NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&'()* +, %/ 01 &2 !345 6 6ĐỒ ÁN CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH 1
THIẾT KẾ KẾT CẤU CHÂN ĐẾ CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP
I ) TỔNG QUAN
1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH
Công trình biển bằng thép là công trình có vật liệu làm chủ yếu làm bằng thép. Công trình làm
việc như một khung không gian, các tải trọng được truyền vào nền đất thông qua các móng
cọc đóng sâu vào nền đất .
- Ưu điểm :
+ Thép là loại vật liệu có cường độ cao kích thước tương đối nhỏ , vì vậy kết cấu có trọng lượng
và kích thước tương đối nhỏ dẫn đến tải trọng sóng tác động lên công trình nhỏ
+ Khả năng cấu tạo và liên kết của thép là rất linh hoạt
+ Có thể áp dụng cho phần lớn các điều kiện địa chất
+ Thời gian thi công nhanh nhưng đòi hỏi về phương tiện và bến bãi thi công trên bờ
- Nhược điểm :
+ Thép là loại vật liệu đắt tiền
+ Đòi hỏi phải duy tu và bảo dưỡng thường xuyên để khắc phục hậu quả do ăn mòn và nứt do
mỏi
+ Thời gian thi công ngoài biển kéo dài và đòi hỏi phải có nhiều thiết bị chuyên dụng của
ngành. Phải trải qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 là thi công lắp giáp , giai đoạn 2 và vận chuyển hạ thuỷ đánh
chìm và cố định ngoài biển. Do đó tồn tại nhiều rủi ro khi thi công.

NHÓM 3 - LỚP 52CB1


Vận tốc gió trung bình đo trong 2 phút
100 38.4 46.1 0.0 20.8 2.0 35.7 34.2 33.5
50 36.2 45.0 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
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&?(@* +, %/ 0A &B !CDE 6 F1 23.0 26.0 2.0 12.7 6.0 21.0 20.0 18.0

Chu kỳ lặp - năm N NE E SE S SW W NW
Vận tốc gió trung bình đo trong 1 phút
100 39.7 47.1 1.0 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 26.0 16.0 19.0 27.1 26.0 22.0
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
Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây
100 44.7 58.1 4.9 24.2 5.6 41.6 39.8 39.0
50 42.1 52.4 33.9 22.3 24.9 38.9 38.1 37.0
25 39.8 47.3 31.9 21.2 23.7 36.7 35.4 34.0
10 35.6 43.7 30.6 19.6 22.4 32.8 32.0 30.8
5 33.2 40.3 29.3 18.0 21.4 30.5 29.3 24.8
1 26.8 30.3 25.6 14.8 18.6 24.4 23.3 21.0

!" #$%&O(P* +, %/ 0Q &R !STU 6 V
6 ) Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất ( chu kỳ lặp 100 năm ):
Các thông số Hướng sóng
N NE E SE S SW W NW
Vận tốc (cm/s) 68 111 90 102 182 137 119 97
Hướng (độ) 2 301 60 295 329 53 329 197

7 ) Số liệu hà bám :
Phạm vi hà bám tính từ mực nước trung bình trở xuống Chiều dày hà bám
Từ mực nước trung bình 0 (m) đến -4 (m) 80 mm
Từ -4 (m) đến -8 (m) 87 mm
Từ -8 (m) đến -10 (m) 100 mm
Từ -10 (m) đến đáy biển 70 mm

Trọng lượng riêng hà bám : γ=1600 kG/m
3

8 ) Số liệu địa chất công trình :
Đề số 3 :
Các thông số đề bài Tên lớp đất
Lớp đất số 1 Lớp đất số 2 Lớp đất số 3
1 Mô tả lớp đất Á cát dẻo mềm Á cát dẻo chặt Sét nửa cứng
2 Độ sâu đáy lớp đất ( tính từ h
1
= 19m h
2
=39m h

60

20

120
13 Góc ma sát trong ψ , độ 14 22 25

9 ) Số liệu về vật liệu :
Số liệu về quy cách thép ống ( lấy theo quy cách thép ống của API )
+ Vật liệu thép :
Đặc trưng cơ lý của vật liệu thép :
- Khối lượng riêng
t
g
=7.85 ( T/m
3
)
- Cường độ chảy
y
F
= 44.8 ( Mpa )
- Modun đàn hồi E = 2.1x10
6
( kG/m
2
)

NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&_(`* +, %/ 0a &b !cde 6 f

1
o
dd
+
= 80 + 2.2= 82.2 (m)
Mực nước trung bình : MNTB =
1
2.2
8081.1()
22
o
d
dm
+=+=

Mực nước tính toán : MNTT =
12
o
ddd
++
= 80 + 2.2 + 1.2 = 83.4 (m)
b ) Xác định hướng sóng dùng để tính toán
Chọn 2 hướng sóng tác động vào công trình để tính toán và kiểm tra kết cấu chân đế
+ Hướng 1 : là hướng có chiều cao sóng lớn nhất ( ĐÔNG BẮC - NE ) :
H = 16.1 ( m ) ; T = 14.1 ( s ). ( Chu kỳ lặp 100 năm )
+ Hướng 2 : là hướng tác dụng theo phương của chéo của diafrargm ( BẮC - N ) :
H = 10.8 ( m ) ; T = 10.3 ( s ). ( Chu kỳ lặp 100 năm )
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&g(h* +, %/ 0i &j !klm 6 n
+ Địa chất công trình
+ Độ sâu nước thiết kế , mực nước cao nhất
+ Phương pháp thì công và các thiết bị thi công trên bờ và ngoài khơi
a) Lựa chọn hướng đặt công trình
Hướng đặt công trình phụ thuộc vào những yếu tố như sau :
+ Hướng tải trọng môi trường cực hạn
+Chức năng chính của dàn ( dàn công nghệ, dàn khai thác, )
+ Thuận lợi cho việc bố trí giá cập tàu để giảm tối đa tải trọng do môi trường tác động khi
cập tàu hoặc tác động trực tiếp lên tàu
Trong đồ án này ta chỉ xét đến yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất là tải trọng do môi trường để
bố trí hướng đặt công trình.
Công trình đặt theo hướng có chiều cao sóng lớn nhất ĐÔNG BẮC. Hướng ĐÔNG BẮC sẽ đi
qua trục đối xứng của công trình. Bố trí như vậy khi tải trọng của môi trường cực đại thì sự chịu lực của 4
ống chính sẽ đồng đều hơn. Thường 2 ống gần hướng sóng tới chịu nhổ, 2 ống xa hướng sóng tới chịu
nén.
Sơ đồ bố trí như sau :
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&w(x* +, %/ 0y &z !{|} 6 6~
b) Xác định các kích thước tổng thể
+ Kích thước đỉnh của kết cấu chân đế : 18x18 (m)
+ Xác định chiều cao công trình
Ta có công thức :
ax
.


!" #$%&•( * +, %/ 0! &" !#$% 6 66 Ta chọn
m
=0.7 ( Tính vận tốc sóng theo Stoke )

=
CT
H
83.4 + 0.7x16.1 + 1.5 = 96.17 (m).
Chọn
96.2()
=
CT
Hm

+ Xác định cao trình diafragm D1 ( Trường hợp dùng khung sàn chịu lực )

11
D
HMNTCZ
=+
= 82.2 + 2 = 84.2 (m)

1
Z
: Khoảng cách đảm bảo thi công lắp đặt khung chịu lực . Chọn
1

18()
t
Bm
=

Chọn độ dốc ống chính bằng 1/8
2000
W.P
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&'( * +, %/ 0( &" !#)% 6 6> Suy ra bề rộng đáy dưới
2
285.2
1839.55
88
´
´
=+=+=
CD
dt
H
BB
m)
+ Xác định cao độ giao điểm giữa ống chính và thanh xiên dưới cùng của khối chân đế

d
Z

phù hợp với khoảng cách này.
e) Cọc : Do yêu cầu đề bài là cọc váy, ta sơ bộ chọn phương án cọc váy đóng theo phương đứng. 3) XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC THANH

a) Xác định sơ bộ kích thước các thanh ngang
và
thanh xiên:

500
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&+( * +, %/ 0, &" !#-% 6 6F
-Các thanh được thiết kế sao cho đủ bền
và
độ ổn định khi chịu tải trọng cực hạn. Đối với kết cấu
thép thì yêu cầu về độ ổn định thường cao hơn yêu cầu về độ bền. Vì vậy khi ta chọn sơ bộ thanh
ngoài
dựa
vào
kinh nghiệm của các công trình tương tự người ta thường lựa chọn theo độ mảnh của
thanh.

- Với các thanh ngang
và
thanh xiên, ta phân loại thanh từng nhóm, với mỗi nhóm ta chọn theo thanh

-OL: Ống launching
-OX: Ống xiên Panel
-ON: Ống ngang
-OXD: Ống trong Diafragm
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&/( * +, %/ 00 &" !#1% 6 6Nb) Kiểm tra độ mảnh của các than h
Việc chọn các thanh phải đảm bảo giữ gìn được sự ổn định cục bộ và ổn định tổng thể dưới
điều kiện môi trường khai thác và điều kiện môi trường cực trị. Đối với các phần tử kết cấu
dạng ống , chọn theo độ mảnh cho phép . Độ mảnh của thanh ống được xác định như sau :

.
kl
r
l
=

Trong đó :
k : là hệ số quy đổi chiều dài phụ thuộc vào điều kiện liên kết tại 2 đầu thanh:
Đối với ống chính k = 1.0
Đối với ống xiên và ống ngang, ống launching k = 0.8
Đối với ống ngang phụ k = 0.7
l : là chiều dài phần tử đoạn thanh, được xác định bằng khoảng cách giữa 2 tâm nút

J
r
A

36°
35°
35°
38°
36°
54°
39°
44°
38°
52°
39°
+80.0
0.0
+0.5
+25.5
+47.5
+67.5
+83.4
mntt
PB
D5
D4
D3
D2
D1
2000x50x47870
1800x50x36990

96200
1000 100016000
39550
PA
48°
47°
44°
11775 16000 11775
200016700200002200025000
500
55°
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&;( * +, %/ 0< &" !#=% 6 6f
48°
35°
47°
36°
35°
44°
38°
36°
39°
44°
38°
39°
0.0

16700200002200025000
500
panel pA T
/L 1:200
2000
1500
1200
+80.0
+84.2
+87.7
+95.0
+96.2
610x15.6x18000
610x15.6x18000
7300
D5
D4
D3
D2
D1
610x15.6x9769
610x15.6x9769
39550
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&?( * +, %/ 0@ &" !#A% 6 6n


610x15.6x18500
610x15.6x18500
580x15.6x13581
580x15.6x13581
580x15.6x13581
580x15.6x13581
3308
22675
PA PB
113384036
22675
P1
P2
D
IAFRAGM
D2 T
/
L
1:200
8030 33088030
7338
1010
3030
1010
3030
7066
970
1818
970
4242

8030 5808
7338
1010
3030
1010
3030
9566
4242
970
1818
970
580x15.6x26675
9566
720x20.6x33175
720x20.6x33175
720x20.6x33175
720x20.6x33175
580x15.6x13581
580x15.6x13581
580x15.6x13581
8558 8558
33175
PA PB
165889250
33175
P1
P2
580x15.6x13581
DIAFRAGM D4 T/L 1:200
8030 8030

812.8x25.4x39425
11683 8030
39425
PA PB
1984312636
39686
P1
P2
580x15.6x13581
580x15.6x13581
580x15.6x13581
580x15.6x13581
DIAFRAGM D5 T/L 1:200
8030 11683
7207
1010
3030
1010
3030
15543
4242
970
1818
970
580x15.6x39686
15543
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&K( * +, %/ 0L &" !#M% 6 >6


0
= 6.D - Trường hợp đất tại nơi xây dựng chưa xác định cụ thể
D là đường kính ngoài của cọc : D = 1.20 ( mm) (Sẽ được trình bày sau ở phần tính toán
cọc)
D
0
= 6 x 1.2 = 7.2 ( m )
c) Tính toán các loại khối lượng:
1) Khối lượng thượng tầng:
Theo số liệu đã cho:
Tổng khối lượng thượng tầng : G = 1400 (T)
?
0
VI TRI NGAM TINH TOAN
KC CHAN DE
COC
MUC NUOC LANG
NHÓM 3 - LỚP 52CB1

!" #$%&S( * +, %/ 0T &" !#U% 6 >F Tổng khối lượng thượng tầng được phân bố cho 4 nút tại 4 đỉnh của khung sàn chịu lực
(tải trọng này tác dụng lên khối chân đế là tải trọng tĩnh).
M/4 = 1400 / 4 = 350 (T)
2) Khối lượng bản thân kết cấu : Đặt cho SAP2000 tự tính toán.
+ Khối lượng bản thân kết cấu : 2429.431 (T)
3) Xác định khối lượng hà bám tại thanh ( tính từ MNTB trở xuống).
Khối lượng hà bám của thanh thứ i là :
m

: Đường kính cọc
t
i
: Chiều dày hà bám
L
i
: Chiều dài thanh
Khối lượng hà bám cho từng thanh qui về 2 nút 2 đầu như một dầm đơn giản.
4) Khối lượng nước kèm của các thanh ngập nước:
Nước kèm là lượng nước bám vào thành ống khi kết cấu có chuyển vị. Để xác
định khối lượng nước kèm ta tính từ MNCN xuống đáy biển.
Khối lượng nước kèm tại thanh thứ i được tính theo công thức sau:

m
nk
(i) = r
n
.C
am
.V
i

Trong đó:
+ r
n
– mật độ của nước biển = 1025 kg/m
3
.
+ C
am

5) Khối lượng nước trong ống chính :
Tính khối lượng nước trong ống với MNCN. Nước trong ống nằm trong các
ống chính.
Khối lượng nước trong ống thứ i:
m
n«
(i) = r
n
. A
ni
. L
i

Trong đó:
+ r
n
– mật độ nước biển 1025 kg/m
3
.
+ A
ni
: Là diện tích nước chiếm chỗ
A
ni
=
4/)2.(
2
dp
-Dc


I LƯ
Ợ
NG QUI V
Ề

NÚT

Nút

Z

t
ừ

đáy bi
ể
n

Mi hà bám

Mi nư
ớ
c kèm

Mi nư
ớ
c trong
ố
ng chính


0

0

3

91.2

0

0

0

0

4

96.2

0

0

0

0

5


0

0

8

96.2

0

0

0

0

9

0.5

5.6700133

8.025473116

0

13.69549

10


0

9.560553

13

96.2

0

0

0

0

14

91.2

0

0

0

0

15


0

0

18

-
5.4

11.06526

48.9212

0

59.98646

19

0.5

4.0907784

4.843891854

0

8.93467

20

0

0

0

23

0

9.4256247

41.67212417

37.60909207

88.70684

24

86.2

0

0

0

0


3.48293196

0

4.591471

28

86.2

0

0

0

0

29

0

9.4256247

41.67212417

37.60909207

88.70684


0

0

0

33

84.2

1.1085393

3.48293196

0

4.591471

34

84.2

0

0

0

0


25.88247295

19.71786173

49.80361

38

84.2

4.2032728

25.88247295

19.71786173

49.80361

39

84.2

4.2032728

25.88247295

19.71786173

49.80361