Bài toán hạ thủy, bài toán thi công vận chuyển
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.04 MB, 18 trang )
[Type the document title]
BÀI TOÁN HẠ THỦY
1. HẠ THỦY BẰNG CẨU NỔI
Các bài toán khi thi công hạ thủy bằng cẩu:
1.
CÂN GIÀN
1.1.1. Mục đích:
Biết được khối lượng để chuẩn bị sức nâng của cẩu
Biết trọng tâm (COG) :
+ Hook và trọng tâm phải nằm trên cùng một đường thẳng đứng
+ Lựa chọn vị trí tiếp xúc của dây cáp với cẩu nâng (Các vị trí móc cáp
nằm trên một đường tròn có tâm là COG)
Quy trình cân giàn giúp ta xác định được một cách chính xác trọng lượng
và trọng tâm của công trình thực tế sau khi chế tạp nhằm phục vụ cho
quy trình hạ thủy và vận chuyển,đánh chìm ngoài biển. Đồng thời kết
quả cân giàn còn phục vụ cho công tác xác định giá thành của công trình.
Hình 1: Sơ đồ cân giàn đơn giản
1.1.2. Trang thiết bị sử dụng
Kích : dùng để nâng hạ các công trình có tải trọng và kích thước lớn
Thiết bị cẩu, xe nâng
……
1.1.3. Các bài toán trong quy trình cân giàn
a. Xác định trọng tâm, trọng lượng của giàn
Trọng tâm, trọng lượng của kết cấu hoàn thiện được xác định như sau:
Trọng lượng: R = ∑Rn
Trọng tâm:
[Type text]
Page 1
[Type the document title]
Trong đó:
Rn: phản lực tại vị trí đặt kích
Xn, Yn: tọa độ của điểm đặt kích
Trọng lượng, trọng tâm của kết cấu khi hạ thủy được xác định như sau:
Trọng lượng:
R= ΣRn + ΣWan ΣWrn
Trọng tâm:
Trong đó:
Wan Trọng lượng của các chi tiết thêm vào tại vị trí (n).
Wrn Trọng lượng của các chi tiết đã gỡ bỏ tại vị trí (n).
Xan Hoành độ trọng tâm của chi tiết thêm vào (an).
Yan Tung độ trọng tâm của chi tiết thêm vào (an).
Xrn Hoành độ trọng tâm của chi tiết gỡ bỏ ( rn).
Yrn Tung độ trọng tâm của chi tiết gỡ bỏ (rn).
Trọng lượng, trọng tâm của kết cấu khi tiến hành thi công trên biển:
Trọng lượng:
R= ΣRn + ΣWan Σ Wrn WLB
Trọng tâm:
Trong đó: WLB là trọng lượng của dầm đỡ Thượng tầng.
b. Kiểm tra sức chịu tải của nền
Sử dụng phần mềm SAP2000 ta xác định được các phản lực tác dụng lên các
kích. Lấy giá trị lớn nhất Pmax để kiểm tra
Tải trọng tính toán: Ptt = Pmax * 1.2
Từ Ptt xác định áp lực tác dụng lên nền, so sánh với sức chịu tại của nền để
kiểm tra.
[Type text]
Page 2
[Type the document title]
2.
Lựa chọn cẩu (Chosing crane)
Mục đích
Di dời ở cùng độ cao ( Moving at the same height)
Thay đổi đến độ cao hơn. (Lifting to higher poisition)
Thiết bị
Cẩu ( Crane )*
Dây cáp (Cable)*
Ngoài ra còn có thể có :
+ Padeye : Dùng để cẩu sàn, thiết bị cho topside
+ Shackle (maní) : Thiết bị dùng để nối dây cáp với padeye, topper
+ Loadcell: Đo khối lượng của vật cần nâng (for extra information ask Mr
Nghia)
[Type text]
Page 3
[Type the document title]
Hình 2: Sơ đồ lựa chọn cẩu
Trong đó:
h1: là chiều cao của giá đỡ
h2: chiều cao panel tại vị trí móc cẩu
h3: chiều cao đoạn cáp
h4: chiều cao tối thiểu an toàn cho móc cẩu
Hm: là chiều cao móc
Cơ sở để lựa chọn cẩu:
Trọng lượng vật nâng: nhỏ hơn 80% khả năng nâng của cẩu.
Giới hạn chiều cao thu cáp: Chiều dài cáp tối thiểu từ móc cáp đến đỉnh
boom phụ thuộc vào từng loại cẩu, không nhỏ hơn 5m với những cẩu nhỏ
như SCX 15002, không nhỏ hơn 9m với SL 6000.
Kích thước vật nâng: khoảng cách gần nhất từ vật nâng đến boom của cẩu
không được nhỏ hơn 1m.
Từ các yếu tố trên ta xác định các thông số cơ bản của cẩu :
Sức nâng Pcapacity
[Type text]
Page 4
[Type the document title]
Chiều dài boom ( max length of boom ) : L
Bán kính cẩu (working radius) : R
1.
1.1.3. Lựa chọn các thiết bị khác
a. Dây cáp (cable) : Lực dọc lớn nhất Tmax < SWL ( Safety working load)
Lực căng trong dây cáp do thành phần đứng trong pedaye và trọng lượng bản
thân cáp gây ra. Độ lớn của nó tỉ lệ nghịch với Sine góc giữa cáp và phương
ngang(Horizontal):
Sling =
Trong đó: Vertical padeye load = Padeye resolved lift weigh x SKL
SKL: Là hệ số Skew, điều chỉnh độ của tải trọng. Phụ thuộc vào chiều dài dây cable
và tính không cố định.
+ Trường hợp dây dài vô hạn thì SKL = 1.25
+ Trường hợp dây dài xác định SKL = 1.0
Trong thực tế tính toán lấy SKL=1.0
b. Maní ( Shackle) : Đảm bảo lực kéo. Tính toán đảm bảo tải trọng lớn nhất tác
dụng lên maní nhỏ hơn khả năng của nó.
c. Padeye and stopper :
3.3.1. Các điều kiện đảm bảo làm việc an toán của padeye.
Ứng suất tới hạn lỗ padeye
Lực kéo gây cắt
Khả năng chịu kéo hai bên đường kính lỗ
Tổ hợp ứng suất
Ứng suất cắt tại mặt cắt tới hạn
Ứng suất cắt tại mối hàn của tấm.
Kiểm tra đường hàn.
[Type text]
Page 5
[Type the document title]
Hình 3: Sơ đồ lực trên padeye
* Kiểm tra khả năng chịu kéo mặt cắt tại điểm A:
σ max = P / at ≤ [σ]
τ max = P / 2ct ≤ [τ]
* Kiểm tra mặt khả năng chịu cắt tại B:
σ max = P / 2bt ≤ [σ]
Theo tiêu chuẩn API RP2A WSD2000, ứng suất tới hạn:
[σ] = 0,9*Fy (N/mm2)
Trong đó: Fy là cường độ chảy dẻo của vật liệu làm Padeye.
* Kiểm tra khả năng chịu cắt theo phương T:
Theo tiêu chuẩn API RP2A WSD2000, mục 3.2.4.b Lực kéo gây cắt (Torsional
Shear), ứng suất cắt dự trữ:
Fvt
= 0,4*Fy (N/mm2)
* Kiểm tra mặt cắt C(Tổ hợp ứng suất):
σ max = M / w + P / et ≤ [σ]
τ’max w= H / et ≤ [τ]
( M = H.h )
Ta kiểm tra đảm bảo điều kiện chịu uốn trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng padeye
* Kiểm tra đường hàn:
Theo tiêu chuẩn AWS D1.1, bảng 2.3, ứng suất cho phép của đường hàn:
faw
= 0,3*Fw (M/mm2)
Kiểm tra thỏa mãn:
Fwl ≤ Faw
Kiểm tra ổn định của xà lan
Tính toán hệ thống gối đỡ trên bờ và xà lan
[Type text]
Page 6
[Type the document title]
Tính toán chằng buộc trong quá trình vận chuyển
2. HẠ THỦY BẰNG TRAILER
2.
Thông số, kích thước cơ bản của xe trailer
Ưu điểm:
quá trình hạ thủy đơn giản, an toàn cao và áp dụng được cho nhiều công
trình khối lượng khác nhau.
Nhược điểm: quá trình đảm bảo cân bằng hệ Topside và trailer khi
xuống xà lan rất phước tạp, chi phí mua xe trailer cao.
Các thông số cần quan tâm khi tính toán hạ thủy bằng trailer:
Sức nâng của mỗi trục trailer
Khoảng cách giữa các trục trailer
Dựa vào thông số hình học và trọng lượng của Jacket hay Topside để bố trí số
trục hay group trailer cho phù hợp
Chiều cao nâng hạ của mỗi trailer
Diện tích tiếp xúc và tải trọng của trailer truyền xuống đất nền
Hình 4: mô hình mặt đứng trailer
Các bài toán khi thi công hạ thủy bằng trailer:
Lựa chọn và bố trí số trục bánh xe
Trong đó:
N : số trục bánh xe trailer cần thiết
P : tải trọng của Jacket, topside truyền xuống trailer
Ptruc : sức chịu tải của mỗi trục trailer
Áp lực trên mỗi bánh xe:
[Type text]
Page 7
[Type the document title]
Trong đó:
Pbx : áp lực lên mỗi bánh xe
Ptruc : sức chịu tại của mỗi trục
N : số bánh xe
Mỗi bánh xe có 1 diện tích tiếp xúc với đất nền:
Trong đó:
Pnen : áp lực cho phép của nền
Bố trí trailer:
Hình 5: Sơ đồ bố trí trailer
Dựa vào khối lượng, trọng tâm của Jacket (topside). Để bố trí trailer ta dựa trên
phương pháp cân bằng momen:
Cân bằng momen theo phương x ta có:
Trong đó:
W1 : khối lượng kết cấu lên group trailer 1
W2 : khối lượng kết cấu lên group trailer 2
Y1 : cánh tay đòn từ tâm group trailer 1 đến trọng tâm kết cấu
Y2 : cánh tay đòn từ tâm group trailer 2 đến trọng tâm kết cấu
Khối lượng kết cấu:
Trong đó:
W : trọng lượng kết cấu
Vậy ta có tải trọng mỗi group trailer bằng:
[Type text]
Page 8
[Type the document title]
Tính toán và kiểm tra cho dầm trailer:
Dầm trailer là thiết bị truyền tải từ kết cấu xuống trailer. Nó có tác dụng phân đều
tải trọng xuống các bánh xe
Công thức kiểm tra bền cho dầm trailer:
Trong đó:
Pmax : tải trọng lớn nhất truyền xuống dầm
A : diện tích tiếp xúc giữa chân đế với dầm
: ứng suất cho phép của thép làm dầm, = Fy
n: hệ số an toàn
Tính toán sức chịu tải của nền đất khi trailer đi qua:
Công thức kiểm tra:
Trong đó:
P : trọng lượng hệ trailer+dầm+jacket(topside) truyền xuống đất
S : tổng diện tích tiếp xúc giữa bánh xe trailer với đất
: áp lực cho phép của nền
3.
Tính toán lực kéo cho động cơ
Thông số đầu vào của động cơ do nhà thầu cung cấp.
Công thức kiểm tra:
Sự di chuyển của xe Trailer thỏa mãn các điều kiện chống trượt :
mc*Gφ*φ ≥ Pcmax ≥ Gdx*¥
Trong đó:
mc – Hệ số tải trọng phân phối khi vận chuyển,chọn mc = 1.
Gφ – Tổng trọng lượng các động cơ chính
φ – Hệ số ma sát φ = 0.7
Pcmax – Tổng lực kéo lớn nhất của các đông cơ
Gdx – Tổng tải trọng của cả đoàn xe
¥ Hệ số kể đến sự lắc ngang của hệ khi chuyển động ¥ = 0.03
4.
Tính toán ổn định lật
Xác định trọng tâm của khối chân đế
Với O là trọng tâm của KCĐ
OH Khoảng cách từ trọng tâm KCĐ tới mặt
I Hình chiếu của O trên mặt phẳng nghiêng
Vận chuyển KCĐ trên đường dốc 1o so với mặt phẳng ngang:
HI = tgα1*OH ≤ HA.
[Type text]
Page 9
[Type the document title]
5.
Tính toán giằng buộc cho kết cấu trên xe trailer
Xác định trọng tâm của khối chân đế
Với O là trọng tâm của KCĐ
OH Khoảng cách từ trọng tâm KCĐ tới mặt
I Hình chiếu của O trên mặt phẳng nghiêng
Vận chuyển KCĐ trên đường dốc 1o so với mặt phẳng ngang:
HI = tgα1*OH ≤ HA.
6.
Tính toán giằng buộc cho kết cấu trên xe trailer
Khi xoay KCĐ sẽ chịu tác dụng của lực quán tính ly tâm:
P1t = (Qtt*V2)/R
Trong đó:
Qtt – Trọng lượng của khối chân đế trên xe Traler
V – Vận tốc xoay, V = 0.83 m/s
R – Bán kính xoay tính từ tâm
Lực ma sát trượt của khối chân đế trên sàn xe traler là:
Fms = Qtt *µ
Kiểm tra P1t < Fms :Không cần tính toán cáp buộc nếu không thỏa mãn thì ngược
lại
Khi di chuyển trên đường có độ nghiêng 1o, Lực gây trượt đối với kết cấu khối chân
đế được tính như sau:
Pt = Qtt*sin 10
Kiểm tra Pt < Fms : Không cần tính toán cáp buộc nếu không thỏa mãn thì ngược
lại
Trong trường hợp hãm phanh với gia tốc lớn, lực quán tính tạo bởi trọng lượng của
khối chân đế là:
Pqt = (Qtt/g )*Jmax
Kiểm tra Pqt < Fms :Không cần tính toán cáp buộc nếu không thỏa mãn thì ngược
lại
Kích thước và số lượng của dây giằng buộc phụ thuộc vào trọng lượng của công trình
và được tính như sau:
Gọi T là tổng lực căng của các sợi dây giằng; Vậy:
T*sinα + (T*cosα + Qtt)µ = Pqt
Trong đó:
α là góc hợp bởi theo phương ngang của sợi cáp,α = 45 0
Vậy
T =
Số dây cáp cần thiết:
N ≥ T/SWM
Vậy ta tìm được số dây cáp và đường kính tương ứng;
[Type text]
Page 10
[Type the document title]
3. HẠ THỦY BẰNG KÉO TRƯỢT
Topside hay jacket được hạ thủy xuống xà lan bằng cách kéo trượt trên đường
trượt được chế tạo trước trên cầu cảng với độ dốc nhỏ. Topside (jacket) được đưa tới
gần mép cảng, tiến hành dằn nước để đường trượt xà lan ngang bằng mặt cảng, kéo
lên xà lan.
Ưu điểm: thời gian hạ thủy ngắn, không yêu cầu thiết bị phức tạp, chi phí ít,
thích hợp với những công trnhf có kích thước, khối lượng lớn
Nhược điểm:
Tính toán cân bằng xà lan khá phức tạp
Thiết kế đường trượt tốn kém
7.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Công tác chuẩn bị
Khi xà lan cập Cảng, bộ phận an toàn phải kiểm tra nồng độ khí độc hại trong
các khoang của xà lan bằng các thiết bị chuyên dụng
Xà lan cập cảng được neo song song với cầu cảng, sau đó các thiết bị bơm, tời
neo…phục vụ hạ thủy được đưa lên xà lan và lắp đặt vào vị trí thiết kế
Với strand jacks cần thiết kế và hàn bệ neo vào các vị trí vách cứng và dầm
cứng trên xà lan, cáp được cắt đúng kích thước, Cao trình của điểm neo trên xà
lan phải cao bằng cao trình của Strand Jacks đặt trên chân đế. Đường dây cáp
kéo phải song song với đường trượt.
Với hệ thống dằn nước, tất cả các bơm phải được bảo dưỡng và kiểm tra cẩn
thận, lắp đặt hệ thống bơm và ống trên xà lan
Tất cả các thiết bị phục vụ công tác hạ thủy phải được đưa dến trước 2 tuần
trước khi hạ thủy để chạy thử. Tất cả các thiết bị không liên quan đến công tác
hạ thủy được đi chuyển ra khỏi khu vực hạ thủy
Trong vòng 45 ngày kể từ khi xà lan cập Cảng, strand jacks sẽ được lắp đặt
lên kết cấu, nguồn điện được đặt đúng vị trí thiết kế và neo được cố định vào
bệ neo trên xà lan.
Ba ngày trước khi hạ thủy, hệ thống dây cáp của strand jacks được lắp đặt, hệ
thống bơm dằn nước và hệ thống neo của xà lan được kiểm tra lần cuối.
[Type text]
Page 11
[Type the document title]
h) Công tác kiểm tra hệ thống bơm được thực hiện bằng cách luân chuyển các
bơm trong suốt một chu kỳ đã biết, thường là 15 phút và đo hiệu số mực nước
trong các khoang trong suốt chu kỳ đó. Với kích thước các khoang đã biết trước
dễ dàng tính được lưu lượng nước.
i) Tháo dỡ các kết cấu đỡ khối chân đế
j) Lắp đặt cà điều chỉnh chiều cao đường trượt trên cầu cảng sao cho mặt đường
trượt trên cầu cảng bằng với mặt đường trượt trên bãi lắp ráp.
k) Sẵn sàng cho công tác hạ thủy
8.
Thiết kế đường trượt
Cấu tạo khối bê tông
Hình 6: Cấu tạo đường trượt thông dụng
[Type text]
Page 12
[Type the document title]
9.
Thiết kế hệ thống kéo trượt
a) Lựa chọn thiết bị kéo
Hiện nay thiết bị kéo trượt phổ biến là Strand jack. Đây là thiết bị kích thủy lực
được chọn dựa trên trọng lượng jacket(topside) và hệ số ma sát. Ta bố trí strand jack
cả trên jacket và xà lan. 2 hệ thống này hoạt động độc lập nghĩa là trong quá trình hạ
thủy nếu 1 trong 2 trands jack hỏng thì cái còn lại vẫn đủ khả năng kéo .
Ta tính toán lực kéo cần thiết cho mỗi Strand jack:
[Type text]
Page 13
[Type the document title]
Theo Tiêu chuẩn DnV – Rules for Planning and Execusion of Marines Operations:
Lực kéo:
Fs = s(W + Weq) + Ps
F
dyn
=
dyn
(W + W ) + P
eq
dyn
Trong đó:
Fs : lực kéo tĩnh ( lực phát động)
Fdyn : lực kéo động ( lực kéo cần thiết khi khối chân đế đã di chuyển).
: hệ số ma sát tĩnh, tra bảng
[Type text]
Page 14
[Type the document title]
: hệ số ma sát động, tra bảng
W : trọng lượng khối chân đế
Weq : trọng lượng thiết bị
Ps và Pdyn : các tải trọng khác ( tải trọng ảnh hưởng của quán tính, môi trường,
do các mặt nghiêng…)
b) Bố trí strand jack
Strand jack được bố trí trên jacket như sau:
10.
Hình 7: mô hình hệ thống kéo trượt
Các bài toán liên quan khi hạ thủy bằng kéo trượt
Thiết kế hệ thống đường trượt, áp lực nền lên đường trượt
Thiết kế hệ thống dầm hạ thủy
Tính toán ổn định xà lan bao gồm:
Tính dằn nước cho xà lan để đảm bảo mặt đường trượt trên xà lan luôn
bằng mặt đường trượt trên bờ
Tính toán bền cho xà lan khi mới nhận tải và sau khi topside(jacket) nằm
trên xà lan
Kiểm tra ổn định lật cho xà lan
Tính lực căng cáp khi kéo trượt
Khả năng làm việc cần thiết của kích
Hệ thống cáp neo giữ xà lan.
[Type text]
Page 15
[Type the document title]
BÀI TOÁN THI CÔNG VẬN CHUYỂN
1. TÍNH TOÀN LỰC KÉO
Để tăng độ ổn định cho khối chân đế khi vận chuyển trên biển, thì việc bố trí
khối chân đế trên sà lan phải hợp lý, làm sao cho hệ đảm bảo ổn định trong quá trình
vận chuyển (tức là trọng tâm của khối chân đế và trọng tâm của sà lan nên bố trí gần
nhau nhất có thể). Ngoài ra bố trí khối chân đế trên sà lan còn phụ thuộc vào phương
án hạ thủy và đánh chìm.
Việc vận chuyển khối chân đế phải được thực hiện trong điều kiện thời tiết bình
thường
Trong quá trình vận chuyển khối chân đế thì lực kéo phải thắng được lực cản của
môi trường. Lực cản này bao gồm có lực cản do dòng chảy, lực cản do sóng và lực
cản do gió (trong tính toán bỏ qua lực cản do gió vì quá nhỏ).
1.1. Lực cản do dòng chảy
Lực cản hình dáng: có phương vuông góc với hướng dòng chảy
Lực ma sát bề mặt: có phương song song với hướng dòng chảy
Trong đó:
Am: là tổng diện tích bề mặt ướt của kết cấu nổi
Am=2xTx(B+L)+BxL
Ap: diện tích phần hình chiếu của Am lên mặt phẳng vuông góc với hướng dòng
chảy, thiên về an toàn ta coi hướng dòng chảy vuông góc với hướng di chuyển
của sà lan, khi đó:
Ap=TxB
3
= 1.025 T/m – khối lượng riêng của nước biển
Vc: vận tốc của dòng chảy có xét đến di chuyển
[Type text]
Page 16
[Type the document title]
Lực cản do sóng
Để tính toán sức kéo sà lan thì ta chỉ cần tính lực trôi dạt do sóng tác dụng lên phương
dọc thân tàu, bỏ qua thành phần tác dụng lên phương ngang tàu:
FS = 0.13.Cd.B2.L.H2s
Trong đó:
Hs: chiều cao sóng đáng kể
Cd: hệ số trôi dạt trung bình
1.3. Lựa chọn tàu kéo
Tổng lực cản tác dụng lên sà lan:
1.2.
Sức kéo của tàu:
Ft = Fd.k
Q = Fd.Vtàu kéo (công suất) (KJ/s =Kw)
Trong đó: k: hệ số kể đến sức kéo của chính bản than tàu kéo.
2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BAN ĐẦU
Việc tính ổn định ban đầu của hệ (khối chân đế và sà lan) chính là việc kiểm tra
chiều cao ổn định ban đầu ho theo các trục phải lớn hơn không.
Cao độ trọng tâm của hệ sà lan và khối chân đế là:
Trong đó:
ZG1: cao độ trọng tâm của hệ khối chân đế và gối đỡ so với gốc tọa độ
ZG2: cao độ trọng tâm sà lan
Cao độ phù tâm của hệ là:
ZC = T/2
Thể tích chiếm nước của sà lan:
V= B.L.T
Momen quan tính diện tích đường mặt nước đối với trục Ox của sà lan:
[Type text]
Page 17
[Type the document title]
Chiều cao ổn định ban đầu đối với trục Ox:
hOX = ZC ZG + R
Momen quan tính diện tích đường mặt nước đối với trục Oy của sà lan:
Chiều cao ổn định ban đầu đối với trục Oy:
hOX = ZC ZG + r
Nếu hox, hoy >0 đảm bảo điều kiện ổn định tĩnh
[Type text]
Page 18
