Thiết kế chi tiết khối thượng tầng, chân đế giàn hải sư đen

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
1

(102)



LỜI CẢM ƠN
Là một sinh viên ngành kỹ thuật nói chung và sinh viên ngành Xây dựng công trình biển
nói riêng, khi mà hành trang kiến thức thực tế còn có phần hạn chế thì thời gian làm đồ án tốt
nghiệp là cơ hội để trau dồi và nâng cao những kiến thức đã tích lũy được. Tôi đã rất may mắn
được làm Đồ án tốt nghiệp tại Công ty Cổ phần Dịch Vụ Cơ khí Hàng hải (PTSC M&C) với đề
tài tốt nghiệp: “THIẾT KẾ KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG VÀ CHẤN ĐẾ GIÀN HẢI
SƯ ĐEN”
Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tôi đã nhận
được sự giúp đỡ của các thầy cô trong Viện Xây dựng Công trình Biển - Trường Đại học Xây
dựng cũng như Công ty Cổ phần Dịch vụ Cơ khí Hàng hải.
Đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới các anh các chị trong phòng Thiết kế PTSC

M&C. Được làm đồ án tốt nghiệp tại phòng Thiết kế PTSC M&C là được làm việc trong một
môi trường áp lực cao, đã giúp tôi nâng cao không chỉ những kiến thức chuyên môn phục vụ làm
đồ án mà còn cả những kiến thức xã hội, cũng như về tác phong làm việc nơi công sở. Qua đây
tôi xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị:
 THS Nguyễn Anh Dũng - Phó phòng thiết kế PTSC M&C
 KS Vũ Văn Hoan – Kỹ sư phòng thiết kế PTSC M&C
 KS Đặng Đức Minh – Kỹ sư phòng thiết kế PTSC M&C
Các anh, chị là những người đã trực tiếp hướng dẫn tôi cũng như giúp đỡ tôi rất nhiều
trong thời gian làm đồ án.
Tôi cũng xin gửi lời biết ơn tới các Thầy, Cô trường Đại học Xây dựng đã thường xuyên
quan tâm, chỉ bảo nhiệt tình trong suốt thời gian tôi học tập tại trường.
Đặc biệt qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới:
 TS Nguyễn Quốc Hòa - Phó Viện Trưởng Viện Xây dựng Công trình Biển.
Người đã hướng và giúp đỡ tôi thực tập và làm việc trong môi trường chuyên nghiệp tại
Công ty Cổ phần Dịch Vụ Cơ khí Hàng hải (PTSC M&C)
Các Thầy là những người đã trực tiếp dìu dắt, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập tại Viện.
Xin chân thành cảm ơn!


Vũng tàu, ngày 20 tháng 05 năm 2011
Sinh viên




HỒ ĐỨC ĐẠT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
2

(102)



MỤC LỤC
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN HẢI SƯ ĐEN 4

1.1.

Giới thiệu về khu mỏ 4

1.2.

Giới thiệu về đề tài, nhiệm vụ của đồ án. 6

CHƯƠNG II: CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ 8

2.1.

Số liệu môi trường. 8

2.1.1.

Số liệu về độ sâu nước 8

2.1.2.

Số liệu về sóng 9

2.1.3.

Số liệu về gió 11

2.1.4.

Số liệu về dòng chảy 11

2.1.5.

Số liệu về hà bám 11

2.1.6.

Ăn mòn 12

2.2.

Số liệu về địa chất. 12

2.3.

Thông số về thiết bị 13

2.3.1. Main Deck 13
2.3.2.

Mezzanine Deck 13

2.3.3.

Cellar Deck 13

2.4.

Đơn vị 14

2.5.

Hướng giàn khoan 14

CHƯƠNG 3 : CÁC YÊU CẦU KHÁC 14

3.1.

Vật liệu 14

3.2.

Tiêu chuẩn áp dụng 15

3.2.1.

Tiêu chuẩn API 15

3.2.2.

Tiêu chuẩn ASIC 15

3.2.3.

Tiêu chuẩn ASW D1.1 15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
3

(102)



3.3.

Phần mềm: 15

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG THIẾT KẾ 17

4.1. Mô hình 17

4.1.1. Mô hình kết cấu chân đế 17

4.1.2. Mô hình khối thượng tầng 19

4.2.Tải trọng và tổ hợp tải trọng 20

4.2.1.

Tải trọng bản thân kết cấu 20

4.2.2.

Tải trọng môi trường 20

4.2.3.

Tải trọng thiết bị. 25

3.2.4.

Tổ hợp cơ bản 31

3.2.5.

Tổ hợp tải trọng 37

4.2.6.1.

Tổ hợp tải trọng đối với thượng tầng 39

4.2.6.2.

Tổ hợp tải trọng đối với jacket và cọc 46

V. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 58

5.1. Bài toán tính toán dao động riêng của kết cấu. 58
5.2.

Phân tích tĩnh kết cấu 59

5.2.1.

Phân tích tĩnh Jacket. 59

5.2.2.

Phân tích tĩnh Topside. 65

5.3.2.

Tối ưu hóa kết cấu 69

VI. THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT 83

6.1. Tính toán tấm gia cường ( Stiffener) 83

6.2. Tính toán Ring Plate 90

6.3. Dầm phụ và tôn sàn 98

VII. KẾT LUẬN 101



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2

4

(102)



CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN HẢI SƯ ĐEN
1.1. Giới thiệu về khu mỏ
Mỏ Hải Sư Đen thuộc lô 15-2/01, lô này do Thăng Long JOC điều hành, trong đó
Talisman Energy (Canada) góp 80% vốn và PVEP (Việt Nam) góp 20% vốn.
Lô 15-2/01 thuộc bể Cửu Long nằm ở phía Đông- Nam đường bờ biển Việt Nam,
có điện tích 2832 km
2
và có độ sâu nước nhỏ hơn 50m. Cách thành phố Vũng Tàu
130Km về phía Đông Đông Nam.

Hình 34: Vị trí Block 15-2 trong bồn trũng Cửu Long.
Các mỏ mới được phát hiện trong lô này với trữ lượng cao như mỏ Hải Sư Trắng
(phát hiện tháng 01/2007), được đánh giá có thể cho 15,000 thùng dầu/ngày và mỏ Hải
Sư Đen (phát hiện tháng 10/2007), được đánh giá có thể cho 21,000 thùng dầu một ngày.

Hình 19: Các mỏ trong lô 15-2/01

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI

THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
5

(102)



Việc thăm dò và thẩm lượng thành công 2 giếng Hải Sư Trắng và Hải Sư Đen chỉ
18 tháng sau khi thành lập đã đưa Thăng Long JOC trở thành một trong những công ty
thành công nhất trong lĩnh vực thăm dò dầu khí.
Độ sâu nước tại nơi xây dựng giàn Hải Sư Đen là 42.13m.


Các sản phẩm khai thác được ở giàn đàu giếng HSD sẽ được chuyển qua giàn HST
qua hệ thống đường ông dưới đáy biển. Tất cả các sản phẩm của giàn HSD và HST đều
được tập trung tại giàn HST . tại đây chất lỏng và gas được tách riêng theo yêu cầu
thương mại . Sau đó chất lỏng và gas được chuyển đến giàn Tê Giác Trắng H1, cuối cùng
các sản phẩm này cùng với sản phẩm của giàn TGT H1 được chuyển đến TGT FPSO.
Giàn Hải Sư Đen gồm khối chân đế 4 ống chính, 4 mặt ngang và khối thượng tầng
gồm 5 sàn .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ

CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
6

(102)




Mô hình tổng thể giàn Hải Sư Đen
Chi tiết các sàn, các mặt ngang, mặt đứng của giàn được thể hiện ở bản vẽ.
1.2. Giới thiệu về đề tài, nhiệm vụ của đồ án.
Thiết kế công trình biển có 3 giai đoạn chính như sau:
- Pre-FEED: Giai đoạn lập dự án tiền khả thi
- FEED : Giai đoạn lập dự án khả thi , thiết kế sơ bộ
- Detail design: Giai đoạn thiết kế chi tiết
Thiết kế chi tiết là công việc phức tạp , tốn nhiều thời gian vì nó bao gồm rất nhiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI

THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
7

(102)



bài toán cần tính toán và liên quan mật thiếtvđến nhau. Sau đây là sơ lược các bài toán
cần tính toán:
Về tổng thể thì thiết kế chí tiết có 2 mảng bài toán lớn :
 Các bài toán trước vận hành (pre-service)
- Các bài toán chế lạo lắp đặt trên bờ
- Các bài toán hạ thủy( loadout)
- Các bài toán vận chuyển
- Bài toán đánh chìm chân đế(Launching)
- Bài toán xoay lật chân đế (Upending)
- Floatation
- Bài toán ổn định…. (On-bottom stability)
- Bài toán phân tích cọc và đóng cọc
- Bài toán lifting
 Các bài toán trong quá trình trong quá trình vận hành (in-service/in place)
- Bài toán phân tích tĩnh kết cấu
- Bài toán phân tích động kết cấu

- Bài toán mỏi
- Bài toán chịu tải trọng động đất
Bài toán phân tích tĩnh là bài toán quan trọng nhất trong các bài toán thiết kế chi
tiết. Kết quả của bài toán này là đầu vào cho các bài toán về sau.
Mặt khác do thời gian có hạn nên nội dung đồ án này chỉ giới hạn trong bài toán
phân tích tĩnh
Do thời gian làm đồ án là có hạn nên trong đồ án này em chỉ chọn một bài toán điển
hình và đặc trưng của việc thiết kế chi tiết để thực hiện là bài toán “ phân tích kết cấu
tĩnh” để thực hiện trong đồ án này. Bài toán thể hiện sự làm việc đồng thời giữa thượng
tầng , khối chân đế, cọc và nền đất dưới sự tác dụng của tải trọng môi trường trong điều
kiện vận hành và trạng thái biển cực hạn.



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
8

(102)

CHƯƠNG II: CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ
2.1. Số liệu môi trường.
Do đặc thù công trình biển được xây dựng ngoài khơi, nên chịu các tác động của
đầy đủ các yếu tố địa chất công trình, các yếu tố khí tượng hải văn: độ sâu nước, nhiệt độ
và độ mặn nước biển, sóng, gió, dòng chảy, dao động của thuỷ triều. Các yếu tố này tác
động trực tiếp lên công trình, gây ra tải trọng, ăn mòn, phá huỷ kết cấu. Vì vậy việc xem
xét, nghiên cứu các yếu tố môi trường tại khu vực xây dựng công trình là điều cần thiết
và quan trọng.
Sau đây là các thông số môi trường dùng để thiết kế khối thượng tầng tại vị trí xây
dựng công trình.
2.1.1. Số liệu về độ sâu nước
Độ sâu nước thiết kế (MSL): 42.8m
Bảng 2.1 : Mực nước thiết kế và thủy triều

Mô tả
Chiều cao so với mực nước trung
bình (m)
Mực nước triều cao nhất (HAT) 1.21
Mực nước triều thấp nhất (LAT) -0.67
Nước dâng do bão (surge) (1 năm) 0.33
Nước dâng do bão (surge) (10 năm) 0.46
Nước dâng do bão (surge) (100 năm)

0.59
Khoảng dữ trữ (a) 0.5

Mực nước chuẩn: chart datum = MSL+LAT

= 42.8 - 0.67 = 42.13 (m)
Các độ sâu nước : 1 năm=MSL+HAT+surge+a
= 44.84 m
10 năm=MSL+HAT+surge+a
= 44.97 m
100 năm=MSL+HAT+surge+a
= 45.10 m







TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
9

(102)

2.1.2. Số liệu về sóng
Chiều cao sóng và chu kì sóng được lấy trong các bảng sau:
Bảng 2.2: Số liệu chiều cao sóng và bão nhiệt đới chu kỳ 1 năm
Hướng
H
max
(m)
Th
max
(s)
Omni 3.5 6.3
North (N) 3.0 5,9
North-East (NE) 3.5 6.3
East (E) 2.6 5.5
South-East (SE) 1.9 4.9
South (S) 1.2 4.0
South-West (SW) 1.3 4.2
West (W) 1.8 4.8
North-West (NW) 2.4 5.4
Bảng 2.3: Số liệu chiều cao sóng và bão nhiệt đới chu kỳ 10 năm
Hướng
H
max
(m)
Th
max
(s)

Omni 9.2 9.3
North (N) 7.8 8.7
North-East (NE) 9.2 9.3
East (E) 6.8 8.2
South-East (SE) 5.0 7.3
South (S) 3.1 6.0
South-West (SW) 3.5 6.3
West (W) 4.7 7.1
North-West (NW) 6.4 8.0
Bảng 2.3: Số liệu chiều cao sóng và bão nhiệt đới chu kỳ 100 năm
Hướng
H
max
(m)
Th
max
(s)
Omni 14.9 11.3
North (N) 12.7 10.6
North-East (NE) 14.9 11.3
East (E) 11.0 10.0
South-East (SE) 8.2 8.9
South (S) 5.0 7.3
South-West (SW) 5.7 7.7
West (W) 7.6 8.6
North-West (NW) 10.4 9.8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
10

(102)



Bảng 2.5: Số liệu chiều cao sóng và chu kỳ gió mùa 1 năm
Hướng
H
max
(m)
Th
max
(s)
Omni 7.5 8.9
North (N) 4.1 7.0
North-East (NE) 7.5 8.9
East (E) 7.1 8.7
South-East (SE) 3.1 6.2

South (S) 3.1 6.2
South-West (SW) 4.6 7.3
West (W) 4.2 7.0
North-West (NW) 3.0 6.1

Bảng 2.6: Số liệu chiều cao sóng và chu kỳ gió mùa 10 năm
Hướng
H
max
(m)
Th
max
(s)
Omni 9.7 10.3
North (N) 5.3 8.1
North-East (NE) 9.7 10.3
East (E) 9.2 10.0
South-East (SE) 4.0 7.2
South (S) 4.0 7.2
South-West (SW) 5.9 8.4
West (W) 5.4 8.1
North-West (NW) 3.9 7.1

Bảng 2.6: Số liệu chiều cao sóng và chu kỳ gió mùa 100 năm
Hướng
H
max
(m)
Th
max

(s)
Omni 11.8 10.8
North (N) 6.5 8.4
North-East (NE) 11.8 10.8
East (E) 11.2 10.5
South-East (SE) 4.8 7.4
South (S) 7.1 8.7
South-West (SW) 6.6 8.5
West (W) 5.4 8.1
North-West (NW) 4.8 7.4



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
11

(102)

2.1.3. Số liệu về gió
Vận tốc gió dc cho trong 1h được cho trong bảng sau:

Chu kì lặp, chế độ hoạt động Vận tốc gió (m/s)
1 năm trạng thái vận hành 16.5
10 năm trạng thái vận hành 20.8
100 năm trạng thái cực hạn 31.2

Chú ý: khi thiết kế ta thiết kế với vận tốc gió trung bình trong 1 phút
2.1.4. Số liệu về dòng chảy
Bảng 2.7: Số liệu chiều cao sóng và chu kỳ gió mùa 100 năm

Hướng N
(m/s)
NE
(m/s)
E
(m/s)
SE
(m/s)
S
(m/s)
SW
(m/s)
W
(m/s)
NW
(m/s)

OMNI
(m/s)
1-Năm
Gần bề mặt
Đáy biển

0.44
0.25

1.23
0.32

1.28
0.38

0.68
0.36

0.68
0.32

1.02
0.46

1.10
0.48

0.55
0.43

1.28
0.48
10-Năm
Gần bề mặt
Đáy biển

0.50
0.32

1.39
0.41

1.45
0.48

0.77
0.46

0.78
0.40

1.15
0.58

1.25
0.60

0.62
0.54

1.45
0.60
100-Năm
Gần bề mặt
Đáy biển

0.55
0.38

1.56
0.49

1.63
0.58

0.86
0.55

0.87
0.48

1.29
0.70

1.40
0.73

0.69
0.66

1.63
0.73

2.1.5. Số liệu về hà bám
Chiều dày hà bám thay đổi theo độ sâu như sau:

Độ sâu nước Chiều dày hà bám (mm)
MSL đến -5 65
-5 đến -15 56
-1 đến -25 47
-25 đến -35 38
-35 đến đáy biển 38

Khối lượng riêng hà bám :1.4T/m
3




TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
12

(102)



2.1.6. Ăn mòn
- Ăn mòn trong vùng nước bắn: Vùng sóng bắn sẽ được định nghĩa bằng
chiều cao giữa cao độ EL(+) 5m so với mực nước triều thấp nhất đến cao độ
EL(-) 4m so với mực nước triều thấp nhất.
Trong vùng này, đối với các ống chính chiều dày ăn mòn cho phép là 6mm,
với các phần tử khác chiều dày ăn mòn cho phép là 3mm.
- Ăn mòn vùng ngập nước : Tất cả các phần tử ngập trong nước sẽ được chống
ăn mòn bằng hệ thoongd anode.
2.2. Số liệu về địa chất.
Số liệu địa chất được lấy theo tài liệu : VT/123-10A ngày 19/1/2011 của Offshore
work , Malaysia.
Địa chất bao gồm các lớp như sau:


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI

THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
13

(102)




Một trong những số liệu rất quan trọng cho việc mô tả sự lằm việc đồng thời giữa
cọc và nền đất là các đường cong T-Z, Q-Z, Y-Z.
Sự mô tả này được lập bằng phần mềm SAC 5.3
Các thông số của các đường cong này sẽ được lấy trong phụ lục 1
2.3. Thông số về thiết bị
2.3.1. Main Deck
2.3.2. Mezzanine Deck
2.3.3. Cellar Deck
Các thông số này được lấy trong phụ lục 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI

THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
14

(102)



2.4. Đơn vị
Đơn vị sử dụng trong đồ án là đơn vị trong hệ đơn vị quốc tế SI
2.5. Hướng giàn khoan
Hướng bắc của giàn lệch với hướng bắc địa lí 45 độ Tây

CHƯƠNG 3 : CÁC YÊU CẦU KHÁC
3.1. Vật liệu
Các loại vật liệu và đặc trưng sự dụng được mô tả trong các tiêu chuẩn API SPEC
2W, SPEC 2Y , SPEC 5L và ASTM A709, A36.

Loại thép Chiều dày ứng suất chảy dẻo Ứng suất kéo Max
TYPE I&II Tất cả 345 483
TYPE IA&IIA Tất cả 415 517
TYPE III Tất cả 358 455
TYPE IV t≤ 50 345 450
TYPE V t≤ 20 250 400
TYPE VI Tất cả 240 415

Các hàng số vật liêu.:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
15

(102)



- Mô đun biến dạng (E) :200000 N/mm
2

- Mô đun (G) :80000 N/mm
2

- Hệ số Poission: 0.3
- Khối lượng riêng : 7850 kg/m
3

3.2. Tiêu chuẩn áp dụng
3.2.1. Tiêu chuẩn API
API RP 2A-WSD: Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore
Platforms- Working Stress Design (Quy hoạch, thiết kế và xây dựng công trình biển cố
định – Theo lý thuyết ứng suất cho phép ). 21
ts
[1]
3.2.2. Tiêu chuẩn ASIC
AISC : Steel Contruction Manual 13
ts
edition ( FOR STRUCTURE STELL
SHAPES & PROPERTIES ONLY)
AISC ASD : Specification pro Structural Stell Buidings-Allowable Stress Design
and Plastic Design with Commentary dated June 1 ,1989 [2]
3.2.3. Tiêu chuẩn ASW D1.1
Structural Welding code-Steel ( Tiêu chuẩn hàn cho kết cấu bằng thép).
3.2.4. CAP 437-Offshore Helicopter Landing Area-Guidance on Standard 6
th

edition
3.3. Phần mềm:
Phần mềm tính toán : SACS 5.3
SACS - Structure Analysis Computer System (Hệ thống phân tích kết cấu trên máy
tính) là phần mềm phân tích kết cấu do hãng Engineering Dynamics, Inc (EDI) phát triển.
SACS không chỉ dùng cho việc tính toán kết cấu công trình ngoài khơi mà còn áp dụng
cho cả các công trình dân dụng nói chung. SACS bao gồm nhiều modul chương trình
phân tích kết cấu được liên kết với nhau. Người dùng có thể quản lý việc nhập dữ liệu
dầu vào cũng như kết quả xuất ra, đồng thời sử dụng kết quả của modul chương trình này
để làm đầu vào cho chương trình khác. Tất cả các modul đều hoàn toàn tương thích với
hai hệ thống đơn vị kỹ thuật phổ biến là hệ mét và hệ đơn vị Anh.

Hệ thống SACS có khả năng hoàn chỉnh để áp dụng cho việc phân tích tĩnh và động
kết cấu, cũng như quá trình vận chuyển và thi công công trình ngoài khơi. Sau đây là sơ
đồ làm việc của chương trình:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
16

(102)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
17

(102)



CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG THIẾT KẾ
4.1. Mô hình
4.1.1. Mô hình kết cấu chân đế
Mô hình Jacket gồm có các ống chính , các nút và các chi tiết khác được mô hình

bằng phần mềm Sac 5.3 . Khoảng cách các thanh ở nút là 75mm.
Jacket có 4 ống chính với đường kính cọc là 1372 mm , cọc được liên kết với đỉnh
ống chính bằng liên kết hàn. Jackket có 4 mặt , có một mặt đứng RowB, các Row A, Row
1 và Row 2 có độ nghiêng 1: 10. Cọc của Jacket từ cao độ +8m đến cao độ -44.13m. cao
độ điểm làm việc là +10m và kích thước trên đỉnh 12m (E/W) x 14m (N/S) , kích thước ở
mặt ngang cuối 22.426m (E/W) X 19.213m (N/S).
Jacket có các mặt ngang với các cao độ:
 EL(-) 42.130 m ( Mặt đất)
 EL(-) 26.500 m
 EL(-) 8.000 m
 EL(+) 6.500 m
Chiều dài tính của các phần tử được lấy theo tiêu chuẩn API :
Phần tử Ky Kz
Jacket leg and piles 1.0 1.0
Jacket Braces (K,Y, T) 0.8 0.8
Jacket Braces (X) 0.8/0.9 * length segment 0.8/0.9 * length segment


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG

SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
18

(102)





TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
19

(102)



4.1.2. Mô hình khối thượng tầng
Tất cả các phần tử chính của thượng tầng đều được mô hình đầy đủ bằng mô hình 3D

bằng phần mềm SAC 5.3.
Topside có 5 mặt ngang với các cao độ như dưới đây:

 Helideck (+) 33.500 m
 Main Deck (+) 27.500 m
 Mezzanine Deck (+) 23.500 m
 Cellar Deck (+) 19.500 m
 Sub-Cellar Deck (+) 15.500 m
Chiều dài tính của các phần tử được lấy theo tiêu chuẩn API :
Phần tử Ky Kz
Deck member 1.0 1.0
Deck Braces 1.0 1.0
Deck truss web member 0.8 1.0
Cantilever members 2.0 2.0


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
20

(102)



4.2.Tải trọng và tổ hợp tải trọng
4.2.1. Tải trọng bản thân kết cấu
Tải trọng bản thân kết cấu đã được mô hình được chương trình SACS 5.3 tự tính.
Tải trọng của các kết cấu thép phụ, kết cấu phụ chưa được mô hình trong kết cấu sẽ
được gán thành các tải tập trung hoặc phân bố đều.
4.2.2. Tải trọng môi trường
a. Tải trọng sóng , dòng chảy
 Xác định lí thuyết sóng theo Tiêu chuẩn API RP 2A-WSD
Tải trọng sóng được tính toán theo tiêu chuẩn API RP2A WSD 21
st
edition 2000.
Khi có dòng chảy cùng hướng với hướng sóng, tác động của dòng chảy sẽ làm thay
đổi chiều dài sóng sóng. Do đó chu kỳ sóng thực tế khác với chu kỳ sóng khi có tác động
của dòng chảy.
Xét tỷ số: d/gT
2

Nếu d/gT
2
< 0.01 thì sử sử dụng công thức
gdVTT
app 1
1/ 
để tính T
app

Nếu d/gT
2
> 0.01 thì tính theo đồ thị 2.3.1-1 API.
Với d là độ sâu nước; V
1
là vận tốc dòng chảy; g là gia tốc trọng trường; T là chu kỳ
sóng có ảnh hưởng của dòng chảy.
Để lựa chọn lý thuyết sóng tính toán, dựa vào thông số H và T
app
và độ sâu nước d
ta xác định được các tỷ số H/gT
2
app
và d/gT
app
2
. Từ hai thông số trên, căn cứ vào đồ thị
2.3.1-3 API ta xác định được lý thuyết sóng tính toán.
- Điều kiện vận hành:
H
max
= 7.5 m
T= 8.9 sec
d= 44.84 m
H/gT
2
= 0.0097
d/gT
2

= 0.0577

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
21

(102)




Lí thuyết sóng tính toán là lí thuyết sóng Stocks bậc 5
- Điều kiện cực hạn:
H
max
= 14.9 m
T= 11.3 sec
d= 45.1 m
H/gT

2
= 0.0119
d/gT
2
= 0.0360

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
22

(102)




Lí thuyết sử dụng trong điều kiệ cực hạn là lí thuyết sóng Stocks bậc 5
 Cơ sở lí thuyết xác định tải trọng sóng,dòng chảy theo lí thuyết sóng Stocks
bậc 5
Kết hợp với vận tốc dòng chảy, sau khi cộng vectơ với vận tốc sóng thay vào công

thức Morison ta sẽ được tải trọng sóng phân bố trên chiều dài phân tử.
Phương trình Morison là phương trình cho phép tính tải trọng sóng F(t), có giá trị
phân bố trên đơn vị dài của phần tử kết cấu (dạng trụ mảnh) gồm các thành phần lực gia
tốc và vận tốc:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
23

(102)




Trong đó:
w : Khối lượng riêng của nước biển, w = 1025Kg/m
3
.
g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s

2
.
A : Diện tích hình chiếu của phần tử kết cấu lên mặt phẳng vuông góc với trục V
x
,
m
2
/l.
V : Thể tích choán nước của phần tử trên một đơn vị chiều dài, m
3
/m.
C
D
: Hệ số cản vận tốc phụ thuộc vào bề mặt của phần tử.
C
m
: Hệ số nước kèm (hay hệ số quán tính của tải trọng sóng tác dụng lên kết cấu).

D : Đường kính ngoài của phần tử có kể đến hà bám, m.
V
x
: Thành phần vector vận tốc chiếu lên phương vuông góc với trục của phần tử
V
x
= V
xsóng
+ V
xd/c
(m/s)
a

x
: Thành phần gia tốc chiếu lên phương vuông góc với trục của phần tử và bỏ qua
thành phần gia tốc của dòng chảy.
Chú ý: Việc xác định chính xác các hệ số C
D
, C
m
là rất khó bỏi các hệ số này
không những phụ thuộc vào hình dạng, bề mặt của vật cản mà còn phụ thuộc vào chuyển
động của chất lỏng (Phụ thuộc vào số Reynold R
e
và Kenlegan-Carpenter)
Theo tiêu chuẩn API RP 2A-WSD mục 7 trang 15 đối với vật cản là hình tròn thì:
Bề mặt vật cản là nhẵn (Không có hà bám…) C
D
= 0.65 và C
m
= 1.6
Bề mặt vật cản là nhám (Vùng có hà bám,protector…) C
D
= 1.05 và C
m
= 1.2
Tải trọng sóng dòng chảy được chương trình SACS 5.3 tự tính.
c. Tải trọng gió
Tải trọng gió tác động lên khối thượng tầng được tính toán với tốc độ gió trung bình
trong thời gian 1 phút

 
mNaV

g
w
CVVA
g
w
CFFF
xmxxDID
/
2
1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
24

(102)

 Phương pháp tính toán tải trọng gió tác động lên công trình
Lực do gió tác dụng lên kết cấu được tính toán theo công thức sau:
2
2
S
F u C A

 
   
 
 

 F: lực gió, (N)
 ρ: Khối lượng riêng của không khí: 0.0023668 slugs/ft
3
= 1.2198 kg/m
3

 u: Vận tốc gió ở độ ở độ cao z so với mực nước biển, (m/s)
 Cs: hệ số kể đến hình dạng kết cấu:
Đối với kết cấu bao kín, Cs=1.0
Đối với kết cấu hình trụ, Cs = 0.5
 A: Diện tích mặt đón gió. (m
2
)
Vận tốc gió thiết kế, tại độ cao z so với mực nước tĩnh tương ứng với một thời gian
trung bình cho trước t(s), t ≤ t
o
, với t

o
=3600 (giây) được tính toán theo công thức:
     
, 1 0.41
u
O
t
u z t U z I z ln
t
 
 
    
 
 
 
 

(m/s)
Trong đó:
 U(z, t): là vận tốc gió tại độ cao z trong thời gian đo là 1giờ, được tính theo công
thức:
 
1
10
O
z
U z U C Ln
 
 
   

 
 
 
 
(m/s)
 C: hệ số được tính theo công thức:
 
1/2
2
0
5.73 10 1 0.0457 3.28C U

     

Trong đó 3.28 là hệ số đổi từ đơn vị m/s sang ft/s (1m/s = 3.28 ft/s)
 I
U
: Cường độ nhiễu loạn của gió tại độ cao z, tính theo công thức:

 
0.22
0.06 1 0.0131 3.28
10
U o
z
I U

 
      
 

 
 

 U
o
: Vận tốc gió trung bình đo trong 1h tại độ cao 10m so với mực nước tĩnh.
 Tải trọng gió tác động lên các sàn
Tải trọng gió được tính toán bằng phần mềm SACS 5.3 theo 8 hướng gió. Tải trọng
gió tác động lên các sàn trong trạng thái làm việc và trạng thái bão cực hạn .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

TỔNG CÔNG TY CP DVKT DẦU KHÍ
CÔNG TY CP DV CK HÀNG HẢI



THIẾT KẾ CHI TIẾT KHỐI THƯỢNG TẦNG, CHÂN ĐẾ GIÀN
HẢI SƯ ĐEN

CBHD: ThS. BÙI HOÀNG ĐIỆP TRANG
SVTH: Hồ Đức Đạt –8169.52 – Lớp 52CB2
25

(102)



d. Tải trọng hà bám

Trọng lượng hà bám phần mềm sẽ tự tính giống như tải trọng bản thân.
Hà bám sẽ làm ảnh hưởng đến tải trọng của sóng và dòng chảy, phần mềm sẽ tự
tính. Khi đó kích thước ống sẽ được tăng lên làm tăng kích thước cản sóng, làm thay đổi
các hệ số cản vận tốc Cd và hệ số cản quán tính Cm.
4.2.3. Tải trọng thiết bị.
Tải trọng thiết bị sẽ được phân bố đều về các dầm hoặc các điểm tiếp xúc giữa thiết
bị và dầm tùy thuộc vào bố trí dầm sàn và cấu tạo sàn đế thiết bị.
a. Main Deck : Theo Equipment Layout và Equipment List.
Xem phụ lục 3.1
b. Mezzanine Deck: Theo Equipment Layout và Equipment List.
Xem phụ lục 3.2
c. Cellar Deck: Theo Equipment Layout và Equipment List.
Xem phụ lục 3.3
d. Sub-Cellar Deck: Theo Equipment Layout và Equipment List.
Xem phụ lục 3.4
e. Tải trọng cẩu.
- Trường hợp cẩu nghỉ : 609.80 kN
- Trường hợp vận hành:
 Tải đứng tại trụ cẩu: 1560 kN
 Mô men quy về trụ cẩu: 14200kN.m
 Lực ngang : 4% của lực đứng
Tải trọng của cẩu được tính toán với 8 hướng theo hướng gió.
f. Tải trọng máy bay:
Tải trọng của máy bay được tính toán dựa vào tiêu chuẩn CAP 37