ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM

Chia sẻ: Phạm Ngọc Biên | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

120
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xét một công trình nổi được neo giữ bằng một dây neo OBA (OA là đoạn dây ảo, BA là đoạn dây thật) (Hình 1). Tại điểm A dây neo gắn với kết cấu nổi có góc xiên, còn tại điểm B dây neo nối với neo có góc xiên. Chiều dài tối thiểu của đường dây neo tức là chiều dài dây neo khi tiếp tuyến với đường dây neo tại vị trí dây liên kết với neo là đường nằm ngang.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM

VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN TIỂU LUẬN CÔNG TRÌNH BIỂN M ỀM & PT N ỔI • ĐỀ BÀI : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DÂY NEO HAI PHÍA CỦA CÔNG TRÌNH BIỂN BÁN CHÌM. I. Các số liệu đầu vào: - Các giá trị Hi : Hi = ai. Ho, với ai được lấy theo các giá trị dưới đây: ai = 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,35; 0,3; 0,25; 0,2; (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên trái trục tung) ai = 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0. (để xây dựng đồ thị H(x) ở bên phải trục tung) - Giá trị Ho, q, d : q (N/m)- N Ho(k d q (N/m) - xích Cáp hóm N) (m) (trong nước) (trong nước) 1 40 90 350 Trong đó: + Ho(kN) = T0 - lực căng ban đầu (chưa chịu tải trọng) của dây neo tại đáy biển (trạng thái dây căng tới hạn); + d (m) - độ sâu nước biển; + q (N/m) - cường độ trọng lượng bản thân của đây neo trong nước biển. II. Xác đinh các thông số ban đầu. a) Đặt bài toán: Xét một công trình nổi được neo giữ bằng một dây neo OBA (OA là đoạn dây ảo, BA là đoạn dây thật) (Hình 1). Tại điểm A dây neo gắn với kết cấu nổi có góc xiên , còn tại điểm B dây neo nối với neo có góc xiên . Hình 1. Sơ đồ bài toán tĩnh lực học đường dây neo đơn Trong đó: : thành phần lực nằm ngang của lực căng dây = H0 : góc xiên tại điểm B, θO =0 : chiều dài dây neo nằm giữa điểm A và điểm B. b) Giải bài toán: q là trọng lượng trên một đơn vị chiều dài dây neo nằm trong nước. Đặt ký hiệu: chiều dài L = LOA, trọng lượng dây neo: P = q.L. SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 1
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN Giả sử kéo dài đoạn dây từ điểm B đến điểm O để tiếp tuyến của dây neo là một đường thẳng nằm ngang. Việc kéo dài này không ảnh hưởng đến nội lực trong dây. Các phương trình cân bằng của đường dây neo: Theo phương trục x: ⇒ = H0 Theo phương trục z: ⇒ = TA sinθA Lực căng trong dây neo tại điểm A: . Xét một đoạn dây có chiều dài s Ta có: V T dx=ds.cosθ Hoành độ của điểm A được xác O định bằng công thức sau: (LA=LOA) q H Ta có: ; Đặt V=s.q, . S To O Suy ra : đặt ; ; Vậy với Chú ý tới biểu thức , ta nhận được: . Suy ra Tương tự ta cũng có: (với LB=LOB) Vậy chiều dài của dây neo giữa điểm A và B là : Tương tự ta có: Vậy phương trình đường dây neo là : Trong phần diễn giải ở trên đã sử dụng các công thức toán sau: ; ; . c) Chiều dài tối thiểu của đường dây neo. Chiều dài tối thiểu của đường dây neo tức là chiều dài dây neo khi tiếp tuyến với đường dây neo tại vị trí dây liên kết với neo là đường nằm ngang. Trường hợp lực căng tới hạn, điểm O trùng với điểm B, tức là , . Khi đó: Quan hệ giữa lực căng dây và chiều dài dây: . Suy ra SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 2
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN Ta lại có: ⇒ Mặt khác : (*) (**) Tu (*) va (**) ⇒ (1) và (2) Từ biểu thức (2) suy ra: (3) Từ biểu thức (3) suy ra: . Vậy ta có:  Lmin = Từ đó => =135.37m & VA = 59264N Vậy, các ta có các giá trị ban đầu như sau: Lmin,m XAo,m VAo,N 169.3 135.3 59264 3 7 III. Lập đường cong quan hệ H(x) với x
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN Hình 2. Trường hợp điểm A dịch chuyển sang trái. Trong đó: Tại vị trí ban đầu: . Các số liệu ban đầu là: ; và q. Khi A dịch đến thì và . 2. Giải bài toán. Từ các thông số ban đầu như đã tìm ở trên như : Lo = Lmin = 169.33m ; XAo = 135.37m ; VAo = 59264N ; Ho = To = 40000N Ta chọn giá trị , tính được các giá trị sau: X-1= XAo – (XA-1 + XB-1) - Thực hiện các bước tính toán trên cho trường hợp điểm A dịch chuyển đến vị trí A-2, A-3,..., A-n xác định được các giá trị , ,…,. Khi điểm A đạt tới vị trí thì . Hoành độ của điểm sẽ là : , và điểm A dịch chuyển đi một đoạn là : Cuối cùng ta vẽ được đồ thị quan hệ H=f(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển về bên trái. 3. Tính toán cụ thể. a) Xác định các giá trị H-i : ai 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 H-i, N 36000 32000 28000 24000 20000 16000 14000 12000 10000 8000 b) Tính 10 giá trị xA-i : i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 127.7 101.5 91.36 80.07 XA-i,m 119.58 110.9 73.89 67.248 60.04 52.105 1 6 9 5 c) Tính 10 giá trị L-i = Limin ứng với H-i : i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 163.1 L-i,m 156.71 150 142.98 135.59 127.78 123.69 119.46 115.08 110.52 4 d) Tính 10 giá trị xB-i = L0 - Li : SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 4
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6.187 19.32 26.34 33.73 41.54 45.63 49.86 58.80 XB-i,m 12.619 54.249 5 6 8 2 3 3 3 8 e) Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo: x-i = xA0 – (xA-i + xB-i ) i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.175 X-i,m 1.4806 5.1434 7.4671 10.272 13.756 15.85 18.262 21.084 24.46 6 f) Xác định độ dịch chuyển đầu trên của dây neo khi dây trùng hoàn toàn : X-n = XAo –( Lo – d) = 56.05m => H-n = 0 N. g) Lập đường cong quan hệ H(x) với x Ho = 40000N IV. Lập đường cong quan hệ H(x) với x >0 của dây neo 1 phía: (Kết cấu nổi di chuyển sang bên phải) 1.Đặt bài toán: Giả sử từ vị trí cân bằng ban đầu A0 điểm A dịch chuyển sang bên phải tới các vị trí , ,,..., , tức là sự dịch chuyển của kết cấu nổi làm cho dây neo bị căng và góc θB≠ 0. Z Xn X1 Ao A1 An Z1 d A1 Z ZB1 B x B1 x1 XB1 XAo XA1 Hình 3. Trường hợp điểm A dịch chuyển sang phải. Trong đó: - Chiều dài của dây neo , SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 5
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN - Góc tiếp tuyến của dây neo với phương ngang tại điểm neo θB≠0, - Lực căng ban đầu: Ho=To , - Chiều cao điểm A0 so với đáy biển: , - Trọng lượng của dây neo nằm trong nước trên đơn vị chiều dài : q. 2. Giải bài toán: - Chọn , hay kéo dài dây neo đến điểm B1 sao cho (ký hiệu ). - Xác định tung độ của điểm B1 (tính zB1): Xét đoạn dây có: (a) Xét đoạn dây có: (b) với Lực căng ngang tại mọi điểm trên đường dây neo bằng nhau nên từ (a) = (b) (do dây không có lực đàn hồi) => . Từ đây giải phương trình bậc 2 xác định được và . - Xác định lực căng H1: Thay giá trị vừa tìm được vào (a), xác định được lực căng ngang H1. - Xác định hoành độ của điểm B1: - Xác định hoành độ điểm A1: - Xác định hoành độ : - Trạng thái dây căng hoàn toàn xảy ra khi: 3. tính toán cụ thể: a) Ứng với mỗi lực căng Hi ban đầu, bằng phương pháp tính lặp ta tìm được độ sâu nước ảo ZBi tương ứng. Cụ thể như sau : i H1,N ZBi,m ZAi,m Li,m 1 48000 0.5667 90.59 181.81 2.0216 2 56000 92.1204 194.845 4 4.0837 3 64000 94.2386 208.195 6 6.6406 4 72000 96.972 222.037 6 SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 6
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN 9.1527 5 80000 99 234.645 4 6 88000 11.9093 101.44 247.588 14.852 7 96000 104.162 260.749 6 107.18 8 104000 17.986 274.197 1 21.267 9 112000 110.408 287.839 5 24.361 10 120000 113.211 300.745 9 b) Tính 10 giá trị xBi (ứng với độ sâu nước “ảo”ZBi ), và 10 giá trị xAi (ứng với độ sâu nước “ảo” ZAi = d + ZBi ): i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 194.84 234.64 260.74 Li,m 181.81 208.195 222.037 247.588 274.197 287.839 300.745 5 5 9 Hi,N 48000 56000 64000 72000 80000 88000 96000 104000 112000 120000 64.460 89.809 XBi,m 12.4664 25.4116 38.5817 52.1502 77.05 102.807 115.958 128.396 7 2 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 92.120 104.16 107.18 ZAi,m 90.59 94.2386 96.972 99 101.44 110.408 113.211 4 2 1 Hi,N 48000 56000 64000 72000 80000 88000 96000 104000 112000 120000 164.36 178.47 205.72 232.05 XAi,m 150.036 192.627 218.877 245.351 258.717 271.475 9 7 3 7 c) Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo: xi = xAi – (xA0 + xBi ) i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12.466 38.581 52.150 64.460 89.809 102.80 128.3 XBi 25.4116 77.05 115.958 4 7 2 7 2 7 96 150.03 164.36 178.47 192.62 205.72 218.87 232.05 245.35 271.4 XAi 6 9 7 7 3 7 7 1 258.717 75 2.1962 3.5840 4.5219 5.1034 5.8889 6.4536 6.8744 7.1706 7.705 Xi 7.38568 8 8 8 8 8 8 8 8 68 + Xác định độ dịch chuyển của đầu trên của dây neo khi dây căng hoàn toàn: Xn == 8.054m SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 7
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN + Lập đường cong quan hệ H(x) với x >0 của dây neo 1 phía : Cuối cùng ta vẽ được đồ thị quan hệ H=f(x) cho trường hợp điểm A dịch chuyển theo phương ngang như sau : V. Lập đường cong quan hệ H(x) của cặp dây neo : Ghép đường cong H(x) với đầu trên của dây neo 1 phía di chuyển cả 2 phía, và sử dụng tính chất đối xứng ban đầu (khi chưa chịu tải ngang R) của cặp dây neo, ta được 2 được cong H1(x) và H2(x) của cặp dây neo. VI. Lập đường cong quan hệ R(x). Công thức tính lực môi trường tác dụng lên 1 cặp dây neo: R(x) = H1(x) - H2(x) H Dây 2 Dây 1 H1(x) 1 R(x) Ho H2(x) X-n X Ứng với mỗi thời điểm ta tính được 1 lực R(x), từ đó ta vẽ được 1 đường cong tác dụng của lực môi trường, lấy đối xứng ta cũng được đồ thị của lực môi trường tác dụng lên 1 cặp dây. Có 2 cách vẽ : +/ Cách 1: Vẽ trực tiếp trên đồ thị quan hệ H(x) của 1 cặp dây, nhưng sau khi tính được lực môi trường thì ta phải dóng xuống trục x 1 đoạn SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 8
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN H2(x), bằng đúng giá trị R(x). Lần lượt tính các điểm khác, ta sẽ vẽ được đường R(x), lấy tối thiểu là 5 điểm. +/ Cách 2: Vẽ R(x) sang một đồ thị mới. • Tính toán cụ thể như sau: Từ các thời điểm lực căng của dây neo H(x), ta tìm lực căng R(x), theo đề bài thì có 10 thời điểm. Do vậy ta chọn 10 thời điểm để tính lực môi trường, cụ thể là 10 thời điểm khi điểm A dịch chuyển sang phải đối với dây 1, từ đó ta có 10 giá trị Xi, từ 10 giá trị Xi này ta tính được 10 giá trị H2(x) bằng phương pháp lặp. Từ 10 giá trị Xi ở 10 thời điểm của dây neo 1 dịch chuyển sang phải, những giá trị đó tương ứng với những lực căng H2(x), khi dây neo 2 dịch chuyển sang trái. Khi đó ta giả sử H2(x) rồi tính để tìm ra Xi, sao cho Xi tìm ra bằng Xi ban đầu, và giá trị H2(x) đó là giá trị tương ứng với H1(x) ở cùng một thời điểm Xi. Sau khi tìm được các cặp H(x), ta sẽ tìm được các lực môi trường R(x) tương ứng. Sau khi tính toán ta có bảng giá trị R(x) như sau: H2(x), i X1, m XA-1,m L-1,m XB-1,m X-1,m X1-X-1 N 142.31 1 7.7057 23630 100.655 27.0149 7.70394 0.00176 2 101.87 143.21 2 7.38568 24130 26.1143 7.38481 0.00087 4 2 7.1706 143.82 3 24470 102.696 25.5051 7.17201 0.00133 8 1 6.8744 144.68 6.8741 4 24955 103.859 24.6405 0.00031 8 6 7 145.93 5 6.45386 25660 105.528 23.3929 6.45273 0.00113 3 6 5.88898 26640 107.809 147.65 21.6762 5.88831 0.00067 150.12 7 5.10348 28075 111.072 19.1979 5.10352 3.6E-05 9 152.03 8 4.52198 29195 113.559 17.2916 4.52262 0.00064 5 155.25 9 3.58408 31120 117.721 14.0699 3.58272 0.00136 6 160.34 10 2.1963 34245 124.201 8.97767 2.19489 0.00141 9 Đồ thị thể hiện quan hệ R(x): SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 9
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN VII. Nhận xét kết quả của các đồ thị : 1. Một số nhận xét của bài toán dịch chuyển ngang. +/ Từ đồ thị ta có thể thấy quan hệ giữa Hi và X là quan hệ phi tuyến +/ Từ đồ thị ta có thể tính được độ cứng của dây thông qua biểu thức sau: - Khi điểm A dịch chuyển sang trái thì ki giảm(dây trung). - Khi điểm A dịch chuyển sang phải thì ki tăng( dây căng). +/ Tại mỗi vị trí, ta có thể tính được lực căng tại đầu dây neo và từ đó kiểm tra độ bền của dây tại vị trí đó. Hoặc : Với Vi=q.Li Trong đó : qi - Lực phân bố của khối lượng dây. Vi Ti Ai Hi 2. Nhận xét về lực môi trường R(x). +/ Để tính được lực môi trường thì ta phải giả thiết lực môi trường tác dụng lên kết cấu nổi có phương trùng với 1 cặp dây neo và chuyển vị của kết cấu nổi là bé để cho phép phương của cặp dây không đổi. SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 10
VIỆN CÔNG TRÌNH BIỂN +/ Từ đồ thị ta thấy quan hệ giữa R và X cũng là quan hệ phi tuyến. +/ Kết hợp với lực kéo đứt cho phép của dây, ta có thể tính được hệ số hiệu quả của một cặp dây neo, được xác định bằng biểu thức sau: SVTH: NGUYỄN VĂN VƯƠNG_53cb2 11