Thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực trong giai đoạn khai thác

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2


I.

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Nhiệm vụ của đồ án :Thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực trong giai đoạn khai
thác.
GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH

Công trình biển trọng lực là loại công trình làm việc theo nguyên lý móng nông, đứng ổn
định trên mặt đáy biển nhờ trọng lượng bản thân và trọng lượng công nghệ.
Một trong những ưu điểm nổ bật của công trình biển trọng lực là toàn bộ ( hoặc phần lớn)
kết cấu công trình được chế tạo trên bờ, sau đó lai dắt công trình ra vị trí xây dựng đánh chìm,
giảm thiểu thời gian thi công ngoài khơi do vậy tránh được những rủi do khi thi công dài ngày
ngoài khơi.
Để tận dụng được những ưu điểm trên, các công trình phải được thiết kế sao chô tự nổi
ổn định trong quá trình lai dắt từ vị trí thi công ven bờ đến nơi xây dựng công trình. Để tang ổn
định cho công trình, thường cấu tạo phần đế lớn để hạ thấp trọng tâm công trình. Trọng tâm càng
thấp thì công trình càng ổn định.
Ngoài ra, bê tông còn là vật liệu rẻ tiền hơn thép, có thể sử dụng nguồn nhân công địa
phương. Khả năng chống ăn mòn xâm thực của môi trường mạnh như nước biển tốt. Quá trình
duy tu bảo dưỡng ít hơn so với công trình biển cố định bằng thép.Có thể sử dụng các khoảng
không gian ngầm trong công trình như các silo.
Các nhước điểm mà công trình biển trọng lực là : - Kích thước trọng lượng lớn dẫn đến
tính linh hoạt kém. Đòi hỏi thi công trên bờ phải có ụ khô, cảng nước sâu.
II.
ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƢỢNG HẢI VĂN, ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH.

1. Số liệu thủy triều và nƣớc dâng tại vị trí xây dựng công trình.
Các thông số đề bài

Đề 2

Biên động triều lớn nhất d1 (m)

2

Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2 ( m )

1.5

2. Độ sâu nƣớc tại vị trí xây dựng công trình.
do=30m
3. Số liệu về sóng.

1


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Chu
kỳ lặp

Hướng

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

100
Năm

H, m

10.8

16.4

9.9

6.2

8.6

13.1

9.3

7.4

T, s

10.3

13.4

11.6

10.8

12.4

12.5

12

12.3

50
Năm

H, m

9.7

15.6

9.2

5.6

8

12.4

8.8

6.9

T, s

10

14.1

11.5

10.5

12.1

12.4

11.9

11.7

25
Năm

H, m

8.8

14.7

8.7

5.2

7.7

11.1

8.5

6.5

T, s

9.9

14.3

11.4

10.2

11.8

12.4

11.8

11.7

H, m

5.6

13.7

6.8

3.8

6.2

9.7

7.1

4.8

T, s

9.4

13.9

11

9.4

10.6

12.1

11.6

11

H, m

2.6

11.8

4.8

2.4

4.6

7.3

5.8

3

T, s

9.1

13.3

10.5

9.1

9.2

11.7

11.3

9.9

5 Năm
1 Năm

4. Số liệu về dòng chảy.

Vận tốc dòng chảy thiết kế với chu kỳ lặp 100 năm, tương ứng với các hướng sóng.
Vận tốc dòng chảy mặt :
Các thông số

Hướng sóng
N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Vận tốc (cm/s)

93

137

100

173

224

181

178

121

Hướng (độ)

240

242

277

41

68

79

78

134

Vận tốc dòng chảy đáy :
Các thông số

Hướng sóng
N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Vận tốc (cm/s)

68

119

90

109

182

137

119

97

Hướng (độ)

2

300

60

295

329

53

329

197

5. Số liệu về hà bám.
Phạm vi hà bám từ mực nƣớc

Chiều dày
hà bám

thấp nhất trở xuống

(mm)

Từ mực nước thấp nhất 0 (m) đến -4 (m)

80mm

Từ - 4 (m) đến -8 (m)

87mm

2


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Phạm vi hà bám từ mực nƣớc

Chiều dày
hà bám

thấp nhất trở xuống

(mm)

Từ -8(m) đến -10 (m)

100mm

Từ -10 (m) đến đáy biển
Trọng lượng riêng hà bám : γ=1.6 T/m3

70mm

6. Số liệu về gió.
Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây với chu kỳ lặp 100 năm đo ở dộ cao 10m so với mực
nước chuẩn.
Chu kỳ
lặp - năm

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Vận tốc gió trung bình đo trong 2 phút
100

38.4

49.3

0

20.8

2

35.7

34.2

33.5

50

36.2

45

9.1

19.2

1.4

33.4

32.7

31.8

25

34.2

40.6

7.4

18.2

0.4

31.5

30.4

29.2

10

30.6

37.5

6.3

16.8

9.2

28.2

27.5

26.5

5

28.5

34.6

5.2

15.5

8.4

26.2

25.2

21.3

1
Chu kỳ
lặp - năm

23

26

2

12.7

6

21

20

18

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Vận tốc gió trung bình đo trong 1 phút
100

39.7

50.9

1

21.4

2.7

36.9

35.3

34.6

50

37.4

46.5

0.1

19.8

22.1

34.5

33.8

32.8

25

35.3

41.9

28.3

18.8

21.1

32.5

31.4

30.2

10

31.6

38.7

27.2

17.4

19.8

29.1

28.4

27.4

5

29.4

35.7

26

16

19

27.1

26

22

1

23.8

26.9

22.7

13.1

16.5

21.7

20.7

18.6

Chu kỳ
lặp - năm

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

39.8
38.1

39
37

100
50

44.7
42.1

Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây
57.4
4.9

24.2
5.6
41.6
52.4
33.9
22.3
24.9
38.9

3


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Chu kỳ
lặp - năm

N

25
10
5
1

NE

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

E

SE

S

SW

Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây
47.3
31.9
21.2
23.7
36.7
43.7
30.6
19.6
22.4
32.8
40.3
29.3
18
21.4
30.5
30.3
25.6
14.8
18.6
24.4

39.8
35.6
33.2
26.8

W

NW

35.4
32
29.3
23.3

34
30.8
24.8
21

7. Số liệu về địa chất công trình.
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10

Cao trình
Dày(m)
Từ
Đến
0.00
-h1
h1
-h1 -(h1+h2)
h2
h3
h4
h5
h6
-

-

h7
h8
h9
h10

Loại đất
Cát hạt trung
Cát pha
Cát nhỏ
Đất sét
Sét pha

Cát nhỏ lẫn
bùn
Sét pha
Cát nhỏ
Sét cứng
Cát pha nhỏ

Đề Số
h1, h3, h5, h7, h9 (m)
h2, h4, h6, h8 (m)
III.

γn
(kN/m3)
20
20
20
18.5
19.5
19

υ'
(°)
35
27.5
32.5
20
22
32.5

c'
(kPa)
0
0
0
8
2
0

E0
(Mpa)
46.7
10
20
3.3
4.7
26.7

18
19
19
20

22
35
18
32.5

5
0

10
0

6.7
26.7
6.7
20

2
3
4

ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH.

1. Độ sâu nƣớc và nƣớc dâng.
Độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình: do = 30m
- Nước dâng do triều lớn nhất : d1 = 2m
- Nước dâng tương ứng với bão thiết kế : d2 = 1.5m
 Mực nước tính toán : d =do + d1 + d2 = 30 + 2 + 1.5 = 33.5 (m).
2. Hƣớng đặt công trình.
Công trình dạng trụ đỡ đứng với hình dáng trụ và đế móng là dạng tròn. Do vậy việc lựa chọn
hướng đặt cônh trình chủ yếu phụ thuộc vào hình dáng của kết cấu thượng tầng để giảm thiểu

4


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh

Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

tác động của môi trường. Tuy nhiên tải trọng môi trường tác dụng lên thượng tầng chỉ là tải trọng
gió mà chỉ chiếm khoảng 10 -15% tổng tải trọng tác dụng lên công trình. Chính vì những lý do
này mà việc lựa chọn hướng đặt công trình biển bê tông trọng lực như thế nào cũng không quá
quan trọng miễn sao cho việc thi công thượng tầng càng dễ dàng càng tốt.
3. Mô tả kiến trúc công trình.
Kiến trúc công trình gồm 5 phần chính: thượng tầng, kết cấu đỡ thượng tầng, trụ đỡ, đế móng,
chân khay.
Thượng tầng bao gồm :
- Khối nhà ở : gồm nhà ở cho 12 người, chứa thiết bị đo khí tượng hải văn. Dạng nhà hình tam
giác trên mái có vườn khí tượng có đặt các dụng cụ đo.
- Sàn chịu lực : đỡ kết cấu nhà và trong longf làm bể nước ăn 50m3.
- Sàn công tác đỡ nhà vệ sinh kho chứa giá và xuồng, bể chứa dầu, cầu thang di động.
Trụ đỡ bao gồm :
- Trụ làm bằng bê tông cốt thép hoặc BTCT UST tiết dện vành khuyên.
- Dầm đỡ thượng tầng.
Đế móng bao gồm :
- Đế móng là khối BTCT hoặc BTCT UST rỗng với mặt bằng tròn hay vuông.
- Hệ thống chân khay chạy vòng quanh đế móng.
- Phía trong đế móng có các hệ dầm sườn bê tông cốt thép, hoặc vách cùng bản đáy, bản nắp, bản
thành chia thành các khoang rỗng.
( Với đồ án nà coi như ko có thiết bị cập tàu.)
4. Trọng lƣợng phần thƣợng tầng và các thiết bị.
- Khối nhà ở = 70T, hoạt tải = 2T, dự trữ lương thực thực phẩm = 8T, nước ngọt = 50T.
- Hệ thống dàm thép chịu lực ở sàn chịu lực = 38T.

5

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

- Sàn công tác : nhà VS = 0,75T, kho = 1,45T, bể chứa dầu = 2,5T, trọng lựng bản than sàn công
tác = 11T.
5. Đặc trƣng cơ học của vật liệu.
* Thép cường độ cao có đặc trưng cơ lý :
-

Khố lượng riêng t = 7850 kG/m3

-

Cường độ tiêu chuẩn Rc = 17.000 kG/cm2

-

Cường độ tính tóan R = 11.000 kG/cm2

-

Modul đàn hồi E = 2.000.000 kG/cm2

* Thép thường nhóm CI, CII, CIII...
* Bê tông :
-

Với cấu kiên bê tông cốt thép thường : BT mác #  400

-

Với cấu kiện BTCT UST: BT mác #  500
IV.
PHƢƠNG ÁN THI CÔNG DỰ KIẾN.
1. Bƣớc 1: chế tạo trên bờ trong ụ khô.

Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT được chế tạo trong ụ khô. Sau khi chế
tạo xong, tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạo này tự nổi được và kéo ra khu nước gần bờ
để thi công tiếp bước hai.
2. Bƣớc 2: Ghép phao phụ vào công trình (gần bờ).
Tại vị trí gần bờ, tiến hành gắn các phao phụ bằng thép vào Khối chân đế đã chế tạo từ bước 1
để tăng tính nổi và ổn định của hệ Khối chân đế - phao phụ.
3. Bƣớc 3: Chế tạo và lắp dựng hoàn chỉnh (ở gần bờ).
Tiếp tục chế tạo nốt phần trụ BTCT còn lại, đồng thời lắp khối thượng tầng vào khối chân
đế. Hệ khối chân đế và phao phụ phải đảm bảo tính nổi và tính ổn định cho toàn bộ hệ
thống công trình sau khi đã chế tạo và lắp dựng ở bước 3 này.
4. Bƣớc 4: Lai dắt ra vị trí xây dựng ngoài khơi.
Dùng các tàu kéo, lai dắt hệ khối chân đế - phao phụ - thượng tầng ra ngoài khơi ( nơi vị
trí sẽ cố định công trình).
5. Bƣớc 5: San dọn nền và bơm nƣớc đánh chìm công trình.
Tại vị trí cố định công trình, tiến hành công tác san dọn nền đất, sau đó bơm nước vào
khối chân đế để công trình từ từ hạ xuống.chú ý phao phụ lúc này vẫn nổi trên mặt nước
và có tác dụng định vị công trình, dẫn hướng cho công trình từ từ hạ xuống đáy biển.

6

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

6. Bƣớc 6: Hoàn chỉnh các hạng mục khác.
Sau khi công trình hạ xuống, tiến hành các công tác khác nhau như : bơm phụt vữa bê
tông vào khe giữa đáy móng và nền đất, dằn vật liệu vào khối chân đế (nếu cần), tháo dỡ
phao phụ ra khỏi công trình, hoàn tất các việc phụ khác.

V.

GIẢI PHÁP KẾT CẤU.
1. Giải pháp kết cấu dầm đỡ thƣợng tầng.

- Kết cấu đỡ thượng tầng có dạng sàn phẳng được cấu tạo bằng thép hình, thép ống hoặc BTCT.
- Vì công trình làm bằng BTCT nên chọn luôn cấu tạo của kết cấu đỡ thượng tầng làm
bằng BTCT đổ toàn khối. Với trụ đỡ có các dạng sau (Hình vẽ):

1

3

2
1

2

3

1. Dầm đỡ
tầng
2. Thành trụ đỡ
3. Giao giữa các dầm

thượng

2. Giải pháp kết cấu trụ đỡ.
Với kết cấu thượng tầng như đầu bài cho thì chỉ có một trụ đỡ.
- Trụ đỡ có tiết diện hình vành khuyên. Đối với tác dụng của môi trường biển thì đây là
tiết diện có lợi nhất về khả năng chịu lực, tác dụng của tải trọng lên mọi phía của kết cấu là như
nhau. Mặt khác ta có lợi dụng khoảng rỗng ở bên trong của trụ đỡ để đặt các thiết bị khoan, ống
khoan, làm cầu thang lên xuống và phục vụ các hoạt động công nghệ khác.
- Trong trụ đỡ có các bản vách cách nhau một khoảng h(m), tạo độ cứng và ổn định cho
vách.
- Kích thước mặt cắt ngang và chiều dày của trụ đỡ có thể thay đổi.

7


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

- Việc thay đổi tiết diện kéo theo sự phức tạp trong thi công. Mà độ sâu nước tại vị trí đặt
công trình là 21 m, không quá lớn. Do vậy ta chọn tiết diện trụ không đổi trên suốt chiều dài.
3. Giải pháp kết cấu móng.

Việc chọn kích thước đế móng phụ thuộc phần lớn vào phương pháp thi công và các điều kiện về
ổn định về khả năng tự nổi, điều kiện bền và biến dạng của móng.Đế móng hình tròn, có thể là
hình vuông, chữ nhật, đế hình vòm hoặc đế có thể là tập hợp của các xi lô.
Nội dung thứ 1 : Xây dựng phƣơng án.
1. Xây dựng phƣơng án kiến trúc.
1.1.Xác định chiều cao KCĐ.
Chiều cao KCĐ được xác định theo công thức:
Hcđ= do+d1+d2+µ.ε.Hmax+Δo
Trong đó:
Hcđ: Chiều cao KCĐ (tính từ mặt đáy biển đến mép dưới của kết cấu đỡ thượng tầng)
do: độ sâu nước tại vị trí xây dựng
d1: biên độ triều
d2: biên độ nước dâng do bão
µ: hệ số điều chỉnh chiều cao sóng
ε: hệ số (0.5-0.7) phụ thuộc lý thuyết sóng tính toán
Δo: độ tĩnh không (Δo ≥ 1.5 m)
- Xác định Lý thuyết sóng với :

dtt = MNTT = 33.5 (m) ;

H = 16.4 (m) ; T= 14.3s.
*Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp : d/gT2 = 0.016 > 0.01 nên tra bảng theo API
(t-13), với V1/gT = 1.37/(9.81x14.3) =0.0097.
Trong đó : V1 : vận tốc mặt lớn nhất ứng với hướng sóng chủ đạo NE.
Tra bảng ta được : Tapp/T = 1.08 => Tapp = 15.444 (s).
Tra bảng với :

H
16.4


 7 x103
2
gTapp
9.81x15.4442

8


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

d
33.5

 0.014
2
gTapp
9.81x15.4442
 Thuộc Lý thuyết sóng Stokes bậc 5.
Khi đó : ε = 0.7
Với các dữ liệu đã cho thay vào công thức ta có:
Hcđ= 30+2+1.5+0.7x16.4+1.5 = 46.48 (m)
Chọn chiều cao KCĐ tính toán là Hcđ = 47 (m).
1.2.Lựa chọn sơ bộ các kích thước KCĐ.
*Sơ bộ lựa chọn các kích thước của các bộ phận trong đế móng dựa vào tài liệu BTCT :
1
1

+ Kích thước dầm phụ : hdầmphụ = (  ) .lnhịp
12 20
1 1
+ Kích thước dầm chính :hdầm chính = (  ) .lnhịp
8 12
+ Bề rộng dầm chọn trong khoảng b= (0.3÷0.5).hdầm
1

hb  ldàm
35

+Chiều dày bản : h  250
 b

a) Trụ đỡ và kết cấu đỡ thượng tầng.
+ Trụ đỡ:
- Tiết diện trụ đỡ là hình vành khuyên, đường kính trụ sơ bộ chọn là 6m.
- Chiều dày thành trụ sơ bộ chọn là 0.5m và không thay đổi trên suốt chiều dài, do
độ sâu nước không lớn (d = 30 m), nên áp lực thủy tĩnh cũng không lớn.
- Bên trong trụ có các bản vách cứng, sơ bộ chọn chiều dày bản vách là 0.4m >
0.25m, do các vách này ở bên trong trụ đỡ, không tiếp xúc với môi trường xâm thực nên lớp bảo
vệ nhỏ hơn lớp bảo vệ thành trụ đỡ. Khoảng cách giữa các bản vách đối với từng phương án
được chọn sơ bộ và được thể hiện trên hình vẽ (trong phần sau), và nằm trong khoảng từ 5÷7m.
+ Kết cấu đỡ thượng tầng:
- Kết cấu đỡ thượng tầng gồm 4 dầm giao nhau. Sơ bộ chọn chiều dài của dầm là
16m, do chiều rộng thượng tầng rộng 16m. Vì đường kính của trụ là
7m nên phần thừa của
dầm được coi là công xôn có chiều dài là 4.5m, từ đó sơ bộ chọn kích thước dầm là 0.5x1m, do

9

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

chiều cao dầm bằng 1/3 chiều dài đoạn công xôn, chiều cao dầm sẽ được giảm dần, đến mép
ngoài ta chọn chiều cao dầm là 0.6m > 0.15m, sao cho độ dốc từ 1/6 ÷ 1/3. Mục đích giảm là do
mômen giảm.
- Các kích thước của dầm đỡ thượng tầng thể hiện trên hình vẽ sau:

1

1

3

3

3500

2000

800

800

2

80
0

7000

1. Dầm đỡ thượng tầng
2. Thành trụ đỡ
3. Giao giữa các dầm
b) Kết cấu đế móng.
Kích thước đế móng thỏa mãn các điều kiện:
- Điều kiện về thi công (đó là khả năng tự nổi cùa công trình trong giai đoạn đầu
khi thi công xong đốt trụ đầu tiên)
T < Hđế
- Điều kiện về ổn định.
ho> 0
Trong đó:
T: là mớn nước của công trình.
Hđế: Chiều cao của đế.
ho: chiều cao ổn định ban đầu của công trình.

10


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Trong các loại hình dạng của đế móng thì kết cấu đế móng dạng hình tròn là tối ưu.
Bởi vì: kết cấu hình tròn chịu lực từ mọi phía là như nhau. Đế móng chịu áp lực thủy tĩnh từ mọi
phía, để tránh cho các bản thành bị chịu uốn ta sử dụng kết cấu hình tròn.
Sơ bộ lựa chọn cấu tạo đế móng như sau:
- Đường kính đế móng: 28m - Kết cấu dầm trụ đỡ (dầm chính): gồm 8 dầm trụ đỡ xuyên tâm, loại dầm trụ đỡ 2
nhánh. Kích thước của dầm trụ đỡ cho từng phương án được mô tả sau.
- Hệ dầm phụ theo phương vòng, sơ bộ chọn kích thước là 0.6x1 m.
- Chiều dày của bản đáy, bản nắp, bản thành chọn là 0.5 m.
- Chiều cao trụ và các kích thước khác thể hiện trong hình vẽ của từng phương án.
- Sơ bộ chọn chiều sâu của chân khay là 0.5 m.
1.3. Các phương án đưa
a) Phương án 1:
Trụ có tiết diện không đổi, đế móng dạng trụ tròn có bản nắp phẳng.
Hình dạng và các kích thước chọn sơ bộ thể hiện như trên hình vẽ:
Bảng tính các thông số của phương án 1:
STT

Tên cấu kiện

Cao trình

D,l ( m)

b,t ( m)

h (m)

1

Trụ dưới

0 –11

7

0.8

11

2

Trụ trên

11– 48

7

0.6

37

3

Vách 1

10.8–11.2

5.4

0.4

4

Vách 2

16.8– 17.2

5.8

0.4

5

Vách 3

22.8–23.2

5.8

0.4

6

Vách 4

28.8– 29.2

5.8

0.4

7

Vách 5

34.8 – 35.2

5.8

0.4

8

Vách 6

40.8 – 41.2

5.8

0.4

9

KC đỡ thượng tầng

46– 47

14

11

0.6

1


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2
1000

800

14000
7000

1

6000

600
2

400

800

6000

800x800

3

4

7000

48000

GHI CHÚ

6000

6000

6000

1

1

1
2
3
4

5

6

7

6

6000

500

800

5

7

1500

8

500
1000
17

11

14

13

12

2

10

11

12
13

500

16

800

1500

800

1000

8

18

10

11000

15

2

9

9
14
15

16

17

600

10

00

80
0

7000
17500
28000

12

18


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Cấu kiện
Bản đáy

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Chọn sơ bộ kích thước đế móng
h
b
D, l (m)
(m)
(m) Số lượng
0.5
1
28

V
(m3)

Trọng lượng
(T)

307.72

769.3

Dầm Bo

27

1

1

1

81.64

204.1

Dầm vòng bản đáy

17.5

0.8

0.8

1

33.56032

83.9008

Dầm phụ hướng tâm

5.25

1

0.6

8

25.2

63

Bản thành

28

10

0.5

1

431.75

1079.375

Dầm vòng bản thành

27

1

1

1

81.64

204.1

Bản nắp

28

0.5

1

307.72

769.3

Dầm vòng bản nắp

17.5

0.8

0.8

1

33.56032

83.9008

Dầm Bo

27

1

1

1

81.64

204.1

Dầm phụ hướng tâm

5.25

1

0.6

8

25.2

63

Dầm
chính

Nhánh nắp

11

1.5

0.8

8

105.6

264

Nhánh đáy

11

1.5

0.8

8

105.6

264

Chân
khay

Vòng ngoài

28

0.5

0.5

1

21.5875

53.96875

Trụ trong

7

0.5

0.8

1

7.7872

19.468

Cột
chống

Cột chống trong

9

0.8

0.6

16

69.12

172.8

Cột chống biên

9

1

0.8

8

57.6

144

Đáy

Thành

Nắp

Tổng
4442.31335
b) Phương án 2: Trụ có tiết diện không đổi, đế móng có dạng nắp mái tròn xoay.
Bảng tính các thông số của phương án 2:
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Tên cấu kiện
Trụ dưới
Trụ trên
Vách 1
Vách 2
Vách 3
Vách 4
Vách 5
Vách 6
Kết cấu đỡ thượng tầng

Cao trình
0 – 11
11– 47
10.5–11
16.8–17.2
22.8 – 23.2
28.8– 29.2
34.8 – 35.2
40.8– 41.2
46–47

13

D,l (m)
7
7
6
6

6
6
6
6
14

b,t ( m)
0.8
0.5

0.8

h (m)
11
36
0.5
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
1


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

16000
7000

800

1

6000

500
2

400

800

6000

800x800

3

4

7000

6000

6000

6000
48000

6000

1

1

8

15

2

11

16

500

14

13

9

12

50

50

0

0

60
0

7000
17500
28000

14

11000

5

2


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Chọn sơ bộ kích thước đế móng
Cấu kiện

D, l (m)

h (m)

b

Số lượng

0.5

1

Bản đáy

27

Dầm vòng bản đáy

17.5

1

0.5

1

Bản thành
Dầm vòng đỉnh
bản thành

Bản nắp tròn xoay

28

7

0.5

1

28

1.2

0.5

1

22.7

3.5

0.4

1

Dầm
đỡ

nắp

11.5

1.2

0.5

8

đáy

11

1.5

0.6

8

Chân
khay

Vòng ngoài

28

0.5

0.5

1

Trụ trong

7

0.5

0.8

1

Đáy

Thành
Nắp

Công thức tính thể tích hình cầu :
V= 4πr3/3 với r là bán kính.
Khi tính khối lượng bản nắp tròn xoay, ta coi bản nắp là một hình cầu rồi tính thể tích của hình
cầu, nó là hiệu số của 2 hình cầu (bên trong và bên ngoài, có hiệu số đường kính bằng bề dày của
bản nắp
2. Kiểm tra các kích thƣớc kết cấu đế móng của phƣơng án đã chọn.
*Kiểm tra ổn định nổi:
- Với các kích thước sơ bộ như đã chọn ở trên, trọng lượng của từng cấu kiện được thống
kê trong bảng sau:
Với tọa độ Zi được lấy so với gốc tọa độ được chọn là tâm của trụ, nằm trên mặt đáy biển.

15

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Cấu kiện

Đáy

Thành

Nắp

Gi(T)

ZiG(m)

MiZG,Tm

Bản đáy

769.3

0.3

230.79

Dầm Bo

204.1

0.55

112.255

Dầm vòng bản đáy

83.9008

0.7

58.73056

Dầm phụ hướng tâm

63

0.6

37.8

Bản thành

1079.38

5.5

5936.563

Dầm vòng bản thành

204.1

5.5

1122.55

Bản nắp

769.3

10.8

8308.44

Dầm vòng bản nắp

83.9008

10.6

889.3485

Dầm Bo

204.1

10.35

2112.435

Dầm phụ hướng tâm

63

10.7

674.1

Nhánh nắp

264

10.4

2745.6

Nhánh đáy

264

0.5

132

Vòng ngoài

53.9688

-0.25

-13.4922

Trụ trong

19.468

-0.25

-4.867

Cột chống trong

172.8

5.5

950.4

Cột chống biên

144

5.5

792

Tổng

4442.31

Dầm trụ đỡ

Chân khay
Cột chống

24084.65

Khi vật thể trong môi trường nước nó chịu một lực đẩy nổi, vật cân bằng với lực đẩy nổi khi
trọng lượng của nó bằng lực đẩy nổi.
FĐN = GKCĐ = 4442.31 T.
Thể tích nước mà khối chân đế choán chỗ, với trọng lượng riêng nước biển γnb=1.025T/m3 :
V=

GKCD

 nb

 4333.96 (m3).

Do đế móng đã chọn có phần chân khay cao 0.5(m), cho nên phần thể tích đế móng và trụ đỡ
không tính phần chân khay và cả các phần cấu kiện tính từ mép đáy bản đáy trở xuống là:
Vv= V - V1- V2- V3
Xác định thể tích choán nước phần phía dưới bản đáy:
+/ Vòng ngoài chân khay:

16

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Pck=53.97 T => V1 = 52.65 (m3)
+/ Trụ trong chân khay :
Ptt = 19.47 T => V2 = 19 (m3)
+/ Dầm chính dưới bản đáy:
Pdc = 264 T => V3 =257.7 (m3)
Vậy có :

Vv = 4004.61 (m3)

Từ đây xác định được mớn nước của phần kết cấu khi tháo nước vào ụ khô cách đáy chân
khay một đoạn:
T = 0.5+

Vv
4004.61
 0.5 
 7(m)
282
Sde

4

Vậy T = 7 (m) < 11 m => thỏa mãn điều kiện nổi.

*Điều kiện ổn định tĩnh:
Chiều cao ổn định ban đầu được xác định theo công thức sau:
ho = r - ZG + ZC
Trong đó:
ZG : Tọa độ trọng tâm của vật nổi.
ZC : Tọa độ phù tâm của phần ngập nước.
Còn r được xác định: r 

I
V

Trong đó :
I : Mômen quán tính mặt đường nước.
V : Thể tích vật chiếm chỗ.
Lượng nước choán chỗ như đã tính ở trên là:
V = 4004.61 (m3).
Mômen quán tính đường mặt nước :

17


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

I=


64

D4 =

Từ đó, ta có :


64

r

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

284  30171.86(m4 )

I 30171.86

 7.53(m)
V
4004.61

+/ Xác định tâm nổi :
Tọa độ tâm nổi được tính theo công thức sau:

M xy

ZC =

V

Trong đó mômen tĩnh thể tích đối với trục tọa độ OXY là :

Sck hck2  Sde (T  hck )2
2

M xy 

Diện tích chân khay :
Diện tích phần đế :

Sck =
Sđế =


4





 D2  ( D  2t )2   [282  (28  2*0.5) 2 ]  43.2( m2 )
4
4

282  615.75(m2)

Chiều cao chân khay : hck = 0.5m
Vậy : M xy = 13013.12 (m4) => ZC = 3.5 (m)
ZG =

 G .Z
G

i

i

i



24084.65
 6.01( m)
4004.61

Từ đây tính được : ho = 7.53 – 6.01 + 3.5 = 5.02 (m) > 0 => thỏa mãn điều kiện ổn định tĩnh.
Kết luận : Các kích thước kết cấu công trình đã chọn là tương đối hợp lý.

NỘI DUNG THỨ 2 : TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG
I. TÍNH TOÁN CÁC TẢI TRỌNG
I.1. Tải trọng bản thân khối chân đế
- Ta có bảng tính toán tải trọng bản thân khối chân đế:

18


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

D, l

(m)

Cấu kiện

h
(m)

b
(m)
0.5

Số
lượng
1

V
(m3)

Trọng lượng
(T)

307.72

769.3

Bản đáy

28

Dầm Bo

27

1

1

1

81.64

204.1

Dầm vòng bản đáy

17.5

0.8

0.8

1

33.56032

83.9008

Dầm phụ hướng tâm

5.25

1

0.6

8

25.2

63

Bản thành

28

10

0.5

1

431.75

1079.375

Dầm vòng bản thành

27

1

1

1

81.64

204.1

Bản nắp

28

0.5

1

307.72

769.3

Dầm vòng bản nắp

17.5

0.8

0.8

1

33.56032

83.9008

Dầm Bo

27

1

1

1

81.64

204.1

Dầm phụ hướng tâm

5.25

1

0.6

8

25.2

63

Dầm
chính

Nhánh nắp

11

1.5

0.8

8

105.6

264

Nhánh đáy

11

1.5

0.8

8

105.6

264

Chân
khay

Vòng ngoài

28

0.5

0.5

1

21.5875

53.96875

Trụ trong

7

0.5

0.8

1

7.7872

19.468

Cột
chống

Cột chống trong

9

0.8

0.6

16

69.12

172.8

Cột chống biên

9

1

0.8

8

57.6

144

Tổng

4442.31335

Đáy

Thành

Nắp

STT

Tên cấu kiện

Cao trình

D,l
(m)

b,t
(m)

h
(m)

V
(m3)

Trọng lượng
(T)

1

Trụ dưới

0 –11

7

0.8

11

171.3184

428.296

2

Trụ trên

11– 48

7

0.6

37

446.1312

1115.328

3

Vách 1

10.8–11.2

5.4

0.4

9.15624

22.8906

4

Vách 2

16.8– 17.2

5.8

0.4

10.56296

26.4074

5

Vách 3

22.8–23.2

5.8

0.4

10.56296

26.4074

6

Vách 4

28.8– 29.2

5.8

0.4

10.56296

26.4074

7

Vách 5

34.8 – 35.2

5.8

0.4

10.56296

26.4074

8

Vách 6

40.8 – 41.2

5.8

0.4

10.56296

26.4074

9

KC đỡ thượng tầng

46– 47

14

1

31.92

79.8

TỔNG

711.3406

1778.3516

19

0.6


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Tổng tải trọng bản thân khối chân đế là: 6220.67 (T)
I.2. Tải trọng hà bám
- Xác định tải trọng hà bám lên kết cấu tính từ mực nước thấp nhất xuống đáy biển
Khối lượng hà bám tại thanh thứ i là:
mh (i) = h.Ahi.Li
Trong đó:
h: khối lượng riêng của hà bám trong nước (h = 1300-1025 = 275 kg/m3)
Ah: Diện tích của hà bám được tính theo công thức:
Ahi = π/4*[(Di + 2t)2 - Di2]
Di: đường kính tiết diện ngoài trụ hoặc khối đế
t: chiều dầy của hà bám
Li: chiều dài của cấu kiện
Ta có tổng tải trọng hà bám:40.44 (T)

I.3. Tải trọng thượng tầng
- Tải trọng thượng tầng là tải trọng thẳng đứng, bao gồm: khối nhà ở, hoạt tải người sử dụng, dự
trữ lương thực thực phẩm, nước ngọt, sàn chịu lực, nhà vệ sinh, kho chứa, sàn công tác…
Ta có tổng tải trọng thượng tầng: 183.7 (T)
I.4. Tải trọng gió
- Tải trọng gió được tính toán theo tiêu chuẩn API với hướng tương ứng với hướng sóng đã
chọn:
Hướng: Đông Bắc(NE)
- Tính tải trọng do gió tác dụng lên phần công trình nằm phía trên mực nước tĩnh. Bản chất của
tải trọng gió là động, nhưng thành phần động của gió chỉ ảnh hưởng đến thượng tầng xét với
KCĐ nên trong đồ án này ta coi trong tính toán tải trọng gió là tĩnh.
- Công thức xác định tải trọng gió theo API:

F = 0,0473.Vz2.Cs.A

20


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Trong đó:
F: là lực gió tác dụng lên kết cấu (N).
Vz: Vận tốc gió trung bình đo trong 1h tại độ cao z so với mực nước tính toán (km/h).
A: Hình chiếu diện tích của vật cản lên phương vuông góc hướng gió (m2).
Cs : Hệ số khí động (xác định theo qui phạm).
Loại kết cấu

Cs

Kết cấu dầm, nhà tường đặc

1.5

Kết cấu trụ tròn

0.5

Sàn công tác

1

α

Vz = β.V10.(z/10)
Trong đó:

V10: Vận tốc gió trung bình đo trong 3s tại độ cao 10m so với mực nước tính toán (km/h), V10 =
57.4 m/s = 206.64 km/h
β: Hệ số gió giật, β = 1.33
α: hệ số lũy thừa, α = 0.125
z: cao độ điểm cần tính
Sơ đồ tính tải trọng sóng tác dụng lên trụ đỡ

21


3000

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

14000
8000

3000

2000

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí

Đồ Án Cố Định 2

F2

8000

F1

13500

F3

MNTT

- Bảng tính toán tải trọng gió lên phần trụ đỡ:

z(so với dtt)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13.5

Vz(km/h)
0
218.30618
233.97477
243.65659
250.76795
256.42658
261.14467
265.20142
268.76644
271.95077
274.8312
277.46314
279.88792
283.20402

A

F(N)
0
7889.714
9062.901
9828.461
10410.54
10885.67
11289.94
11643.43
11958.57

12243.62
12504.35
12745
12968.73
13277.86
Sum

7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7

22

F(T)
0.000
0.789
0.906
0.983
1.041
1.089

1.129
1.164
1.196
1.224
1.250
1.274
1.297
1.328
14.67087817


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

- Bảng tính toán tải trọng gió lên phần thượng tầng:
Loại

b(m)

h(m)

A(m2)

Cs

Vz(km/h)

F(N)

F(T)

Khối nhà ở

14

8

112

1.5

295.997

696219.8

69.622

Sân khí tượng

14

2

28

1

302.387

121100.5 12.110
Sum
81.73203

Ta có tổng tải trọng gió là: 96.403 (T)
I.5. Tải trọng sóng và dòng chảy
I.5.1. Xác định lý thuyết sóng tính toán
- Việc áp dụng lý thuyết sóng cho chuyển động sóng sẽ được căn cứ vào tương quan tỉ lệ giữa
H/gT2app và d/gT2app
- Xác định chu kỳ biểu kiến Tapp :

d
33.5

= 0.0166 > 0.01
2
g.T
9.81*14.32
Vm
1.37
= = 9.76*10-3

gT 9.81*14.3

Tra đồ thị 2.3.1-2 API RP có Tapp/T = 1.08 => Tapp = 15.444 s

23

Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

Đồ thị 2.3.1-3 API RP 2A-WSD
- Ta có:

H
16.4
= 0.007138

2
gT app 9.81*15.152
d
33.5
= 0.0143

2
gT app 9.81*15.4442

Vậy chọn lý thuyết sóng Stoke bậc 5 để tính toán với hướng sóng NE chu kỳ lặp 100 năm.

24


Khoa Công Trình Biển Và Dầu Khí
Đồ Án Cố Định 2

Giảng Viên: TH.S Bùi Thế Anh
Sinh Viên : Nhóm 2_Lớp 56CB2

I.5.2. Tính toán vận tốc và gia tốc phần tử nước theo lý thuyết sóng Stokes bậc 5
- Chọn hệ trục tọa độ:
+ Trục Ox nằm ngang, trùng với phương chuyển động sóng
+ Trục Oy nằm ngang, vuông góc Ox
+ Trục Oz thẳng đứng, trùng với trục của kết cấu
- Với sóng có chiều cao H, số sóng k và tần số vòng  lan truyền theo chiều dương của trục x, thì
độ dâng của bề mặt chất lỏng so với mặt nước tĩnh có thể biểu diễn dưới dạng sau:

(x, t ) 

1 5
 Fn . cos[ n( kx  t )]
k n 1

Trong đó: Fn - các thông số hình dạng

F1  a ; F2  a 2 .F22  a 4 .F24

F3  a 3 .F33  a 5 .F35 ; F4  a 4 .F44 ; F5  a 5 .F55

a - thông số chiều cao sóng.

F22 , F24 , F33 ,..., F55

- các thông số hình dạng của profil sóng, phụ thuộc vào trị số kd = 2d/L
(tức là d/L), được tra bảng 2.1 theo phương pháp nội suy.

Các thông số a và F22, F33, … ,F55 có quan hệ với chiều cao sóng H:

k.H  2[a  a 3 .F33  a 5 (F35  F55 )]
- Vận tốc phần tử nước:
Vận tốc của phần tử nước có toạ độ (x,z) do sự lan truyền sóng bề mặt trong vùng có độ sâu d
được xác định theo biểu thức sau:



ch[nk ( z  d )]

 cos n(kx  t )
sh(nkd )

n 1

5

sh[nk ( z  d )]
V z  v   Gn 
 sin n(kx  t ) 

k n1
sh(nkd )
Vx  u 

5

G
k

n



Trong đó: Gn( n  1  5 ) - là các giá trị phụ thuộc vào thông số a.
G1 = aG11 + a3G13 + a5G15
G2= 2(a2G22 + a4G24)

25