bài tập lớn:Tinh toán ổn định và các thành phần chuyển vị cưỡng bức của sà lan trên song đồng đều.

Chơng III
tính toán ổn định và các thành phần chuyển vị cỡng Bức
của sà lan trên sóng đồng đều.
3.1- Số liệu đầu vào:
3.1.1- Số liệu về môi trờng:
Công trình đợc vận chuyển ra ngoài biển trong điều kiện môi trờng giả định nh sau:
* Điều kiện về gió : - Hớng gió vuông góc với phơng chuyển động của sà lan : V
10
= 10m/s
- Hớng gió theo chiều chuyển động của sà lan: V
10
= 8m/s.
* Điều kiện sóng : - Hớng sóng vuông góc với phơng chuyển động của sà lan:
+ Chiều cao sóng H = 3m
+ Chu kỳ sóng T = 9s.
- Hớng sóng theo chiều chuyển động của sà lan:
+ Chiều cao sóng H = 3m.
+ Chu kỳ sóng T =9s.
* Độ sâu nơi xây dựng công trình : d = 40m.
3.1.2- Số liệu về Khối chân đế:
* Sơ bộ về cấu tạo : - Khối chân đế có độ cao 52 m chia làm 4 Diafragm.
- Kích thớc của D1:32x22m , của D4: 41x32m.
- Khối chân đế gồm 12 ống chính.
- Các loại ống: + ống chính: 1 - 1348x28 (mm)
2 - 1330x28 (mm)
+ ống nhánh: 3 - 711x20,6 (mm)
4 - 620x20,6 (mm)
5 - 457x20,6 (mm)
6 - 457x15.9(mm)
*Cấu tạo hình học khối chân đế:

D1
D2
2
6
2
6
6
5
6
2
2
6
6
2
6
5
3
2
4
3
3
4
4
4
3
3
2
D3
1
4

4
D4
3
3
4
2
1
3
Hình 1.3
*Các Diafragm:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

5 5
6
6
6
3
5
D1
5
3
6
5
6
4
4
5
4
6

5
4
5
5
4
4
5
D2
6
5
3
D4
5
5 5
5
D3
6
6
5
5
Hình 2.3
3.1.2- Số liệu về phơng tiện vận chuyển:
* Phơng tiện vận chuyển khối chân đế là sà lan mặt boong phục vụ cho việc hạ thuỷ bằng sà lan.
* Các thông số chính: - Chiều dài lớn nhất: L =108m
- Chiều rộng sà lan: B = 36m
- Chiều cao mạn: H = 5m.
- Trọng lợng bản thân :G
SL
= 8000 T.
- Sức chở lớn nhất : 20.000T.

- Cao độ trọng tâm so với mặt phẳng đáy: Z
G
= 2m.
Sà lan đối xứng qua trục dọc , có hệ thống đờng trợt trên bề mặt , bố trí các khoang dằn từ 1A ữ
7E.
*Cấu tạo hình học: Hình 3.3
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

5
18
110
Hình 3.3
3. 2- xử lý số liệu đầu vào:
3.2.1- tính toán các thông số về môi trờng:
*Tính toán chiều dài sóng:
Theo lý thuyết sóng , chiều dài sóng có thể chô bởi công thức sau đây:
L =
L
d
th
gT


2
2
2
(3 1)
Đây là phơng trình lặp theo L , với T : chu kỳ sóng = 9s , d: Độ sâu nớc =40m , thực hiện tính
lặp cho ta kết quả L = 122,5 123m.

* Tính toán tần số góc của sóng :
Tần số góc của sóng xác định theo chu kỳ sóng bằng công thức:
T


2
=
= 0.7 rad/s
*Nh vậy , theo lý thuyết sóng Airy phơng trình sóng tới có dạng nh sau:
t7.0cos.5.1=

(3 2)
3.2.2- tính toán các thông số về khối chân đế:
Các thông số cần thiết về khối chân đế bao gồm trọng lợng và trọng tâm khối chân đế , giả thiết
hệ toạ độ gắn với nó có trục z hớng thẳng đứng , gốc toạ độ đặt tại tâm diafragm D4 , x, y hớng
theo hớng song song với các cạnh của D4. Do đặc điểm đối xứng của khối chân đế có thể thấy
ngay x
G
, y
G
= 0.
Với các thông số về kích thớc hình học và chủng loại thanh , kết quả tính toán đợc trình bày theo
bảng sau, trong đó Flabel là số hiệu thanh, L là chiều dài thanh, S
mc
là diện tích mặt cắt ngang,
G
i
là trọng lợng thanh thứ i, Z
gi
là cao độ trọng tâm thanh thứ i:

tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

FLabel L(m) Smc(m2) Gi(T) Zgi(m) Gi*Zgi
1 17.5 0.0486 6.676425 0 0
2 16 0.0486 6.10416 0 0
3 17.5 0.0486 6.676425 0 0
4 16 0.0486 6.10416 0 0
5 16 0.0486 6.10416 0 0
6 17.5 0.0486 6.676425 0 0
7 16 0.0486 6.10416 0 0
8 17.5 0.0486 6.676425 0 0
9 16 0.0486 6.10416 0 0
10 16 0.0486 6.10416 0 0
11 17.5 0.0486 6.676425 0 0
12 16 0.0486 6.10416 0 0
13 17.5 0.0486 6.676425 0 0
14 16 0.0486 6.10416 0 0
15 16 0.0486 6.10416 0 0
16 16 0.0486 6.10416 0 0
17 16 0.0486 6.10416 0 0
18 11.856 0.0282 2.624563 0 0
19 11.856 0.0282 2.624563 0 0
20 11.314 0.0282 2.50458 0 0
21 11.314 0.0282 2.50458 0 0
22 11.856 0.0282 2.624563 0 0
23 11.856 0.0282 2.624563 0 0
24 11.856 0.0282 2.624563 0 0
25 11.856 0.0282 2.624563 0 0
26 11.314 0.0282 2.50458 0 0

27 11.314 0.0282 2.50458 0 0
28 11.856 0.0282 2.624563 0 0
29 11.856 0.0282 2.624563 0 0
30 11.856 0.0282 2.624563 0 0
31 11.856 0.0282 2.624563 0 0
32 11.314 0.0282 2.50458 0 0
33 11.314 0.0282 2.50458 0 0
34 11.856 0.0282 2.624563 0 0
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn


36 11.856 0.0282 2.624563 0 0
37 11.856 0.0282 2.624563 0 0
38 11.314 0.0282 2.50458 0 0
39 11.314 0.0282 2.50458 0 0
40 11.856 0.0282 2.624563 0 0
41 11.856 0.0282 2.624563 0 0
42 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
43 16 0.0388 4.87328 19 92.59232
44 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
45 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
46 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
47 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
48 16 0.0388 4.87328 19 92.59232
49 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
50 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
51 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
52 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
53 8 0.0388 2.43664 19 46.29616

54 8 0.0388 2.43664 19 46.29616
55 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
56 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
57 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
58 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
59 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
60 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
61 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
62 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
63 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
64 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
65 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
66 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
67 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn


68 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
69 16 0.0282 3.54192 36 127.5091
70 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
71 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
72 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
73 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
74 16 0.0282 3.54192 36 127.5091
75 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
76 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
77 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
78 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
79 8 0.0282 1.77096 36 63.75456

80 8 0.0282 1.77096 36 63.75456
81 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
82 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
83 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
84 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
85 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
86 19.082 0.022 3.295461 36 118.6366
87 14.873 0.022 2.568567 36 92.46842
88 14.873 0.022 2.568567 36 92.46842
89 19.082 0.022 3.295461 36 118.6366
90 19.082 0.022 3.295461 36 118.6366
91 14.873 0.022 2.568567 36 92.46842
92 14.873 0.022 2.568567 36 92.46842
93 19.802 0.022 3.419805 36 123.113
94 13 0.022 2.2451 52 116.7452
95 16 0.022 2.7632 52 143.6864
96 13 0.022 2.2451 52 116.7452
97 11 0.022 1.8997 52 98.7844
98 11 0.022 1.8997 52 98.7844
99 13 0.022 2.2451 52 116.7452
100 16 0.022 2.7632 52 143.6864
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn


101 13 0.022 2.2451 52 116.7452
102 11 0.022 1.8997 52 98.7844
103 11 0.022 1.8997 52 98.7844
104 13 0.022 2.2451 52 116.7452
105 8 0.022 1.3816 52 71.8432

106 8 0.022 1.3816 52 71.8432
107 13 0.022 2.2451 52 116.7452
108 11 0.022 1.8997 52 98.7844
109 11 0.022 1.8997 52 98.7844
110 11 0.022 1.8997 52 98.7844
111 11 0.022 1.8997 52 98.7844
112 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
113 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
114 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
115 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
116 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
117 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
118 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
119 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
120 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
121 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
122 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
123 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246
124 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
125 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
126 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246
127 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
128 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
129 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
130 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
131 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
132 20.673 0.022 3.570227 44 157.09
133 23.304 0.0388 7.097932 27.5 195.1931
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn

134 23.304 0.0388 7.097932 27.5 195.1931
135 24.814 0.0486 9.466789 9.5 89.9345
136 11.34 0.022 1.958418 48 94.00406
137 11.34 0.022 1.958418 48 94.00406
138 11.34 0.022 1.958418 40 78.33672
139 11.34 0.022 1.958418 40 78.33672
140 11.701 0.0388 3.563891 31.75 113.1535
141 11.701 0.0388 3.563891 31.75 113.1535
142 11.705 0.0388 3.565109 23.25 82.88878
143 11.705 0.0388 3.565109 23.25 82.88878
144 12.453 0.0486 4.750944 14.25 67.70095
145 12.453 0.0486 4.750944 14.25 67.70095
146 12.453 0.0486 4.750944 4.75 22.56698
147 12.453 0.0486 4.750944 4.75 22.56698
148 20.673 0.022 3.570227 44 157.09
149 23.304 0.0388 7.097932 27.5 195.1931
150 24.814 0.0486 9.466789 9.5 89.9345
151 19.071 0.115 17.21635 9.5 163.5553
152 17.064 0.115 15.40453 27.5 423.6245
153 16.06 0.115 14.49817 44 637.9193
154 19 0.115 17.15225 9.5 162.9464
155 17 0.115 15.34675 27.5 422.0356
156 16 0.115 14.444 44 635.536
157 19.071 0.115 17.21635 9.5 163.5553
158 17.064 0.115 15.40453 27.5 423.6245
159 16.06 0.115 14.49817 44 637.9193
160 19.071 0.115 17.21635 9.5 163.5553
161 17.064 0.115 15.40453 27.5 423.6245

162 16.06 0.115 14.49817 44 637.9193
163 20.616 0.022 3.560383 44 156.6569
164 23.247 0.0388 7.080571 27.5 194.7157

tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn


165 11.314 0.022 1.953928 48 93.78853
166 11.314 0.022 1.953928 48 93.78853
167 11.314 0.022 1.953928 40 78.15711
168 11.314 0.022 1.953928 40 78.15711
169 11.673 0.0388 3.555362 31.75 112.8828
170 11.673 0.0388 3.555362 31.75 112.8828
171 11.673 0.0388 3.555362 23.25 82.66217
172 11.673 0.0388 3.555362 23.25 82.66217
173 12.42 0.0486 4.738354 14.25 67.52155
174 12.42 0.0486 4.738354 14.25 67.52155
175 12.42 0.0486 4.738354 4.75 22.50718
176 12.42 0.0486 4.738354 4.75 22.50718
177 20.616 0.022 3.560383 44 156.6569
178 23.247 0.0388 7.080571 27.5 194.7157
179 24.747 0.0486 9.441228 9.5 89.69167
180 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
181 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
182 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
183 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246
184 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
185 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
186 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246

187 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
188 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
189 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
190 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
191 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
192 20.673 0.022 3.570227 44 157.09
193 23.304 0.0388 7.097932 27.5 195.1931
194 24.814 0.0486 9.466789 9.5 89.9345
195 11.34 0.022 1.958418 48 94.00406
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn

196 11.34 0.022 1.958418 48 94.00406
197 11.34 0.022 1.958418 40 78.33672
198 11.34 0.022 1.958418 40 78.33672
199 11.701 0.0388 3.563891 31.75 113.1535
200 11.701 0.0388 3.563891 31.75 113.1535
201 11.705 0.0388 3.565109 23.25 82.88878
202 11.705 0.0388 3.565109 23.25 82.88878
203 12.453 0.0486 4.750944 14.25 67.70095
204 12.453 0.0486 4.750944 14.25 67.70095
205 12.453 0.0486 4.750944 4.75 22.56698
206 12.453 0.0486 4.750944 4.75 22.56698
207 20.673 0.022 3.570227 44 157.09
208 23.304 0.0388 7.097932 27.5 195.1931
209 24.814 0.0486 9.466789 9.5 89.9345
210 23.761 0.0486 9.065059 9.5 86.11806
211 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
212 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
213 23.761 0.0486 9.065059 9.5 86.11806

214 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
215 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
216 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
217 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
218 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459
219 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
220 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
221 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459
222 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
223 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
224 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459
225 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
226 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
227 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459

tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn

228 23.761 0.0486 9.065059 9.5 86.11806
229 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
230 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
231 23.761 0.0486 9.065059 9.5 86.11806
232 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
233 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
1380.991 31421.29
Cao độ trọng tâm khối chân đế ZG =
991.1380
29.31421
= 22.75m.
Tổng trọng lợng công trình là 1381T.

* Ngoài trọng lợng khối chân đế ra còn có trọng lợng phụ của các thiết bị gắn vào khối chân
đế.
Có thể tính đợc tổng trọng lợng khối chân đế vào khoảng 1500T.
3.2.3- tính toán đặc trng nổi của sà lan:
Các đặc trng nổi của sà lan đợc tính toán phụ thuộc theo mớn nớc , trong đồ án này với chiều
cao sà lan là 5m , chia các mớn nớc cho sà lan với số gia T = 0.25m. Các đặc trng đó đợc tính
toán xấp xỉ theo phơng pháp tích phân hình thang.

110
18
5
z
y
o
o
x
x
Hình 4.3
Sà lan có chiều rộng không đổi = 36m , các chiều dài đờng nớc phụ thuộc vào mớn nớc đợc
đo nh sau:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

T(m) L(m)
0 102
0.5 104.463
1 105.288
1.5 103.867
2 102.305
2.5 100.644

3 98.91
3.5 97.1
4 95.245
*Phơng pháp tích phân hình thang:
Giả thiết có y = f(x), ta phải tính diện tích của hình giới hạn bởi đờng cong này và các đờng
y = 0, y = L.

y
x
y
o
y
1
y
2
y
3
y
4
y
5
y
6
o

l

l

l

l

l

l
Hình 5.3
Chia hình làm n phần với số gia hoành độ L = L/n, tại các hoành độ này ta tính đợc các giá
trị từ y
o
đến y
n
, số gia L đủ nhỏ sao cho các phần chia có dạng xấp xỉ hình thang.
Theo công thức tính diện tích hình thang, ta có:
F =
L
yy
yy
yy
nn







+
++
+

+
+

2

22
1
21
10
=
[ ]
n
L
yyyy
nno
2
2 2
11
++++

(3
3)
áp dụng phơng pháp tích phân hình thang tính toán các đại lợng sau:
*Thể tích chiếm nớc:
Theo cấu tạo sà lan V = B.F
mcd
, Với F
mcd
=

T
Ldz
0
là diện tích mặt cắt dọc sà lan phụ thuộc
vào mớn nớc T.
Theo phơng pháp tích phân hình thang, với các số gia hoành độ T, ta có:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
F
mcd
=

T
Ldz
0
=
T
LL
LL
LL
nno







+
++

+
+
+

2

22
1
21
1
Cho T =0,25m, T = T đến 16T ta sẽ có các giá trị thể tích chiếm nớc tơng ứng.
* Toạ độ tâm nổi:
Toạ độ tâm nổi cho bởi công thức:
Xc =


T
DNi
T
i
DNci
dzF
dzFx
0
0
.
=


T

DNi
T
i
DNci
dzL
dzLx
0
0
.
=
T
LL
LL
LL
T
LxLxLxLxLxLx
nno
ncnncncccoco







+
++
+
+
+

+
++
+
+
+


2

22
2

22
1
21
1
11221111
Zc =


T
DNi
T

i
DNci
dzF
dzFz
0
0
.
=


T
DNi
T
i
DNci
dzL
dzLz
0
0
.
=
T
LL
LL
LL
T
LzLzLxLzLzLz
nno
ncnncncccoco

+
++
+
+
+







+
++
+
+
+


2

22
2

22
1
21
1
11221111
Với z
ci
= T
i
*Kết quả tính toán đợc cho trong phụ lục I , dới đây là các đồ thị đã đợc lập ra dựa vào đó.
*Đồ thị thể tích chiếm nớc:
Vi(m3)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Vi(m3)
Hình 6.3
*Đồ thị toạ độ tâm nổi:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
0
0.25
0.5

0.75
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
4.25
4.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
T(m)
Zci(m)
Xci(m)
Hình 7.3
3.3- tính toán ổn định cho hệ sà lan+khối chân đế trong quá trình
vận chuyển:
* Tính toán chiều chìm và thể tích chiếm nớc:
- Trọng lợng sà lan: 8000T
- Trọng lợng khối chân đế : 1500T
Vậy tổng trọng lợng sà lan và khối chân đế là 9500T, tra đồ thị đợc:
+Mớn nớc là T = 2.44m , sà lan có X
C
= 2.5m , X

G
= 3m.
Bởi đó khi cho trọng tâm khối chân đế trùng với trọng tâm sà lan thì do độ lệch giữa trọng
tâm với tâm nổi , sẽ gây chúi , giá trị của momen nghiêng là Mng = 9500*0.5 = 4750 Tm .
Để cho sà lan không bị chúi ta dằn vào khoang 5(cách trọng tâm hệ 28.5m) một lợng nớc là
Gnd = 4750/28.5 = 164T.
Do đó tổng trọng lợng cuối cùng là G = 9500 + 164 = 9664 T , mớn nớc thay đổi không đáng
kể, T 2,5m
Nh vậy ở trạng thái cân bằng của hệ , sà lan có các thông số nh sau:
T = 2,5m
L
ĐN
= 100,65m.
B = 36m.
X
C
= 2,5m
X
G
= 3m
Z
C
= 1,24m
Z
G
= 2m.
*Thành lập đồ thị ổn định tĩnh:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
Theo phơng pháp thiết lập đồ thị ổn định tĩnh đã trình bày ở 2.1.2 , đầu tiên ta cho các số gia

góc nghiêng là 10 độ , với mỗi góc ( từ 0 : 90 độ) ta có đợc một điểm của cánh tay đòn ổn
định tĩnh , nối các điểm đó lại đợc đồ thị cần xây dựng.
-Với góc nghiêng = 0 thì dễ dàng tìm đợc bán kính tâm nghiêng r = Ix/V.
- Với góc nghiêng từ = 10 độ trở đi hình dạng mặt đờng nớc đợc coi xấp xỉ nh sau:
(Hình 7.3)

L
16
m
1/
sin

5/
sin

6
4.53
a
b
ba
Hình 8.3
Theo hình vẽ ta tính đợc độ dài cuả a, b tại các sờn Trebsep với các hệ số ki tơng ứng nh sau:
a =

sin
5.2
với mọi k
b =

sin

5.2
với các giá trị k = 0,601, 0,528, 0,1699, 0
Với k = -0,916 thì b =

sin
62,0
Với k = 0,916 thì b =

sin
524,0
Từ việc tính toán đợc các thành phần bán kính quán tính phụ thuộc góc nghiêng ta có thể
thiết lập đợc đồ thị cánh tay đòn ổn định tĩnh L
t
theo những gì đã trình bày ở mục 3 2.1.2 ,và
đồ thị momen tĩnh cho bởi M
t
= L
t
.D (với D là lợng chiếm nớc =9664T).
Kết quả tính toán xem phụ lục II.
*Tính toán momen nghiêng:
Momen nghiêng đợc coi nh hằng số , tính toán theo công thức (2 23) cho 2 phần là tàu và
khối chân đế , việc tính toán xem phụ lục , kết quả momen nghiêng do gió tác dụng lên KCĐ là
2676.95 Tm , momen nghiêng do gió tác dụng lên tàu là 34.3Tm , vậy tổng momen nghiêng do
gió tác dụng lên hệ là 2711.25Tm.
*Đồ thị momen nghiêng do gió và momen hồi phục vẽ trên cùng một hệ toạ độ nh sau:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

-10000

0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 10 20 30 40 50 60 70 80

M(Tm)
Mt
Mng
Hình 9.3
Theo đồ thị trên dễ dàng nhận thấy tất cả những tiêu chuẩn về ổn định đã trình bày ở mục 4c
phần 2.1.2 đã trình bày ở trên đều đợc thoả mãn:
- Góc giao cắt đầu tiên = 2 độ, góc giao cắt cuối cùng = 62 độ.
- Diện tích vùng A + B =1689482(Tmđộ) > 1,4(A+C) = 227745(Tmđộ)
Tuy nhiên sự thoả mãn này lại không mang tính kinh tế (cụ thể là sà lan đợc chọn lựa quá
lớn) , nhng do trong đồ án các số liệu chỉ mang tính minh hoạ cho phơng pháp tính nên coi nh là
có thể chấp nhận đợc.
3.4- tính toán lắc cho sà lan trong quá trình vận chuyển:
3.4.1- Khi sóng lan truyền theo h ớng vuông góc với h ớng di chuyển của sà lan :
a/Tính toán lắc đứng:
Y
o
g
Z
o
y
z

Hình 10.3
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
*Tính toán các hệ số:
- Tổng trọng lợng D = 9664 T
- Mớn nớc T =2.5m
- L =100.65m , B = 36m
- Khối lợng nớc kèm khi lắc đứng tính theo công thức( 2 50):
m
z
=
1

2

3


+14
2
2
LB
g


+Trong đó =1 . B/L = 0.36 tra đồ thị trong sổ tay tàu thuỷ I ta đợc :

1
= 0.8 ,

2
= 1 ,
3
= 0.5 (do = 0).
+Thay các số liệu vào công thức trên ta có:
m
z
= 0.8*0.5*
2
1
)36(65.100
481.9
25.10
2


= 26747.5 t
- Hệ số cản tính theo công thức (2 56):
2N
z
= k
z
.F
ĐN
Trong đó kz = 0.18 tm
-3
s , và F
ĐN
= L.B = 100.56*36 = 3623,4m
2

Thay các số liệu vào công thức tính đợc 2N
z
= 652,2tm
-1
s.
- Hệ số lực hồi phục tính theo công thức K = .F
ĐN
= 10,25.3623,4 = 37140 ts
-2
.
* Thay các số liệu tính toán vào phơng trình dao động (2 63) , ta đợc:
( )
YYYZZZ 371402,6525,26747371402,6525,2674717,9851

++=+++

Biến đổi tơng đơng phơng trình trên suy ra:
YYYZZZ 01,1018,073,001,1018,0

++=++

Với y = 1,5cos0,7t , y = -0,735cos0,7t , y = -1,05 sin0,7t , ta có :
F(t) = (1,5 0,735.0,73 )cos0,7t 1,05.0,035sin0,7t
F(t) = 0,964sin(0,7t 4,696)
Vậy phơng trình tơng đơng với:
)696,47,0sin(964,001,1018,0

=++ tZZZ

theo kết quả của phơng trình dao động riêng ta đợc:
tg =
024,0
52.0
7,0.018,0
=
vậy = 0,024 rad
Zm =
m85,1
52,0
964,0
=

b/Tính toán lắc ngang:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
g


Z
o
Y
o
Y

Z


Hình 11.3
*Tính toán các hệ số

- Momen quán tính khối lợng tàu tính theo công thức Dyaer (2 51)
J
x
=
).4(
.12
22
G
zB
g
D
+

Trong đó B = 36m , z
G
= 2m , D = 9664T , thay vào công thức trên ta có:
J
x
=
222
73,1134015))62,4.(436(
81,9.12
96640
tm=+

- Momen quán tính khối lợng nớc kèm Jxx đợc tính bằng 0,4Jx với hệ số béo = 0,98, vậy
J
xx
= 0,4.1134015,73 = 453606,3tm
2

.
- Hệ số cản lắc ngang:
Với r =Ix/V =
m5,41
9664
391304
=

Z
G
=
m62,4
9664
2.81641500.87,18
=
+

Z
C
= 1,24m
Vậy ta có chiều cao ổn định ban đầu theo phơng ngang ho = 41,5 4,62 + 1,24 = 38,12m
Theo công thức (2 58) ta có:
2N

=
xxxo
JkDh )1(2 +

à
Trong đó 2à

= 0,12 , k
xx
= 0,4 thay các số liệu vào công thức ta có:
2N

=
12
29020873,1134015.4,1.12,38.9664012,0

= stm

- Hệ số hồi phục nghiêng ngang cho theo công thức K = Dho = 96640.38,12
K = 3683916,8tm
3
s
-1

tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
*Phơng trình lắc ngang theo (2 69) :
( )


oxxoxxx
DhNJDhNJJ ++=+++

22
Thay số liệu vào ta đợc:
( )

8,36839162902083,4536068,36839162902083,45360673,1134015

++=+++
Biến đổi phơng trình trên về dạng:

32,2183,0286,032,2183,0

++=++
Trong đó với
m
=
077,0
123
5,1.2
=

Tức là = 0,077sin0,7t , = -0,0377sin0,7t , = 0,054cos0,7t.
Vế phải phơng trình có dạng:
F(t) = (0,179 0,0108)sin0,7t + 0,01cos0,7t
F(t) = 0,168sin(0,7t + 0,06)
Vậy:
)06,07,0sin(168,032,2183,0

+=++ t

Theo kết quả của phơng trình dao động riêng ta đợc:
tg =
07,0
83,1

7,0.183,0
=
vậy = 0,07 rad

m
=
rad092,0
83,1
168,0
=
( khoảng 5,3 độ)
3.4.2- Khi sóng lan truyền cùng chiều với h ớng di chuyển của sà lan :
Khi đó sẽ xảy ra lắc đứng và lắc dọc.
Trớc hết , trọng tâm hệ cách đuôi sà lan là 54m , trọng tâm mặt đờng nớc ứng với mớn nớc
2,5m cách đuôi sà lan 54,3m , vậy l 0.
Nh vậy có thể tính độc lập 2 phơng trình nh đã trình bày ở mục 5-c phần 2.2.5.
Hệ phơng trình đó có dạng:








=+++
=++

+
2


1

)( FDHIkJJ
FZFZFkZm
g
D
oGyyyy
DNDNzz



a/Tính toán lắc đứng:
Với phơng trình trên thì các hệ số ở vế trái đã xác định nh trong phần lắc đứng khi sóng
vuông góc với hớng dịch chuyển của tàu. Cho nên ở đây chỉ cần xác định F
1
.
Coi nh chiều rộng và chiều cao tàu không đổi , ta xác định đợc F1 theo công thức (2 85)
nh sau: F
1
=
[ ]

tFkrtmFr
L
L
DNzmzDNm





sincos)(sin
2

Thay các số liệu đã tính toán vào phơng trình ta có:
F
1
=
[ ]
tt 7,0sin2,652.7,0.5,17,0cos)5,26747.49,037140(5,1
123
65,100
sin
65,100
123



F
1
=
[ ]

tt 07sin81,6847,0cos6,36050211,0
=7608,05sin(0,7t + 1,58)
Vậy phơng trình dao động trở thành:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
( )
)58,17,0sin(05,7608371402,6525,2674717,9851

+=+++ tZZZ
)58,17,0sin(207,001,1018,0

+=++ tZZZ
tg =
024,0
52.0
7,0.018,0
=
vậy = 0,024 rad
Zm =
m4,0
52,0
207,0
=
.
b/Tính toán lắc dọc:
z
x
g

z
x

Hình 13.3
*Xác định các hệ số:
- Momen quán tính khối lợng tàu theo trục y:
Tính theo công thức gần đúng (2 53):
Jy = 0,07.
2
.LD
g

Thay số: Jy = 0,07.
6,698575765,100.96640
81,9
1
2
=
tm
2
- Momen quán tính khối lợng nớc kèm:
+ Momen quán tính mặt đờng nớc theo phơng y so với hệ trục qua G là :
I
Gy
=
8,3050682
12
)65,100.(36
3
=

m
4
+ Momen quán tính khối lợng nớc kèm:
J
yy
= m
z
DN
Gy
F
I
=
22519771
4,3623
8,3050682
.5,26747 =
tm
2
- Hệ số cản : 2N

= 0,18.3050682,8 = 549123 tms.
- Hệ số hồi phục:
+ Ho = R z
G
+ z
C
=
m12,32024,162,4
9430
8,3050682

=+
.
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
+ DHo = 320,12.96640 = 30936396,8 tm.
*Xác định lực theo công thức (2 86):
F
2
=
[ ]
tFkrtmFr
L
k
LL
k
L
DNzmzDNm





cossin)(cossin
21
2
2
+

Thay các thông số đã biết vào phơng trình ta có:
F
2
=
[ ]
tt
x
7,0cos.2,652.7,0.5,17,0sin)5,26747.49,037140(5,1
123
56,100
cos
24,3.2
123.56,100
123
56,100
sin
86,9.2
123
56,100
1
2
+

F
2
=
[ ][ ]
tt 7,0cos.81,6847,0sin6,36050)84,0.(57,1969542,0.2,767
56,100
1
+
F
2
=
)02,07,0sin(26,742776)02,07,0sin(1.36057.6,20 +=+ tt
tm
2
s
-2
.
* Phơng trình chuyển động:
( )
2

2 FDHNJJ
oyyy
=+++

Thay các số liệu vào phơng trình:
( )
)02,07,0sin(26,7427768,30936396549123225197716,6985757

+=+++ t

Biến đổi tơng đơng phơng trình nhận đợc:
)02,07,0sin(025,005,10186,0

+=++ t

Vậy tg =
023,0
56.0
7,0.0186,0
=
vậy = 0,023 rad

m
=
rad045,0
56,0
025,0
=
.
Chơng IV tính toán thiết kế gia cố và kiểm tra.
4.1- cơ sở lý thuyết về lực lắc:
Khi tàu bị lắc, thì các chất điểm phụ thuộc hệ quy chiếu gắn với tàu đều sẽ bị ảnh hởng, đầu
tiên là thay đổi về vị trí, sau đó là thay đổi về vận tốc và gia tốc kể cả về chiều lẫn trị số, sự thay

đổi này sinh công tác dụng vào bản thân các chất điểm đó, nếu không đợc liên kết cứng với tàu
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
thì chất điểm sẽ dịch chuyển khi lắc đủ lớn, nếu đợc liên kết thì sẽ phát sinh nội lực trên bản thân
cơ hệ và trên liên kết.
Trong chơng này trình bày cách xác định lực tác dụng gây ra do lắc lên các chất điểm của
một cơ hệ bất kỳ ở trên tàu.
4.1.1 Tác động của lắc đứng:
g
Z
o
Y
o
g
F=mx''
P=mg
x
Hình 1.4
Nh vậy khi tàu lắc đứng ngoài trọng lợng bản thân P= mg (m:khối lợng của chất điểm M) thì
chất điểm M còn phải chịu thêm lực quán tính Fz = - m.z. Mặt khác do z = Z
m
sin(t+) trong
đó Zm, lần lợt là biên độ, tần số của lắc đứng, thay vào công thức của Fz ta có F
z
=
m
2
Z
m
sin(t+), vậy biên độ lực lắc tác dụng lên chất điểm M do lắc đứng đợc cho bởi công

thức:
F
z
= m
2
Z
m
(4 1)
với là tần số góc của lực cỡng bức, Z
m
là biên độ lực cỡng bức.
4.1.2- Tác động của lắc ngang:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
P=mg
P.cos

P.sin

F
qt
F
yqt
F
zqt
F
ht
F
zht
F

yht
Z
Y
Z

Y

1
1
2
G
r
y
z



Hình 2.4
-Theo hình vẽ (2.4) ta thấy khi lắc ngang một góc , thì phơng của trọng lợng so với mặt tàu là
thay đổi, trọng lợng đợc tách thành 2 thành phần theo trục y, và trục z của hệ toạ độ gắn với tàu t-
ơng ứng có trị số :
+ F
y1
=

sinmg
(4 3)
( Dấu - lấy khi > 0 , dấu + khi < 0, nếu quy ớc sin > 0)
+ F
z1

= -mg.cos
- Ngoài ra do lắc ngang quanh trọng tâm hệ, nên chất điểm quay quanh trọng tâm hệ, do vậy sẽ
phát sinh ra lực quán tính ly tâm , và thành phần lực hớng tâm.
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
- Lực quán tính ly tâm tính theo công thức:
F
lt
=
''

mr
(4 4)
Trong đó r là khoảng cách giữa chất điểm và trọng tâm hệ ( r > 0), F
lt
đợc tách thành 2 thành
phần theo 2 trục toạ độ gắn với tàu là y và z, giả thiết góc > 0 khi tàu quay ngợc chiều kim
đồng hồ, do gia tốc luôn ngợc chiều chuyển động, lúc đó ta có :
+F
y2
=
''

mz
(Fy > 0 khi z > 0, z lấy giá trị = r.sin (4 5)
+F
z2
=
''

my
(Fz > 0 khi y < 0), y lấy giá trị = r.cos (4 6)
nh vậy có thể kết luận nh sau, Fy cùng dấu với khi z > 0, Fz cùng dấu với khi y < 0.
- Lực hớng tâm tính theo công thức:
F
ht
=
2
'

mr
(4 7)
Cũng tơng tự nh trên F
ht
đợc tách thành hai thành phần theo hai trục toạ độ là y, và z, cũng giả
thiết > 0 khi tàu quay ngợc chiều kim đồng hồ, lúc đó ta có:
+ F
y3
=
2
'

my
(Fy > 0 khi y < 0) (4 8)
+ F
z3
=
2
'

mz
(Fz > 0 khi z < 0) (4 9)
Có thể kết luận Fy luôn ngợc dấu với y, Fz luôn ngợc dấu với z
- Nh vậy khi tàu lắc ngang một góc > 0 thì sẽ gây ra hai thành phần lực tác dụng lên chất điểm
theo hệ trục gắn với tàu nh sau:
Fy =
'''sin
2

mzymmg +
(4 10)
Fz =
'''cos
2

myzmmg
(4 11)
4.1.3- Tác động của lắc dọc:
-Tác động của lắc dọc đối với hệ kết cấu cũng giống nh tác động của lắc ngang, chỉ khác ở chỗ
một bên sinh ra lực theo phơng y, một bên sinh ra lực theo phơng x.
-Nh vậy nếu giả thiết góc lắc dọc > 0, thì cũng gây ra hai thành phần lực tác dụng lên chất
điểm theo hệ trục gắn với tàu nh sau:
Fx =
'''sin
2

mzxmmg +
(4 12)
Fz =
'''cos

2

mxzmmg
(4 13)
*Nh vậy đối với tổ hợp lắc ngang + lắc đứng, lực lắc tác dụng lên một chất điểm M (x ,y ,z) có
khối lợng m đợc cho bởi:
Fy =
'''sin
2

mzymmg +
(4 14)
Fz =
m
Zmmyzmmg
22
'''cos


(4 15)
Và cho tổ hợp lắc đứng + lắc dọc:
Fx =
'''sin
2

mzxmmg +
(4 16)
Fz =
m
Zmmxzmmg

22
''cos


(4 17)
4.2- áp dụng trong tính toán :
4.2.1 Công thức sử dụng trong đồ án:
* Trong đồ án này với góc dao động rất nhỏ: = 0.092sin(0,7t - 1)
= 0,045sin(0,7t - 2)
thì thành phần vận tốc bình phơng trong phơng trình tính lực ở trên là rất nhỏ so với các thành
phần còn lại, vì vậy xin đợc bỏ qua.
*Cũng do góc dao động nhỏ nên thành phần cosin sẽ tính bằng 1, xét thành phần lực đứng
do lắc ngang Fz =
m
Zmmymg
2
''


,với = 0.092sin(0,7t - 1) và Zm = 1.85m , thì thành
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
phần lực kéo lớn nhất =
)097,0045.0( ygm
, để thành phần này dơng thì y
min
= 215,8m , đối
với khối chân đế hiện có điều này không thoả mãn, vì vậy lực đứng luôn là lực nén, đối với lắc
dọc cũng vậy, ở đây nếu đã kể đến lực nén, thì phải bỏ trọng lợng bản thân khối chân đế. Nếu có
thêm thanh chống thì lực nén này sẽ phân phối trên cả thanh chống và đờng trợt, vì vậy sẽ có hai

trạng thái của khối chân đế cần phải tính toán, trờng hợp thứ nhất khi lực theo phơng z hớng
xuống dới, lúc này lực nén là lớn nhất, nhng nó sẽ phân phối chủ yếu cho đờng trợt, còn trờng
hợp thứ hai, khi lực theo phơng z hớng lên trên, do đờng trợt không ngăn cản chuyển vị theo
chiều này, nên ở một trạng thái tức thời thanh gia cố sẽ nhận hết lực nén, vì thế cũng có thể sảy
ra nguy hiểm.
* Lực lắc ngang đợc biểu diễn nh sau:
Fy =
)sin(sin''sin
1
2

=+ tmzmgmzmg
m
Do nhỏ nên sin , mặt khác nh đã trình bày ở trên do Fy luôn cùng chiều với gia tốc góc,
nên có đợc công thức trên.
Rút gọn công thức trên:
Fy =
)sin()()sin()(
1
2
1
2

+= tzgmtmzgm
mmm
(4 18)
*Lực lắc đứng đợc biểu diễn tơng tự:
Fx =
)sin()()sin()(
2

2
2
2

+= tzgmtmzgm
mmm
(4 19)
ở đây, các lực là biến thiên tuần hoàn theo tần số = tần số sóng, ta tính dới dạng tựa tĩnh, tức là
chỉ nhập biên độ lực vào sơ đồ tính để chạy ra nội lực, việc này có sai số nhất định, mặc dù vậy
sai số sẽ không lớn lắm , mặt khác nếu tính động lực học thì sẽ rất phức tạp vợt khỏi phạm vi đồ
án.
4.2.2 Tính toán:
-Với trờng hợp cụ thể của số liệu sà lan và khối chân đế đã cho, bớc đầu tiên ta thực hiện quy
khối lợng về nút, việc này có thể có rất nhiều cách làm, nhng nhanh chóng và hiệu quả hơn cả là
lợi dụng sơ đồ tính của KCĐ trong SAP-2000, ta sẽ nhập các gối tựa vào các nút mặt dới cùng và
chạy chơng trình, sẽ đợc một bảng phân phối khối lợng về nút theo 3 phơng, ở đây chỉ quan tâm
đến phơng trọng lực là phơng z.
-Sau khi tính đợc khối lợng quy đổi về nút, áp dụng công thức (3 18) , (3 19) cho các nút
này với các toạ độ đã có sẵn ta sẽ đợc kết quả lực cần tính toán, trong đó lu ý sự khác nhau về hệ
trục toạ độ của SAP và của sà lan , sự chuyển đổi đó nh sau:
Y
sap
= X
sl
24 (m)
X
sap
= - Y
sl
(m)

Z
sap
= Z
sl
2.38 (m)
F
xsap
= - F
ysl
F
ysap
= F
xsl
Kết quả tính toán lực trình bày trong phụ lục III
4.3 Tính nội lực trên các thanh gia cố :
4.3.1 Lựa chọn kiểu loại gia cố và sơ đồ tính:
a/ Gia cố bằng thanh chống:
-Gia cố bằng thanh chống đợc sử dụng phổ biến, tuy nhiên trong trờng hợp này, lực lắc
ngang là khá nhỏ, mà khi có thanh chống thì nó sẽ phải chịu thêm một thành phần lực đứng mà
đáng lẽ đờng trợt có thể chịu đợc, nh vậy có thể cha tận dụng hết khả năng làm việc của đờng tr-
ợt.
*Kiểu loại gia cố:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển