Bài tập công trình ngoài khơi - chương 2

1

CÔNG TRÌNH NGOÀI KHƠI
BÀI TẬP CHƯƠNG 2
2.1. Một sóng có chu kỳ T=10s truyền vào bờ qua một mái dốc đều từ độ sâu d=200m
đến d=3m.
- Tính vận tốc sóng C và chiều dài sóng L tương ứng tại vị trí có độ sâu d=200m và
d=3m.
2.2. Sóng có chu kỳ T=8s, độ sâu nước d=15m, chiều cao sóng H=5.5m.
- Tính vận tốc phần tử nước theo phương ngang u và theo phương đứng w, gia tốc
x

và
z

tại vị trí có mz 5


dưới mực nước tĩnh khi 322

 TtLx .
2.3. Sóng tại vị trí có độ sâu nước d=12m, chiều cao sóng H=3m, chu kỳ sóng T=10s.
Chiều cao sóng nước sâu của con sóng kể trên là
mH 13.3
0

. Tính:
(a) Dịch chuyển lớn nhất theo phương ngang và theo phương đứng của phần tử
nước so với vị trí cân bằng khi 0

z và dz



.
(b) Dịch chuyển lớn nhất của phần tử nước tại độ sâu mz 5.7


khi sóng trong
vùng nước rất sâu.
(c) Với điều kiện tương tự như câu (b), chứng minh rằng dịch chuyển của phần tử
nước là nhỏ so với chiều cao sóng khi
2
0
Lz 
.
2.4. Áp suất lớn nhất trung bình
2
/124 mKNp 
đo được cách đáy biển 0.6m tại vị trí có
độ sâu nước là d=12m. Tần số sóng trung bình Hzf 06667.0

.
Tính chiều cao sóng H theo lý thuyết sóng tuyến tính.
Gợi ý: fT 1
2.5. Bài tập ví dụ tính toán sóng Stokes:
Sóng có chiều cao H=10.7m, L=115m, độ sâu nước d=23m.
Yêu cầu: Xác định dạng đường mặt sóng và tính toán lại chiều cao sóng, xác định
thành phần vận tốc của hạt nước theo lý thuyết sóng Stokes.
Hướng dẫn:
Đầu tiên ta xác định tham số chiều cao sóng a.
2

Từ công thức (2.49):




5535
5
33
3
2 FFaFaakH 

Suy ra:
 
5535
5
33
3
2
FFaFa
kH
a 
Sử dụng phương pháp thử dần (lặp) để tính a.
Ở đây: 20.0
115
23

L
d

0546.0
115
14.322

x
L
k

=> 292.0
2

kH

Tra Bảng 2.3 tìm các tham số sóng: F
33
= 0.996; F
35
= 3.679; F
55
= 1.734.
Tính lặp cho kết quả a = 0.267.
Từ đó ta có công thức tính độ lệch của mặt sóng từ mực nước tĩnh là:







5cos0427,04cos116,03cos44,02cos32,1cos84,4







Với góc
tkx





Giá trị cực trị của độ lệch

phụ thuộc vào

:
Khi 0


: m76.6
max



Khi




: m90.3
min



Chiều cao sóng tính toán: mmmH
tt
66.1090.376.6 


2.6. Bài tập ví dụ 2:
Xác định tải trọng lớn nhất và momen của nó tại chân 1 tháp trụ đường kính
mD 22.1

dưới tác dụng của sóng có chiều cao mH 7.10

; chiều dài mL 115

; lan
truyền ở vùng có độ sâu
md 23

. Giả thiết 1
D
C ; 2
M
C .
Gợi ý:
Mặc dù trong trường hợp này, chiều cao sóng là khá lớn, nhưng có thể dùng lý
thuyết sóng Airy để đánh giá gần đúng tải trọng sóng.

Tính k,
Vì tỷ số giữa chiều cao sóng và đường kính cột lớn hơn 1 nên không thể bỏ qua
thành phần vận tốc của tải trọng sóng.
3

Tính thành phần vận tốc và thành phần gia tốc của hợp lực tải trọng sóng tác dụng
lên trụ theo công thức (2.60) và (2.61) với
 
t
H
.cos
2


.
Dùng phép phân tích số hoặc dùng máy tính để tính toán ứng với các giá trị khác
nhau để tìm ra giá trị cực đại của F và độ lệch mặt sóng. Từ đó có thể dễ dàng tính được
momen tải trọng sóng và cánh tay đòn của hợp lực.
Đáp số:
)(9.223
max
KNF 
, ).(3991 mKNM

, cánh tay đòn )(8.17 mb



2.7. Bài tập ví dụ 3:
Một kết cấu giàn khoan đơn giản gồm 4 trụ, nối nhau bằng liên kết ngang và chéo, các

mặt là như nhau (Hình 2.14). Hãy xác định tổng tải trọng sóng theo phương nằm ngang
tác dụng lên giàn (theo lý thuyết sóng Airy) với các thông số sau đây: H = 6m; L = 90m;
d = 24m, đường kính trụ D = 1,22m, đường kính phần tử liên kết D
’
= 0,61m.
Giả thiết 1
D
C ; 2
M
C .

Hình 2.14: Kết cấu chân đế giàn khoan. (a) Mặt bên, (b) Mặt trước
Tải trọng sóng nằm ngang lớn nhất được xác định bằng cách tính toán với những giá
trị khác nhau của
t
.

. Để đơn giản hóa việc tính toán, ta sử dụng lý thuyết sóng Airy.
Với trụ thẳng đứng, sử dụng công thức (2.59), (2.60), (2.61). Khi trụ nằm tại mặt
cắt x = 0 (tức là trụ 1-3), tải chỉ phụ thuộc vào
t
.

.
4

Khi tính cho trụ 4-6 (x = 15m) tại cùng thời điểm
t
.


thì tải sóng phụ thuộc


xkt 

. Cụ thể:
- Trụ 1-3: x = 0;
1
07.0

 mk
;
srad /8.0


; H = 6m;
3
/1026 mkg

; d = 24m




   
   
tkz
tt
kzkz
F .sin.sinh4.25

.cos cos
22sinh92.1
31







Với:


tdz .cos324


- Trụ 4 -6:





   
   
ktkz
ktkt
kzkz
F 15.sin.sinh4.25
15.cos.15.cos
22sinh92.1

64








Với:


ktdz 15.cos324 


Vậy tải trọng tính cho cả 4 trụ đứng là:


6431
2



FFF
Với , giá trị tổng tải trọng do sóng tác dụng lên 4 trụ đứng là:


KNF 2745.695.672



