Chơng III
tính toán ổn định và các thành phần chuyển vị cỡng Bức
của sà lan trên sóng đồng đều.
3.1- Số liệu đầu vào:
3.1.1- Số liệu về môi trờng:
Công trình đợc vận chuyển ra ngoài biển trong điều kiện môi trờng giả định nh sau:
* Điều kiện về gió : - Hớng gió vuông góc với phơng chuyển động của sà lan : V
10
= 10m/s
- Hớng gió theo chiều chuyển động của sà lan: V
10
= 8m/s.
* Điều kiện sóng : - Hớng sóng vuông góc với phơng chuyển động của sà lan:
+ Chiều cao sóng H = 3m
+ Chu kỳ sóng T = 9s.
- Hớng sóng theo chiều chuyển động của sà lan:
+ Chiều cao sóng H = 3m.
+ Chu kỳ sóng T =9s.
* Độ sâu nơi xây dựng công trình : d = 40m.
3.1.2- Số liệu về Khối chân đế:
* Sơ bộ về cấu tạo : - Khối chân đế có độ cao 52 m chia làm 4 Diafragm.
- Kích thớc của D1:32x22m , của D4: 41x32m.
- Khối chân đế gồm 12 ống chính.
- Các loại ống: + ống chính: 1 - 1348x28 (mm)
2 - 1330x28 (mm)
+ ống nhánh: 3 - 711x20,6 (mm)
4 - 620x20,6 (mm)
5 - 457x20,6 (mm)
6 - 457x15.9(mm)
*Cấu tạo hình học khối chân đế:


4
D4
3
3
4
2
1
3
Hình 1.3
*Các Diafragm:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

5 5
6
6
6
3
5
D1
5
3
6
5
6
4
4
5
4
6

- Cao độ trọng tâm so với mặt phẳng đáy: Z
G
= 2m.
Sà lan đối xứng qua trục dọc , có hệ thống đờng trợt trên bề mặt , bố trí các khoang dằn từ 1A ữ
7E.
*Cấu tạo hình học: Hình 3.3
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

5
18
110
Hình 3.3
3. 2- xử lý số liệu đầu vào:
3.2.1- tính toán các thông số về môi trờng:
*Tính toán chiều dài sóng:
Theo lý thuyết sóng , chiều dài sóng có thể chô bởi công thức sau đây:
L =
L
d
th
gT


2
2
2
(3 1)
Đây là phơng trình lặp theo L , với T : chu kỳ sóng = 9s , d: Độ sâu nớc =40m , thực hiện tính
lặp cho ta kết quả L = 122,5 123m.

tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển

FLabel L(m) Smc(m2) Gi(T) Zgi(m) Gi*Zgi
1 17.5 0.0486 6.676425 0 0
2 16 0.0486 6.10416 0 0
3 17.5 0.0486 6.676425 0 0
4 16 0.0486 6.10416 0 0
5 16 0.0486 6.10416 0 0
6 17.5 0.0486 6.676425 0 0
7 16 0.0486 6.10416 0 0
8 17.5 0.0486 6.676425 0 0
9 16 0.0486 6.10416 0 0
10 16 0.0486 6.10416 0 0
11 17.5 0.0486 6.676425 0 0
12 16 0.0486 6.10416 0 0
13 17.5 0.0486 6.676425 0 0
14 16 0.0486 6.10416 0 0
15 16 0.0486 6.10416 0 0
16 16 0.0486 6.10416 0 0
17 16 0.0486 6.10416 0 0
18 11.856 0.0282 2.624563 0 0
19 11.856 0.0282 2.624563 0 0
20 11.314 0.0282 2.50458 0 0
21 11.314 0.0282 2.50458 0 0
22 11.856 0.0282 2.624563 0 0
23 11.856 0.0282 2.624563 0 0
24 11.856 0.0282 2.624563 0 0
25 11.856 0.0282 2.624563 0 0
26 11.314 0.0282 2.50458 0 0

54 8 0.0388 2.43664 19 46.29616
55 15.856 0.0388 4.82942 19 91.75899
56 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
57 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
58 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
59 14.173 0.0388 4.316812 19 82.01943
60 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
61 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
62 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
63 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
64 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
65 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
66 16.275 0.0282 3.602797 19 68.45314
67 21.267 0.0282 4.707876 19 89.44964
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn68 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
69 16 0.0282 3.54192 36 127.5091
70 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
71 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
72 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
73 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
74 16 0.0282 3.54192 36 127.5091
75 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
76 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
77 12.538 0.0282 2.775537 36 99.91933
78 14.385 0.0282 3.184407 36 114.6387
79 8 0.0282 1.77096 36 63.75456

106 8 0.022 1.3816 52 71.8432
107 13 0.022 2.2451 52 116.7452
108 11 0.022 1.8997 52 98.7844
109 11 0.022 1.8997 52 98.7844
110 11 0.022 1.8997 52 98.7844
111 11 0.022 1.8997 52 98.7844
112 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
113 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
114 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
115 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
116 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
117 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
118 13.602 0.022 2.349065 52 122.1514
119 17.03 0.022 2.941081 52 152.9362
120 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
121 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
122 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
123 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246
124 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
125 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
126 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246
127 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
128 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
129 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
130 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
131 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
132 20.673 0.022 3.570227 44 157.09
133 23.304 0.0388 7.097932 27.5 195.1931
tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn

162 16.06 0.115 14.49817 44 637.9193
163 20.616 0.022 3.560383 44 156.6569
164 23.247 0.0388 7.080571 27.5 194.7157

tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn165 11.314 0.022 1.953928 48 93.78853
166 11.314 0.022 1.953928 48 93.78853
167 11.314 0.022 1.953928 40 78.15711
168 11.314 0.022 1.953928 40 78.15711
169 11.673 0.0388 3.555362 31.75 112.8828
170 11.673 0.0388 3.555362 31.75 112.8828
171 11.673 0.0388 3.555362 23.25 82.66217
172 11.673 0.0388 3.555362 23.25 82.66217
173 12.42 0.0486 4.738354 14.25 67.52155
174 12.42 0.0486 4.738354 14.25 67.52155
175 12.42 0.0486 4.738354 4.75 22.50718
176 12.42 0.0486 4.738354 4.75 22.50718
177 20.616 0.022 3.560383 44 156.6569
178 23.247 0.0388 7.080571 27.5 194.7157
179 24.747 0.0486 9.441228 9.5 89.69167
180 19.158 0.116 17.44527 9.5 165.7301
181 17.147 0.116 15.61406 27.5 429.3866
182 16.133 0.116 14.69071 44 646.3912
183 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246
184 17.078 0.116 15.55123 27.5 427.6587
185 16.074 0.116 14.63698 44 644.0273
186 19.088 0.116 17.38153 9.5 165.1246

214 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
215 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
216 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
217 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
218 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459
219 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
220 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
221 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459
222 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
223 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
224 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459
225 23.704 0.0486 9.043313 9.5 85.91147
226 22.133 0.0388 6.741269 27.5 185.3849
227 19.417 0.022 3.353316 44 147.5459

tÝnh to¸n liªn kÕt gi÷a khèi ch©n ®Õ vµ sµ lan
trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn trªn biÓn

228 23.761 0.0486 9.065059 9.5 86.11806
229 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
230 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
231 23.761 0.0486 9.065059 9.5 86.11806
232 22.182 0.0388 6.756194 27.5 185.7953
233 19.466 0.022 3.361778 44 147.9182
1380.991 31421.29
Cao độ trọng tâm khối chân đế ZG =
991.1380
29.31421
= 22.75m.
Tổng trọng lợng công trình là 1381T.

3 98.91
3.5 97.1
4 95.245
*Phơng pháp tích phân hình thang:
Giả thiết có y = f(x), ta phải tính diện tích của hình giới hạn bởi đờng cong này và các đờng
y = 0, y = L.

y
x
y
o
y
1
y
2
y
3
y
4
y
5
y
6
o

l

l

l

+
+

2

22
1
21
10
=
[ ]
n
L
yyyy
nno
2
2 2
11
++++

(3
3)
áp dụng phơng pháp tích phân hình thang tính toán các đại lợng sau:
*Thể tích chiếm nớc:
Theo cấu tạo sà lan V = B.F
mcd
, Với F
mcd
=


+
+
+

2

22
1
21
1
Cho T =0,25m, T = T đến 16T ta sẽ có các giá trị thể tích chiếm nớc tơng ứng.
* Toạ độ tâm nổi:
Toạ độ tâm nổi cho bởi công thức:
Xc =


T
DNi
T
i
DNci
dzF
dzFx
0
0
.
=


T








+
++
+
+
+


2

22
2

22
1
21
1
11221111
Zc =


T
DNi
T







+
++
+
+
+







+
++
+
+
+


2

22
2


0.75
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
4.25
4.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
T(m)
Zci(m)
Xci(m)
Hình 7.3
3.3- tính toán ổn định cho hệ sà lan+khối chân đế trong quá trình
vận chuyển:
* Tính toán chiều chìm và thể tích chiếm nớc:
- Trọng lợng sà lan: 8000T
- Trọng lợng khối chân đế : 1500T
Vậy tổng trọng lợng sà lan và khối chân đế là 9500T, tra đồ thị đợc:
+Mớn nớc là T = 2.44m , sà lan có X
C
= 2.5m , X

góc nghiêng là 10 độ , với mỗi góc ( từ 0 : 90 độ) ta có đợc một điểm của cánh tay đòn ổn
định tĩnh , nối các điểm đó lại đợc đồ thị cần xây dựng.
-Với góc nghiêng = 0 thì dễ dàng tìm đợc bán kính tâm nghiêng r = Ix/V.
- Với góc nghiêng từ = 10 độ trở đi hình dạng mặt đờng nớc đợc coi xấp xỉ nh sau:
(Hình 7.3)

L
16
m
1/
sin

5/
sin

6
4.53
a
b
ba
Hình 8.3
Theo hình vẽ ta tính đợc độ dài cuả a, b tại các sờn Trebsep với các hệ số ki tơng ứng nh sau:
a =

sin
5.2
với mọi k
b =

sin

0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 10 20 30 40 50 60 70 80

M(Tm)
Mt
Mng
Hình 9.3
Theo đồ thị trên dễ dàng nhận thấy tất cả những tiêu chuẩn về ổn định đã trình bày ở mục 4c
phần 2.1.2 đã trình bày ở trên đều đợc thoả mãn:
- Góc giao cắt đầu tiên = 2 độ, góc giao cắt cuối cùng = 62 độ.
- Diện tích vùng A + B =1689482(Tmđộ) > 1,4(A+C) = 227745(Tmđộ)
Tuy nhiên sự thoả mãn này lại không mang tính kinh tế (cụ thể là sà lan đợc chọn lựa quá
lớn) , nhng do trong đồ án các số liệu chỉ mang tính minh hoạ cho phơng pháp tính nên coi nh là
có thể chấp nhận đợc.
3.4- tính toán lắc cho sà lan trong quá trình vận chuyển:
3.4.1- Khi sóng lan truyền theo h ớng vuông góc với h ớng di chuyển của sà lan :
a/Tính toán lắc đứng:
Y
o
g
Z
o
y
z

2
= 1 ,
3
= 0.5 (do = 0).
+Thay các số liệu vào công thức trên ta có:
m
z
= 0.8*0.5*
2
1
)36(65.100
481.9
25.10
2


= 26747.5 t
- Hệ số cản tính theo công thức (2 56):
2N
z
= k
z
.F
ĐN
Trong đó kz = 0.18 tm
-3
s , và F
ĐN
= L.B = 100.56*36 = 3623,4m
2

theo kết quả của phơng trình dao động riêng ta đợc:
tg =
024,0
52.0
7,0.018,0
=
vậy = 0,024 rad
Zm =
m85,1
52,0
964,0
=

b/Tính toán lắc ngang:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
g


Z
o
Y
o
Y

Z


Hình 11.3
*Tính toán các hệ số

.
- Hệ số cản lắc ngang:
Với r =Ix/V =
m5,41
9664
391304
=

Z
G
=
m62,4
9664
2.81641500.87,18
=
+

Z
C
= 1,24m
Vậy ta có chiều cao ổn định ban đầu theo phơng ngang ho = 41,5 4,62 + 1,24 = 38,12m
Theo công thức (2 58) ta có:
2N

=
xxxo
JkDh )1(2 +

à
Trong đó 2à


8,36839162902083,4536068,36839162902083,45360673,1134015

++=+++
Biến đổi phơng trình trên về dạng:

32,2183,0286,032,2183,0

++=++
Trong đó với
m
=
077,0
123
5,1.2
=

Tức là = 0,077sin0,7t , = -0,0377sin0,7t , = 0,054cos0,7t.
Vế phải phơng trình có dạng:
F(t) = (0,179 0,0108)sin0,7t + 0,01cos0,7t
F(t) = 0,168sin(0,7t + 0,06)
Vậy:
)06,07,0sin(168,032,2183,0

+=++ t

Theo kết quả của phơng trình dao động riêng ta đợc:
tg =
07,0
83,1






+
21

)( FDHIkJJ
FZFZFkZm
g
D
oGyyyy
DNDNzz



a/Tính toán lắc đứng:
Với phơng trình trên thì các hệ số ở vế trái đã xác định nh trong phần lắc đứng khi sóng
vuông góc với hớng dịch chuyển của tàu. Cho nên ở đây chỉ cần xác định F
1
.
Coi nh chiều rộng và chiều cao tàu không đổi , ta xác định đợc F1 theo công thức (2 85)
nh sau: F
1
=
[ ]

tt 07sin81,6847,0cos6,36050211,0
=7608,05sin(0,7t + 1,58)
Vậy phơng trình dao động trở thành:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
( )
)58,17,0sin(05,7608371402,6525,2674717,9851

+=+++ tZZZ
)58,17,0sin(207,001,1018,0

+=++ tZZZ
tg =
024,0
52.0
7,0.018,0
=
vậy = 0,024 rad
Zm =
m4,0
52,0
207,0
=
.
b/Tính toán lắc dọc:
z
x
g



m
4
+ Momen quán tính khối lợng nớc kèm:
J
yy
= m
z
DN
Gy
F
I
=
22519771
4,3623
8,3050682
.5,26747 =
tm
2
- Hệ số cản : 2N

= 0,18.3050682,8 = 549123 tms.
- Hệ số hồi phục:
+ Ho = R z
G
+ z
C
=
m12,32024,162,4
9430
8,3050682






Thay các thông số đã biết vào phơng trình ta có:
F
2
=
[ ]
tt
x
7,0cos.2,652.7,0.5,17,0sin)5,26747.49,037140(5,1
123
56,100
cos
24,3.2
123.56,100
123
56,100
sin
86,9.2
123
56,100
1
2
+





Thay các số liệu vào phơng trình:
( )
)02,07,0sin(26,7427768,30936396549123225197716,6985757

+=+++ t

Biến đổi tơng đơng phơng trình nhận đợc:
)02,07,0sin(025,005,10186,0

+=++ t

Vậy tg =
023,0
56.0
7,0.0186,0
=
vậy = 0,023 rad

m
=
rad045,0
56,0
025,0
=
.
Chơng IV tính toán thiết kế gia cố và kiểm tra.
4.1- cơ sở lý thuyết về lực lắc:
Khi tàu bị lắc, thì các chất điểm phụ thuộc hệ quy chiếu gắn với tàu đều sẽ bị ảnh hởng, đầu
tiên là thay đổi về vị trí, sau đó là thay đổi về vận tốc và gia tốc kể cả về chiều lẫn trị số, sự thay

thức:
F
z
= m
2
Z
m
(4 1)
với là tần số góc của lực cỡng bức, Z
m
là biên độ lực cỡng bức.
4.1.2- Tác động của lắc ngang:
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
P=mg
P.cos

P.sin

F
qt
F
yqt
F
zqt
F
ht
F
zht
F

= -mg.cos
- Ngoài ra do lắc ngang quanh trọng tâm hệ, nên chất điểm quay quanh trọng tâm hệ, do vậy sẽ
phát sinh ra lực quán tính ly tâm , và thành phần lực hớng tâm.
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
- Lực quán tính ly tâm tính theo công thức:
F
lt
=
''

mr
(4 4)
Trong đó r là khoảng cách giữa chất điểm và trọng tâm hệ ( r > 0), F
lt
đợc tách thành 2 thành
phần theo 2 trục toạ độ gắn với tàu là y và z, giả thiết góc > 0 khi tàu quay ngợc chiều kim
đồng hồ, do gia tốc luôn ngợc chiều chuyển động, lúc đó ta có :
+F
y2
=
''

mz
(Fy > 0 khi z > 0, z lấy giá trị = r.sin (4 5)
+F
z2
=
''


mz
(Fz > 0 khi z < 0) (4 9)
Có thể kết luận Fy luôn ngợc dấu với y, Fz luôn ngợc dấu với z
- Nh vậy khi tàu lắc ngang một góc > 0 thì sẽ gây ra hai thành phần lực tác dụng lên chất điểm
theo hệ trục gắn với tàu nh sau:
Fy =
'''sin
2

mzymmg +
(4 10)
Fz =
'''cos
2

myzmmg
(4 11)
4.1.3- Tác động của lắc dọc:
-Tác động của lắc dọc đối với hệ kết cấu cũng giống nh tác động của lắc ngang, chỉ khác ở chỗ
một bên sinh ra lực theo phơng y, một bên sinh ra lực theo phơng x.
-Nh vậy nếu giả thiết góc lắc dọc > 0, thì cũng gây ra hai thành phần lực tác dụng lên chất
điểm theo hệ trục gắn với tàu nh sau:
Fx =
'''sin
2

mzxmmg +
(4 12)
Fz =
'''cos

22
''cos


(4 17)
4.2- áp dụng trong tính toán :
4.2.1 Công thức sử dụng trong đồ án:
* Trong đồ án này với góc dao động rất nhỏ: = 0.092sin(0,7t - 1)
= 0,045sin(0,7t - 2)
thì thành phần vận tốc bình phơng trong phơng trình tính lực ở trên là rất nhỏ so với các thành
phần còn lại, vì vậy xin đợc bỏ qua.
*Cũng do góc dao động nhỏ nên thành phần cosin sẽ tính bằng 1, xét thành phần lực đứng
do lắc ngang Fz =
m
Zmmymg
2
''


,với = 0.092sin(0,7t - 1) và Zm = 1.85m , thì thành
tính toán liên kết giữa khối chân đế và sà lan
trong quá trình vận chuyển trên biển
phần lực kéo lớn nhất =
)097,0045.0( ygm
, để thành phần này dơng thì y
min
= 215,8m , đối
với khối chân đế hiện có điều này không thoả mãn, vì vậy lực đứng luôn là lực nén, đối với lắc
dọc cũng vậy, ở đây nếu đã kể đến lực nén, thì phải bỏ trọng lợng bản thân khối chân đế. Nếu có
thêm thanh chống thì lực nén này sẽ phân phối trên cả thanh chống và đờng trợt, vì vậy sẽ có hai

2
2
2

+= tzgmtmzgm
mmm
(4 19)
ở đây, các lực là biến thiên tuần hoàn theo tần số = tần số sóng, ta tính dới dạng tựa tĩnh, tức là
chỉ nhập biên độ lực vào sơ đồ tính để chạy ra nội lực, việc này có sai số nhất định, mặc dù vậy
sai số sẽ không lớn lắm , mặt khác nếu tính động lực học thì sẽ rất phức tạp vợt khỏi phạm vi đồ
án.
4.2.2 Tính toán:
-Với trờng hợp cụ thể của số liệu sà lan và khối chân đế đã cho, bớc đầu tiên ta thực hiện quy
khối lợng về nút, việc này có thể có rất nhiều cách làm, nhng nhanh chóng và hiệu quả hơn cả là
lợi dụng sơ đồ tính của KCĐ trong SAP-2000, ta sẽ nhập các gối tựa vào các nút mặt dới cùng và
chạy chơng trình, sẽ đợc một bảng phân phối khối lợng về nút theo 3 phơng, ở đây chỉ quan tâm
đến phơng trọng lực là phơng z.
-Sau khi tính đợc khối lợng quy đổi về nút, áp dụng công thức (3 18) , (3 19) cho các nút
này với các toạ độ đã có sẵn ta sẽ đợc kết quả lực cần tính toán, trong đó lu ý sự khác nhau về hệ
trục toạ độ của SAP và của sà lan , sự chuyển đổi đó nh sau:
Y
sap
= X
sl
24 (m)
X
sap
= - Y
sl
(m)