Nghiên cứu sự suy giảm độ tin cậy theo thời gian của kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép do ảnh hưởng của tổn..

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu sự suy giảm độ tin cậy theo thời gian của kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép do ảnh hưởng của tổn..

1. 1 B GIÁO D C VÀ ÀO T O TR NG I H C XÂY D NG === MAI H NG QUÂN NGHIÊN C U S SUY GI M TIN C Y THEO TH I GIAN CA CHÂN CÔNG TRÌNH BI N C NH B NG THÉP DO NH H NG C A T N TH T M I Chuyên ngành: Công trình th y – Công trình bi n Mã s : 62 58 02 02 -2 (mã s m i: 62580203) TÓM T T LU N ÁN TI N S K THU T HÀ N I, 2014
2. 2 Công trình c hoàn thành t i: Vi n Xây d ng công trình bi n – Tr ưng i h c Xây d ng Ng i h ng d n khoa h c: 1. PGS. TS. Đinh Quang C ường 2. GS. TS. Ph ạm Kh ắc Hùng Ph n bi n 1: Ph n bi n 2: Ph n bi n 3: Lu n án s c b o v tr c H i ng ch m lu n án c p Tr ng h p t i Tr ng i h c Xây d ng vào h i gi ngày tháng n m Có th tìm hi u lu n án t i th vi n: Th vi n Qu c Gia ho c Th vi n Tr ng i h c Xây d ng
3. 1 M U t v n nghiên c u c a lu n án Hi n nay ánh giá an toàn c a các công trình bi n theo tin c y là m t ph ơ ng pháp hi n i ang c quan tâm a vào s d ng trong các quy ph m. Ph ơ ng pháp này có ti n b áng k là ã a vào mô hình hóa nhi u y u t ng u nhiên nh hng n an toàn c a công trình mà các ph ơ ng pháp khác ch a k n c. Tuy vy im c n b n c a ph ơ ng pháp này v n d a trên vi c xem xét m t cách riêng bi t hai iu ki n an toàn chính c a k t c u công trình bi n; ó là iu ki n b n (khi công trình ch u tác ng c a sóng c c i) và iu ki n m i (khi công trình ch u tác ng c a sóng th ng xuyên trong tr ng thái bi n dài h n). Th c t là: hi n t ưng mi do các tác ng c a sóng bi n t khi xây d ng công trình n th i im ánh giá ã làm suy gi m kh n ng ch u l c c a k t c u và t n th t mi do sóng bi n trong tr ng thái bi n c c i gây ra ph i ưc k n cùng vi tn th t m i do tr ng thái bi n dài h n tích lu tr ưc ó. Các nh h ng th c t nói trên làm suy gi m an toàn ( tin c y) và tu i th ca k t c u theo th i gian. ánh giá s suy gi m tin c y c a k t c u do các nh hng này, tác gi ã ti n hành nghiên c u và hoàn thành lu n án vi tên tài là: “Nghiên c ứu sự suy gi ảm độ tin c ậy theo th ời gian c ủa chân đế công trình bi ển c ố định b ằng thép do ảnh h ưởng c ủa tổn th ất m ỏi”. Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a lu n án Ý ngh a khoa h c: Lu n án xu t m t ph ơ ng pháp m i d a trên mô hình xác su t và lý thuy t tin c y c a k t c u công trình ánh giá an toàn và tu i th m i cho các k t c u công trình bi n c nh b ng thép ch u t i tr ng sóng ng u nhiên. Ý ngh a th c ti n c a lu n án: Vi c xác nh c tin c y c a t ng v trí trên kt c u công trình t i m t th i im b t k trong quá trình khai thác, có k n tích ly m i t th i im xây d ng công trình n th i im ki m tra, và vi c xác nh c tu i th m i c a t ng v trí trên k t c u công trình có k n tích lu m i do sóng bi n trong các tr ng thái bi n c c i ã g p tr c th i im ki m tra giúp chúng ta có th gi i thích c hi n t ng m t s k t c u công trình g p s c khi gp bão nh h ơn bão thi t k . ây là m t k t qu quan tr ng c a lu n án, có ý ngh a th c ti n cho các ho t ng khai thác và b o d ng k t c u công trình, m b o quá trình khai thác c an toàn d a trên công tác t i u hóa c k ho ch kh o sát, ch ơ ng trình kh o sát và duy tu b o d ng k t c u. i t ưng và ph m vi nghiên c u c a lu n án: i t ng nghiên c u c a lu n án là k t c u chân công trình bi n c nh bng thép d ng jacket ch u t i tr ng sóng ng u nhiên. Ph ươ ng pháp nghiên c u c a lu n án: - Nghiên c u ph ơ ng pháp lu n: nghiên c u tìm hi u ph ơ ng pháp lu n gi i các bài toán truy n th ng (bài toán b n, bài toán m i) t ó ch ra nh ng v n mà các
4. 2 bài toán truy n th ng ch a xét n; - Nghiên c u ng d ng: s d ng các ki n th c c ơ h c, toán h c và mô hình xác su t xây d ng các công th c ánh giá s suy gi m tin c y c a kt c u công trình bi n c nh b ng thép . - Th c hi n các tính toán b ng s (k t h p ph n m m tính toán k t c u SACS vi ch ơ ng trình t l p) kh o sát k t qu ng d ng ph ơ ng pháp ca lu n án. - So sánh v i các ph ơ ng pháp truy n th ng a ra các k t lu n ng d ng. Mc tiêu nghiên c u c a lu n án; - Nghiên c u xác nh các ph n ng ng u nhiên c a k t c u công trình bi n c nh b ng thép (n i l c và ng su t ng u nhiên) do tác ng c a sóng bi n. - Nghiên c u t n th t m i ng u nhiên c a k t c u jacket do sóng bi n gây ra - Xác nh tin c y ca k t c u theo các iu ki n b n và m i. - Nghiên c u s suy gi m theo th i gian ca tin c y do k n nh h ng c a tn th t m i và t n th t m i do bão c c h n gây ra. CH NG 1:TNG QUAN V CÁC PH NG PHÁP ÁNH GIÁ AN TOÀN K T CU CHÂN CÔNG TRÌNH BI N C NH B NG THÉP (JACKET) 1.1. Quá trình phát tri n xây d ng công trình bi n c nh b ng thép 1.1.1. Khái quát v công trình bi n c nh b ng thép Công trình bi n c nh b ng thép là công trình bi n có kt c u kh i chân bng thép c liên k t c nh v i áy bi n b ng móng c c t i v trí khai thác công trình (gi là k t c u chân ki u jacket). 1.1.2. Các t i tr ng tác ng lên công trình bi n c nh Các t i tr ng chính bao g m: t i tr ng th ng t ng, t i tr ng b n thân, t i tr ng do gió, do sóng và dòng ch y, t i tr ng y n i, ti tr ng do ng t, trong ó t i tr ng nguy hi m nh t n an toàn c a công trình là t i tr ng do sóng bi n. 1.1.3. Yêu c u c ơ b n v thi t k và thi công k t c u kh i chân (jacket) Công tác thi t k và thi công ph i m b o an toàn cho công trình theo các tiêu chu n hi n hành. M t s quy ph m ã quy nh xác sut phá h y l n nh t ti các v -3 trí c a k t c u là P f, giá tr l n nh n c a P f=10 hay tin c y P=0.999 [26,27,28]. 1.1.4. Quá trình phát tri n xây d ng CTB c nh b ng thép trên th gi i Công trình u tiên c xây d ng n m 1940 và liên t c phát tri n v s l ng c ng nh sâu nc. 1.1.5. Tình hình ng dng và tri n v ng phát tri n lo i công trình bi n c nh bng thép khai thác d u khí Vi t Nam [1,8,10] n nay ã có kho ng 70 công trình bi n c nh ki u jacket c xây d ng Vi t Nam v i các sâu t 40m n 135m n c. Trong tơ ng lai vn c n ph i xây dng nhi u các công trình lo i này khai thác các vùng bi n có nc sâu nc lơn h ơn.
5. 3 1.2. Tình hình nghiên c u ng d ng các ph ươ ng pháp ánh giá an toàn k t cu jacket trong các tiêu chu n hi n hành 1.2.1. Các phươ ng pháp ánh giá an toàn s d ng trong tiêu chu n hi n hành 1.2.1.1. Ph ươ ng pháp ánh giá theo các tr ng thái gi i h n Các tr ng thái gi i h n chính dùng ki m tra an toàn c a k t c u nh sau: trng thái gii hn ch u l c c c i (ULS); trng thái gi i h n ch u m i (FLS); các tr ng thái gi i h n khác. 1.2.1.2. Ph ươ ng pháp ánh giá theo tin c y Ph ơ ng pháp ánh giá an toàn b ng mô hình xác su t và lý thuy t tin c y ang c quan tâm và a vào các tiêu chu n hi n hành. 1.2.2. Nh n xét v các ph ươ ng pháp ánh giá an toàn s d ng trong các tiêu chu n hi n hành - Khi ki m tra an toàn theo iu ki n b n thì ch quan tâm n cưng ng su t do bão mà không quan tâm n th i im x y ra bão , t c là coi kh n ng ch u lc c a k t c u là không i theo th i gian (nói cách khác, tin c y theo iu ki n bn luôn là h ng s ). Nh ng trong th c t , t i th i im xy ra bão c c i, công trình ã khai thác c m t th i gian nh t nh, trong kho ng th i gian ó công trình ã ch u tác ng c a sóng th ng xuyên và có tích l y t n th t m i t i các im nóng làm suy gi m kh n ng ch u l c c a k t c u d n n tin c y theo iu b n suy gi m theo th i gian ; - Trong bài toán ki m tra m i, do không th có c s li u sóng x y ra trong tơ ng lai vì v y ph i s d ng s liu sóng trung bình 1 n m tính t các s li u o sóng trong mt s n m trong quá kh tính m i, coi tu i th m i các n m là nh nhau và tính cho toàn b i s ng công trình. S li u sóng tính m i l y theo cách này không bao g m ht c các sóng có biên l n có th x y ra v i công trình (sóng bão). Các con sóng bão dù x y ra không th ng xuyên nh ng có biên ng su t l n s gây ra m t l ng t n th t m i nh t nh làm cho t n th t m i t ng c ng tng nhanh h ơn so v i cách tính thông th ng d n n tin c y theo iu ki n m i gi m nhanh h ơn. c bi t theo tình hình bi n i khí h u hi n nay s l n x y ra bão ln ngày m t nhi u hơn. 1.2.3. Tình hình nghiên c u trong n ưc và qu c t 1.2.3.1. Tình hình nghiên c u trên th gi i ã có nhi u nghiên c u v m i và tin c y c a k t c u công trình bi n, nh ng mi ch t p trung nghiên c u nh h ng c a hi n t ng mi giai on phát tri n v t nt n kh n ng ch u l c c c i c a k t c u [33, 54]. 1.2.3.2. Tình hình nghiên c u trong n ưc Nm 2010, GS. Ph ạm Kh ắc Hùng ã c c p b ng c quy n sáng ch v m t hng m i ánh giá an toàn cho kt c u công trình bi n theo quan im xác su t có k n nh h ng c a t n th t m i giai on u n kh n ng ch u l c c c i c a k t c u.
6. 4 1.3. t v n nghiên c u c a lu n án 1.3.1.1. Nguyên lý t ng quát ánh giá an toàn c a các lo i k t c u công trình bi n theo sáng ch c a GS. Ph m Kh c Hùng GS. Ph m Kh c Hùng ã a ra nh ngh a v “Điều ki ện b ền m ở r ộng ” - là iu ki n ki m tra b n có k n nh h ng c a t n th t m i ã tích l y trong k t c u và “ Điều ki ện m ỏi m ở r ộng ”- là iu ki n m i do tích l y c a sóng dài h n có k thêm t n th t m i do sóng c c i gây ra . Kt c u c ki m tra an toàn nh sau: - Ki m tra theo iu ki n b n m r ng: PBtot= P B × P mT ≥ [P ] (1.1) - Ki m tra theo iu ki n m i m r ng: DmT= D T + D e ≤ [D ] (1.2) 1.3.2. t v n nghiên c u Tác gi vn dng các công th c (1.1.) và (1.2) làm c ơ s phát tri n thành ph ơ ng pháp lu n c th và kh o sát nh h ng c a t n th t m i n kh n ng ch u lc c a k t c u c ng nh nh h ng c a bão c c i n tn th t m i ca kt c u jacket. 1.3.3. Nhi m v nghiên c u c a lu n án - Nhi m v 1: ánh giá an toàn c a k t c u jacket theo tin c y d a trên iu ki n bn và iu ki n m i hi n hành làm cơ s i chi u v i các k t qu nghiên c u. - Nhi m v 2: nghiên c u s suy gi m tin c y c a k t c u jacket theo iu ki n bn th i im k t c u ã ch u t n th t m i. - Nhi m v 3: nghiên c u xác nh tin c y c a k t c u jacket theo iu ki n m i có k n t n th t m i c a các c ơn bão c c i . - Nhi m v 4: xác nh tin c y t ng th c a k t c u jacket. 1.4. Các gi thi t và gi i h n nghiên c u trong lu n án - Mô hình tính toán k t c u: kt c u là m t h tuy n tính, vt li u k t c u làm vi c trong giai on àn h i, liên k t c c và t c tính theo ngàm gi nh. - Mô hình sóng bi n: sóng b m t là m t quá trình ng u nhiên d ng, tuân theo lu t phân ph i chu n, trung bình b ng không và có tính ch t Ergodic [3,13]. - Tính toán t n th t m i: xét t n th t m i giai on tích l y và hình thành v t nt, t n th t m i c tính theo lý thuy t Palmgreen- Miner. - Các t n th t khác: không xét n nh h ng khác làm suy gi m kh n ng ch u lc c a k t c u nh n mòn, s c , . - ng su t trong k t c u: ng su t t i im xét c coi là QTNN d ng, tuân theo lu t phân ph i chu n, và có tính ch t Ergodic [1,13]. - Các yu t ng u nhiên: ch xét y u t ng u nhiên c a sóng và c a ng su t, b qua các y u t ng u nhiên thu c v v t li u, mô hình tính, ph ơ ng pháp tính. - tin c y c a công trình: tin c y ca k t c u c xét ây là tin c y c a ph n t , t i m t im c a ti t di n nguy hi m nh t.
7. 5 1.5. Kt lu n c a ch ươ ng 1 - Vi c phát tri n th m dò, tìm ki m và khai thác các m d u khí xa b có sâu nưc ngày càng t ng th m l c a là xu h ưng chi n l ưc khai thác tài nguyên bi n c a Vi t Nam. Trong t ươ ng lai g n ph i y m nh vi c nghiên c u, xây d ng các công trình bi n ph c v khai thác d u khí sâu 150m n 200m n ưc. ó là m t nhi m v c p bách òi h i ph i s d ng các ph ươ ng pháp tính hi n i. - Bi n i khí h u ang có chi u h ưng làm xu t hi n nhi u bão h ơn và c ưng ln h ơn có th e d a n an toàn c a các công trình ã xây d ng và s p xây dng Vi t Nam. - Ph ươ ng pháp ánh giá an toàn c a k t c u các công trình bi n ưc s d ng trong các quy ph m hi n hành v n ch ưa ph n ánh h t ưc th c t ho t ng c a kt c u khi ch u tác ng ng u nhiên c a t i tr ng môi tr ưng bi n. - Lu n án ã nghiên c u theo h ưng hi n nay ang ưc quan tâm trên th gi i ó là s d ng mô hình xác su t và lý thuy t tin c y xét n nh h ưng gi a hai iu ki n gi i h n an toàn c n b n trong thi t k k t c u công trình bi n, iu ki n gi i h n v b n (USL) và gi i h n v m i (FSL), nh m ưa ra ưc ph ươ ng pháp ánh giá an toàn sát th c t h ơn. CH NG 2: ÁNH GIÁ AN TOÀN C A K T C U JACKET CÁC CÔNG TRÌNH BI N C NH DA TRÊN TÍNH TOÁN B N VÀ M I TRUY N TH NG 2.1. M u Ch ơ ng 2 s trình bày các ki n th c c ơ b n s d ng ánh giá an toàn theo các iu ki n b n truy n th ng và iu ki n m i truy n th ng, làm c ơ s xây d ng và so sánh v i ph ơ ng pháp ánh giá an toàn theo ph ơ ng pháp lu n c a lu n án. 2.1.1. Các tr ng thái tác ng sóng lên các công trình bi n - Tr ng thái bi n ng n h n: ch tr ng thái ho t ng c a m t c ơn bão. Tr ng thái bi n ng n h n c c i: ch bão c c i thi t k , th ng l y bão c c i là bão có t n su t l p là 100 n m ho c là 50 n m tùy theo lo i công trình. - Tr ng thái bi n dài h n: là t p h p c a nhi u tr ng thái bi n ng n h n th ng xuyên tác ng lên công trình. 2.1.2. ánh giá an toàn c a k t c u theo tiêu chu n hin hành 2.1.2.1. ánh giá theo iu ki n b n R (2.1) - Ph ơ ng pháp ng su t cho phép : σ≤[] σ =R; R = k γ m n Fy - Ph ơ ng pháp tr ng thái gi i c c h n: ∑γi σ i ≤R; R = (2.2) 1 γ m 2.1.2.2. ánh giá an toàn theo iu ki n m i 1 Giai on xu t hi n v t n t u tiên (giai on 1) : D≤[] D = (2.3) γ
8. 6 da m Giai on v t n t lan truy n: m =C() ∆ K (2.4) dN 2.2. Mô t chuy n ng sóng bi n b mt 2.2.1. Mô t sóng theo quan im ti n nh 2.2.1.1. Các lý thuy t sóng: S d ng các lý thuy t sóng: lý thuy t sóng Airy, lý thuy t sóng Stokes, lý thuy t sóng Cnoidal, lý thuy t sóng hàm dòng. 2.2.1.2. Mi n áp d ng các lý thuy t sóng: S d ng s ơ l a ch n [15]. 2.2.2. Mô t sóng theo quan im ng u nhiên 2.2.2.1. Mt c t (profile) c a sóng ng u nhiên Mt th hi n c a profile m t sóng c mô t b ng tích phân Fourier nh sau: 1 ∞ η()ta=∫ ()()()() ωcoscos ωω + b sin sin ωω  d (2.5) π −∞ Hình 2.2 Th hi n quá trình ng u nhiên c a chuy n ng sóng bi n b m t Profile sóng ʚͨʛ trong m t tr ng thái bi n ng n h n c gi thi t là m t quá trình ng u nhiên d ng, tuân theo lu t phân ph i chu n (Gauss), trung bình b ng 1 1 η 2  không và có tính ch t Ergodic; p()η =exp  − 2  (2.6) 2πδ η 2 δη  2.2.2.2. Ph n ng l ưng c a sóng ∞ 1 −iω t Sηη()ω= ∫ R ηη () τ e dt (2.9) π 0 ∞ k - Moment bc k c a ph sóng : Mk = ∫ω Sηη () ω d ω (2.10) 0 M 2 - Thông s b r ng ph : ε =1 − 2 (2.11) Mo M 4 2.2.2.3. Các ph sóng thông d ng trong thi t k k t c u công trình bi n Ag2  g  4  - Ph Pierson-Moskowitz (Ph P-M): Sηη (ω )=5 exp  − B    (2.13) ω ω U   −4 2 ag 2 5 ω   ()ω− ω  - Ph JONSWAP : S (ω )= exp −   γ exp  − m  (2.15) ηη 4 5 4ω 2 σ2 ω ()2π ω m    m  2.2.2.4. Ph v n t c và gia t c c a ph n t n ưc do sóng ng u nhiên - Ph v n t c ca ph n t n c:
9. 7 2 2 chkz  chkz Sv v ()ωω= SSηη ()() ωωω; v v =  S ηη () ω (2.16) x x chkfy y  chkf - Ph gia t c ca ph n t n c: 2 2 2chkz 2  2c hkz 2 Sa a ()ωω= SSSηη ()()() ωωω =v v; a a ωω =  SSηη ()() ωωω = v v (2.17) x x chkfx x y y  chkf y y 2.3. Ti tr ng sóng tác d ng lên các ph n t mnh c a k t c u jacket 2.3.1. Ti tr ng sóng ti n nh [1,13,19,42,43] - Ph ơ ng trình Morison d ng chu n t c c vi t y nh sau: Ft( ) =0.5 ρ CDvvD + ρ ACv I
   (2.21) - Ph ơ ng trình Morison d ng m r ng: Ft( ) =0.5 ρ CDvuvuD −−+
   (
   ) ρ ACvu I (
   −
   
   ) (2.22) 2.3.2. Ti tr ng sóng ng u nhiên - Ph ơ ng trình Morison ã c tuy n tính hóa có d ng [13,46]: 8
   ∞ Ft=0.5 ρ C δ v + ρ ACv (2.23); δ= S ω d ω (2.24) () D vxx Ix vx∫ v x v x () π 0 - Ph t i tr ng sóng lên k t c u h thanh: 2 2 ρDC δ ( D v x ) 2 S()ω= S()()() ωρ + AC S ω (2.24) FFπ vvx x Iaax x Thay (2.16) và (2.17) vào (2.24) ta c 2   2 2 ρDC δ   ()D v x 2 2  chkz SFF ()ω= + () ρωω ACI   S ηη () ω (2.25) π  chkf    2.4. ánh giá an toàn c a k t c u jacket theo iu ki n b n truy n th ng 2.4.1. ánh giá an toàn c a k t c u d a trên mô hình sóng ti n nh 2.4.1.1. Xác nh ph n ng ng c a k t c u theo mô hình ti n nh a) Ph ơ ng pháp ta t nh: Ph ơ ng trình bài toán t nh: KUt( ) = Ft( ) (2.26) 1 H s ng k : k = (2.27) d 2 2 ω  ε ω  1()−2  + (2 )() ×  ω1  ω 1 ω 1 
   
   
   b) Ph ơ ng pháp ng ti n nh: MUt+ CU t + KU tt = F (2.28) 2.4.1.2. Ki m tra b n c a k t c u theo mô hình ti n nh Rk Ki m tra theo iu ki n b n (2.1): max=+σwmax σ max= σ max ≤=[ σ ] R ; R = γ 2.4.2. ánh giá an toàn c a k t c u d a trên mô hình sóng ng u nhiên 2.4.2.1. Phươ ng pháp ph a) Tr ưng h p ng su t im xét có ph d i h p
10. 8 Biên c a ng su t (a) tuân theo lu t phân ph i Rayleigh nh sau [2,13]: ∞ a1 a  2 pσ () a =2exp  − 2  (2.30) ; δσ=Mo = ∫ S σσ () ω d ω (2.31) δσ2 δ σ  0 Ts σ wmax=M o 2ln() N ; N = (2.32) Tz b) Tr ưng h p ng su t im xét có ph d i r ng Vic xác nh các c tr ng xác su t và lu t phân ph i xác su t c a (a) s c trình bày trong chơ ng 3 c a lu n án. 2.4.2.2. Phươ ng pháp gi i trong mi n th i gian Ri r c hóa ph sóng thành tp h p các sóng ơn nh sau[4,9,60]: N ηi()()t=∑ a i cos ωi t + ϕ i (2.33) ; ai=2 S ηη ()ω i ∆ ω (2.34) i=1 ω− ω trong ó: Ϛ! là b r ng kho ng chia, ∆ω = M m ; ! ,! ln l t là tn s c n N  ( trên và c n d i; ωi là t n s ng v i tâm c a kho ng chia th i, !( Ɨ!$ Ɨ!; ͍VV ʚ!$ʛ: là giá tr ph sóng ng v i ωi; $ là góc l ch pha ng u nhiên phân ph i u trong kho ng (-π; π). Hình 2.4 Minh h a chuy n i sóng bi n t ph thành các sóng iu hòa Xác nh c t p h p các chuy n v Ui(t) ti 1 nút v i tn s !$ và biên U oi . UtUi()()= oicos ω i t + ϕ ii − α (2.35) và n i l c trong k t c u (N, M,Q): NtNi()()= oicos ω i t + ϕ ii − α (2.36) ng su t trong k t c u do m i con sóng ơn gây ra: σi()()t= σ oicos ωϕα i t + ii − (2.37) N X lý th ng kê các tín hi u u ra ta c σ()()t=∑ σoicos ωϕα i t + i − i i=1 Ki m tra an toàn c a k t c u theo iu ki n b n truy n th ng ng su t ln nh t t i im ang xét: σmax= σ wmax + σ max Rk iu ki n k t c u m b o an toàn theo công th c (2.1): σmax ≤[] σ = γ
11. 9 2.5. ánh giá an toàn c a k t c u jacket theo iu ki n m i truy n th ng 2.5.1. ánh giá an toàn v m i c a k t c u d a trên mô hình sóng ti n nh 2.5.1.1. Tính toán mi theo ph ươ ng pháp t n th t tích lu Tng t s tn th t mi do s gia ng su t ͧ$ c tính theo công th c: ni ni Di =∑ d i = (2.40) i=1 Ni Tng t s t n th t m i do nhi u con sóng gây ra c tính theo: n n ni D=∑ D i = ∑ (2.42) i=1 i = 1 Ni 2.5.1.2. Tính toán t n th t m i theo mô hình sóng ti n nh q k Tng t n th t m i tích l y trong m t n m: D1n m= ∑∑ D ij (2.44) j=1 i = 1 T s t n th t m i trong T n m khai thác: DD=Tnm = TD ×1 nm ≤ [D ] (2.45) 1 Tu i th m i trung bình t i im nóng ang xét: T = (2.47) D1n m 2.5.2. ánh giá an toàn v m i c a k t c u d a trên mô hình sóng ng u nhiên 2.5.2.1. ng su t ng u nhiên ti im nóng ng su t ti im nóng là m t QTNN dng, chu n, và có tính ch t Ergodic. 2.5.2.2. Xác nh t n th t m i trung bình c a im nóng trong tr ng thái bi n ng n h n b ng ph ươ ng pháp ph T s t n th t m i c a im nóng trong m t tr ng thái bi n theo mô hình ti n ∞ n( s) ds nh d a vào quy t c P-M và ng cong S-N [7]: D = ∫ (2.52) 0 N() s a) Tr ưng h p ng su t có ph d i h p - Biên ng su t (a) có phân ph i tuân theo lu t Rayleigh [13]: a1 a 2  p() a =2exp  − 2  (2.53) δσ2 δ σ  - S gia ng su t t i im nóng s cng tuân theo lu t phân ph i Rayleigh: 2 ∞ s1 s  2 ps() =2 exp − 2  ; δσ == MSd0 ∫ σσ () ω ω (2.54) 4δσ 8 δ σ  0 dn= nsds( ) = Npsdso ( ) (2.57) Thay (2.57) vào (2.52) ta có: ∞ ∞ ∞ m+1 2  ni( s) ds p i ( s) ds 1si 1 s i Di ===∫ ∫−m ∫ exp −  ds (2.58) 0Nsi() 0 TAs zi. TAM zi 0 40 i 8 M 0 i  1m  21+mM m  2 + m 2 2 2 Di =()8 Mo Γ=() 8 M o Γ  (2.61) TAzi 2 AM 0  2 Tn th t m i do toàn b tr ng thái bi n th i, có dài Ti s là:
12. 10 TTMm 2+mm  2 + m i 2 i 2 2 Di =()8 Mo Γ=() 8 M o Γ  (2.62) TAzi 2 AM 0  2 b) Tr ưng h p ng su t có ph d i rng S d ng phơ ng pháp hi u ch nh a v d i h p ho c phơ ng pháp mô ph ng trong ch ơ ng 3. 2.5.2.3. Tu i th m i trung bình c a im nóng trong k t c u jacket a) Tn th t m i trung bình trong 1 n m Thi gian x y ra tr ng thái bi n th i trong 1 n m c tính nh sau: n 1s Ti= P i × T (2.63) ; D1n m = T∑ P i Di (2.64) i=1 n n 1s 1M m  2 + m  2 2 D1n m = T∑Pi Di =3153600 ∑ P i() 8 M o Γ   (2.65) i=1 i = 1 A M 0 2  b) Tu i th m i trung bình l n nh t c a im nóng ang xét Tng t n th t m i D sau Τ nm [19]: DTD= ×1n m ≤ [] D (2.66) 2.6. Kt lu n c a chươ ng 2 Ch ơ ng 2 ã th c hi n c các n i dung chính nh sau: - H th ng các n i dung c ơ b n c a ph ươ ng pháp lu n ánh giá an toàn c a k t cu jacket d a trên hai iu ki n an toàn c l p v b n và m i theo quan ni m truy n th ng ang ưc s d ng trong các tiêu chu n thi t k hi n hành. Trong ó ã s d ng ng th i mô hình sóng ti n nh và mô hình sóng ng u nhiên cho tr ưng h p ơn gi n là sóng có ph gi i h p. Tuy nhiên ng su t ln nh t trong k t c u xác nh theo ch ươ ng này m i ch là giá tr g n úng và t s t n th t m i c ng nh ư tu i th m i m i ch là giá tr trung bình. - Các n i dung trong ch ươ ng 2 s ưc s d ng i chi u v i k t qu nghiên cu m i c a lu n án (ch ươ ng 3) trong các tính toán áp d ng ch ươ ng 4. - ã ư a ra c ơ s c a mô hình xác su t và quá trình ng u nhiên gi i bài toán trong mi n t n s và trong mi n th i gian ph c v cho vi c xây d ng ph ươ ng pháp lu n c a lu n án trong ch ươ ng 3. CH NG 3 : PH NG PHÁP LU N ÁNH GIÁ M C SUY GI M TIN C Y THEO TH I GIAN C A K T C U JACKET CÁC CÔNG TRÌNH BI N C NH 3.1. M u 3.1.1. Dng t ng quát c a tin c y theo iu ki n b n truy n th ng ∞ iu ki n ki m tra: Z= R −σ ≥ 0 (3.1)
    PB = Prob()() Z =−≥= Rσ 0 ∫ f z dz ≥ [P ] (3.2) 0 3.1.2. Dng t ng quát c a tin c y theo iu ki n m i truy n th ng [D] iu ki n ki m tra: DT < [ D ]
    PmT= Prob() D T <=[] D∫ f() D T dD ≥ [P] (3.3) 0
13. 11 3.2. Dng t ng quát ánh giá s suy gi m TC tng th ca k t c u jacket 3.2.1. Dng t ng quát c a tin c y da trên iu ki n b n m rng Thay các công th c (3.2) và (3.4) vào (1.1) ta có ∞ []D PBTot()() t=×= P B P mT∫ f z dz × ∫ f() D t dD ≥ [ P ] (3.4) 0 0 Hình 3.1 tin c y theo iu ki n m r ng thay i theo th i gian 3.2.2. Dng t ng quát c a theo iu ki n m i m r ng []D iu ki n ki m tra: DTot < [] D
    PmT= Prob() D Tot <=[] D∫ f() D Tot dD ≥ [ P ] (3.5) 0 3.3. Xác nh tin c y v bn c a k t c u jacket trong TTB ng n h n c c i 3.3.1. ng su t ng u nhiên trong k t c u ng su t t ng c ng t i im xét trong k t c u c tính nh sau: σTC =a + σ ≤ R (3.7) ; PB= Prob{}σ TC ≤ R (3.8) 3.3.2. tin c y v b n c a k t c u jacket khi ng su t có ph d i h p Biên ng su t (a) tuân theo lu t phân ph i Rayleigh [3,13]: a1 a 2  p() a =exp  −  (3.9) T (3.8) có : a≤ R −σ = R (3.11) δ22 δ 2  a σw σ w  2  Ra 2  2 R−σ a1 a Ra ()   P= Prob a ≤= Rexp −  da =−− 1 exp  =−− 1 exp (3.12) B{} a ∫ 22 2 2  δδ2   2 δ 2 δ  0 σσw w   σw  σ w  3.3.3. tin c y v b n c a k t c u jacket khi ng su t có ph di r ng Biên ng su t (a) ch p nh n tuân theo lu t phân ph i Gauss [13]: 2  1 1 ()a− a  p() a =exp − (3.15) δ2 π 2 δ 2  a a  Chuy n ph ng su t c a im xét ͍aa ʚ(ʛ sang d ng th hi n theo bi n th i gian t, s d ng tính ch t Ergodic sau ó dùng thu t toán s p x p các mc ng su t thành các nhóm và tính toán các c tr ng c a a theo các công th c sau: 1 n 1 n j aEa=() =∑() aaa1 ++ +2 j . a n ; aj= ∑ a kj (3.16) n j=1 n j k =1
14. 12 1 n j 1 n σ2 =Vara =( a − a);2 σ 2 == Vara Vara aj () j∑ kj j a () ∑ ()j (3.17) nj −1 k =1 n j=1 2 Ra 1R a  1 ()a− a   PProbaR=<={}() pada =exp  −  da (3.18) B a ∫ ∫ 2 Var a  0 2πVar() a 0 ()  R− a + σ () PB=0.5 + Φ L ()β (3.19) ; β = (3.20) δ σ 3.4. Xác nh tin c y theo iu ki n mi t i m t im nóng c a k t c u jacket ph thu c vào th i gian khai thác 3.4.1. Xác nh k vng và phươ ng sai c a t n th t m i trong tr ng thái bi n ng n h n t i m t im nóng 3.4.1.1. Bi u di n ng su t ng u nhiên t i im nóng trong mi n th i gian Ph ơ ng pháp 1: Khi ng su t im nóng c tính theo mi n th i gian NA Mx My ng su t im nóng ang xét: σ HOT=SCF N ± SCF bx ± SCF by (3.21) A Wx W y Hình 3.5 Mt th hi n c a ng su t ti im nóng theo th i gian Ph ơ ng pháp 2: Khi ng su t im nóng c tính theo ph ơ ng pháp ph , s dng ph ơ ng pháp mô ph ng Monter-Carlo chuy n ph ng su t sang d ng th hi n theo th i gian t. 3.4.1.2. Xác nh s l ưng chu trình ng su t b ng k thu t m dòng m ưa Tng t ng dòng m a ch y t trên xu ng qua các nh nh trong Hình 3.7 di ây. Mi l n ng i c a dòng m a óng kín thì c coi là m t chu trình và vi m t ng i không óng kín thì c coi là n a chu trình [7,33]. Hình 3.7 m s chu trình ng su t theo ph ơ ng pháp dòng m a 3.4.1.3. Xác nh k v ng và ph ươ ng sai c a t n th t m i t i im nóng trong mt tr ng thái bi n ng n h n a) K v ng và phươ ng sai c a t n th t m i trong m t tr ng thái bi n ng n hn th i
15. 13 Sp x p các s gia thành ni nhóm, m i nhóm có nji chu trình (nhóm ng su t th j ca tr ng thái bi n th i). Hình 3.8 Bi u s gia ng su t s p x p theo nhóm c a tr ng thái bi n i T s t n th t m i do TTB th i trong kho ng th i gian Ti tính nh sau: ni DDDi=1 i + 2 i ++ D ji ++ D ni = ∑ D ji (3.25) j=1 nji n ji Dji c tính theo (2.40) nh sau: D ji = = −m (3.26) Nji AS ji 7 Th ời gian th ực xy ra TTB th i trong 1 n m: τi=P i ×3,1536× 10 . Xác nh c t s m i do nhóm ng su t th j gây ra trong m ột n ăm nh sau: 7 7 njiPi××3,1536 10 n ji P i ×× 3,1536 10 n ji Dji=τ i × = = −m (3.27) TNiji× T i N ji T i AS ji 7 Pi ×3,1536 × 10 n ji m t Aji = (A ji là m t h ng s ) , ta có : Dji= A ji S ji (3.28) Ti A - K v ng c a À¿ : m n ji 7 n ji  1 Pi ×3,1536× 10 S S D ji = × S ji= ∑ kji (3.29a) ; (m−1 ) ∑ kji  (3.29b) n ji k =1 Ti ×A × n ji  k =1  - Ph ươ ng sai c a À¿ : Khai tri n Taylor (3.28) và gi l i n s h ng b c 1 và bi n i toán h c ta có : d m Dji m ()m −1 DAS≈×ji + SS − ji = AS × ji+ mSSAS × − ji × ji (3.30) jiji() jid ji() ji ji S ji 2 ()m−1 S ji n ji ) 2 2 2 ( VarD(ji ) = mA × ji∑() SSkj i − ji (3.34) n ji −1 k =1 - K v ng c a D i trong 1 n m: m n n i 7 ni ji  Pi × 3,1536 × 10 1 Di= D ji = × S  (3.35) ∑ ∑(m − 1)  ∑ kji  j =1 Ti × Aj=1 n ji  k = 1  - Ph ươ ng sai D i trong 1 n m
16. 14 2 ()m−1 2 n 7 n n× S ji n ji i P ×3,1536 × 10  i ( ji ) 2 2 i Var() Di=∑ Var () D ji = m ×  ∑ ∑ ()S kji − S ji (3.38) j=1  Ti × A  j=1 n ji −1 k = 1 b) K v ng và ph ươ ng sai c a t n th t m i t i im nóng trong m t n m m n n 7 n ni ji  3,1536× 10Pi 1 D= D = × S (3.39) 1n m∑ i ∑ ∑(m− 1)  ∑ kji  i=1 A i=1Ti j = 1n j i  k = 1  2 ()m−1 2 2 7 n n× S ji nji m×3,1536 × 10  n P  i ( ji ) 2 i Var( D1n m ) =   ∑  ∑ ∑ ()S kji − S ji (3.41) A  i=1 Ti  j=1 n ji −1 k = 1 l ch chu n c a t s t n th t m i trong kho ng th i gian 1 n m: 2 ()m−1 2 7 n n× S ji n ji m×3,1536 × 10 n P  i ( ji ) 2 i δ D()1 n m =Var( D1n m ) = ∑  ∑ ∑ ()Skji − S ji (3.42) A i=1  Ti j=1 n j i −1 k=1 ng su t t i im nóng, các c tr ưng ng u nhiên c a t n th t m i ưc tính toán b ng ph n m m RFCAL (do tác gi t l p ưc trình bày trong ph l c c a lu n án ). 3.4.2. Xây d ng hàm phân ph i xác su t và ánh giá tin c y c a t n th t m i ti im nóng trong m t n m 3.4.2.1. Mt xác su t c a t n th t m i t i im nóng trong m t n m Lu t phân ph i xác su t c a t n th t m i t i im nóng trong 1 n m ( i l ng ng u nhiên D 1n m) có th ch p nh n m t cách g n úng là tuân theo lu t phân ph i chu n: 2  D D 1n m 1 1 ()1n m −  f D =exp − (3.43) m()1 n m 2  δ2 π 2 δ  D()1 n m D()1 n m  3.4.2.2. Hàm phân ph i xác su t ca t n th t m i t i im nóng trong m t n m 2 D   1n m D D 1n m 1 1 ()1n m −  FD =exp − dD (3.44) m()1 n m ∫ 2  1n m δ2 π 2 δ  D1 D()1 n m D()1 n m  S d ng hàm phân ph i (3.44) cho phép xác nh c giá tr c a hàm phân * ph i xác su t trong ph m vi D 1 D 1n m D 1n m , d i d ng hàm Laplace nh sau: *   D− D 1n m D− D 1n m * 1n m 1  FmnmL() D 1 =Φ −Φ L (3.45) δ  δ  Dnm()1  Dnm()1  Các công th c (3.43), (3.44), (3.45) trên là vi t cho tr ng h p t ng quát c a lu t phân ph i chu n c a i l ng ng u nhiên có các c n vô h n (- < D 1n m < ). Tr ng h p ang xét ây D1n m là i l ng ng u nhiên b chn trong kho ng : D1≤ D 1 n m ≤ D 2 , v i D1 = 0 (khi ch a có tác ng gây ra m i) và D2 = ∞ . * D1 = 0 D 1n m =D 1n m D 2 = , có d ng nh sau:
17. 15 *   D− D 1n m D− D 1n m Φ1n m  − Φ 1  Lδ  L δ  Dnm()1  Dnm()1  F D * = (3.46) m()1 n m    DD−1nm DD − 1 nm Φ2  − Φ 1  L  L  δDnm()1  δ Dnm()1  3.4.2.3. ánh giá tin c y v m i t i im nóng trong 1 n m:    [D ] − D1n m D− D 1n m Φ  − Φ 1  Lδ  L δ  Dnm()1  Dnm()1  P()()1 nm = F D *= [D ] = (3.46a) m m1 nm    DD−1nm DD − 1 nm Φ 2 − Φ  1  Lδ  L δ  Dnm()1  Dnm()1  ∗ Thay giá tr c a các iu ki n biên trong (3.46), Fm(−∞< D1 n m < D 1) = 0 ta c [D ] − D1nm  D 1 nm Φ  + Φ Lδ L δ 1nm 1 nm (3.47) Pm ()1 n m = D1n m  0.5 + Φ L   δ1n m  3.5. Xác nh tin c y v mi t i im nóng th i im T(n m) Tn th t m i sau T n m khai thác tính theo (2.45) ch ơ ng 2: D=T × D Tnm 1 nm - K vng c a t n th t m i th i im T(n m): n m T ×3,1536 × 107 n P ni 1 ji  E D==×DD T = i × S  ()Tnm Tnm 1 nm ∑ ∑(m− 1)  ∑ kji  (3.48) Ai=1 T i j =1 n ji  k = 1  - Ph ươ ng sai ca t n th t m i th i im T(n m): 2 ()m−1 2 2 7 n n× S ji n ji 3,1536× 10  n P  i ( ji ) 2 2 i Var() DTn m = T ×m ×  ∑  ∑ ∑ Skji − S ji (3.49) () A  i=1 Ti  j=1 n ji −1 k =1 - lch chu n c a t n th t m i th i im T(n m): 2 ()m−1 2 7 n n× S ji n ji T ×m ×3,1536 × 10 n P  i ( ji ) 2 i Tn m = × ∑  ∑ ∑ ()Skj i − S ji (3.50) A i=1 Ti  j=1 n j i −1 k = 1 Vi ng ng xét là D*=[D] (t s t n th t m i cho phép)   [D] − D Tn m D Tn m    ΦL  + Φ L   δTnm   δ Tnm  (3.51) PtTnmm()= = F mTnm () D ==[] D D Tn m  0.5 + Φ L   δ Tn m    [D]− T D 1n m D1n m  Φ  + Φ L  L   Tδ1nm   δ 1 nm  PtTnmm()= = F mTnm () D ==[] D (3.52) D1n m  0.5 + Φ L   δ1n m 
18. 16 3.6. Xác nh TC c a KC t i im xét d a trên trên iu ki n b n m rng 3.6.1. tin c y ng v i tr ưng h p ng su t trong k t c u có ph di h p   []D− T D 1n m D1n m  Φ  + Φ   2   L  L ()R − σ Tσ1nm   σ 1 nm  P T =−−1 exp    × (3.53) BTot () 2  2δ  D1n m  σ w   0.5 + Φ L   σ 1n m  3.6.2. tin c y ng v i tr ưng h p ng su t trong k t c u có ph di r ng   []D− T D 1n m D1n m  Φ  + Φ L  L   Tσ1nm   σ 1 nm  PBTot()() T =()0.5 +Φ L β × (3.54) D1n m  0.5 + Φ L   σ 1n m  3.7. Xác nh TC c a KC t i im xét d a trên iu ki n m i m rng T s t n th t m i m rông DmT xác nh nh sau: D= D + DTD= × + D (3.55) mT Tnm e 1 nme 3.7.1. K vng c a t s tn th t m i m rng DmT=T × D1 nm + D e (3.56) 3.7.2. Ph ươ ng sai c a t s tn th t m i m rng 2 VarD()()()()()mT = VarDTnm += VarD e T× VarD1 nm + VarD e (3.57) lch chu n ca t s tn th t m i m rng c tính nh sau: 2 δmT=T× Var()() D1 n m + Var D e (3.58) 3.7.3. tin c y tính theo iu ki n m i m rng   []D− D mT D mT  Φ  + Φ L  L   δmT   δ mT  PmTot = (3.59) D mT  0.5 + Φ L   σ mT  3.8. ánh giá s suy gi m TC theo th i gian c a KCC jacket d a trên TC th c t (t ng th ) c a KC t i im xét tin c y t ng th t i th i im T: PT()()()= min{} PtPt1 , 2 (3.60) Hình 3.9 tin c y c a công trình t i im xét (1) tin c y theo bn (2) tin c y theo iu ki n m i (3) TC theo iu ki n m i m r ng (4) TC theo iu ki n b n m r ng 3.9. ánh giá mc suy gi m kh nng ch u t i c a iu ki n bi n c c i theo th i gian khai thác công trình
19. 17 tin c y tng th c a công trình P(T) ph i th a mãn iu ki n an toàn sau: PT( )=× PPTB m() ≥−= 1 P f [] P (3.61) Cn xem xét các bài toán sau: - Bài toán 1: sau T n m khai thác thì tin c y t ng th P(T) còn th a mãn iu ki n (3.61) không? V n này ã c gi i quy t trong m c 3.8 - Bài toán 2: sau T n m khai thác kt c u ã b suy gi m kh n ng ch u l c thì gi i h n an toàn m i v b n ca k t c u là bão c p bao nhiêu? Gi i quy t bài toán 2: ta ã tính c tin c y theo iu ki n m i t i th i []P im khai thác ( ͊(ʚ͎ʛ), t (3.62) ta có PB ≥ (3.63) Pm () T  T PB (3.63) tìm c cng bão t ơ ng ng mà công trình còn có th ch u c Xây d ng quan h gi a c ng ca bão c c i ( i di n b ng chi u cao sóng áng k Hs ) và tin c y theo iu ki n b n P B ti im xét c a k t c u. Hình 3.10 Quan h gi a TC theo iu ki n b n và chi u cao sóng Hs 3.10. Sơ thu t toán ánh giá an toàn c a k t c u jacket theo các ph ươ ng pháp truy n th ng và theo ph ươ ng pháp lu n c a Lu n án Lun án l p thành 5 s ơ thu t toán kt h p gi a ch ơ ng trình SACS V5.3 tính n i l c ng u nhiên cho t ng tr ng thái bi n và x lý ti p b ng ch ơ ng trình RFCAL tính m i ng u nhiên c l p theo ph ơ ng pháp lu n c a lu n án. 3.11. Kt lu n c a ch ươ ng 3 Da trên nguyên lý t ng quát c a sáng ch i v i các lo i công trình bi n, lu n án ã xây d ng ưc ph ươ ng pháp lu n dành riêng cho công trình ki u jacket ánh giá m c suy gi m tin c y theo th i gian t i m t im nóng gm: - Ph ươ ng pháp tính và công th c tính tin c y theo iu ki n b n truy n th ng i vi ng su t có ph b t k . - Ph ươ ng pháp tính và công th c xác nh t n th t m i ng u nhiên c a im nóng kt c u. - Ph ươ ng pháp tính và công th c tính tin c y c a k t c u t i im xét ng v i các bài toán m i truy n th ng, b n m r ng và m i m r ng và tin c y t ng th ca công trình theo th i gian. - xu t m t ph ươ ng pháp tính xác nh ưc kh n ng ch u l c c c i c a công trình sau khi ã b suy gi m do nh h ưng c a t n th t m i.
20. 18 Hình 3.11 Sơ thu t toán ch ơ ng trình tính m i ng u nhiên RFCAL CH NG 4 : VÍ D NG D NG 4.1. M u: Ni dung c a ví d là áp d ng các ph ơ ng pháp lu n ch ơ ng 3 tính toán cho mt công trình ki u jacket xây d ng trong iu ki n bi n vi t nam. 4.2. Các s li u u vào s dng trong ví d 4.2.1. S li u v công trình Công trình có k t c u d ng jacket 4 ng chính, c c óng l ng trong ng chính, vi các thông s chính cho trong b ng 4.1 Hng m c Thông s Ch c n ng Giàn ng i Thng t ng 40x20x9 (m) Tr ng l ng th ng t ng 800 (T) ng chính 810x20.6 (mm) Cc 720x20 (mm) ng nhánh 609x12.7(mm)
21. 19 4.2.2. S li u v môi tr ưng Mc n c trung bình (MSL): 45.6m; nc cao nh t: +2.0m; nc th p nh t -2.5m Bng 4.2: S li u sóng ph c v tính toán bn Thông s sóng Hưng sóng N NE E SE S SW W NW Chi u cao sóng Max (m) 12.90 12.27 14.78 8.23 7.88 8.91 11.61 12.58 Chu k c a sóng (sec) 11.35 10.88 12.79 8.00 7.76 8.47 10.40 11.11 Chi u cao sóng Hs (m) 6.86 6.48 8.00 4.19 4.00 4.57 6.10 6.66 Chu k Tz(sec) 9.61 9.21 10.82 6.77 6.57 7.17 8.80 9.40 4.3. Kt qu tính tin c y theo iu ki n b n truy n th ng ()R −σ 2  P =−1exp −  = 0.99996 B 2  2δσ  4.4. tin c y theo iu ki n m i truy n th ng ca k t c u jacket - Tn th t m i 1 n m Trung bình 1 n m 0.016396992 Ph ơ ng sai 1 n m 0.000002418 l ch chu n 1 n m 0.001554904 Bng 4.14: K t qu tính tin c y theo iu ki n m i truy n th ng Trung l ch [D] − D Tn m D Tn m D− D    T [ ] Tn m DTn m tin bình chu n δ Φ L   Φ L   Tn m σ Tn m (n m) δTn m  δTn m  cy m i ca D ca D 18 0.2951 0.0280 7.32 10.55 0.5000000 0.50000 1.00000 19 0.3115 0.0295 6.38 10.55 0.5000000 0.50000 1.00000 20 0.3279 0.0311 5.53 10.55 0.5000000 0.50000 1.00000 21 0.3443 0.0327 4.77 10.55 0.4999990 0.50000 0.99999 22 0.3607 0.0342 4.07 10.55 0.4999700 0.50000 0.99997 23 0.3771 0.0358 3.44 10.55 0.4996600 0.50000 0.99966 24 0.3935 0.0373 2.85 10.55 0.4977400 0.50000 0.99774 25 0.4099 0.0389 2.32 10.55 0.4895600 0.50000 0.98956 26 0.4263 0.0404 1.82 10.55 0.4648500 0.50000 0.96485 4.5. ánh giá s suy gi m tin c y t ng th ca k t c u jacket Bng 4.15: K t qu tính tin c y theo iu ki n b n m r ng: T tin c y theo iu ki n tin c y theo iu ki n tin c y theo iu (n m) mi truy n th ng bn truy n th ng ki n b n m r ng 18 1.000000 0.99996 9 0.99 996 9 19 1.000000 0.999969 0.999969 20 1.000000 0.999969 0.999969 21 0.999999 0.999969 0.999968 22 0.999970 0.999969 0.999939 23 0.999660 0.999969 0.999629 24 0.997740 0.99996 9 0.997709 25 0.989560 0.99996 9 0.989529 26 0.964850 0.999969 0.964820
22. 20 Nh n xét k t qu tính toán TC b n m rng: T n m th 21 tin c y c a k t c u jacket theo iu ki n b n m r ng không còn là h ng s nh ư tin c y theo iu ki n bn truy n th ng mà cùng gi m v i tin cy theo iu ki n mi truy n th ng. T th i Hình 4.11 So sánh TC theo b n im n m th 24, t n th t m i ưc tích l y truy n th ng và b n m r ng l n thì tin c y này gi m khá nhanh 4.5.1.1. Kt qu tính tin c y theo iu ki n m i m r ng Bng 4.17: K t qu tính theo iu ki n m i m r ng v i c ơn bão kéo dài trong 6h l ch l ch l ch Trung TB m i Trung tin c y chu n chu n chu n T (n m) bình m i bão c c bình m i mi m mi dài mi bão mi t ng dài h n hn tng c ng rng hn cc h n cng 18 0.295146 0.027988 0.004150 0.000203 0.299295 0.028191 1.00000 19 0.311543 0.029543 0.004150 0.000203 0.315692 0.029746 1.00000 20 0.327940 0.031098 0.004150 0.000203 0.332089 0.031301 1.00000 21 0.344337 0.032653 0.004150 0.000203 0.348486 0.032856 0.99999 22 0.360734 0.034208 0.004150 0.000203 0.364883 0.034411 0.99995 23 0.377131 0.035763 0.004150 0.000203 0.381280 0.035966 0.99952 24 0.393528 0.037318 0.004150 0.000203 0.397677 0.037520 0.99674 25 0.409925 0.038873 0.004150 0.000203 0.414074 0.039075 0.98610 26 0.426322 0.040428 0.004150 0.000203 0.430471 0.040630 0.95673 1.000000 Nh ận xét k ết qu ả tính toán 0.800000 - Bão c c i kéo dài trong 6h gây ra t n th t m i trung bình chi m 2,53% so v i 0.600000 Độ tin c ậy theo điều ki ền mỏi m ở r ộng bão 6h tn th t m i tích l y n m th 10 và 1.3% 0.400000 Độ tin c ậy theo điều ki ện n m th 20. mỏi truy ền th ống 0.200000 - Giá tr trung bình v m i do 1 l n x y 0.000000 ra bão là không l n, nh ưng s là áng k 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Hình 4.12 So sánh tin c y theo iu nu nh ư tr ng thái bi n này l p l i nhi u ki n m i m r ng và m i truy n th ng ln trong th i gian t n t i c a công trình. 4.5.1.2. Nghiên c u b sung v i tr ưng h p bi n i khí h u b t th ưng: Bng 4.18: K t qu tính m i m r ng nm th 23 S l n xu t hi n c a Trung bình m i l ch chu n tin c y m i bão c c h n tng c ng mi t ng c ng m r ng 1 0.3812804 0.0359656 0.999520 2 0.3854300 0.0361684 0.999300 3 0.3895795 0.0363712 0.998860 4 0.3937291 0.0365740 0.998190
23. 21 Bng 4.19: K t qu tính m i m r ng n m th 24 S l n xu t hi n c a Trung bình m i l ch chu n tin c y m i bão c c h n tng c ng mi t ng c ng m r ng 1 0.3976774 0.0375205 0.996830 2 0.4018270 0.0377233 0.995340 3 0.4059765 0.0379261 0.993430 4 0.4101261 0.0381289 0.990860 Bng 4.20: K t qu tính m i m r ng n m th 25 S l n xu t hi n c a Trung bình m i l ch chu n tin c y m i bão c c h n tng c ng mi t ng c ng m r ng 1 0.4140744 0.0390754 0.986100 2 0.4182239 0.0392782 0.981240 3 0.4223735 0.0394810 0.975580 4 0.4265231 0.0396838 0.967840 1.020000 Kt qu cho th y: 1.000000 - n th i im n m th 23 n u có 2 0.980000 0.960000 ln xu t hi n bão c c h n thì TC c a 0.940000 0.920000 công trình ã t gi i h n cho phép, n u 0.900000 Đ ỏ ở ộ ă ứ có 3 l n xu t hi n bão c c h n thì TC 0.880000 TC m i m r ng n m th 23 ĐTC m ỏi m ở r ộng n ăm th ứ 24 0.860000 ca công trình ã d ưi giá tr cho phép. ĐTC m ỏi m ở r ộng n ăm th ứ 25 0.840000 0.820000 - T n m th 24 tr i thì TC gi m 1 2 3 4 5 6 7 8 910 d i gi i h n an toàn ngay c khi ch có Hình 4.13 nh h ng c a s l n ư xy ra bão c c h n n TC theo thêm 1 l n bão c c i. iu ki n m i T nghiên c u trên, ki n ngh công th c tính m i t i th i im x y ra bão c c i có c p nh t các c ơn bão ã x y ra trong quá kh và bi n i khí h u nh ư sau: n DmT= T × D1nm + ∑ De i (4.1) i=1 4.5.1.3. Kt qu tính toán tin c y t ng th ca công trình Bng 4.21: T ng h p k t qu tính toán tin c y TC theo TC theo iu TC theo TC theo T tin c y mi truy n ki n b n iu ki n iu ki n m i (n m) tng th th ng truy n th ng bn m r ng m r ng 18 1.000000 0.999969 0.999969 1.000000 0.999969 19 1.000000 0.999969 0.999969 1.000000 0.999969 20 1.000000 0.999969 0.999969 1.000000 0.999969 21 0.999999 0.999969 0.999968 0.999998 0.999968 22 0.999970 0.999969 0.999939 0.999950 0.999939 23 0.999660 0.999969 0.999629 0.999520 0.999520 24 0.997740 0.999969 0.997709 0.996740 0.996740 25 0.989560 0.999969 0.989529 0.986100 0.986100 26 0.964850 0.999969 0.964820 0.956730 0.956730
24. 22 Nh n xét: - tin c y theo iu ki n m i truy n th ng thay i theo th i gian. Sau n m khai thác th 20, m i b t u nh h ưng áng k an toàn chung c a k t cu. - Trưc 20 n m, tin c y t ng th c a kt c u chính là tin c y theo iu ki n bn truy n th ng, sau ó tin c y t ng th c a k t c u chính là tin c y c a iu ki n m i m r ng. - c bi t t nh ng n m 24 TC ch Hình 4.13b TC tng th t i im xét còn 2 con s 9 sau s 0, t c là k t c u không còn kh n ng ch u bão 100 n m 4.6. ánh giá m c suy gi m kh nng ch u t i c a iu ki n bi n c c i theo th i gian khai thác công trình t i im xét Bng 4.22: Quan h gi a chi u cao sóng Hs và tin c y theo iu ki n b n Chi u cao tin c y theo sóng Hs iu ki n b n 5.00 1.000000000 5.50 1.000000000 6.00 1.000000000 6.50 1.000000000 7.00 0.999999984 7.50 0.999995000 8.00 0.999964000 Bng 4.23: K t qu tính toán tin c y yêu c u theo th i gian tin c y b n tin c y m i truy n tin cy b n yêu Nm khai thác cho phép (DnV) th ng cu (*) 20 0.999000 1.000000 0.999000 21 0.999000 0.999999 0.999001 22 0.999000 0.999970 0.999030 23 0.999000 0.999660 0.999340 24 0.999000 0.997740 1.000000 25 0.999000 0.989560 1.000000 26 0.999000 0.964850 1.000000 i chi u b ng 4.22 v i 4.23 cho th y t n m th 23 tr i công trình ch ch u c sóng bão có Hs<7.5m và t n m 24 tr i ch an toàn v i bão có Hs<6.5m . 4.7. Kt lu n c a chươ ng 4 - Sau khi t n th t m i tích l y l n tin c y theo iu ki n m i gi m khá nhanh theo th i gian và kéo theo tin c y t ng th c a công trình cùng gi m theo. Điều này cho th ấy mu ốn ti ếp t ục khai thác công trình sau ng ưỡng này thì c ần ph ải lập k ế ho ạch kh ảo sát và b ảo d ưỡng đị nh k ỳ cho phù h ợp.
25. 23 - nh h ưng c a t n th t m i do các c ơn bão c c h n là áng quan tâm. M c dù theo th ng kê, các c ơn bão này là hi m xu t hi n (chu k l p 100 n m), tuy nhiên do hi n t ưng bi n i khí h u b t th ưng, nh ư c nh báo toàn c u, các cơn bão l n có th xu t hi n dày h ơn trong i s ng công trình. Ngoài ra công trình còn ph i ch u nhi u nh ng con sóng v i chu k l p nh h ơn bão thi t k (bão 100 nm), nh ng con sóng này ch ưa ưc k trong sóng tính m i. KT LU N C A LU N ÁN 1. Kt qu nghiên c u c a lu n án Tác gi ã nghiên cu nguyên lý t ng quát trong Sáng ch (B ng c quy n s 13336/Q -SHTT, ngày 21.03.2012) c a GS. Ph m Kh c Hùng (Th y h ưng d n) v các iu ki n B n m r ng và M i m r ng, ng d ng và phát tri n cho i t ưng c th là k t c u jacket công trình bi n c nh b ng thép ã thu ưc các k t qu nh ư sau; - Xây d ng ph ươ ng pháp lu n và xác nh ưc tin c y theo iu ki n b n m r ng c a k t c u jacket (t i im xét), do có k n nh h ưng c a t n th t mi n kh n ng ch u l c môi tr ưng c c i c a k t c u, [k t qu cu i cùng: các công th c (3.53), 3.54)]; - Xây d ng ph ươ ng pháp lu n và xác nh ưc tin c y theo iu ki n m i m r ng c a k t c u jacket (t i im xét), do có k n t n th t m i do bão c c i gây ra, [k t qu cu i cùng: các công th c (3.55) n (3.59)]; - Xây d ng ph ươ ng pháp lu n và ánh giá ưc m c suy gi m tin c y theo th i gian c a k t c u jacket (t i im xét) ; - Xây d ng ph ươ ng pháp lu n và xác nh ưc c ưng c ơn bão l n nh t mà kt c u còn có th ch u ưc sau m t th i gian khai thác và k t c u ã b suy gi m v kh n ng ch u l c do nh h ưng c a t n th t m i; 2. Nh ng óng góp m i c a lu n án - Các óng góp m i v ph ươ ng pháp lu n gi i các bài toán quan tr ng trong tính toán k t c u jacket nh ư sau:  Tính toán m i ng u nhiên c a k t c u jacket ( ng su t gây m i là m t QTNN có ph d i t n s b t k làm c ơ s xác nh tin c y t i im xét c a k t c u jacket theo iu ki n phá h y m i;  Xác nh tin c y c a k t c u jacket t i im xét theo iu ki n b n m r ng;  Xác nh tin c y c a k t c u jacket t i im xét theo iu ki n m i m r ng;  Xác nh tin c y t ng th c a k t c u t i im xét th i im b t k trong i s ng công trình;
26. 24  Xác nh kh n ng ch u t i môi tr ưng c c i c a k t c u jacket t i im xét sau khi ã suy gi m kh n ng ch u l c; - Thi t l p ch ươ ng trình tính m i ng u nhiên và tin c y theo ph ươ ng pháp lu n c a lu n án (ch ươ ng trình RFCAL); 3. Ki n ngh ca lu n án Kt qu nghiên c u c a lu n án và qua ki m nghi m b ng ví d c th cho th y, m b o khai thác an toàn cho công trình c n chú ý các im sau: - nh h ưng c a t n th t m i n kh n ng ch u t i tr ng c c i c a k t c u là áng k , c bi t là trong giai on cu i c a i s ng công trình, không th xét c l p nh ư quy nh theo các Tiêu chu n thi t k hi n hành; - Tn th t m i do các c ơn sóng l n gây ra là áng k vì v y khi thi t k c n ưc k n và trong quá trình khai thác thì c n ph i o c, th ng kê các c ơn bão ã x y ra xác nh ưc chính xác m c an toàn c a công trình; - Da trên hi n tr ng nhi u n m qua, bi n i khí h u b t th ưng làm xu t hi n s l ưng bão c ưng m nh (tuy ch ưa t m c bão c c i thi t k ) ngày càng nhi u là m t iu r t áng lo ng i v i các công trình bin ã, ang và s xây d ng, iu này c n ph i ưc xem xét b sung vào các tiêu chu n thi t k k t và khai thác b o d ưng các công trình bi n; 4. Hưng nghiên c u phát tri n c a lu n án Lu n án m ra các h ng cho nghiên c u phát tri n ti p theo nh sau: - Nghiên c u ánh giá r i ro k t c u c a các công trình bi n và tìm ra các gi i pháp i phó v i tình hình bi n i khí h u toàn c u; - Ti p t c m r ng nghiên c u phát tri n các k t qu c a Lu n án xét n t n th t m i giai on 2 (các v t n t lan truy n ch m); - K n các nguyên nhân b t l i khác tác d ng cùng v i t n th t m i gây ra hi n t ưng gi m kh n ng ch u t i c a k t c u, c bi t là k n nh h ưng ca n mòn k t c u thép; - Nghiên c u, xây d ng quy trình ki m tra kh o sát h p lý m b o an toàn cho k t c u trong quá trình khai thác; - Hoàn thi n ch ươ ng trình RFCAL thành ch ươ ng trình có tính n ng m nh và ti n d ng ph c v nghiên c u, gi ng d y và th ươ ng m i.
27. 25 Danh m c công trình ã công b 1. Mai H ng Quân “ ánh giá tin c y theo iu ki n m i m r ng c a k t c u công trình bi n c nh b ng thép có k n nh h ng c a bão c c h n” T p chí D u Khí Vi t s 9 n m 2013. 2. Ph m Kh c Hùng, Mai H ng Quân, V an Ch nh “ ánh giá an toàn công trình bi n c nh b ng thép ch u t i tr ng ng u nhiên vùng nc sâu 200m áp d ng vào iu ki n bi n Vi t Nam” Báo cáo k t qu NCKH tài c p nhà n c KC.09/06-10, nm 2009. 3. Mai H ng Quân “Ph ơ ng pháp ph tính toán tu i th m i c a k t c u chân công trình bi n c nh b ng thép ch u t i tr ng sóng” Báo cáo h i ngh KHCN k ni m 30 n m thành l p Vi n D u Khí Vi t Nam, n m 2005. 4. Pham Khac Hung, Mai Hong Quan, Pham Hien Hau, Bui The Anh “Establishment of Methodology for Detrmination of the Strength Condition of Fixed Offshore Jacket Structure in Deepwater Basing on Probabilitstic Model and Reliability Theory, and Its Application in Vietnam Sea Condition ” International Conference on Advances in Computational Mechanics, August, 2012. 5. Pham Khac Hung, Mai Hong Quan, Ta Thi Hien “Assessment of fatigue damage of fi xed off shore steelstructures installed in deep-water areas of Vietnam sea by probabilistic modelling” Petrovietnam Journal, Vol 6, 2010. 6. Mai Hong Quan, Vu Dan Chinh “The basic of structural solution selection for fixed offshore steel structure at 200m water depth in sea condition” Petrovietnam Journal. Vol 6. 2010. 7. Pham Khac Hung, Dinh Quang Cuong, Mai Hong Quan, Nguyen Van Ngoc. “Estimation of the total reliabilityof off shore structures in Viet Nam sea conditions combiningthe ultimate limit states and fatigue limit states” OCEANS’04MTS/IEE Conference Proceedings, Japan. Nov. 2004.