Luận án cao học
Chương mở dầu 1
Chương 1
TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG1. Giơi thiệu :
Tất cả những công trình thực tế luôn chòu sự tác động của tải trọng động, phụ thuộc
vào thời gian làm gia tăng đáp ứng động . Vấn đề quan trọng nhất đối với những
công trình biển là tải trọng động do sóng gây ra .
2. Phương trình Morison
:
Để tính toán tải trọng do sóng lên kết cấu cứng phải thừa nhận giả thuyết
tải trọng của sóng là hàm tuyến tính của tổng lực cản và lực quán tính khi dòng
chảy xuyên qua công trình . Hợp lực đối với chiều dài vi phân ds của thanh hình trụ
nằm trong chất lỏng phương trình Morison cho bởi :
∫
=
+=
η
ρρ
0
2/1
dFF
dsUACdsUDUCdF
mD
&Trong đó :
F – Hợp lực tác dụng lên hình trụ

D/W>0.2 , lực quán tính chiếm ưu thế
D/W<0.2 , lực cản chiếm ưu thế
Trong đó :
D – Chiều rộng hoặc đường kính cấu kiện
L – Chiều dài sóng
W – Chiều rộng quỹ đạo hạt nước cho bởi
Luận án cao học
Chương mở dầu 2
L
d
H
W
π
2
tanh
=

Trong đó : H – chiều cao sóng
d – chiều sâu nước

Một số giả thuyết khi sử dụng phương trình Morison :

1 – Vận tốc và gia tốc tức thời theo lý thuyết sóng tuyến tính và kích thước của kết
cấu không ảnh hưởng đặc trưng của sóng . Giới hạn kích thước của kết cấu để sử
dụng phương trình Morison là :
D/L
≤0.2
Ở đây : D – Chiều rộng các thành phần kết cấu
L – Chiều dài sóng
Chiều dài của sóng được xác đònh từ các đặc trưng của sóng như chiều cao sóng H,


Bảng 1.1
Luận án cao học
Chương mở dầu 3
Hệ số cản của một số kết cấu thông dụng

Hình dạng mặt cắt C
D
Hình dạng mặt cắt C
D 2.0 1.9

0.6


1.5 0.5

Bảng 1.2
Hệ số quán tính của một số kết cấu thông dụng

Dạng mặt cắt C
m

2.0 2.5

2.5

r
Luận án cao học Chương 1: Tải trọng tác động 8
kích thích với vận tốc U
b
, và gia tốc
b
U
&
đối với vận tốc và gia tốc của phần tử nước .
Trong trường hợp này dạng động học của phương trình có thể viết :
( )( )
( )
( )
bbmbbD
UMAdsdsUUACdsUUUUDCF
&&&
−+−+−−=
ρρρ
2/1

Trong đó :
U
b
- Vận tốc gia tăng do mặt cắt của kết cấu
b
U
&




−=
T
t
L
xH
t
πη
2cos
2
)(

trong đó :
H : chiều cao sóng , H = 2* a
k: số sóng , k = 2
π /L
w : tần số sóng , w = 2π/T
T : Chu kỳ sóng .
Tốc độ sóng cho bởi :
2/1
2
tanh
2






L
d
L
d
L
d
ππ
22
tanh,
25
1
→≤
thì
gdc =

Khi c= L/T và c
o
= L
o
/T , thì L/L
o
=tanh(2π/L)
Ở đây
2
2
56.1
2
T
gT
L






+
=
T
t
L
x
Ld
Ldy
T
H
v
T
t
L
x
Ld
Ldy
T
H
u
π
π
π
π
π


−






+
==
T
t
L
x
s
Ld
Ldy
T
H
t
v
v
T
t
L
x
Ld
Ldy
T
H






−






+
==






−






+
==


=
T
t
L
x
s
Ld
Ldy
T
H
t
v
v
T
t
L
x
Ld
Ldy
T
H
t
u
u
T
t
L
x
L
y

2cos
/2sinh
/)(2sin2
2sin
/2sinh
/)(2cosh2
2sin
2
exp
2cos
2
exp
2
2
2
2
&
&

p suất dưới mặt nước cho bởi phương trình sau : 





+=


/2
1
2
1
8
1
2cos
/2cosh
/)(2cosh
2
2
π
π
ρ
π
π
π
ρ

Tổng năng lượng của sóng trên một đơn vò chiều rộng đỉnh sóng
8
2
gLH
E
ρ
=

Lực trên một đơn vò chiều dài đỉnh sóng :
Luận án cao học


Khi chiều cao sóng tương đối lớn, không thể bỏ qua các số hạng phi tuyến
trong lý thuyết sóng tuyến tính (sóng có biên độ nhỏ ).
5.1. Lý thuyết sóng Stokes
:
Lý thuyết sóng Stokes được áp dụng trong vùng nước sâu
Phương trình mặt sóng có dạng :






−












+





L
a
L
t
L
x
L
d
f
L
a
T
t
L
x
at
π
π
π
π
πη
6cos4cos2cos)(
3
2
32
2
2
Với :
L
d

d
L
d
L
d
f
π
π
2sinh2
2cosh81
16
3
6
6
3
+
=







Khi đó :







L
dgT
L
πβ
π
2tanh)41(
2
2
+=

Với :
L
d
L
d
a
L
a
π
π
π
β
2sinh16
4cosh14
4
2
2
+


t
L
x
A
L
t
L
x
A
T
t
L
x
At
πππη
6cos4cos2cos)(
321

Phương trình vận tốc hạt nước cho bởi :
( ) ( )






−
+
+








−
+
+
T
t
L
x
L
dy
F
ππ
6cos6cosh
3

( ) ( )






−
+
+