thiết kế môn học công trình biển cố định

Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Mục lục
Mục lục 1
Chương 1 : 3
1.1 Giới thiệu chung về công trình biển cố định 3
1.2 Số liệu xuất phát 3
1.3 Nhiệm vụ thiết kế môn học 4
1.3.1 Thuyết minh 4
1.3.2 Bản vẽ 4
Chương 2 : 5
2.1 Các kích thước chính của công trình 5
2.1.1 Cao độ sàn công tác 5
2.1.2 Kích thước chính của công trình 6
2.1.3 Kích thước trụ 6
2.1.4 Sườn gia cường 6
2.2 Kiểm tra điều kiện tự nổi của chân đế móng 8
2.2.1 Thể tích các bộ phận đế móng 8
2.2.2 Thể tích chiếm nước của đế móng 8
2.2.3 Thể tích nổi 8
Chương 3 : 10
3.1 Tải trọng sóng (theo lý thuyết sóng Airy) và dòng chảy 10
3.1.1 Các phương trình sóng 10
3.1.2 Các thông số về sóng 11
3.1.3 Tính tải trọng của sóng 11
3.1.4 Tải trọng do dòng chảy 12
3.1.5 Tải trọng do sóng và dòng chảy 13
3.2 Tải trọng gió 15
3.3 Tải trọng bản thân công trình 18
Chương 4 : 20
4.1 Kiểm tra điều kiện ổn định 20
4.1.1 ổn định lật 20

4.1.2 ổn định trượt phẳng 20
4.2 Kiểm tra điều kiện chịu lực của đất nền 20
4.2.1 Nội lực tại đáy móng 20
4.2.2 Đặc trưng hình học tiết diện 21
4.2.3 ứng suất dưới đáy móng 21
4.2.4 Kiểm tra cường độ đất nền 22
4.3 Tính toán lún đáy móng 23
4.4 Chuyển vị của móng 23
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
1
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Chương 5 : 25
5.1 Tính toán cốt thép trụ 25
5.1.1 Đặc trưng tiết diện hình học của trụ 25
5.1.2 Tính toán cốt thép Ứng suất trước 25
5.1.3 Hao tổn ứng suất trong cốt thép Ứng suất trước 27
5.1.4 Kiểm tra ứng suất 30
5.2 Tính toán cốt thép đế móng 34
5.2.1 Tính toán cốt thép bản nắp 34
5.2.2 Tính toán bản đáy 36
5.2.3 Tính toán bản thành 39
5.2.4 Tính toán cốt thép bản sườn 41
5.3 Thống kê cốt thép 41
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
2
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Chương 1 :
Giới thiệu về công trình biển cố định,

số liệu xuất phát và nhiệm vụ thiết kế.
1.1 Giới thiệu chung về công trình biển cố định.
Biển và đại dương chiếm tỷ lệ 7/10 diện tích Trái Đất,các nhu cầu của con người
trên biển ngày càng tăng vì vậy đòi hỏi phải xây dựng các công trình trên biển nhằm đáp
ứng những mục tiêu cơ bản như thăm dò, khai thác dầu khí, các nhu cầu đi lại, ăn ở ngoài
biển và các hoạt động khác như du lịch, nghiên cứu khoa học
Có thể có nhiều cách phân loại công trình biển như công trình ven bờ và công trình
xa bờ; công trình biển cố định và công trình biển di động, hoặc theo tính năng của công
trình như công trình khai thác dầu khí, công trình bảo đảm an toàn hàng hải và các trạm
nghiên cứu.
Quá trình phát triển của các loại công trình biển cố định liên quan chặt chẽ với sự
phát triển của nghành dầu khí. ở những mỏ khí đốt ở thềm lục địa, với độ sâu khai thác
nhỏ hơn 400m, xu thế hiện nay là phát triển các công trình biển trọng lực bằng bêtông.
Công trình biển trọng lực bằng bêtông ổn định chủ yếu là nhờ vào trọng lượng bản thân
công trình do đó công trình có kích thước rất lớn và ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên
ngoài như sự xâm thực của nước biển, chịu tải trọng sóng, gió tốt đồng thời giảm đáng kể
chi phí cho duy tu, bảo dưỡng trong quá trình làm việc bình thường của công trình. Ngoài
ra do tuổi thọ công trình cao (75-100 năm) trong khi thời gian khai thác các mỏ thường
chỉ kéo dài từ 20-25 năm nên có thể sử dụng công trình nhiều lần để khai thác dầu khí ở
những vị trí khác hay là sử dụng cho những mục đích khác khi công trình không còn khai
thác dầu khí. Các ụ nổi sử dụng khi đúc các khối công trình có thể sử dụng để đóng mới
và sửa chữa các con tàu lớn mà điều kiện hạ thủy của chúng rất khó khăn.
Thiết kế môn học không đi sâu vào chi tiết quá trình làm việc và các cấu tạo đặc
trưng của công trình phục vụ cho quá trình khai thác và sản xuất mà chỉ xét đến khả năng
ổn định và kết cấu công trình mang tính đặc thù cho dạng công trình biển trọng lực bằng
bêtông.
1.2 Số liệu xuất phát.
stt Tên gọi Kí hiệu Giá trị Đơn vị
1 Góc nội ma sát φ 25 Độ
2 Lực dính C 11 T/m

2
3 Hệ số nở hông µ 0,25
4 Modul biến dạng E
0
3500 T/m
2
5 Tải trọng thường xuyên Q
1
5500 T
6 Vận tốc gió V
g
40 m/s
7 Chiều cao sóng H 11,75 m
8 Chu kì sóng T 11,98 s
9 Vận tốc dòng chảy mặt
m
dc
V
3,6 m/s
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
3
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
10 Vận tốc dòng chảy đáy
d
dc
V
0,7 m/s
11 Nước dâng do triều ΔH
tr

3,3 m
12 Nước dâng do bão ΔH
b
1,9 m
13 Chiều sâu nước (theo hải đồ) d
0
60 m
14 Diện tích chắn gió thượng tầng
tt
g
A
2100 m
2
1.3 Nhiệm vụ thiết kế môn học.
1.3.1 Thuyết minh.
- Xác định kích thước cơ bản của công trình (căn cứ vào điều kiện tự nổi để xác
định);
- Xác định tải trọng tác động lên công trình;
- Tính toán bê tông cốt thép cột, đế móng (chú ý biện phám thi công thép ứng suất
trước);
- Lập dự án;
- Tính toán nền móng công trình.
1.3.2 Bản vẽ
Bản vẽ trên giấy A1 gồm:
- Sơ đồ tải trọng sóng, gió, dòng chảy tác động lên công trình;
- Thể hiện kết cấu công trình: Cột, đế móng, bảng thống kê;
- Thống kê khối lượng.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
4

Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Chương 2 :
Sơ bộ lựa chọn kích thước của công trình
2.1 Các kích thước chính của công trình.
Công trình biển trọng lực bêtông có kết cấu móng nông, trọng lượng chi phối chủ
yếu do đế móng, như vậy trọng tâm công trình sẽ hạ thấp và tăng độ ổn định cho công
trình khi làm việc với những tải trọng tác động có trị số lớn và tính bất thường cao.
Công trình thiết kế có móng dạng trụ tròn, bên trong rỗng để bố trí các thiết bị phục
vụ cho công tác khoan dầu. Giữa đế móng và trụ đỡ có các sườn gia cường. Trụ đỡ sàn
công nghệ cũng có dạng trụ tròn để chịu tải trong ngang do sóng, gió, dòng chảy. Trụ đỡ
có kích thước vừa phải để có thể giảm diện tích tiếp xúc trực tiếp với tải trọng sóng (là tải
trọng chủ yếu và nguy hiểm nhất cho công trình trong quá trình khai thác và sửa chữa)
dẫn tới kết quả là giảm được tải trọng sóng tác dụng lên công trình.Đế móng được mở
rộng nhằm đảm bảo ổn định trượt, lật cho công trình.
2.1.1 Cao độ sàn công tác.
Sơ bộ chọn cao độ sàn công tác theo hình vẽ sau:
Hình 1.1. Sơ đồ xác định cao độ sàn công tác.
Cao độ sàn công tác được xác định như sau:
h = d
0
+ Δ
đ
+ γH + Δ
0
.
Trong đó:
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
h
d

d
0
Δ
d
γ
H
Δ
0
H
5
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
+ h: chiều cao chân đế tính từ đáy công trình đến mặt dưới của sàn công tác.
+ d
0
: Độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình, lấy theo độ sâu hải đồ, d
0
= 60m.
Δd = Δd
tr
+ Δd
nd
Δd
tr
: Nước dâng do triều, Δd
tr
= 3,3m.
Δd
nd
: Nước dâng do bão, Δd
nd

= 1,9m.
+ H: Chiều cao sóng, H = 11,75m.
+ γH: Vị trí của đỉnh sóng so với mức nước lặng có kể đến triều và nước dâng.
γ: Hệ số theo lý thuyết sóng Airy: γ = 0,5.
+ Δ
0
: Là khoảng trống của sàn, người ta gọi là độ tĩnh của công trình biển, theo
quy phạm DnV, trong điều kiện thông thường, Δ
0

≥
1,5m. Chọn Δ
0
= 1,575.
Vậy h = 60 + 3,3 + 1,9 + 11,75.0,5 + 1,525 = 72,6
≈
73 (m).
2.1.2 Kích thước chính của công trình.
2.1.2.1 Kích thước chân đế.
- Đường kính ngoài của đế móng : D
m
= 40 m
- Chiều cao của đế móng: h
m
= 10 m.
- Chiều dày thành đế móng : t
m
= 0,5 m.
- Đường kính trong của đế móng : d
m

= D
m
- 2 t
m
= 39 m
- Bề dày bản đáy : 0,6 m
- Bề dày bản nắp : 0,5 m .
2.1.3 Kích thước trụ.
- Đường kính ngoài của trụ : D
t
= 11 m
- Chiều dày trụ : t
t
= 0,5 m
- Đường kính trong của trụ : d
t
= D
t
– 2t = 10 m.
- Chiều cao trụ : h
t
= h- h
m
= 73 – 10 = 63m.
2.1.4 Sườn gia cường.
Dùng để liên kết giữa trụ và đế móng,có tác dụng tăng cường độ cứng của trụ. Sườn
gia cường có chiều dày 0, 6 m ; chiều cao 8,9m (h
m
– bề dày bản đáy – bề dày bản nắp),
có 8 cái.

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
6
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
7
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
2.2 Kiểm tra điều kiện tự nổi của chân đế móng.
Công trình là kiểu trọng lực bê tông, phương pháp thi công là sẽ hạ thủy chân đế
kéo đến vị trí đủ độ sâu ven biển thi công tiếp rồi đánh chìm,thi công xng phần trụ rồi
mới cẩu lắp các khối thượng tầng lên,vì vậy trong quá trình thi công chân đế phải đảm
bảo nổi trên mặt nước để thi công tiếp phần trụ phía trên vì vậy ta phải kiểm tra độ nổi
của đế móng.
2.2.1 Thể tích các bộ phận đế móng.
+ Thể tích bê tông bản thành.
( ) ( )
2 2 2 2
1
. . . 40 39 .8,9 552,22
4 4
m m suon
V D d h
π π
= − = − =
(m
3
).
+ Thể tích bê tông trụ nằm trong móng.
( ) ( )

2 2 2 2
2
. . . 11 10 .9,4 155,04
4 4
t t suon
V D d h
π π
= − = − =
(m
3
).
+ Thể tích bê tông của bản nắp.
( ) ( )
2 2 2 2
3
. . . 40 11 .0,5 580,08
4 4
m t nap
V D d h
π π
= − = − =
(m
3
).
+ Thể tích bê tông của bản đáy.
2 2
4
. . .40 .0,6 753,98
4 4
m day

V D h
π π
= = =
(m
3
).
+ Thể tích bê tông của sườn gia cường.
39 11
8. . . 8. .8,9.0,6 598,08
2 2 2 2
m t
suon suon suon
D D
V h t
 
 
= − = − =
 ÷
 ÷
 
 
(m
3
).
⇒
Tổng thể tích của đế móng:
V = V
1
+V
2

+V
3
+V
4
+V
suon
= 552,22+155,04+580,8+753,98+598,08 = 2640,12 (m
3
).
⇒
Tổng khối lượng bê tông của đáy móng:
G
BT
=
γ
BT
.V = 2,5. 2640,12 = 6640,12 (T).
2.2.2 Thể tích chiếm nước của đế móng.
6640,12
6478,17
1,025
BT
d
n
G
V
γ
= = =
(m
3

)
Thể tích toàn phần của đế móng.
2
2
. .
.40 .10
12566,37
4 4
m m
tp
D h
V
π
π
= = =
(m
3
).
2.2.3 Thể tích nổi.
V
n
= V
tp
– V
d
=12566,37– 6478,17 = 6088,2 (m
3
).
Vậy chiều cao phần nổi trên mặt nước là:
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc

Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
8
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
2
6088,2x4
4,85
.40
n
n
d
V
H
S
π
= = =
(m). > 1 (m)
Vậy đế móng đảm bảo nổi trong quá trình thi công.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
9
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Chương 3 :
Tải trọng tác dụng lên công trình.
3.1 Tải trọng sóng (theo lý thuyết sóng Airy) và dòng chảy.
3.1.1 Các phương trình sóng.
Tính toán tải trọng sóng tác dụng lên công trình theo lý thuyết sóng tiền định của
Airy. Chọn hệ trục công trình để tính: trục z hướng lên trên, trục x nằm ngang trùng với
MNLTT (theo hướng lan truyền sóng), gốc tọa độ O trùng với mực nước tính toán như
hình vẽ :
d = 65,2 m

Z
X
Z = -d
MNTT
O
Hình 1.1. Hệ toạ độ tính toán tải trọng sóng.
Với d = d
0
+ ∆
đ
= 60 + 5.2 = 65.2m là chiều sâu nước tính toán,có kể đến dao động
của thủy triều và nước dâng.
+ Phương trình tung độ mặt sóng: Chiều cao nước đường mặt so với mực nước tĩnh.
( )
( )
,
. os . os2 .
2 2
x t
H H x t
c Kx t c
L T
η ω π
 
= − = −
 ÷
 
,
Trong đó:
2 2

2
2 2 2
; ; ; . 1,56
2
L g g
k c L T T
L T T
π π π
ω
ω π
= = = = = =
.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
10
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
( )
( )
,
. os
2
x t
H
c kx t
η ω
⇒ = −
+ Thành phần vận tốc sóng theo phương ngang tại độ sâu z:
( )
[ ]
( )

cosh .
. . . os
2 cosh
s
x
k z d
H gT
V c kx t
L kd
ω
+ 
 
= −
.
+ Thành phần gia tốc sóng théo phương ngang tại độ sâu z:
( )
( )
( )
cosh .
W . .sin
cosh
s
x
k z d
g H
kx t
L kd
π
ω
+ 

 
= −
.
3.1.2 Các thông số về sóng.
+ Chiều cao sóng: H = 11,75m;
+ Chu kì sóng: T = 11,98s.
⇒
Chều dài song:
2 2
9,81.11,98
224.2
2 2
gT
L
π π
= = =
m.
+ Số sóng trong một chu kì:
2 2
0,028
223.89
k
L
π π
= = =
.
+ Tần số sóng:
2 2
0,5277
11,98T

π π
ω
= = =
s
-1
.
+ Xét tỉ số:
1
11,2
0,049 0,2
224.2
D
L
= = <
Vậy công trình có kích thước nhỏ tới mức không làm thay đổi chuyển động của
sóng nên có thể xác định tải trọng của sóng theo phương trình của Morison.
3.1.3 Tính tải trọng của sóng.
Tải trọng của sóng được xác định theo phương trình Morison
q
(z,t)
= q
D
+ q
M
Trong đó :
- q
M
: Lực cản quán tính.
( )
( )

( )
os .
. . . sin
os
M M x M
c h k z d
g H
q C AW C A kx t
L c h kd
π
ρ ρ ω
+
 
 
= = × × −
- q
D
: Lực cản vận tốc.
( )
( )
2
2
2
2
os .
1 1
. . . . . . cos( ). cos( )
2 2 4 os
D D x x D
c h k z d

H gT
q C DV V C D kx t kx t
L c h kd
ρ ρ ω ω
+ 
 
 
= × = × × × × − −
 ÷
 
- D: Đường kính tiết diện, D = 11m;
- C
D
: Hệ số cản vận tốc, C
D
= 1,5;
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
11
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
- C
M
: Hệ số nước kèm, C
M
= 2;
- ρ: Mật độ của nước biển,
1,025
ρ
=
T/m

3
.
- A: Diện tích mặt cắt ngang của phần tử kết cấu.
Ta có:
( )
( )
( )
2
2
2
2
os
1
. . cos( ). cos( )
2 4 os
D D
c h k z d
H gT
q C D t t
L c h kd
ρ ω ω
+
 
= × × × ×
 ÷
 
( )
( )
( )
os

. . sin
os
M M
c h k z d
g H
q C A kx t
L c h kd
π
ρ ω
+ 
 
= × × −
⇒
q
max

⇔

t
ω
= 6 rad.
Tung độ mặt sóng tại gốc toạ độ ứng với q
max
là: x = 0.
( ) ( )
0
11,75
cos cos 0,028.0 6 5.64
2 2
kx t m

η ω
Η
= − = − =
Vận tốc lan truyền sóng ứng với q
max
là:
( )
( )
( )
os
. .
cos
2 os
s
x
c h k z d
g T
V t
L c h kd
ω
+
 
Η
 
=
[ ]
( )
( ) ( )
os 0,032 0,028.65.2
224.2. cos 6 0,967.cosh 0,028 1,825 ( )

os 0,028.55,1 65.2
s
x
c h z
V z m
c h
+
= = +
Gia tốc của phần tử nước:
( )
( )
( )
os
sin
os
s
x
c h k z d
g
W kx t
L c h kd
π
ω
+ 
Η
 
= −
( )
( )
( ) ( )

2
os 0,028 65,2
9,81 .11,75
. .sin 0,028.0 6 0,142.cosh 0,028 1,825 ( / )
224,2 os 0,028.65,2
s
x
c h z
W z m s
c h
π
+ 
 
= − = +
3.1.4 Tải trọng do dòng chảy.
Với công trình có kích thước nhỏ thì ta có thể sử dụng công thức của Morison để
xác định tải trọng của dòng chảy tác động vào công trình:
1
( , ) . . . . .
2
dc D dc dc
q z t C DV V
ρ
=
Trong đó:
+ V
dc
: Vận tốc của dòng chảy được xác định khi ta coi dòng chảy biến thiên theo
quy luật bậc nhất theo độ sâu.
+ Vận tốc dòng chảy tại chân công trình khi đỉnh sóng tiếp cận chân công trình.

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
12
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
d
Z
Vd
Vdc(z)
Vm
Vdc(z)
Vm'
Vd
z
x
( ) ( )
0
'
.
m d
m d
V V d
V V
d
η
+ +
= −
Trong đó:
+ V
m
: Vận tốc dòng chảy mặt, V

m
= 3,6 m/s.
+ V
d
: Vận tốc dòng chảy đáy, V
d
= 0,7 m/s.
( ) ( ) ( ) ( )
0
'
. 3,6 0,7 . 65,2 5,64
0,7 3,972
65,2
m d
m d
V V d
V V
d
η
+ + + +
⇒ = − = − =
(m/s).
( )
( )
( ) ( )
'
( )
.
3,972 0,7 . 65,2
0,7 0,044 3,6

65,2
m d
dc
z d
V V z d
z
V V z
d
− +
− +
⇒ = + = + = +
(m/s).
3.1.5 Tải trọng do sóng và dòng chảy.
Do vận tốc dòng chảy chỉ chứa trong các mặt phẳng nằm ngang, nên vận tốc dòng
chảy có phương hợp với vận tốc của sóng một góc α. Để đơn giản , ta coi vận tốc dòng
chảy và vận tốc sóng trùng nhau <=> α = 0.
1
( , ) . . . . . . . .W
2
s
x s dc D x x M x
q z t q q C D V V C A
ρ ρ
⇒ = + = +
.
( )
0,967.cosh 0,028 1,825 0,044 3,6
x s dc
V V V z x= + = + + +
(m/s).

( )
W 0,142.cosh 0,028 1,825
x
z= +
(m/s
2
).
Để xác định tải trọng lên công trình ta chia chia công trình thành nhiều đoạn và tính
tải trọng lên từng đoạn, ta lấy mỗi đoạn không lớn hơn 5m.
Ta có bảng tính kết quả như sau:
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
13
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Bảng 1.1. Tải trọng do sóng và dòng chảy tác động lên công trình.
Stt
z
(m)
D
(m)
V
x
=V
s
+V
dc
W
(m/s2)
A
(m2)

q
(kN/m
)
1
5.64
11
7.427 0.526 95 568.772
2
0
11
6.677 0.452 95 464.996
3
-5
11
6.077 0.396 95 389.407
4
-10
11
5.530 0.348 95 326.350
5
-15
11
5.029 0.307 95 273.625
6
-20
11
4.570 0.272 95 229.467
7
-25
11

4.146 0.242 95 192.455
8
-30
11
3.755 0.217 95 161.442
9
-35
11
3.393 0.196 95 135.497
10
-40
11
3.057 0.179 95 113.864
11
-45
11
2.745 0.165 95 95.928
12
-50.5
11
2.428 0.154 95 79.867
13
-55.5
11
2.161 0.147 95 68.156
14
-55.5
40
2.161 0.147 1256.6 522.875
15

-60.5
40
1.913 0.143 1256.6 481.508
16
-65.2
40
1.685 0.142 1256.6 453.121
Ta có bểu đồ tải trọng sóng và dòng chảy:
3
6
8
10
12
14
1
15
16
5
5,64
568.77
389.41
273.62
192.46
135.49
95.93
68.16
552.87
453.12
MNLTT
2

481.51
79.87
113.86
161.44
229.47
326.35
464.99
4
5
7
9
11
13
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5 5 5
Hình 1.2. Biểu đồ tải trọng sóng và dòng chảy (kN/m)
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
14
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Để xác định momen của kết cấu, ta quy đổi biểu đồ tải trọng như sau:

500
500
500
500
500
500
500
500
550
500
500
500
MNTT
502.19
467.31
74.01
87.9
104.9
124.68
148.47
176.95
210.96
251.55
299.99
357.88
1499.95
1257.75
1054.8
884.75
742.35

623.4
524.5
439.5
370.05
407.05
2510.95
2336.55
z
500
500
564
1789.4
2136,025
2915,23
427.205
516.885
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3

2
1
Hình 1.3. Biểu đồ quy đổi tải trọng và dòng chảy (kN)
3.2 Tải trọng gió.
Tải trọng gió tác dụng lên phần thượng tầng được xác định theo công thức sau:
0
.
tt tt
g g
Q q A=
Trong đó:
+ q
0
: Áp lực gió,
2
2
0
40
100
16 16
g
V
q = = =
(kG/m
2
) = 1 (kN/m
2
).
+
tt

g
A
: Diện tích chắn gió thượng tầng,
tt
g
A
= 2100m
2
0
. 1.2100 2100
tt tt
g g
Q q A⇒ = = =
(kN). Điểm đặt lực tại đáy sàn công tác.
Tải trọng gió tác dụng lên phần trụ nằm trên chiều cao sóng được xác định theo
công thức:
0
. . .
tr tr
g g
Q q K C A=
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
15
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Trong đó:
+ K: Hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực động gió theo chiều cao công trình.
Tra bảng 5/TCVN2237-1995, ta có: Z=2,16m < 3m, địa hình dạng A => K = 1.
(Z=h-d-
0

η
=73 – 65,2 – 5.64 =2,16m).
+ C: Hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng của các phần tử kết cấu công trình
(Tra bảng 6/TCVN2737-1995)
Kết cấu hình trụ tròn tra sơ đồ 35 ta có :
C= k.c
Hệ số k xác định theo bảng 6.1 của sơ đồ 34 phụ thuộc vào hệ số λ
e
:
Ta có λ
e
= 2.l/b= 2.73/11= 13,27 tra bảng kết hợp với nội suy ta được :
k= 0,6827
Hệ số c xác định theo biểu đồ phụ thuộc vào ∆/d và Re/10
5
:
Với kết cấu bê tông cốt thép : ∆= 0,005m
Hệ số Re xác định theo công thức :
5
Re 0,88. . W . . .10
o
d k
γ
=
vùng.A => W
o
= 95(daN/m
2
)
k=1, γ= 1,2, d= 11m

5 5
Re 0,88.11. 95.1.1,2.10 103.10= =
=> Re/10
5
= 105,23.
Tra biểu đồ ta được: c= 0,76
=> C= 0,6827.0,76 = 0,52
A
tr
g
: Diện tích hình chiếu của trụ lên phương vuông góc với hướng gió (m
2
) .
A
tr
g
= D
t
. Z = 11. 2,16 = 23.76 m
2
.
=> Q
tr
g
= 1.0,6827.0,52.23,76 = 8,43(kN)
Vậy tải trọng gió tác động lên công trình là ;
Q = Q
tt
g+
Q

tr
g
= 2100 + 8,43 = 2108,43 (KN)
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
16
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
10000
600
11000
40000
500
500
5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000
2915.23 kN
2136.03kN
1789.4 kN
1257.75 kN
1054.8 kN
884.75 kN
742.35 kN
524.5 kN
439.5 kN
370.05 kN
2510.95 kN
2336.55 kN
500
56005500
73000
1499.95 kN

623.4 kN
407.05 kN
8.43kN
2100kN
Hình 1.1. Sơ đồ tải trọng ngang tác dụng lên công
trình.
Bảng 1.1. Lực ngang tác dụng lên công trình.
Stt Đoạn
P (kN) X (m) M (kNm)
` Qtt 2100 73 153300
2 Qtr 8.43
68
573,24
3 1_2
464.996 63 29294.756
4 2_3
389.407 58 22585.586
5 3_4
326.350 53 17296.526
6 4_5
273.625 48 13133.985
7 5_6
229.467 43 9867.074
8 6_7
192.455 38 7313.289
9 7_8
161.442 33 5327.570
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
17

Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
10 8_9
135.497 28 3793.907
11 9_10
113.864 23 2618.883
12 10_11
95.928 18 1726.708
13 12_13
79.867 12.75 1018.310
14 13_14
68.156 12.75 868.992
15 14-15
522.875 7.5 3921.560
16 15-16
481.508 2.5 1203.769

tổng
6097
119970.915
3.3 Tải trọng bản thân công trình.
Tải trọng thường xuyên: Q
1
= 5500T = 55000kN
Trọng lượng của trụ trên mặt nước:
2 2 2 2
2
( ). 25. (11 10 ).2.16 890,64( )
4 4
bt
Q D d z KN

π π
γ
= − = − =
Trọng lượng của trụ dưới mặt nước :
G
2
= (γ
BT
- γ
n
).V = (γ
BT
- γ
n
).
4
π
(
2 2
t t
D d
−
).(d – hm +
0
η
)
= (25–10,25).
4
π
(11

2
– 10
2
).(65,2 - 10 + 5,64) = 14801 (kN).
Trọng lượng phần chân đế
G3 = (γ
BT
- γ
n
).V
đm
= (25 – 10,25). 2640,12 =3894,77 (kN)
 Tổng tải trọng thẳng đứng tác dụng lên công trình: G = 74586,41 kN.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
18
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
55000 kN
10000
600
11000
40000
500
500
5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000
2915.23 kN
2136.03kN
1789.4 kN
1257.75 kN
1054.8 kN

884.75 kN
742.35 kN
524.5 kN
439.5 kN
370.05 kN
2510.95 kN
2336.55 kN
2108.43 kN
500
56005500
73000
1499.95 kN
623.4 kN
407.05 kN
890,64 kN
14801 kN
38941.77 kN
Hình 1.1. Sơ đồ tải trong tác dụng lên công trình.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
19
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Chương 4 :
Tính toán nền móng công trình.
4.1 Kiểm tra điều kiện ổn định.
4.1.1 ổn định lật.
Điều kiện đảm bảo công trình ổn định lật:
[ ]
5,1=≥=
l

l
g
l
K
M
M
K
Trong đó:
M
g
: Tổng mômen các lực giữ đối với điểm 16.
M
g
= G.40/2 = 74586,4.20=1491728 (kNm).
M
l
: Tổng mômen các lực gây lật. M
l
= 119970.915 kNm.

1491728
12,434 2,5
119970.915
l
K⇒ = = >
Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định lật
4.1.2 ổn định trượt phẳng.
Điều kiện đảm bảo ổn định trượt của công trình :
[ ]
5,1=≥=

t
t
g
t
K
F
F
K
Trong đó:
• F
g
:Tổng lực giữ . F
g
=F
v
.f
ms.
F
v
= 55000 +890,64 + 14801 + 3894,77 = 74586,4 kN
• F
tr
:Tổng các lực gây trượt theo phương ngang: F
tr
= 6097 kN
 K
tr
=
74586,4
12,23

6097
=
>2,5
Vậy công trình đảm bảo điều kiện ổn định trượt.
4.2 Kiểm tra điều kiện chịu lực của đất nền.
4.2.1 Nội lực tại đáy móng.
F
v
= 74586,4 kN.
F
H
= 6097kN.
M = 119970.915 kNm.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
20
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Hình 1.1. Sơ đồ tính toán nền móng.
4.2.2 Đặc trưng hình học tiết diện.
- Diện tích đáy móng
2 2
2
3,14.40
1256,63
4 4
B
A m
π
= = =
- Mômen kháng uốn.

3 3
3
3,14.40
6283,18
32 32
B
W m
π
= = =
4.2.3 ứng suất dưới đáy móng.
4.2.3.1 Ứng suất tiếp dưới đáy móng.
2
6097
4,85( / )
1256,63
Q
kN m
A
τ
= = =
4.2.3.2 Ứng suất pháp.
min
max
1,2
v
F
M
R
A W
σ

= ± ≤
=34.1,2=40,8T/m
2
Trong đó:
N : Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đáy móng công trình.
M: Mômen tác dụng lên đáy móng.
R: Cường độ tính toán của đất nền (= 34T/m
2
)
=>
2
max
74586,4 119970,91
56,96 /
1256,63 6283,18
kN m
σ
= + =
2
min
74586,4 119970,91
18,774 /
1256,63 6283,18
kN m
σ
= − =
.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
M

F
V
F
H
37,3m
21
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Hình 2.1. Biểu đồ ứng suất dưới đáy móng.
4.2.4 Kiểm tra cường độ đất nền.
4.2.4.1 Sức chịu tải của đất nền.
Sức chịu tải của đất nền được kiểm tra theo điều kiện:
ax
n
m
n
q
k
σ
≤
Trong đó:
•
axm
σ
: ứng suất pháp lớn nhất mà nền chịu.
• k
n
: Hệ số an toàn, k
n
= 1,25 ÷ 3,0. Chọn k
n

= 3
•
n
q
: Cường độ nén tới hạn của đất nền (Lực nén tới hạn trên 1 đơn vị diện
tích đế móng)
.B.N.C N q
bcn
γ
γ
⋅+=
2
1
Với:
C : Lực dính đơn vị của đất nền , C = 110 kN/m
2
N
c
, N
γ
: Các hệ số không thứ nguyên, được tra bảng phụ thuộc vào góc nội ma sát
ϕ của đất nền.
Với ϕ = 25
o
tra được N
c
= 20,7 và N
γ
= 10,9.(bảng 4.1 SGT Bài Giảng)
γ

b
: Khối lượng riêng của đất khi ngập nước
γ
b
= γ
k
- γ
n
= 18 – 10,25 = 7,75 kN/m
3
B : Đường kính móng, B = 40m
=>Thay số vào ta có : q
n
= 20,7.110 + 0,5.10,9.7,75.40 = 3966,5 kN/m
2
=>
n
3966,5
1322,17
k 3
n
q
= =
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
22
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Vậy:
ax
56,96

n
m
n
q
k
σ
= ≤
ó thỏa mãn.
4.2.4.2 Lực trượt tới hạn của móng nông.
. .
v
u
F
s f C tg C tg
A
σ φ φ
= = + = +
= 9 +
0
74586,4
26
1256,63
tg
= 28,95 (kN/m
2
)
→
28,95
5,97 3
4,85

s
k
τ
= = > =
Vậy: đất nền đủ khả năng chịu lực.
4.3 Tính toán lún đáy móng.
Giả sử môi trường đất là đàn hồi. Ta có thể tính lún theo công thức sau :
3
16. .
v
F
G R
∆Η =
Trong đó:
G : Môđun chống trượt, chống cắt
G =
)1(2
µ
−
E
=
2
35000
23333,33 /
2(1 0,25)
kN m=
−
Với µ=0,25 –hệ số nở hông.
F
v

: Tổng lực thẳng đứng tác dụng lên đáy móng ( = 74586,4kN )
R :Bán kính đáy móng (= 20 m)
⇒
3.74586,4
0,03( ) 3
16.23333,33.20
m cm∆Η = = =
Như vậy độ lún của đất nền dưới đáy móng công trình là không đáng kể, không gây
ảnh hưởng đến công trình.
4.4 Chuyển vị của móng.
Giả sử nền đất dưới đáy móng làm việc trong giai đoạn đàn hồi (móng tròn trên nền
đàn hồi). Tính chất đàn hồi của đất nền quy về các lò xo tương đương, giả thiết rằng
móng tuyệt đối cứng. Ta có:





















=










θ
v
u
k
k
k
f
f
f
3
2
1
3
2
1
00

00
00
Trong đó
- f
1
, f
2
, f
3
: tương ứng với F
v
, F
H
, M.
- u, v, θ : Là các chuyển vị theo phương ngang, đứng và góc xoay của đế móng.
- k
1
, k
2
, k
3
: Độ cứng của lò xo tương đương, mô tả tính chất nền đàn hồi đồng nhất
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
23
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
( )
υ
υ
87

132
1
−
−
=
RG
k
;
υ
−
=
1
.4
2
RG
k
;
( )
υ
−
=
13
.8
3
RG
k
υ : Hệ số Poatxông (= 0,25).
G : Môđun chống trượt, chống cắt (= 2333,33T/m
2
)

R : Bán kính đáy móng (= 20 m)
Thay số ta có :
( )
6
1
32 1 0,25 .23333,33.20
2,24.10 /
7 8.0,25
k kN m
−
= =
−
.
6
2
4.23333,33.20
2,49.10 /
1 0,25
k kN m= =
−
.
( )
6
3
8.23333,33.20
1,659.10 /
3 1 0, 25
k kN m
= =
−

.
6
6
6
2,24.10 0 0
74586,4
6097 0 2,49.10 0 .
119970,92
0 0 1,659.10
u
v
θ
 
   
 
   
⇒ =
   
 
   
 
   
 
0,0333
0,00245
0,723
u
v
θ
   

   
⇒ =
   
   
   
Vậy qua tính toán trên ta xác định đư ợc chuyển vị của đế móng như sau:
+ Chuyển vị ngang của đế móng là: u = 0,0333

m = 33,3 mm.
+ Chuyển vị đứng của đế móng là: v = 0,00245 m = 2,45 mm.
+ Góc xoay đế móng là: θ = 0,723 rad.
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
24
Thiết kế môn học: Công trình biển cố định.
Chương 5 :
Tính toán cốt thép.
Các cấu kiện của công trình biển trọng lực bêtông cũng như các công trình biển
bằng thép, trong quá trình thi công cũng như trong quá trình khai thác, phải đủ khả năng
chịu tác động nguy hiểm nhất có thể xảy ra.
Bêtông là loại vật liệu chịu nén tốt, nhưng hầu như không có khả năng chịu kéo.
Các cấu kiện bêtông có thể có vùng chịu kéo do lực kéo dọc trục gây ra hoặc do mômen
uốn. Do vậy cần phải tăng cường khả năng chịu kéo cho bêtông bằng cách đặt thêm các
cốt thép chịu lực vào vùng chịu kéo. Sau khi bêtông đông cứng, giữa bêtông và cốt thép
sẽ xuất hiện lực dính bám, lúc này cả bêtông và cốt thép đều tham gia chịu lực.
Để khống chế vết nứt, tránh cho cốt thép bị xâm thực, người ta đặt thêm cốt thép
ứng suất trước để tạo lực nén trước trong bêtông. Cấu kiện bêtông cốt thép ứng suất trước
được thiết kế theo lý thuyết đàn hồi.
5.1 Tính toán cốt thép trụ.
5.1.1 Đặc trưng tiết diện hình học của trụ.

D
t
= 11m ; t
t
= 0,5m ; d
t
= 10m.
- Diện tích mặt cắt ngang :
( ) ( )
2 2 2 2 2
11 10 16,49
4 4
A D d m
π π
= − = − =
- Mômen quán tính :
( )
4
4 4
4 4
3,14.11 10
1 1 227,81
64 64 11
D
I m
π
η
 
 
= − = − =

 
 ÷
 
 
 
- Mômen chống uốn :
( )
4
3 3
4 3
3,14.11 10
1 1 41,42
32 32 11
D
W m
π
η
 
 
= − = − =
 
 ÷
 
 
 
5.1.2 Tính toán cốt thép Ứng suất trước.
Ta tính với mặt cắt nguy hiểm nhất là mặt cắt tại điểm 14
Điều kiện không chế vết nứt cho bêtông vùng kéo :
max
.

. .
1,12 0
s s
A
M a F P a
I A A t
σ
σ
= − − + =
Trong đó:
M: Mômen uốn
M= 119970,92(KNm)= 11997,092 (Tm)
F: Lực dọc
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Ngọc
Sinh viên: Hoàng Đình Tùng Lớp: CTT51 ĐH
25