, - Lực căng ban đầu: Ho=To , - Chiều cao điểm A0 so với đáy biển: d z A 0 const , - Trọng lượng của dây neo nằm trong nước trên đơn vị chiều dài : q. 2. Giải bài toán: - Chọn L1  L 0 (ký hiệu , hay kéo dài dây neo đến điểm B1 sao cho L A 1 B 1 L1 B 1 0 ). - Xác định tung độ của điểm B1 (tính zB1): Xét đoạn dây Xét đoạn dây B1B 0 B1A1 q (L1  L 0 )2 H1  [  z B1 ] 2 z B1 có: q (L ) 2 H1  [ 1  z A 1 ] 2 z A1 có: với (a) (b) z A 1 z A 0  z B 1 Lực căng ngang tại mọi điểm trên đường dây neo bằng nhau nên từ (a) = (b) (do dây không có lực đàn hồi) => (L1  L 0 )2 L21  z B1   (z A 0  z B 1 ) z B1 z A 0  z B1 11 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN  [Pick the date] L21 ( L1  L 0 )2  z A 0 z A 0  z B1 z B1 . Từ đây giải phương trình bậc 2 xác định được - Xác định lực căng H1: Thay giá trị được lực căng ngang H1. z B1 z B1 và z A1 z B 1  d . vừa tìm được vào (a), xác định - Xác định hoành độ của điểm B1: x B1  H1 q H q Arsh( L B 1 )  1 Arsh[ (L1  L 0 )] q H1 q H1 - Xác định hoành độ điểm A1: x A1  - Xác định hoành độ H1 q Arch( z A 1  1) q H1 x1 : x1 x A 1  (x A 0  x B 1 ) - Trạng thái dây căng hoàn toàn xảy ra khi: x n  L20  d 2  x A 0 3. tính toán cụ thể: a) Ứng với mỗi lực căng Hi ban đầu, bằng phương pháp tính lặp ta tìm được độ sâu nước ảo ZBi tương ứng. Cụ thể như sau : i H1,N ZBi,m 12 ZAi,m Li,m VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] 48000 0.5667 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 56000 64000 72000 80000 88000 96000 104000 112000 120000 2.02164 4.08376 6.64066 9.15274 11.9093 14.8526 17.986 21.2675 24.3619 90.59 181.81 92.1204 94.2386 96.972 99 101.44 104.162 107.181 110.408 113.211 194.845 208.195 222.037 234.645 247.588 260.749 274.197 287.839 300.745 b) Tính 10 giá trị xBi (ứng với độ sâu nước “ảo”ZBi ), và 10 giá trị xAi (ứng với độ sâu nước “ảo” ZAi = d + ZBi ): i 1 Li,m 181.81 Hi,N 48000 XBi,m 12.4664 i 1 ZAi,m 90.59 Hi,N 48000 XAi,m 150.036 2 194.84 5 56000 25.411 6 2 92.120 4 56000 164.36 9 3 4 3 4 5 234.64 5 80000 64.460 7 5 94.2386 96.972 99 101.44 64000 72000 80000 205.72 3 88000 208.195 222.037 64000 72000 38.5817 52.1502 178.477 192.627 6 247.588 88000 77.05 6 218.877 7 260.74 9 96000 89.809 2 7 104.16 2 96000 232.05 7 8 9 10 274.197 287.839 300.745 104000 112000 120000 102.807 115.958 128.396 8 9 10 107.181 110.408 113.211 104000 112000 120000 245.351 258.717 271.475 c) Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo: xi = xAi – (xA0 + xBi ) i XBi XAi Xi 1 12.466 4 150.03 6 2.1962 2 25.411 6 164.36 9 3.5840 3 38.581 7 178.47 7 4.5219 4 52.150 2 192.62 7 5.1034 5 64.460 7 205.72 3 5.8889 13 6 77.05 218.87 7 6.4536 7 89.809 2 232.05 7 6.8744 8 102.80 7 245.35 1 7.1706 9 115.95 8 258.71 7 7.3856 10 128.39 6 271.47 5 7.7056 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN 8 [Pick the date] 8 8 8 8 8 8 8 + Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo khi dây căng hoàn toàn: L2o  d 2  X Ao Xn = = 8.054m + Lập đường cong quan hệ H(x) với x >0 của dây neo 1 phía : Điểm A dịch chuyển sang phải 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cuối cùng ta vẽ được đồ thị quan hệ H=f(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển theo phương ngang như sau : 14 8 8 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] Điểm A dịch chuyển sang ngang 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 -60 V. -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 Lập đường cong quan hệ H(x) của cặp dây neo : Ghép đường cong H(x) với đầu trên của dây neo 1 phía di chuyển cả 2 phía, và sử dụng tính chất đối xứng ban đầu (khi chưa chịu tải ngang R) của cặp dây neo, ta được 2 được cong H1(x) và H2(x) của cặp dây neo. 140000 120000 100000 80000 Dây neo 1 Dây neo 2 60000 40000 20000 0 -80 -60 -40 -20 0 20 15 40 60 80 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN VI. [Pick the date] Lập đường cong quan hệ R(x). Công thức tính lực môi trường tác dụng lên 1 cặp dây neo: R(x) = H1(x) - H2(x) H Dây 2 Dây 1 H1(x) 1 Ho R(x) H2(x) X X-n Ứng với mỗi thời điểm ta tính được 1 lực R(x), từ đó ta vẽ được 1 đường cong tác dụng của lực môi trường, lấy đối xứng ta cũng được đồ thị của lực môi trường tác dụng lên 1 cặp dây. Có 2 cách vẽ : +/ Cách 1: Vẽ trực tiếp trên đồ thị quan hệ H(x) của 1 cặp dây, nhưng sau khi tính được lực môi trường thì ta phải dóng xuống trục x 1 đoạn H2(x), bằng đúng giá trị R(x). Lần lượt tính các điểm khác, ta sẽ vẽ được đường R(x), lấy tối thiểu là 5 điểm. +/ Cách 2: Vẽ R(x) sang một đồ thị mới.  Tính toán cụ thể như sau: Từ các thời điểm lực căng của dây neo H(x), ta tìm lực căng R(x), theo đề bài thì có 10 thời điểm. Do vậy ta chọn 10 thời điểm để tính lực môi trường, cụ thể là 10 thời điểm khi điểm A dịch chuyển sang phải đối với dây 1, từ đó ta có 16 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] 10 giá trị Xi, từ 10 giá trị Xi này ta tính được 10 giá trị H2(x) bằng phương pháp lặp. Từ 10 giá trị Xi ở 10 thời điểm của dây neo 1 dịch chuyển sang phải, những giá trị đó tương ứng với những lực căng H2(x), khi dây neo 2 dịch chuyển sang trái. Khi đó ta giả sử H2(x) rồi tính để tìm ra Xi, sao cho Xi tìm ra bằng Xi ban đầu, và giá trị H2(x) đó là giá trị tương ứng với H1(x) ở cùng một thời điểm Xi. Sau khi tìm được các cặp H(x), ta sẽ tìm được các lực môi trường R(x) tương ứng. Sau khi tính toán ta có bảng giá trị R(x) như sau: i X1, m H2(x), N XA-1,m 1 7.7057 23630 100.655 142.312 27.0149 24130 101.874 143.212 26.1143 24470 102.696 143.821 25.5051 24955 103.859 144.686 24.6405 25660 105.528 145.933 23.3929 26640 107.809 28075 111.072 150.129 19.1979 29195 113.559 152.035 17.2916 31120 117.721 155.256 14.0699 34245 124.201 160.349 8.97767 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7.3856 8 7.1706 8 6.8744 8 6.4538 6 5.8889 8 5.1034 8 4.5219 8 3.5840 8 2.1963 Đồ thị thể hiện quan hệ R(x): 17 L-1,m 147.65 XB-1,m 21.6762 X-1,m 7.7039 4 7.3848 1 7.1720 1 6.8741 7 6.4527 3 5.8883 1 5.1035 2 4.5226 2 3.5827 2 2.1948 9 X1-X-1 0.00176 0.00087 0.00133 0.00031 0.00113 0.00067 3.6E-05 0.00064 0.00136 0.00141 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] 120000 100000 80000 Lực R1(x) Lực R2(x) 60000 40000 20000 0 -10 VII. -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Nhận xét kết quả của các đồ thị : 1. Một số nhận xét của bài toán dịch chuyển ngang. +/ Từ đồ thị ta có thể thấy quan hệ giữa Hi và X là quan hệ phi tuyến +/ Từ đồ thị ta có thể tính được độ cứng của dây thông qua biểu thức sau: ki  H i H i  H i 1  X i X i  X i 1 - Khi điểm A dịch chuyển sang trái thì ki giảm(dây trung). - Khi điểm A dịch chuyển sang phải thì ki tăng( dây căng). 18 VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] H H Ho X-n X-n Xi Xn +/ Tại mỗi vị trí, ta có thể tính được lực căng tại đầu dây neo và từ đó kiểm tra độ bền của dây tại vị trí đó. Ti  Vi 2  H i2   T  �TBR  T  � SF   Hoặc : Với Ti Vi=q.Li Trong đó : qi - Lực phân bố của khối lượng dây. 19 X VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN [Pick the date] Vi Ti Ai Hi 2. Nhận xét về lực môi trường R(x). +/ Để tính được lực môi trường thì ta phải giả thiết lực môi trường tác dụng lên kết cấu nổi có phương trùng với 1 cặp dây neo và chuyển vị của kết cấu nổi là bé để cho phép phương của cặp dây không đổi. +/ Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa R và X cũng là quan hệ phi tuyến. +/ Kết hợp với lực kéo đứt cho phép của dây, ta có thể tính được hệ số hiệu quả của một cặp dây neo, được xác định bằng biểu thức sau: e R T 20
- Xem thêm -