1. S N ( ch biên ) – LÃ C VI T
cl c
Danh m c các ch vi t t t
i nói u
Ch ng 1 Khái quát v công trình bi n
C s thi t k và thi công 1.1 Phân lo i công trình bi n và ph m vi môn h c
1.1.1 Phân lo i công trình bi n
công trình bi n c nh 1.1.2 Ph m vi môn h c
1.2 C u t o công trình bi n c nh thép
1.3 C u t o công trình bi n c nh bê tông c t thép
1.4 Các yêu c u i v i thi t k và thi công công trình bi n c
nh
1.4.1 Xem xét v khai thác s d ng
1.4.2 Xem xét v môi tr ng
1.4.3 Nguyên t c thi t k
1.4.4 Các nh ngh a
1.4.5 H s tài li u
Ch ng 2 Các d li u cho tính toán thi t k công trình
NHÀ XU T B N I H C QU C GIA HÀ N I bi n c nh
2.1 Các y u t môi tr ng tác ng lên công trình bi n c nh
2.1.1 Khái quát
i ii

2. 2.1.2 Gió 3.2.4 L a ch n ph ng án k t c u thép
2.1.3 Sóng 3.2.5 L a ch n ph ng án k t c u bê tông c t thép ng su t
2.1.4 Dòng ch y tr c
2.1.5 Th y tri u Ch ng 4 Thi t k k t c u công trình bi n thép
2.1.6 Nhi t 4.1 Các ph ng pháp thi t k k t c u thép
2.1.7 Hà bi n 4.1.1 Thi t k theo ph ng pháp h s riêng ph n
2.1.8 ng t 4.1.2 Thi t k theo ph ng pháp ng su t cho phép
2.1.9 a hình và a ch t công trình 4.2 Thi t k ph n t và m i n i ng
2.2 T i tr ng thi t k và ph ng pháp xác nh 4.2.1 Khái quát
2.2.1 T i tr ng thi t k 4.2.2 ng su t cho phép i v i ph n t tr
2.2.2 Xác nh t i tr ng thi t k 4.2.3 ng su t t h p c a ph n t tr
2.2.3 Các h s và các t h p t i tr ng thi t k trong ph ng 4.2.4 S chuy n ti p hình côn
pháp h s riêng ph n 4.2.5 Liên k t nút
2.2.4 Các t h p t i tr ng thi t k trong ph ng pháp ng su t 4.2.6 Phân tích m i
cho phép 4.3 Tính toán móng c c
2.3 Các yêu c u v v t li u 4.3.1 C c cho các công trình d ng khung thép
Ch ng 3 Mô hình hoá k t c u và t i tr ng, tính toán l a 4.3.2 Xác nh s c ch u t i c a c c ch u t i tr ng d c tr c
ch n ph ng án
4.3.3 Ph n ng àn h i c a c c i v i t i tr ng d c tr c
3.1 Mô hình hoá k t c u và t i tr ng
4.3.4 Ph n ng c a c c ch u t i tr ng ngang chu k
3.1.1 Mô hình hoá k t c u
4.4 Ch ng n mòn cho công trình bi n thép
3.1.2 Mô hình hoá t i tr ng
4.4.1 Khái quát
3.1.3 Mô hình hoá k t c u công trình bi n thép
4.4.2 S n ph
3.1.4 Mô hình hoá công trình bi n bê tông tr ng l c
4.4.3 B o v ca-t t
3.2 Tính toán l a ch n ph ng án
Ch ng 5 Thi t công trình bi n bê tông c t thép
3.2.1 Khái quát
5.1 Các tham s thi t k c a bê tông và thép
3.2.2 Thi t l p và gi i bài toán l a ch n ph ng án k t c u
5.1.1 Các tham s thi t k c a bê tông
3.2.3 Tính toán k t c u b ng ph ng pháp PTHH
iii iv

3. 5.1.2 Các tham s thi t k c a thép Ch ng 7 Thi công công trình bi n bê tông c t thép
5.2 Ph ng pháp thi t k công trình bi n bê tông c t thép 7.1 Ch t o k t c u bê tông c t thép công trình bi n tr ng l c
5.2.1 Khái quát 7.1.1 V t li u và th nghi m v t li u
5.2.2 Tr ng thái gi i h n c c i 7.1.2 Công tác ván khuôn
5.2.3 Tr ng thái gi i h n kh n ng làm vi c 7.1.3 C t thép và thép c u t o
5.2.4 Tr ng thái gi i h n m i 7.1.4 Tr n bê tông và v a
5.2.5 Tr ng thái gi i h n phá h y l y ti n 7.1.5 V n chuy n, , m và d ng h bê tông
5.3 Tính toán móng công trình bi n bê tông c t thép 7.1.6. Hoàn thành các h th ng t o d ng l c
5.4 Ch ng n mòn cho công trình bi n bê tông c t thép 7.1.7 Công tác hi u ch nh, s a ch a
Ch ng 6 Thi công k t c u công trình bi n thép 7.1.8 Ch ng n mòn
6.1 Ch t o k t c u thép trên bãi l p ráp 7.1.9 H s tài li u hoàn công
6.1.1 tv n 7.2 V n chuy n và ánh chìm k t c u công trình bi n tr ng l c
6.1.2 Các quy nh 7.2.1 Khái quát
6.1.3 Thanh tra và ki m tra 7.2.2 Thao tác làm n i
6.1.4 Ch t o k t c u thép 7.2.3 V n chuy n trên bi n
6.2 Các ph ng pháp h thu k t c u thép 7.2.4 Thao tác trên bi n giai n cu i
6.2.1 Khái quát Tài li u tham kh o
6.2.2 Các thao tác nâng h Các ph l c:
6.2.3 B trí neo bu c k t c u và các thao tác tr ng thái n i Ph l c A d ng SAP-2000 trong tính toán thi t k công trình
6.3 V n chuy n và d ng l p ngoài kh i bi n
6.3.1 V n chung Ph l c B t s tính toán khi thi công và di chuy n k t c u
trên bi n
6.3.2 Thao tác di chuy n giai n u
6.3.3 V n chuy n trên bi n
6.3.4 Các thao tác trên bi n giai n cu i
v vi

4. Danh m c các ch vi t t t
TCVN – Tiêu chu n Vi t Nam
TCQP – Tiêu chu n, Quy ph m
DKI – Tr m D ch v Kinh t và Khoa h c-K thu t I NÓI U
API – American Petrolium Institute (Vi n D u khÍ Hoa K )
DNV – Det Norske Veritas (Quy ph m- ng ki m Na Uy) Nh m m c ích ào t o k s công ngh , khoa C h c k thu t
ULS – Ultimate Limit States (Tr ng thái gi i h n c c i) và t ng hoá thu c tr ng i h c Công ngh , i h c Qu c gia
SLS – Serviseability Limit States (Tr ng thái gi i h n s d ng) Hà N i ch tr ng m r ng s hi u bi t cho sinh viên v các v n
công ngh ang c s d ng r ng rãi trong th c t , c bi t là công
FLS – Fatigue Limit States (Tr ng thái gi i h n m i)
ngh công trình bi n v i các môn h c nh : Thi t k và thi công công
PLS – Pregrassive Limit States (Tr ng thái gi i h n l y ti n)
trình bi n; Công trình bi n ven b : ê - c ng và ng ng - b
MSP – Giàn khoan bi n c nh ch a; Công trình bi n kh i và tin c y...
HAT – Highest Astronomical Tide (Tri u thiên v n cao nh t) Thi t k và thi công công trình bi n là môn h c nh m cung c p
LAT – Lowest Astronomical Tide (Tri u thiên v n th p nh t) cho sinh viên các ki n th c v vi c ng d ng các môn C h c k
MWL – Mean Water Level (M c n c trung bình) thu t tính toán thi t k và thi công các công trình xây d ng nói
chung và c bi t là công trình bi n, lo i công trình th ng ph i ch u
SWL – Still Water Level (M c n c t nh)
các tác ng kh c nghi t c a t i tr ng và môi tr ng bi n, òi h i
NS – Normal Strength (C ng th ng) ph i có các quy trình phân tích phù h p trên c s s d ng các công
HS – High Strength (C ng cao) ngh xây d ng hi n i.
EHS – Extreme High Strength (C ng siêu cao) Trong nh ng n m qua các tác gi ã tr c ti p gi ng d y môn
AISC – American Institute of Steel Construction (Vi n K t c u c: Thi t k và thi công công trình bi n. Vì v y, ã chu n b và biên
thép Hoa K ) so n giáo trình này nh m làm h c li u chính cho sinh viên khoa C
API RP2A - WSD – API Recommended Practice 2A - Workable c k thu t và t ng hoá tr ng i h c Công ngh , i h c
Qu c gia Hà N i nói riêng và tài li u tham kh o cho sinh viên các
Stresses Design (Quy ph m Hoa K )
tr ng i h c c ng nh các k s liên quan n Thi t k và thi công
SCF(s) – Các h s t p trung ng su t công trình nói chung.
vii viii

5. Giáo trình c so n th o theo c ng môn h c ã c phê a Tiêu chu n quy ph m thi t k công trình bi n so v i các Tiêu
duy t d a trên các c s lý thuy t c a C h c k thu t nh : S c b n chu n quy ph m thi t k các công trình trên t li n. Vi c ki m tra chi
t li u, C h c k t c u, C h c bi n kh i (Offshore Mechanics),... ti t ph n t , k c ph n t móng c c, c ng nh liên k t c a các k t
i các Tiêu chu n quy ph m chính th ng, trong ó có Tiêu chu n u thép c ti n hành d a trên Tiêu chu n quy ph m Hoa K -
Vi t Nam v “Thi t k , Thi công và Ki m tra b o d ng công trình API. Ch ng 5.- Thi t k công trình bi n bê tông c t thép – d a trên
bi n c nh trên th m l c a Vi t Nam”- TCVN 6170: phát hành t Tiêu chu n quy ph m Nauy - DNV. Ch ng này (ch ng 5) có chú ý
m 1996 n n m 2002, và trên c s kinh nghi m th c t mà các nhi u n các c m c a bê tông khi làm vi c trên bi n và yêu c u
tác gi ã nhi u n m (1988-2005) tri n khai áp d ng t i các n v c u t o i v i k t c u bê tông c t thép, c bi t v i móng tr ng
thu c T p oàn D u khí Vi t Nam, liên quan n xây d ng công trình c. Ch ng 6 và ch ng 7 c p n các quy trình thi công t ng
khai thác d u khí bi n nh : Công ty Thi t k và xây d ng d u khí, Xí ng v i k t c u công trình bi n thép và công trình bi n bê tông c t
nghi p Liên doanh d u khí Vietsovpetro, và thu c B Qu c phòng thép t giai n ch t o trên b hay trên n i n các giai nh
nh : Quân ch ng H i quân, Ban Qu n lý d án các công trình DKI... thu , ch n i, ánh chìm và d ng l p c nh trên bi n.
n ph i nói r ng, môn h c “Thi t k và thi công công trình bi n”
Giáo trình c biên so n thành b y ch ng. Ch ng 1.- Khái có n i dung khá r ng, trong khi ó th i l ng giành cho môn h c này
quát v công trình bi n. ây t p trung vào các công trình bi n c i không th nhi u h n. ng th i các sinh viên c a khoa l i không
nh ngoài kh i (Fixed offshore structures) b ng v t li u thép và bê c h c các môn h c liên quan nh : K t c u thép; k t c u bê tông
tông c t thép, ng th i nêu rõ yêu c u v thi t k và thi công các t thép…Vì v y, vi c ch n l a n i dung, c c u giáo trình… c ng
công trình bi n lo i này. Ch ng 2.- Các thông tin c n cho tính toán nh cách di n t nh ng n i dung c th r t khó kh n, không tránh
thi t k công trình bi n c nh. Trong ch ng này ã i sâu vào các kh i khi m khuy t. Và giáo trình, do v y, c l y tên là “C s thi t
u t môi tr ng bi n và tác ng c a chúng lên công trình bi n c và thi công công trình bi n c nh”.
nh ngoài kh i, ng th i xem xét cách xác nh các t i tr ng này, Các tác gi xin chân thành cám n các ph n bi n: PGS.TS.
c bi t là t i tr ng sóng, gió và dòng ch y bi n. Ch ng 3.- xét n Ph m Ng c Nam và PGS.TS. ào Nh Mai; cám n Ban Ch nhi m
các v n v mô hình hoá k t c u và t i tr ng c ng nh vi c tính khoa C h c K thu t và T ng hóa, Tr ng i h c Công ngh ,
toán l a ch n ph ng án t i u k t c u. Ch ng 4.- Thi t k k t c u i h c Qu c gia Hà N i và cám n Nhà xu t b n i h c Qu c gia
công trình bi n thép. c p t i hai ph ng pháp thi t k (ph ng Hà N i ã óng góp nhi u ý ki n quý báu cho vi c hoàn thi n giáo
pháp thi t k theo ng su t cho phép và ph ng pháp thi t k theo trình, t o u ki n hoàn thành giáo trình và góp ph n quan tr ng
s riêng ph n) và b n tr ng thái gi i h n (Tr ng thái gi i h n c c giáo trình c xu t b n.
i – ULS; Tr ng thái gi i h n s d ng – SLS; Tr ng thái gi i h n
i – FLS và Tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n – PLS). Qua ây
cho th y rõ tính nh t quán c ng nh s m r ng hay tính t ng quát
ix x

6. a mình. Công trình bi n di ng có th th c hi n ch c n ng nh
trên nh ng v trí không c nh.
1.1.2 Ph m vi môn h c
Ph m vi môn h c là công trình bi n c nh ngoài kh i (fixed
offshore structures). Trong giáo trình này ch ngoài kh i cb i
Ch ng 1 Khái quát v công trình bi n và, do ó, khi nói công trình bi n c nh ây, có ngh a là công trình
bi n c nh ngoài kh i.
Ph thu c vào a hình áy bi n và a ch t công trình, sâu
1.1 Phân lo i công trình bi n và ph m vi môn h c
c bi n... , công trình bi n c nh có th cc nh b ng c c
óng sâu xu ng áy bi n, b ng tr ng l c, b ng neo (giàn chân
1.1.1 Phân lo i công trình bi n
ng/neo ng) ho c b ng t h p các gi i pháp trên.
Công trình bi n là công trình c thi t k , thi công và khai thác Cho n nay k t c u ch u l c chính c a công trình bi n c nh
d ng trong các u ki n tác ng c a môi tr ng bi n. th ng c làm b ng v t li u thép và/ho c bê tông c t thép.
Thi t k là quá trình nghiên c u tính toán t o l p ra công trình Công trình bi n thép th ng cc nh b ng c c lu n trong
m b o th a mãn các yêu c u v ch c n ng s d ng c ng nh các các ng tr ng (c t) c a chân và óng vào áy bi n (hình 1.1).
yêu c u v an toàn.
Công trình bi n c nh b ng tr ng l c th ng c làm b ng
Thi công là quá trình th c thi s n ph m thi t k , t khâu ch t o t li u bê tông c t thép và c g i là công trình bi n tr ng l c bê
trên b hay trên n i g n b , v n chuy n t b ra v trí xây d ng tông c t thép (hình 1.2).
ngoài kh i n khâu d ng l p c nh, s n sàng a vào s d ng.
Trong ph m vi giáo trình này s t p trung vào hai lo i công trình
Giai n khai thác s d ng là kho ng th i gian tính t khi công bi n c nh nêu trên, ó là công trình bi n c nh b ng c c thép và
trình c thi công xây d ng xong hoàn toàn, a vào th c hi n công trình bi n c nh b ng tr ng l c bê tông c t thép. Trong m i
ch c n ng cho n khi thanh lí, t c là d b ho c di r i i n i khác. lo i s xem xét chi ti t các v n v thi t k và thi công.
Công trình bi n c phân thành công trình bi n ven b (coastal ng c n ph i nói r ng do u ki n th c t , m t s công trình
structures) và công trình bi n ngoài kh i (offshore structures). không ho t ng c bình th ng khi ch có móng c c ho c ch có
Công trình bi n ngoài kh i (offshore structures) bao g m công móng tr ng l c. Trong tr ng h p này ng i ta ã t o thêm các kh i
trình bi n c nh (fixed offshore structures) và công trình bi n di ng tham gia ch u l c cùng v i c c thép ho c óng thêm c c
ng (mobile offshore structures). thép tham gia ch u l c cùng v i các kh i bê tông. Các công trình
Công trình bi n c nh là công trình bi n c xây d ng c này c g i là “Công trình bán tr ng l c”.
nh t i m t v trí trên bi n th c hi n m t hay m t s ch c n ng
1 2

7. nhau t các ph n t ng thép d n c c và t ng c ng kh n ng
ch u l c theo ph ng ngang cho c c.
Ph n c c có ch c n ng gi c nh công trình ngoài bi n và ch u
t i tr ng ngang l n t i tr ng th ng ng.
Ph n th ng t ng bao g m các dàn ph ng và các không gian
boong c n thi t ch u t i tr ng khai thác và các t i tr ng khác. Ph n
th ng t ng c chia thành các mô un theo ch c n ng s d ng
ng nh theo kh n ng ch u l c và truy n l c.
Các MSP m B ch H ph n l n có 2 chân , m i chân
m 8 c t (c c) chính và 16 c c ph . Theo chi u cao chân có 6
vách ngang c ng (diaphragm).
Hình 1.1. Công trình bi n Hình 1.2. Công trình bi n 1.3 C u t o công trình bi n c nh bê tông c t thép
thép d ng khung không gian bê tông c t thép tr ng l c
Các công trình bi n c nh b ng bê tông c t thép cc ut o
gi ng nh công trình bi n c nh b ng thép, bao g m ba ph n: Ph n
1.2 C u t o công trình bi n c nh thép th ng t ng, ph n chân và ph n móng, tuy nhiên, thông th ng
ph n móng và ph n chân c g n k t v i nhau t o thành m t
Công trình bi n c nh b ng c c thép c s d ng ph bi n kh i có tr ng l ng l n ch u c các t i tr ng môi tr ng
trên th gi i. n c ta các công trình bi n c nh hi n m i cs (hình 1.2).
ng trong các ngành D u khí và Qu c phòng và t t c chúng u t ng c ng kh n ng ch u t i tr ng ngang, ng i ta th ng
c làm b ng v t li u thép. o ra các vành xung quanh tr chân và, th m chí, xung quanh các
u t o chung c a các công trình bi n c nh thép, l y công tr móng nh các váy hay các chân khay (skirt) c m sâu vào t.
trình bi n c nh c tr ng là công trình khai thác d u khí bi n, Ph n móng và chân th ng có di n tích m t b ng r ng bao
th ng c g i là các giàn khoan bi n c nh và kí hi u là MSP, m m t hay m t s tr chân cao, thon d n lên phía trên và nhi u
bao g m ba ph n: Ph n chân (jacket), ph n móng c c (piles) và tr th p có dáng t ong (hình 1.2). C u t o nh v y, m t m t làm
ph n th ng t ng (superstructure) (xem hình 1.1). gi m l c tác ng c a sóng lên công trình, m t khác m b o cho
Ph thu c ch c n ng s d ng, ph n chân có th có m t, hai công trình n nh tr c các tác ng c a sóng và th ng t ng.
hay nhi u h n kh i tr ng, m i kh i tr là m t khung không gian Ph n th ng t ng c a các công trình bi n tr ng l c có th c
có m t c t ngang hình tam giác ho c ch nh t c liên k t hàn v i làm t v t li u thép ho c bê tông c t thép. Tuy nhiên, xét v m t th i
3 4

8. gian thi công trên bi n và, do ó, v m t kinh t thì ph n th ng t ng th c hi n trong các u ki n gió bão khác nhau. Các yêu c u v khai
t nh t là làm b ng v t li u thép. thác c ng ph i c xem xét b trí các vùng g n c u thang.
- Ch ng cháy: Vì s an toàn c a ng i và thi t b trên công trình
khi thi t k ph i c bi t quan tâm n các gi i pháp phòng ch ng
1.4 Các yêu c u i v i thi t k và thi công công trình bi n
cháy. Vi c l a ch n m t h th ng nào là ph thu c vào ch c n ng
nh
a công trình.
1.4.1 Xem xét v khai thác s d ng - Chi u cao sàn: Khi sóng ánh vào sàn d i c a công trình s
sinh ra l c và mô men l t l n i v i công trình. Vì v y khi thi t k
- Ch c n ng: Các ch c n ng c a m t công trình bi n c thi t
công trình c n ph i chú ý n kho ng h khí (air gap), t c là kho ng
th ng là khoan, khai thác, l u tr nguyên v t li u,
không gian tính t sàn n nh sóng thi t k . Kho ng h khí ít nh t
ho c t h p các ch c n ng trên, và các ch c n ng khác. Hình d ng
là 1,5 m.
a công trình ph i c xác nh trên c s nghiên c u k s b trí
y chi u cao sàn công tác th p nh t tính t áy bi n s là:
thi t b trên sàn. Ph i xem xét chi ti t các khoang và không gian c a
thi t b tr c khi quy t nh kích th c cu i cùng. hct = d0 + dtr + dnd + Hmax + 0
- trí: V trí xây d ng công trình ph i c xác nh rõ tr c trong ó
khi thi t k . Các u ki n môi tr ng thay i theo v trí a lí, và d0 là sâu n c th p nh t t i n i xây d ng công trình;
trong m t vùng a lí cho tr c thì các u ki n móng c ng s thay dtr là biên tri u;
i t ng ng v i các tham s nh chi u cao sóng thi t k , chu k
dnd là chi u cao n c dâng do bão thi t k ;
sóng và thu tri u.
Hmax là kho ng cách t m c n c tính toán n b m t
- ng: H ng c a công trình c xác nh trên m t b ng
sóng ( =0,5 n u tính theo sóng Airy và 0,7 n u tính theo sóng
tham chi u theo m t h ng c nh nh h ng B c th c. Vi c xác
Stokes, và Hmax là chi u cao sóng thi t k );
nh h ng th ng d a theo h ng bi n m , h ng gió, h ng
dòng ch y và các yêu c u khai thác. 0 là kho ng h khí, t 1,5 n 2,0 m.
- Chi u sâu n c: Chi u sâu n c và thu tri u, n c dâng c n - trí v t t và thi t b
thi t l a ch n các tham s thi t k công trình thích h p. Chi u sâu Vi c b trí v t t và thi t b ph i c xem xét k trong quá trình
cc n c xác nh càng chính xác càng t t thi t k b n c p thi t k . Các v t t và thi t b n ng c n c b trí sao cho không
tàu, gi m va, sàn công tác và ch ng n mòn. gây ra tác ng t p trung l n. ng th i ph i quan tâm n quá trình
- Các h th ng l i i và ph tr : V trí và s l ng c u thang lên d ng và thao tác lâu dài c a các v t t và thi t b .
xu ng b n c p tàu trên công trình có th c quy t nh b i u -V n chuy n ng i và v t li u
ki n an toàn. Nh ng ít nh t ph i có hai l i i cho m i cao trình có
ng i làm vi c và chúng ph i c b trí sao cho vi c s tán có th
5 6

9. Các k ho ch v n chuy n ng i và v t li u, c ng nh ch ng lo i n ph i xem xét hai v n : a hình áy bi n và a ch t công trình
và kích th c c a các ph ng ti n v n chuy n và h th ng neo gi c vi c kh o sát và thí nghi m t.
chúng trên công trình, ph i c v ch ra ngay t khi b t u thi t k
công trình. S l ng, kích th c và v trí t các xu ng c u sinh c n 1.4.3 Nguyên t c thi t k
ph i c xác nh. Ch ng lo i, s c nâng, s l ng và v trí t c n
a) Nguyên t c chung
u c ng ph i c xác nh.
ng nh thi t k b t c m t công trình nào khác, thi t k công
- c tràn và s ô nhi m
trình bi n c nh ph i d a trên nhi m v thi t k do ch ut
Vi c b trí s d ng các giàn t và nh ng ch t ô nhi m ph i xu t c c quan có th m quy n phê duy t. Nh có nhi m v thi t
c xem xét. H th ng thoát n c sàn c thu gom và n c d , trong ó nêu rõ m c ích, ch c n ng ho t ng c a công trình, v
tr s d ng ph i c b trí. N c m a và h th ng thu gom ph i trí mà công trình s c xây d ng, t ng kinh phí mà ch công trình
tuân th các quy nh thích h p c a nhà n c. có th u t ,..., ng i k s thi t k s phác th o ra m t s ph ng
- ph i ch u án k t c u (thi t k s b ), qua ó có th trao i và l a ch n
t c các h th ng và các b ph n công trình ph i c thi t ph ng án có kh n ng tho mãn t t nh t các quy nh c a Tiêu
ch u các tr ng thái c c tr c a các hi n t ng môi tr ng chu n quy ph m, các yêu c u c a ch u t và có tính kh thi cao.
th ng x y ra vùng xây d ng. th , ph ng án k t c u ph i:
- ch u c các tác ng và các hi u ng có th x y ra trong t t
1.4.2 Xem xét v môi tr ng các quá trình thi công và khai thác;
a) Các u ki n môi tr ng - áp ng c ch c n ng s d ng d nh;
Có hai u ki n môi tr ng c n ph i quan tâm: - mb o c an toàn cho phép i v i ng i và môi tr -
ng;
- u ki n môi tr ng bình th ng ( u ki n c k v ng xu t
hi n th ng xuyên trong su t tu i th c a công trình) là u ki n - có b n lâu dài ch ng l i s suy gi m trong tu i th c a
quan tr ng c trong giai n thi công và trong giai n khai thác t c u;
công trình. - kh thi, giá thành h p lý.
- u ki n c c tr ( u ki n l p l i t ng i th a trong quá b) Quy trình thi t k
trình khai thác công trình) là u ki n quan tr ng xác nh t i tr ng i ph ng án k t c u c ch n, ng i thi t k s ti n hành
thi t k công trình. th c hi n m t quy trình thi t k bao g m các b c:
b) Kh o sát hi n tr ng - móng (1) xác nh các y u t môi tr ng (bao g m khí t ng thu
hi u bi t v các u ki n t v trí xây d ng là c n thi t n và a ch t công trình) c a vùng xây d ng;
thi t k , thi công và khai thác s d ng công trình an toàn và kinh t . (2) thi t k s b ;
7 8

10. (3) xác nh các t i tr ng và các t h p t i tr ng tác ng lên gi i h n quy nh. i v i các công trình bi n c nh các tr ng thái
t c u; gi i h n sau ây c xem xét:
(4) phân tích k t c u xác nh các hi u ng t i tr ng; - tr ng thái gi i h n c c i (ULS – Ultimate Limit States) t ng
(5) ki m tra các u ki n theo Tiêu chu n, Quy ph m (TCQP) ng v i kh n ng ch u t i t i a theo tr ng thái c a v t li u;
và - tr ng thái gi i h n m i (FLS – Fatigue Limit States) liên quan
(6) thi t l p các b n v k thu t thi công. i kh n ng phá h y do hi u ng c a vi c t t i chu trình;
Vi c xác nh các y u t môi tr ng, c bi t là các y u t khí - tr ng thái gi i h n phá hu lu ti n (PLS – Progressive
ng th y v n và a ch t công trình, óng vai trò h t s c quan Collapse Limit States) t ng ng v i s phá hu tích l y c a k t c u
tr ng, t o c s xác nh t i tr ng môi tr ng, u vào cho vi c khi ch u các t i tr ng s c ho c b t th ng;
phân tích k t c u, n u xác nh úng thì công trình s t n t i và th c - tr ng thái gi i h n s d ng (SLS – Serviceability Limit States)
hi n t t các ch c n ng c a mình trong su t tu i th thi t k và, ng - liên quan t i chuy n v và dao ng c a công trình.
c l i, n u xác nh không úng thì công trình có th b phá hu tr c Các b n v là s th hi n k t qu c a phân tích k t c u, là ph n
khi t tu i th quy nh. n ph m cu i cùng c a quy trình thi t k . Ph thu c vào quy mô c a
Phân tích k t c u là tính toán xác nh các hi u ng t i tr ng công trình (quy mô c quy nh theo Ngh nh c a Th t ng
(hay ph n ng c a k t c u) tr c s tác ng c a t i tr ng và môi chính ph ), các b n v có th là các b n v k thu t thi công (thi t k
tr ng trên c s ó l a ch n hình dáng và kích th c các ph n t b c) ho c các b n v k thu t và các b n v thi công (thi t k
k t c u. Phân tích k t c u là khâu quan tr ng nh t trong quy trình hai b c).
thi t k k t c u công trình.
Trong phân tích k t c u tr c h t ph i ti n hành mô hình hoá 1.4.4 Các nh ngh a
công trình d i d ng các k t c u c h c, d a vào các kích th c ti t - Tu i th thi t k : Kho ng th i gian t khi c d ng l p (c
di n c l a ch n s b tính toán xác nh các t i tr ng và các t nh công trình xu ng áy bi n) n khi thanh lí công trình (tháo d
p t i tr ng tác ng lên k t c u (b c 3), sau ó tính toán các hi u ho c di r i i n i khác).
ng t i tr ng (b c 4) và cu i cùng là thi t k hay l a ch n ti t di n
- Các u ki n thi t k : Các t h p t i tr ng thi t k c dùng
a các ph n t t c u theo TCQP (b c 5). N u kích th c ti t
trong thi t k . Có hai nhóm u ki n thi t k chính c xem xét là:
di n l a ch n sau khi n k t qu ki m tra sai khác không áng k so
u ki n thi t k khai thác và u ki n thi t k thi công.
i kích th c ti t di n l a ch n s b ho c l a ch n tr c thì công
vi c c ti n hành ti p theo b c 6, ng c lai, c n ph i l p l i quá - u ki n thi t k khai thác: h p t i tr ng thi t k trong giai
trình thi t k t b c 3 ng v i kích th c ti t di n l a ch n sau. n t lúc d ng l p song n khi thanh lí vi c khai thác công trình.
t k t c u hay m t b ph n c a k t c u c coi là không th a - u ki n thi t k thi công: T h p t i tr ng thi t k xu t hi n
mãn các yêu c u c a thi t k khi tr ng thái c a nó v t quá tr ng thái trong các giai n thi công nh :
9 10

11. + ch t o (trên b hay trên n i); 1.4.5 H s tài li u
+ v n chuy n (t b ra bi n hay t b lên sà lan, neo t m và a) Tài li u: các tài li u trong b h s ph i bao g m:
n v trí l p t); - các b n v , thuy t minh và các ch d n k thu t c a k t c u,
+ d ng l p ( nh v và d ng l p v trí cu i cùng); m c h ng m c ch ng n mòn, có th hình dung c quy mô
+ hoán c i (công vi c duy trì m c an toàn t sau khi d ng l p công trình và có c s chu n b cho vi c t ch c thi công, ng th i
n khi thanh lí công trình ho c chuy n ch ). có th ánh giá c b n, tu i th c ng nh các c tính k thu t
- i tr ng: B t k tác ng nào gây ra ng su t, bi n d ng, a k t c u;
chuy n v , chuy n ng ... trong k t c u. - mô t môi tr ng và các t i tr ng c n thi t xác nh b n
- Hi u ng t i tr ng: Hi u ng c a m t t i tr ng n l hay c a và kh n ng làm vi c c a công trình;
h p các t i tr ng lên k t c u. - các tính toán và ánh giá nh m ch ng t k t c u xét ã th a
Hi u ng t i tr ng có th là n i l c, ng su t, bi n d ng, chuy n mãn các yêu c u v b n, tu i th và các c tr ng k thu t khác.
, c tr ng chuy n ng... Chú ý a vào y các tài li u tham kh o, c bi t là các
Tiêu chu n, Quy ph m.
- i tr ng c tr ng: Giá tr tham chi u c a t i tr ng c dùng
xác nh hi u ng t i tr ng. b) H ng d n thi công
- Hi u ng t i tr ng c tr ng: Hi u ng c a m t t i tr ng c n h ng d n thi công công trình ph i mô t chi ti t các b n v
tr ng n l hay c a t h p các t i tr ng c tr ng. có th th c hi n c các công vi c t ch t o trên b nv n
- c b n: Kh n ng c a k t c u hay b ph n c a k t c u ch u chuy n và d ng l p trên bi n.
hi u ng t i tr ng. c) H ng d n s d ng
- c b n c tr ng: Kh n ng danh ngh a c s d ng xác B n h ng d n s d ng ph i bao g m các yêu c u v duy tu
nh s c b n thi t k c a m t k t c u hay m t b ph n k t c u. o d ng công trình.
Giá tr c tr ng c a s c b n là giá tr d a trên ph n tr m xác d) L u tr h s
nh c a k t qu thí nghi m hay giá tr biên th p h n. - Ch công trình ph i có trách nhi m l u tr y h s liên
- Vùng khí quy n: Ph n công trình n m phía trên vùng giáp quan n an toàn và tu i th công trình
gianh. - H s l u tr , ngoài nh ng tài li u ã nêu m c 1.4.5, a), còn
- Vùng giáp gianh: Ph n công trình n m gi a vùng thay im c ph i có các báo cáo ki m tra trong quá trình thi công và báo cáo hoàn
c, lúc ph i trong không khí lúc ng p n c. công.
- Vùng ng p n c: Ph n công trình n m phía d i vùng giáp
gianh, k c vùng chôn trong t bùn.
11 12

12. công trình làm vi c lâu dài trên bi n thì khi thi t k còn ph i xét n
các y u t nh : Nhi t , m, hà bi n, ng t và các quá trình
ho t ng a ch t (sóng gây ra chuy n ng c a t) [1,2,3,4,8].
2.1.2 Gió
Ch ng 2 Các d li u cho tính toán thi t k Các y u t v gió s d ng khi thi t k có th c mô t b ng
công trình bi n c nh ph ng pháp th ng kê ho c b ng ph ng pháp ti n nh. S li u
th ng kê t c gió s c dùng làm c s mô t các y u t gió
dài h n. Các phân ph i dài h n th ng ph i d a trên nh ng s li u
2.1 Các y u t môi tr ng tác ng lên công trình bi n c
th ng kê trong cùng m t kho ng th i gian l y trung bình t c gió
nh
dùng xác nh t i tr ng.
2.1.1 Khái quát Các y u t c b n v gió là t c và h ng gió. T c gió và
ng gió thay i theo không gian và th i gian. Vì v y, t c gió và
Khi tính toán thi t k và thi công công trình bi n c nh, t i tr ng tr c di n (profile) trung bình c a gió dùng trong thi t k ph i cl y
môi tr ng óng vai trò quan tr ng, vì th c t nó chi m trên 80% t i
phù h p v i khu v c xây d ng công trình. Giá tr tham chi u c a t c
tr ng tác d ng lên k t c u công trình này. T i tr ng môi tr ng là t i gió v(1 hr, zR) là t c trung bình trong m t gi cao tham
tr ng do các y u t môi tr ng gây ra. Khi xác nh t i tr ng môi chi u zR =10 m. Do v y, tr c di n trung bình c a t c gió l y trung
tr ng, các y u t môi tr ng sau ây c n ph i c xem xét nh : bình trong m t gi cao z s là:
Gió, sóng, dòng ch y (hình 2.1), th y tri u, n c dâng; c bi t là
v(1hr, z) = v(1 hr, zR)(z/zR)0,125 . (2.1)
Khi k n gió gi t ta a vào h s :
G(t, z) = v(t, z)/v(1 hr, z) = 1+g(t)I(z), (2.2)
trong ó I(z) là c ng r i , t là kho ng th i gian gi t (s) và h s
gi t g(t) c tính b ng
0,6
g(t)=3,0 + ln 3 / t v i t 60 s . (2.3)
ng r i là l ch chu n c a t c gió c chu n hoá
theo t c gió trung bình trong m t gi và có th c x p x b i
Hình 2.1. Các tác ng chính lên công trình bi n
công th c:
13 14

13. 0,125
0,15( z / zS ) , z zS -b c sóng hay chi u dài sóng, , m;
I(z) = (z)/v(1 hr, z) = (2.4) o
0,15( z / zS ) 0,275
, z zS -h ng sóng, 8 h ng ( );
- chi u sâu n c t nh, h , m.
trong ó zS = 20 m là chi u dày c a „l p b m t“.
c n c t nh c s d ng tính toán t i tr ng sóng trong
Khi không có thông tin chính xác v tính ch t c a gió thì kho ng
u ki n n c dâng do bão th ng c l y là m c nào b t l i h n
th i gian l y trung bình t c gió dùng cho thi t k có th là (theo
trong hai tr ng h p: ho c m c tri u thiên v n cao nh t c ng v i
ng 2.1):
c dâng do bão, ho c m c tri u thiên v n th p nh t (xem hình 2.4,
ng 2.1. Kho ng th i gian l y trung bình t c gió dùng cho c 2.1.5).
thi t k
Sóng thi t k ph i là sóng gây ra nh ng tác ng b t l i nh t
Kho ng th i gian, s Ph n t k t c u cho công trình ho c m t ph n công trình v i m t xác su t x y ra
3 Các ph n t riêng l và thi t b g n v i c quy nh. Có th k n thông tin v xác su t ng th i c a gió,
chúng sóng và dòng ch y theo cùng m t h ng.
5 t ph n hay toàn b k t c u có kích Vi c ch n cách mô t c ng nh lí thuy t sóng dùng cho thi t k
th c ng ho c ngang l n nh t không l n n ph i xem xét m t cách thích h p i v i t ng vùng bi n.
n 50 m Trong th c t có nhi u lí thuy t sóng khác nhau c s d ng,
15 t ph n hay toàn b k t c u có kích ph thu c t l gi a chi u sâu n c t nh h và chi u dài sóng , c ng
th c ng ho c ngang l n nh t l n h n 50 m có th theo Mi n áp d ng lí thuy t sóng [1], c th s d ng:
60 Toàn b k t c u th ng t ng (v i m i kích - lí thuy t sóng n c (solitary wave theory), khi:
th c) khi tính cùng v i t i tr ng c c ic a h/ 0,1
sóng ho c dòng ch y
- lí thuy t sóng Stoke b c 5, khi:
0,1 < h/ 0,3
2.1.3 Sóng
- lí thuy t sóng tuy n tính (ho c lí thuy t sóng Stoke b c 5), khi:
Các y u t sóng bi n có th c mô t b ng ph ng pháp h / > 0,3
th ng kê hay ph ng pháp ti n nh. Trong ph m vi giáo trình này ta
Trong ph m vi giáo trình này ch t p trung vào lí thuy t sóng
ch xem xét vi c mô ph ng sóng b ng ph ng pháp ti n nh. Trong
tuy n tính, bi u di n sóng d i d ng u hòa và h ng tr c x
phân tích thi t k ti n nh d a trên sóng u hòa n gi n thì sóng
phía lan truy n sóng.
ó c mô t b i các thông s sau ây:
Lí thuy t sóng Airy
- chu k sóng, T, s;
xác nh t i tr ng sóng ta c n ph i bi t v n t c và gia t c c a
- chi u cao sóng, H, m;
15 16

14. ph n t n c d a trên các lí thuy t sóng khác nhau. Lí thuy t sóng Có th kh ng nh r ng các i l ng liên quan n (kx - t)
u hoà t ng i n gi n là lí thuy t sóng Airy, ra i vào n m trong các h th c nêu trên là không thay i, n u t i th i m t+ t di
1842. Nó c xây d ng d a trên gi thi t là m t sóng có biên d ng chuy n theo h ng chuy n ng c a sóng m t kho ng
hình sin và chi u cao H nh so v i chi u dài sóng và chi u sâu x =( /k) t, ngh a là kx - t = k(x+ x) - (t+ t).
c h (hình 2.2).
ó, rõ ràng là b m t sóng c mô t theo (2.5) là m t c t
a) b) nh c a sóng di chuy n v phía ph i v i t c không i
c= /k = /T (2.10)
em bi u th c (2.9) vào (2.10) ta nh n c công th c iv i
c truy n sóng Airy
g
c =( th kh)1/2 . (2.11)
Hình 2.2. Các tham s sóng (a) và s lan truy n sóng (b) k
chênh c a b m t sóng so v i m c n c t nh có th c i v i các sóng có chi u cao nh c mô t b i lí thuy t Airy,
bi u di n d i d ng: các thành ph n n m ngang và th ng ng c a gia t c chuy n ng
a ph n t n c v i các t a x và y có th c xác nh g n
= (H/2) cos (kx - t), (2.5)
úng nh :
còn các thành ph n n m ngang và th ng ng c a t c ph n t 2
H ch ky
c theo các t a x và y, t ng ng v i lí thuy t sóng Airy và các ax = v x = sin (kx - t);
2 sh kh
ph ng trình th y ng h c, có d ng:
2
H ch ky H sh ky
vx = cos (kx - t) (2.6) ay = v y = cos(kx- t) (2.12)
2 sh kh 2 sh kh
H sh ky Áp su t d (hi u gi a áp su t th c và áp su t khí quy n) t i
vy = sin (kx - t) (2.7)
2 sh kh m có t a x và y th i m t, là t ng c a áp su t th y ng liên
quan t i chênh m t sóng so v i m t n c t nh và áp su t th y
trong ó k và t ng ng là s sóng và t n s vòng c a sóng có
nh, c xác nh theo lí thuy t Airy b i bi u th c
quan h v i chi u dài và chu k T c a sóng nh sau:
gH ch ky
k =2 / , =2 /T. (2.8) P= cos (kx - t)+ g(h – y) (2.13)
2 ch kh
lí thuy t sóng Airy ta suy ra bi u th c quan h gi a các i
ng này: là m t n c bi n.
2
= gk th kh, (2.9) Trong các công th c nêu trên các hàm hyperbolic có th dùng
ng n gi n hóa theo giá tr c a a = kh nh b ng 2.2.
trong ó g là gia t c tr ng tr ng.
17 18

15. i v i các b n c sâu, ví d , khi kh > hay h/ >0,5 ta có bi u thay i thành ph n t c n m ngang c a ph n t n c các
th c n gi n cho t n s vòng c a sóng 2=gk và cho các thành sâu khác nhau d i nh sóng.
ph n c a t c chuy n ng c a ph n t n c sóng c xác nh t bi u th c (2.9). T n s vòng = 2 /T
H =1,047 s , t (2.9) suy ra k = 2/gth kh. Nghi m c a ph ng trình này
-1
vx = ( ) ek y cos (kx - t);
2 có th nh n c b ng ph ng pháp l p. X p x u tiên cho thkh =1
H và suy ra k = 0,1117 m -1 (g = 9,81 m/s2). Khi h = 15 m, ta có kh
vy = ( ) ek y sin (kx - t) (2.14)
2 =1,675 và thkh = 0,9322. em các giá tr này vào bi u th c c a k ta
trong ó y = y – h. nh n c k t qu b c l p th 2, k = 0,1197. Ti p t c quá trình
p cho n khi giá tr k sai khác nhau không áng k . K t qu tính
ng 2.2. Các hàm hyperbolic d ng n gi n hoá theo a = kh toán c cho trong b ng 2.3. Giá tr cu i cùng k = 0,1185. T ng
Hàm ng ng n gi n hóa ng v i giá tr này chi u dài sóng = 2 /k =53 m.
Giá tr a l n Giá tr a nh ng 2.3. t qu c a quá trình l p tìm s sóng k
sh a e a
e a
0,5e a
a Giá tr k nh n, m -1 kh th kh Giá tr k tính toán, m -1
2 0,1117 1,675 0,9322 0,1197
a a a
ch a e e 0,5e 1 0,1197 1,796 0,9463 0,1181
2 0,1181 1,771 0,9436 0,1184
a a
th a e e 1 a 0,1184 1,776 0,9426 0,1185
ea e a
Ti p theo, theo công th c (2.11) ta tìm c t c lan truy n
2
i v i các b nông, ví d , khi kh < /10 hay h/ <1/20, ta có sóng c = 8,83 m/s. Cu i cùng ta có th tìm các thành ph n n m
= gh k2 và ngang c a t c ph n t n c các sâu khác nhau d i nh
H sóng nh bi u th c (2.6), khi t kx - t = 0, t c là vx = 0,229 ch ky.
vx = ( )cos (kx - t); Gi thi t ky = 0,1185 (15+0,6) = 1,849, ta tìm c giá tr c c i c a
2kh
c (trên nh sóng) vxmax=0,746 m/s. T i áy bi n, khi ky = 0, v x =
H
vy = ( ) y sin (kx - t) (2.15) 0,229 m/s. Các giá tr trung gian c a t c tìm c t bi u th c ã
2h
nêu. S ph thu c c a t c sóng theo chi u sâu c cho trên
Các thành ph n gia t c c a ph n t n c c ng có th c hình 2.3.
nh n các bi u th c t ng t .
Ví d 2.1. Cho sóng có chi u cao 1,2 m, chu k 6 s lan truy n
n c có chi u sâu 15 m. Xác nh s sóng, v n t c sóng và s
19 20

16. 1/ 7
vd.Tr (z)= vd.Tr h z v i z 0
h
h0 z
vd.gió(z)= vd.gió v i 0 z - h0
h0
vd.gió(z) = 0 v i z < - h0
trong ó
vd (z) là t c dòng ch y t ng h p t i v trí z;
z là kho ng cách tính t m c n c t nh, chi u d ng h ng
lên;
Hình 2.3. thay i t c ph n t n c d i nh sóng theo
chi u sâu; 1. áy bi n; 2. nh sóng vd.Tr là t c dòng ch y do thu tri u m cn c t nh;
vd,gió là t c dòng ch y do gió m cn c t nh;
2.1.4 Dòng ch y h là chi u sâu n c tính t m c n c t nh (s d ng);
n t c và biên d ng (profile) c a dòng ch y thi t k ph i c h0 là chi u sâu tham chi u i v i dòng ch y do gió (h0 = 50 m).
ch n theo các th ng kê t t nh t ã có. Trong các vùng bi n h , tr ng h p không có các s li u, t c
n ph i xem xét n t t c các thành ph n thích h p c a dòng dòng ch y do gió gây ra có th l y nh sau:
ch y nh dòng ch y do thu tri u, dòng ch y do gió. Khi c n thi t Vd gió = 0,015vgió (1 hr, 10 m)
ph i tính n các thành ph n khác nh : dòng m t , dòng ven b , trong ó vgió(1 hr, 10 m) là t c gió trung bình trong 1 gi cao
dòng h i d ng và các hi u ng dòng ch y c c b do a hình áy 10 m trên m c n c t nh.
bi n ho c do công trình g n k gây ra. Khi xác nh dòng ch y thi t
c n tính n xác su t ng th i v pha và h ng c a các thành 2.1.5 Thu tri u
ph n dòng ch y khác nhau i v i các y u t môi tr ng khác nhau.
i thu tri u c xác nh là kho ng chênh l ch gi a tri u
Thông th ng s thay i dòng ch y theo chi u sâu n c ph i
thiên v n cao nh t (HAT – Highest Astronomical Tide) và tri u thiên
a vào các s li u o chi ti t t i hi n tr ng.
n th p nh t (LAT – Lowest Astronomical Tide). M c n c trung
u không có s n các s li u o chi ti t t i hi n tr ng, biên bình (MWL – Mean Water Level) c xác nh là m c trung bình
ng c a dòng ch y không k n nh h ng c a sóng có th l y gi a tri u thiên v n cao nh t và tri u thiên v n th p nh t (xem hình
nh sau: 2.4).
vd (z)= vd.Tr (z)+ vd.gió(z)
21 22

17. c n c t nh c c i dùng thi t k (SWL – Still Water pH, dòng ch y và nhi t . Hà bi n làm t ng di n tích m t c t c a
Level) ph i bao g m nh h ng c a tri u thiên v n c ng nh n c ph n t và làm thay i các c tr ng b m t c a ph n t k t c u
dâng bão (storm surge) do gió và áp su t. n n làm t ng t i tr ng th y ng, t ng tr ng l ng và thay i
c tri u th p nh t dùng cho thi t k th ng ch d a trên ph n hi u ng c a s m t n nh th y ng do xoáy.
a tri u thiên v n. N u không có s li u cho vùng xây d ng công
trình có th ch p nh n dùng các s li u c l ng t t nh t c a vùng 2.1.8 ng t
bi n bên c nh. Vi c xác nh các c tr ng ho t ng a ch n ph i d a trên
các s li u v l ch s a ch n và các d ki n a ch n ghi c
vùng ang xét. C n ph i c bi t chú ý n các chi ti t:
- v trí và c tr ng c a các t gãy ho t ng trong vùng (kích
th c, tuy n, lo i t gãy...);
- tâm ng t và tiêu c ;
- c ch c a vi c gi i phóng n ng l ng;
-c pt i ac a ng t mà m i t gãy có th t o ra;
- các c tr ng gi m ch n t ngu n n v trí xem xét;
- u ki n t vùng ang xét.
Hình 2.4. Các m c n c Các yêu c u v ho t ng a ch n th ng c mô t cho m i
p ng t b ng:
2.1.6 Nhi t - ph ph n ng;
Nhi t c c i và c c ti u ph i c bi u di n d ng nhi t - gia t c c c ic a t;
trung bình hàng ngày cao nh t hay th p nh t có th x y ra nhi u - th i gian kéo dài c a ng t;
nh t v i các chu k l p t ng ng. Khi mô t môi tr ng ph i xét n
- các th n hình v ho t ng a ch n khu v c ang xét.
nhi t n c và nhi t không khí. Nhi t c c ti u c dùng
l a ch n v t li u k t c u.
2.1.9 a hình và a ch t công trình
2.1.7 Hà bi n a hình và a ch t công trình là m t d ng c thù riêng c a các
u t môi tr ng có tác ng l n n b n và tu i th công trình.
Ph i xem xét ph m vi nh h ng c a hà bi n n công trình khi
Khác v i môi tr ng khí t ng thu v n là nh ng ch t khí, ch t l ng,
tính n các y u t sinh h c và môi tr ng liên quan n vùng kh o
a hình và a ch t công trình là môi tr ng c a các v t ch t dính
sát xây d ng. Các y u t này bao g m: m n, hàm l ng ôxy,
23 24

18. ho c r i, c xác nh b i các c tr ng chính là l c dính k t n v - t i tr ng làm vi c c a c n c u;
c và góc n i ma sát . T ây s c b n gi i h n c a móng ch u l c - máy bay tr c th ng;
t (t i tr ng ngang) c xác nh tr c ti p thông qua hai c tr ng
- t i tr ng t m ch ng va và dây bu c;
này nh sau:
- t i tr ng do v n hành thi t b ;
gh = c+(FV /A)tg ,
- t i tr ng do khoan;
trong ó:
- t i tr ng do các v t d n và thi t b thay i.
- FV là t i tr ng th ng ng;
3. i tr ng bi n d ng D
- A là di n tích áy móng;
i tr ng bi n d ng (Deformation loads) là t i tr ng do s bi n
- tg là h s ma sát.
ng c a k t câu gây ra. T i tr ng bi n d ng có th do ch c n ng
ho t ng c a k t c u và/ho c do u ki n môi tr ng xung quanh.
2.2 T i tr ng thi t k và ph ng pháp xác nh Ví d v t i tr ng bi n d ng do:
- s t o ng su t tr c;
2.2.1 T i tr ng thi t k - nhi t (bao g m nhi t n c bi n và nhi t không khí);
1. i tr ng th ng xuyên P -s rão và chùng ( ng su t);
i tr ng th ng xuyên (Permanent loads) là t i tr ng không - s co ngót;
thay i v l n, m t và ph ng trong quá trình khai thác s - s lún không u;
ng. T i tr ng th ng xuyên có th bao g m:
- s không b ng ph ng c a áy bi n.
- kh i l ng c a k t c u;
4. i tr ng môi tr ng E
- kh i l ng c a các v t d n và thi t b th ng xuyên;
i tr ng môi tr ng (Environmental loads) là do các y u t môi
- áp l c th y t nh bên ngoài th ng xuyên; tr ng gây ra.
- l c c ng trong các dây neo/bu c th ng xuyên. Giá tr c tr ng c a t i tr ng môi tr ng là giá tr c c i ho c
2. i tr ng t m th i L c ti u (l y giá tr nào b t l i nh t) t ng ng v i hi u ng t i tr ng
i tr ng t m th i (Life loads) là t i tr ng có th thay i l n, có xác su t v t cho tr c. C n tính n thông tin v xác su t ng
m t và ph ng trong kho ng th i gian khi công trình ang ho t th i c a các t i tr ng môi tr ng khác nhau n u có s n thông tin ó.
ng bình th ng. Vi d : Giá tr c tr ng c a các nhóm tr ng thái gi i h n khác nhau
- ng i; trong t h p t i tr ng thi t k khai thác c ng nh trong t h p t i
tr ng thi t k thi công c l y theo quy nh riêng. Giá tr c tr ng
- v t li u, thi t b , ch t khí, ch t l ng và áp l c ch t l ng d tr ;
trong t h p t i tr ng thi t k thi công có th c xác nh theo v trí
25 26

19. xây d ng, mùa trong n m, các d báo th i ti t và h u qu c a s c .
c an toàn trong t h p t i tr ng thi t k thi công nói chung không i tr ng sóng tác d ng lên ph n t tr ng
th p h n m c an toàn trong t h p t i tr ng thi t k khai thác.
i tr ng sóng tác d ng lên ph n t tr ng không chuy n
5. i tr ng s c A ng l n u tiên c Morison nghiên c u v i gi thi t là ng
i tr ng s c (Accidental loads) là t i tr ng liên quan n các kính ph n t , D, nh so v i chi u dài sóng, , (t l D/ 0,1), cho
ho t ng b t th ng ho c các h h ng k thu t. phép b qua s bi n d ng c a sóng khi t ng tác v i ph n t k t
Ví d , t i tr ng s c do: u.
- các v t r i; c trên m t n v dài c a ph n t là véc t l c f trên nv
dài, tác d ng vuông góc v i tr c c a ph n t , c cho theo công
- cháy, n ;
th c:
- thay i c a s chênh áp su t;
f = fD + fI (2.16)
- s va ch m c a tàu, máy bay tr c th ng ho c các v t khác;
trong ó:
- s thay i ngoài d nh cách phân b v t d n.
- fD là véc t l c c n;
2.2.2 Xác nh t i tr ng thi t k - fI là véc t l c quán tính.
Khi tính n v n t c và gia t c c a ph n t k t c u thì các véc t
1. i tr ng sóng
c c n và l c quán tính có th c vi t d i d ng:
i tr ng sóng ph i c xác nh b ng các ph ng pháp thích
fD = 0,5 CD D v x u vx u ; (2.17)
p v i khu v c xây d ng công trình có tính n chi u sâu n c
(xem m c 2.1.3), hà bi n, lo i k t c u (kích th c, hình d ng) và các fI = A (CI v x CA u ) (2.18)
c tr ng c a ph n ng. trong ó:
Ph ng pháp thích h p tính toán g n úng l c sóng và dòng - là kh i l ng riêng c a n c;
ch y là s d ng ph ng trình Morison. Ph ng trình Morison là công
- D là kích th c m t c t ngang c tr ng c a ph n t (ví
th c th c nghi m dùng tính l c tác d ng lên ph n t k t c u khi
, ng kính ngoài c a ph n t ng);
bi t t c và gia t c c a ph n t n c. Nó d a trên gi thi t là s
n t i c a ph n t k t c u không làm thay i áng k d ng sóng, - A là di n tích m t c t ngang c a ph n t ;
th ng là ph n t có d ng t ng i m nh ho c có c nh s c. Trong - CD là h s c n;
tr ng h p này l c do dòng ch y ho c do sóng có th c bi u th - CA là h s kh i l ng n c kèm;
ng t ng l c c n và l c quán tính.
- CI là h s quán tính (CI = 1+CA);
27 28

20. - v, v t ng ng là v n t c và gia t c c a ph n t n c vuông ng t , mô men c a t i tr ng này i v i áy ph n t (y = 0)
góc v i ph n t k t c u; ng:
y
- u , u t ng ng là v n t c và gia t c c a ph n t k t c u
M= y f ( y )dy (2.21)
vuông góc v i tr c c a nó.
0
nh h ng ng th i c a l c c n và l c quán tính c tính
Cánh tay òn c a h p l c i v i áy ph n t có th tìm c
ng cách c ng véc t .
nh sau: b = M/F.
s c n và h s quán tính s d ng trong ph ng trình
Morison là các h s th c nghi m, chúng ph i phù h p v i m t lí
thuy t ng h c c a sóng. H s c n (CD) có th c xem nh hàm
a s Reynold (Re), s Keulegan-Carpenter (Kc) và nhám (k).
Khi phân tích t ng th t i tr ng sóng ti n nh, h s c n i v i ph n
tr tròn không nh h n:
- nh ng n i không có ho c có ít hà bi n: CD = 0,6;
- nh ng n i có tính n hà bi n : CD = 0,7.
Hình 2.5. Bi u t i tr ng sóng lên ph n t tr ng
H s quán tính (CI) có th c xác nh chính xác b ng cách
th mô hình thích h p. Th ng có th l y CI = 1,5 – 2,0.
i tr ng sóng theo lí thuy t sóng Airy
u bi u di n (2.16) ng v i ph n t tr tròn ng kính D, b
qua nh h ng chuy n ng c a ph n t k t c u, t c là b i các Xét sóng biên bé có chi u cao H, t n s và s sóng k, lan
tham s u và u , ta c công th c Morison d i d ng ph bi n truy n bi n có sâu h.
trong tính toán k thu t: Lúc này, ng d ng các h th c tính toán c a lí thuy t Airy nêu
2
f (y) = 0,5 CD D v x v x + CI ( D / 4) v x . (2.19) trên, khi t tr c y trùng v i tr c ph n t k t c u, bi u th c (2.20) có
th c bi u di n d i d ng
Do v n t c và gia t c c a ph n t n c nói chung gi m theo
F = FD + FI (2.22)
chi u cao, s phân b c a t i tr ng sóng d c theo ph n t có d ng
nh hình 2.5. trong ó FD và FI là các t i tr ng liên quan n l c c n và l c quán
tính và tính cho ph n t ng kính không thay i có d ng
p l c c a t i tr ng sóng tác d ng lên ph n t th ng ng
nt áy (y = 0) n m c y nào ó b ng: CD D 2 sh 2ky 2ky
FD = H cos t cos t (2.23)
y 32k sh2 kh sh2 kh
F= f ( y )dy (2.20)
CI D2 2 sh ky
0 FI = - H sin t . (2.24)
2k 4 sh kh
29 30

21. ng t c ng có th chi ti t hoá bi u th c (2.21) i v i mô tính v i các th i m t khác nhau có k n s thay it ng ng
men c a t i tr ng sóng a m c n c theo chi u cao c a ph n t k t c u.
M = MD + MI , (2.25) ng quan c a các l c c n t c và c n quán tính trong công
trong ó MD và MI c kí hi u t ng ng v i các mô men liên quan th c (2.22) có th c ánh giá nh các bi u th c (2.23) và (2.24).
ic nt c và c n quán tính theo các công th c l c al cc nt c c c i FD max và l c c n quán tính c c i FI
max c bi u di n d ng:
CD D 2
MD = H Q1 cos t cos t (2.26) FD max H
64k 2 = , (2.30)
2 FI max D
CI D 2
MI = - HQ2 sin t (2.27)
2k 2 4 trong ó giá tr khi h+ h b ng:
i 1 CD sh 2kh 2kh
= .
2ky sh 2ky ch 2ky 2( ky ) 2
1 4 CI sh2 kh sh2 kh
Q1 = (2.28)
sh2 kh Các giá tr g n úng c a khi các giá tr CD / CI = 0,5 và h/ =
ky sh ky ch ky 1 kh/2 khác nhau c cho trong b ng 2.4. Khi h/ >0,3 và H/D<1 thì
Q2 = . (2.29) thành ph n t c c a t i tr ng sóng nh h n 10% thành ph n quán
sh kh
tính. Lúc này thành ph n t c có th không c n k n trong các
các công th c trên ta th y là các l c c n t c và quán tính tính toán g n úng.
ng nh các thành ph n mô men t ng ng c a t i tr ng sóng d ch
ng 2.4. Giá tr trong công th c (2.30)
chuy n theo pha 90o, ngh a là khi i l ng này t giá tr c c i thì
i l ng kia b ng 0. L c và mô men trên c tính v i cao y = h/ kh
h+ , trong ó là l ch c a b m t sóng so v i m c n c t nh.
Giá tr c a th i m tb tk c xác nh t ph ng trình m t 0,05 0,314
sóng = (H/2) cos (kx - t) = (H/2) cos t (t i c t, x = 0). 0,51
Khi áp d ng lí thuy t Airy c n c bi t chú ý là t l /h ph i nh , 0,10 0,628
ngh a là h p l c c a t i tr ng sóng lên ph n t k t c u và mô men 0,25
a t i tr ng này có th n gi n h n n u tính các công th c trên v i 0,30 1,885
y = h. Giá tr c c i c a các i l ng trên tìm c nh tính toán 0,10
i các giá tr t khác nhau. Tuy nhiên, n u t l /h không nh
0,50 3,142
nh ng v n s d ng lí thuy t Airy tính toán g n úng thì ta dùng y
0,08
= h + (H/2) cos t. Các giá tr c c i c a chúng c xác nh nh
1,00 6,283
31 32

22. 0,08 i tr ng sóng tác d ng lên ph n t tr nghiêng
c trên ã xét t i tr ng sóng tác d ng lên ph n t k t c u theo
0,08 ph ng th ng ng, trong ó véc t v n t c vx luôn luôn vuông góc
i tr c c a ph n t , và xác nh t i tr ng sóng tác d ng lên m t n
dài c a ph n t theo công th c Morison (2.19). i v i ph n t
Ví d 2.2. Xác nh t i tr ng c c i và mô men c a t i tr ng
thanh hình tr n m nghiêng (n m ngang là tr ng h p c a n m
này lên chân c a c t tr ng ng kính D = 1,22 m do sóng có
nghiêng), áp d ng c công th c Morison ta c n phân tích v n
chi u cao H = 10,7 m, chi u dài = 115 m lan truy n trong b sâu 23
c và gia t c ch t l ng thành các thành ph n pháp tuy n và ti p
m. Cho CD = 1 và CI = 2.
tuy n v i tr c ph n t và khi tính toán ta ch s d ng thành ph n
c dù chi u cao sóng t ng i l n (H/h > 0,46), nh ng có th pháp tuy n c a v n t c và gia t c. T i tr ng sóng tác d ng lên ph n
dùng lí thuy t sóng Airy ánh giá g n úng t i tr ng sóng. Ta có: tr n m nghiêng là theo ph ng vuông góc (pháp tuy n) v i tr c
k = 2 / = 2 /115 = 0,055 m-1, ph n t , nh ng n gi n trong tính toán chúng c a v d ng
= (gk th kh)1/2 = (9,81x0,055 th 0,055x23)1/2 = 0,677 s-1. các thành ph n n m ngang và th ng ng.
Do t l c a chi u cao sóng trên ng kính c a ph n t k t c u Xét m t ph n t hình tr n m nghiêng c nh có ph ng b t k
>> 1, nên ph i k n thành ph n t c . Các thành ph n h p l c t c trong h to xyz (hình 2.6)
và quán tính c a t i tr ng sóng tính theo các công th c (2.23) và
(2.24) khi = 1,026.103 kg/m 3, D = 1,22 m và H = 10,7 m có d ng:
FD = 14,06 sh 2k(h + ) + 2k (h + ) cos t cos t ;
FI = - 65,61 sh k(h + ) sin t,
trong ó = H/2 cos t = 5,35 cos t .
p l c c a t i tr ng sóng F = FD + FI c xác nh ng v i
các giá tr khác nhau c a t cho th y giá tr c c i Fmax = 223,9 kN
i th i m t = 6,0 (3450). T i th i m này chênh c a b m t
sóng trên m c n c t nh g n ph n t k t c u là 5,1 m, ngh a là b
t t do c a n c n m cách áy bi n là y = h + = 23 + 5,1 =
28,1m. Hình 2.6. Ph n t tr có h ng b t k trong không gian
Mô men c a t i tr ng sóng theo (2.25) t ng ng v i các giá tr Gi thi t h ng truy n sóng trùng v i tr c x, khi ó chuy n ng
nêu trên c a t và y b ng 3991 kN m. Nh v y là h p l c c a t i a n c liên quan t i sóng c c tr ng b i các thành ph n n m
tr ng sóng c t m c: 3991 / 223,9 = 17,8 m so v i áy bi n. ngang và th ng ng c a v n t c vx, vy và gia t c ax, ay. V n t c c a
33 34

23. ch t l ng pháp tuy n v i tr c c a ph n t trong h to c c có u c a t i tr ng t ng ph thu c vào d u c a các thành ph n fx, fy, fz.
ng: i v i các ph n t t ng i ng n, nh các thanh ngang c a công
2 2 2 1/2
vn = v x v y (c x v x cy v y ) (2.31) trình, ó các c tr ng chuy n ng c a ch t l ng t u này n u kia
thay i không áng k , có th s d ng các giá tr trung bình vx, vy , ax và ay,
và các thành ph n c a nó theo các ph ng x,y,z là:
và khi ó các thành ph n c a t i tr ng sóng lên ph n t s là:
vnx = vx – cx(cxv x + cyvy);
Fx = fx L; Fy = fy L; Fz = fz L, (2.37)
vny = vy – cy (cxvx + cyvy);
trong ó L là chi u dài ph n t .
vnz = – cz(cxv x + cy vy), (2.32)
Trong tr ng h p t ng quát, khi t c và gia t c thay i theo
trong ó cx = sin cos ; chi u dài ph n t m t cách rõ r t, các thành ph n c a t i tr ng sóng
cy = cos ; lên ph n t c tìm b ng cách tích phân:
cz = sin sin . (2.33) Fx = fx ds ; Fy = fy ds ; Fz = fz ds (2.38)
s s s
Các thành ph n c a gia t c ch t l ng vuông góc v i tr c c a
ph n t tr : trong ó s là kho ng cách d c tr c ph n t , khi ó vi c tích phân
anx = ax – cx(cxax + cy ay); c th c hi n theo ph n chi u dài c a ph n t ch u tác ng c a
sóng.
any = ay – cy(cxax + cy ay);
Ví d 2.3. Xác nh t i tr ng sóng lên ph n t 1-2 c a m t tr c
anz = - cz(cxax + cyay). (2.34)
(m t ón sóng) c a chân giàn khoan bi n (hình 2.7), gi thi t tác
Sau khi có các bi u th c trên, có th nh n c ph ng trình ng c a sóng t ng i u theo chi u dài ph n t v i các giá tr
Morison cho các thành ph n c a t i tr ng sóng trên m t mét dài c a sau c a n t c và gia t c ch t l ng: vx = 4,2 m/s; vy = 1,2 m/s; ax =
t c n hình tr n m nghiêng: 1,2 m/s2; ay = 1,8 m/s2. Các c tr ng này t ng ng v i m c n c
1 D2 là 28,5 m so v i áy bi n. ng kính c a ph n t là 0,61 m.
fx = CD D vnvnx + CI anx;
2 4
1 D2
fy = CD D vnvny + CI any;
2 4
1 D2
fz = CD D vnvnz + CI anz. (2.35)
2 4
i tr ng sóng t ng lên n v dài c a ph n t :
1/ 2
f = fx2 fy2 fz2 . (2.36)
35 36

24. Fx = 121 kN; Fy = Fz = 5 kN.
hình 2.7 ta th y r ng các k t qu nh n c c ng úng khi
các giá tr góc và xác nh v trí c a ph n t khác, ch ng h n khi
= - 900 và = 450, do vi c ch n h ng d ng c a tr c ph n t
không có vai trò trong tính toán. Th c t , khi các giá tr c a góc này
làm thay i d u c a cx và cy , nh ng giá tr c a các thành ph n v n
c và gia t c vuông góc v i tr c ph n t không thay i, và c ng có
ngh a là t i tr ng không thay i.
i tr ng sóng c c i tác ng lên công trình bi n
Các h th c nh n c trên i v i các ph n t ng (c t) và
ph n t nghiêng b t k có th c áp d ng i v i các ph n t c a
công trình bi n khi xác nh t i tr ng ngang c c i c a sóng u
Hình 2.7. t tr c (m t ón sóng) c a chân giàn khoan hòa lên công trình. N u c t chân th ng ng thì t i tr ng sóng
c xác nh theo công th c (2.22), trong ó FD và FI là các t i tr ng
hình 2.7 suy ra r ng các góc xác nh v trí c a ph n t trong liên quan n l c c n t c và l c c n quán tính và tính cho ph n t
không gian là = 900, = 1350. ng kính không thay i có d ng (2.23) và (2.24).
em các giá tr trên vào (2.33) ta c cx = 0; cy = - 0,707; c z = u c t c a công trình n m g c to , x = 0, các công th c
0,707. này có th c áp d ng tr c ti p xác nh t i tr ng lên c t b t
th i m t nào. N u c t c a công trình n m kho ng x0 cách
Theo các công th c (2.32) và (2.34) ta tìm c các thành ph n
c to , các công th c trên c n ph i bi n i nh n c t i
n t c và gia t c chuy n ng c a n c vuông góc v i tr c ph n t :
tr ng c ng chính th i m t. Nh ng chuy n ng c a n c do
vnx = 4,2 m/s; vny = vnz = 0,6 m/s; sóng gây ra ph thu c vào tham s t – kx, cho nên c n ph i bi n i
any = 1,2 m/s2; any = anz = - 0,9 m/s2. ng cách thay t trong các công th c trên b ng t - kx (k là s
Ti p theo, theo công th c (2.31) ta tìm c giá tr t c vuông sóng).
góc v i tr c ph n t : i tr ng ngang c a sóng lên các ph n t còn l i c a công trình
vn = 4,28 m/s và theo (2.35) – c: f x = 6,34 kN/ m; c xác nh b ng cách tích phân bi u th c th nh t c a (2.35) có
fy = fz = 0,26 kN/ m. n s thay i các c tr ng chuy n ng c a ch t l ng theo
chi u dài c a ph n t . H th c này c ng c s d ng i v i các
Chi u dài ng p n c c a ph n t là L = 13,5 2 = 19,1 m. Gi t chân nghiêng. T i tr ng ngang c c i tìm c b ng cách
thi t các c tr ng chuy n ng c a ch t l ng không thay i theo ng t i tr ng c a t t c các ph n t .
chi u dài ph n t , các thành ph n t i tr ng sóng s là:
37 38