Phn 2 - Chng 4 [1] 1 Các số liệu sóng 1) Số liệu đo đạc thực tế 2) Các giá trị tính toán Phân tích thống kê 1) Sóng thờng 2)Sóng bão T ỷ lệ xuất hiện són g nớc sâu Són g nớc sâu thiết kế Biến d ạ n g són g Biến d ạ n g són g Tỷ lệ xuất hiện sóng tại vị trí tính toán Các thôn g số són g tính toán 1) Sóng có ý nghĩa 2) Sóng cao nhất 1 ) Đ ộ y ên tĩnh của bến 2) Suất hoạt động thực tế, số ngày làm việc 3) Năng lợng vận tải của sóng tới 4) Các vấn đề khác 1 ) L ự c són g tác đ ộ n g lên công trình 2) Lợng sóng tràn lên tờng bến và kè bảo vệ 4) Các vấn đề khác Hình T-4.1.1. Quá trình xác định sóng để dùng trong thiết kế Chơng 4: Sóng 4.1. Khái quát 4.1.1 Phơng pháp xác định sóng dùng trong thiết kế (Điều 4, Khoản 1 của Thông báo) Sóng dùng trong việc nghiên cứu độ ổn định của các công trình bảo vệ cảng và các công trình bến khác, cũng nh xem xét mức độ tĩnh lặng của luồng chạy tàu và bể cảng phải đợc xác định bằng cách sử dụng các số liệu sóng có đợc từ đo đạc sóng thực tế hoặc dự báo sóng tính toán. Các đặc trng của sóng phải xác định bằng cách tiến hành các thống kê cần thiết và phân tích các sự biến động của sóng tuỳ theo địa hình đáy biển và các việc khác nữa. Cần phải tiến hành xác định dự báo sóng tính toán bằng một phơng pháp dựa trên một phơng trình thích hợp để biểu thị quan hệ giữa vận tốc gió và phổ sóng hoặc các thông số sóng quan trọng [Chú giải] Kích thớc và hình dạng kết cấu của công trình đợc xác định bởi các yếu tố nh chiều cao và chu kỳ của sóng tác động lên chúng. Vì vậy việc xác định các điều kiện của sóng để dùng trong thiết kế phải tiến hành cẩn thận. VIệc xác định các điều kiện sóng phải tiến hành riêng rẽ đối với sóng thờng (Nghĩa là sóng xẩy ra trong các điều kiện thông thờng: cần đến chúng để đánh giá mức độ tĩnh lặng của bến hoặc năng suất bốc xếp hàng) và sóng bão (nghĩa là sóng xẩy ra trong điều kiện bão: cần đến chúng để xác định lực sóng tác động lên kết cấu) Sóng có đợc từ các số liệu thống kê dựa trên các đo đạc thực tế hoặc dự báo sóng tính toán thờng là sóng nớc sâu không bị ảnh hởng bởi địa hình đáy biển. Sóng nớc sâu lan truyền về phía bờ, và một khi sóng tới độ sâu nớc bằng khoảng nửa chiều dài sóng, chúng bắt đầu bị ảnh hởng của địa hình đáy biển và biến dạng với kết quả là chiều cao sóng thay đổi. Sự biến dạng của sóng bao gồm khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ, vào chỗ cạn và vỡ ra. Để xác định các điều kiện sóng ở chỗ mà số liệu sóng cần đến (ví dụ chỗ đặt kết cấu công trình) cần xem xét thích đáng các sự biến dạng của sóng bằng các tính toán số học hoặc bằng thử nghiệm mô hình. Trong phơng pháp nói trên để xác định các điều kiện sóng dùng trong thiết kế, cần xem xét dầy đủ đến tính chất không đều đặn của sóng và xử lý chúng với tính chất ngẫu nhiên càng nhiều càng tốt. [Chỉ dẫn kỹ thuật] Một trình tự mẫu để xác định các điều kiện sóng dùng trong thiết kế đợc cho trong Hình T.4.1.1 4.1.2. Sóng dùng trong thiết kế Sóng có ý nghĩa, sóng cao nhất, sóng nớc sâu, sóng nớc sâu tơng đơng và các sóng khác là các sóng đợc dùng trong thiết kế các công trình bến và cảng. [Chú giải] Phn 2 - Chng 4 [1] 2 Sóng dùng để thiết kế kết cấu thờng đợc gọi là Sóng có ỹ nghĩa. Sóng có ý nghĩa là một sóng có tính chất giả thuyết, nó là một chỉ số thống kê của một nhóm sóng không đều. Sóng có ý nghĩa có kích thớc xấp xỉ bằng các giá trị từ các quan sát sóng bằng mắt, do đó chúng đợc dùng để tính toán sóng.Ta cũng biết rằng chu kỳ của một sóng có ý nghĩa xấp xỉ bằng chu kỳ ở đỉnh của phổ sóng. Vì các lợi ích nh vậy, các sóng có ý nghĩa thờng đợc dùng đại diện cho nhóm sóng. Tuy nhiên, tuỳ theo mục đích, có thể cần chuyển đổi sóng có ý nghĩa thành các sóng khác nh sóng cao nhất và sóng một phần mời cao nhất. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Định nghĩa các thông số sóng (a) Sóng có ý nghĩa (chiều cao sóng có ý nghĩa H 1/3 và chu kỳ sóng có ý nghĩa T 1/3 ) Các sóng trong một nhóm sóng đợc sắp xếp lại theo thứ tự chiều cao của chúng và 1/3 các sóng cao nhất đợc lựa chọn; sóng có ý nghĩa là sóng giả thuyết có chiều cao và chu kỳ là chiều cao và chu kỳ trung bình của các sóng đợc lựa chọn. (b) Sóng cao nhất (chiều cao sóng cao nhât H max và chu kỳ sóng cao nhất T max . Sóng cao nhất trong một nhóm sóng. (c) Sóng một phần mời cao nhất (H 1/10 , T 1/10 ). Sóng có chiều cao và chu kỳ bằng chiều cao và chu kỳ trung bình của các sóng một phần mời cao nhất trong một nhóm sóng. (d) Sóng trung bình (chiều cao sóng trung bình H , chu kỳ trung bình T ). Sóng có chiều cao và chu kỳ bằng chiều cao và chu kỳ trung bình của tất cả các sóng trong nhóm sóng. (e) Sóng nớc sâu (chiều cao sóng nớc sâu H o và chu kỳ sóng nớc sâu T o ). Sóng ở một vị trí mà chiều sâu nớc bằng ít nhất một nửa chiều dài sóng: các thông số sóng đợc biểu thị bằng các thông số của sóng có ý nghĩa ở vị trí đó . (f) Sóng nớc sâu tơng đơng (H o ). Chiều cao một sóng giả thuyết đã đợc hiệu chỉnh vì ảnh hởng của các thay đổi về địa hình hai chiều nh khúc xạ và nhiễu xạ; nó đợc biểu thị bằng chiều cao của sóng có ý nghĩa. (2) Sóng lớn nhất Sóng có ý nghĩa lớn nhất trong một loạt các số liệu sóng có ý nghĩa đã quan sát đợc trong một thời kỳ nào đó (ví dụ một ngày, một tháng hoặc một năm) đợc gọi là sóng lớn nhất. Để xác định rõ độ dài của thời kỳ quan sát, nên gọi sóng lớn nhất là sóng có ý nghĩa lớn nhất trong một ngày (hoặc một tháng ,một năm vv ). Hơn nữa, khi ngời ta muốn nói rõ ngời ta nói tới sóng có ý nghĩa đối với sóng lớn nhất xẩy ra trong thơì tiết giông bão, ta dùng thuật ngữ sóng đỉnh (xem 4.4. Xử lý thống kê các số liệu quan sát và tính toán sóng).Chiều cao sóng lớn nhất là giá trị cực đại của chiều cao sóng có ý nghĩa trong một thời kỳ nào đó, nó khác với định nghĩa của chiều cao sóng cao nhất (3) ý nghĩa của sóng nớc sâu tơng đơng Chiều cao sóng tại một nơi nào đó ở hiện trờng đợc xác định bằng kết quả của các biến dạng do sóng vào chỗ cạn và vỡ ra, điều này phụ thuộc vào chiều sâu nớc ở nơi đó và các biến dạng do nhiễu xạ và khúc xạ, điều này phụ thuộc các điều kiện địa lý hai chiều ở nơi đó. Tuy nhiên, trong các thí nghiệm mô hình thuỷ lực về sự biến dạng hoặc vợt tràn của sóng trong máng hai chiều hoặc trong phân tích hai chiều theo lý thuyết biến dạng sóng thì không xét đến các sự thay đổi địa hình hai chiều. Khi áp dụng các kết quả của thí nghiệm mô hình hai chiều hoặc một tính toán lý thuyết cho hiện trờng, cần kết hợp trớc các điều kiện đặc biệt của vị trí đang nghiên cứu, cụ thể là ảnh hởng của các sự thay đổi địa hình hai chiều (đặc biệt ảnh hởng của nhiễu xạ và khúc xạ) vào các sóng nớc sâu ở vị trí đang nghiên cứu, từ đó điều chỉnh các sóng nớc sâu thành một dạng sao cho chúng tơng ứng với chiều cao sóng khởi điểm nớc sâu dùng cho thí nghiệm hoặc tính toán lý thuyết. Chiều cao sóng nớc sâu có đợc bằng cách hiệu chỉnh các ảnh hởng của nhiễu xạ và khúc xạ với các hệ số của chúng đợc gọi là chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng. Chiều cao sóng nớc sâu tơng đơng ở vị trí sẽ tiến hành thiết kế đợc xác định nh sau: Phn 2 - Chng 4 [1] 3 H o = K d K r H o (4.1.1) Trong đó : K r : hệ số khúc xạ ở vị trí nghiên cứu (xem 4.5.2. Khúc xạ sóng) K d : hệ số nhiễu xạ ở vị trí nghiên cứu (xem 4.5.3. Nhiễu xạ sóng) 4.1.3. Tính chất của sóng [1] Tính chất cơ bản của sóng Các tính chất cơ bản của sóng nh chiều dài sóng và vận tốc có thể đợc xác định bằng lý thuyết sóng biên độ nhỏ. Tuy nhiên, chiều cao của sóng vỡ và chiều cao sóng leo phải đợc ớc tính trong khi xem xét ảnh hởng của biên độ hữu hạn. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Lý thuyết sóng biên độ nhỏ Các tính chất cơ bản của sóng đợc biểu thị thành hàm số của chiều cao sóng, chu kỳ và độ sâu nớc. Các đặc tính khác của sóng nớc nông có đợc bằng xấp xỉ bậc nhất của lý thuyết sóng biên độ nhỏ đợc liệt kê dới đây. Chú ý rằng , về toạ độ, chiều dơng của trục x đợc lấy theo chiều sóng đi tới, còn chiều dơng của trục z là chiều thẳng đứng đi lên với z = 0 tơng ứng với cao độ nớc tĩnh. Chiều sâu nớc h giả định là không đổi và các đặc tính của sóng đợc giả định là đồng đều theo phơng ngang (chiều y) (a) Độ dâng cao (chuyển dịch từ cao độ nớc tĩnh) (m) = t T x L H tx 22 sin 2 ),( (4.1.2) trong đó : : độ dâng cao (m) H : chiều cao sóng (m) L : chiều dài sóng (m) T : chu kỳ (s) (b) Chiều dài sóng (m) L hgT L 2 tanh 2 2 = (4.1.3) trong đó : h : chiều sâu nớc (m) ; g : gia tốc trọng trờng (m/s 2 ) (c) Vận tốc sóng (m/s) L hgL L hgT C 2 tanh 2 2 tanh 2 == (4.1.4) (d) Vận tốc hạt nớc (m/s) Phn 2 - Chng 4 [1] 4 + = + = t T x L L h L hz T H w t T x L L h L hz T H u 22 cos 2 sinh )(2 cosh 22 sin 2 sinh )(2 cosh (4.1.5) trong đó : u : thành phần vận tốc hạt nớc theo phơng x (m/s) w : thành phần vận tốc hạt nớc theo phơng z (m/s) (e) Gia tốc hạt nớc (m/s 2 ) + = + = t T x L L h L hz T H dt dw t T x L L h L hz T H dt du 22 sin 2 sinh )(2 cosh 2 22 cos 2 sinh )(2 cosh 2 2 2 2 2 (4.1.6) Trong đó : dt du : thành phần gia tốc hạt nớc theo phơng x (m/s 2 ) dt dw : thành phần gia tốc hạt nớc theo phơng y (m/s 2 ) (f) áp lực trong nớc khi sóng tác động (N/m 2 ) gzt T x L L H L hz gHp oo + = 22 sin 2 cosh )(2 cosh 2 1 (4.1.7) trong đó : o : dung trọng của nớc (1,01 ~1,05 . 10 3 kg/m 3 đối với nớc biển) (g) Năng lợng trung bình của sóng trên diện tích đơn vị của mặt nớc (J) 2 1 gH g EEE opk =+= (4.1.8) trong đó : E k và E p là các mật độ động năng và thế năng tơng ứng với E k =E p Phn 2 - Chng 4 [1] 5 (h) Tỉ lệ trung bình của năng lợng đợc chuyển tải theo phơng chuyển động của sóng trong thời gian đơn vị và cho bề rộng đơn vị của sóng( N.m/m/s) W = C G E = nCE (4.1.9) C G =nC (4.1.10) trong đó: C G :vận tốc nhóm của sóng (m/s) += L h L h n 4 sinh 4 1 2 1 (4.1.11) (2) Các đặc trng của sóng nớc sâu và chiều dài sóng (a) Sóng nớc sâu Sóng trong nớc có chiều sâu lớn hơn một nửa chiều dài sóng (h/L >1/2) đợc gọi là sóng nớc sâu. Các đặc trng khác nhau của sóng nớc sâu có thể có đợc từ các phơng trình của lý thuyết sóng biên độ nhỏ bằng cách đặt h/L . Chiều dài sóng L o , vận tốc sóng C o và vận tốc nhóm C G đối với sóng nớc sâu từ đó trở thành nh dời đây. Chú ý rằng đơn vị của chu kỳ T là giây (s) L o = 1,56T 2 (m), C o = 1,56T (m/s) (4.1.12) C c = 0,78T (m/s) = 1,52T (kt) = 2,81T (km/h) Nh đã biểu thị trong phơng trình (4.1.12)chiều dài sóng, vận tốc sóng và vận tốc nhóm với sóng nớc sâu chỉ phụ thuộc vào chu kỳ và không phụ thuộc vào chiều sâu nớc (b) Chiều dài sóng của sóng dài Các sóng mà chiều dài sóng cực kỳ dài so với chiều sâu nớc (h/L < 1/25) đợc gọi là sóng dài. Các đặc tính khác của sóng dài có thể có đợc từ các phơng trình của lý thuyết sóng biên độ nhỏ bằng cách lấy h/L cực nhỏ. Chiều dài sóng, vận tốc sóng và vận tốc nhóm đối với sóng dài do đó trở thành nh sau: )/( )( smgHCC mgHTL o == = (4.1.13) (3) Xem xét ảnh hởng của biên độ hữu hạn Các phơng trình cho trọng (1) không phải luôn chính xác đối với các sóng nớc nông và do đó đôi lúc cần sử dụng các phơng trình đối với sóng biên độ hữu hạn. Khi tiến hành tính toán theo các phơng trình sóng biên độ hữu hạn, ta phải tham khảo Sổ tay công thức thuỷ lực do Hội các kỹ s xây dựng Nhật Bản phát hành. Số lợng các sai số trong tính toán nảy sinh từ việc sử dụng lý thuyết sóng biên độ nhỏ thay đổi tuỳ theo độ dốc của sóng H/L và tỷ lệ của chiều sâu nớc đối với chiều dài sóng h/L. Tuy nhiên, sai số trong các thông số của sóng thờng không quá 20 ~ 30% trừ vận tốc nằm ngang của hạt nớc u. Một trong các ảnh hởng của biên độ hữu hạn của sóng xuất hiện ở cao độ đỉnh c so với chiều cao sóng, tỉ số này tăng khi chiều cao sóng tăng. Định nghĩa của chiều cao đỉnh c đợc cho ở trên cùng Hình T.4.1.2. Hình này đợc vẽ dựa trên các ghi chép mặt cắt ngang sóng ở hiện trờng. Nó cho thấy tỉ lệ của chiều cao đỉnh sóng cao nhất có đợc từ mỗi ghi chép quan sát so với chiều cao sóng cao nhất H max trong ghi chép đó nh một hàm số của chiều cao sóng tơng đối H 1/3 /h. (4) Các loại lý thuyết sóng biên độ hữu hạn Phn 2 - Chng 4 [1] 6 Lý thuyết sóng biên độ hữu hạn bao gồm lý thuyết sóng Stokes, lý thuyết sóng cnoidal và các lý thuyết khác. Trong lý thuyết thứ nhất, độ dốc sóng đợc giả định tơng đối thấp ,và hình dạng của sóng đợc biểu thị bằng một chuỗi các hàm lợng giác. Một số các nhà nghiên cứu đã kiến nghị một số lời giải chuỗi gần đúng. Tuy nhiên trong lý thuyết này độ hội tụ của các chuỗi trở thành cực chậm khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều dài sóng giảm. Điều đó có nghĩa lý thuyết không thể áp dụng khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều dài sóng quá nhỏ. Mặt khác, lý thuyết sóng cnoidal có đợc là từ phơng pháp giãn nở nhiễu loạn với tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều dài sóng đợc giả định là cực kỳ nhỏ, điều đó có nghĩa nó có giá trị khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều dài sóng nhỏ. Tuy nhiên, sai số lại lớn lên khi tỷ lệ chiều sâu nớc so với chiều dài sóng tăng lên. Ngoài hai lý thuyêt đó, còn lý thuyết sóng hypecbolic, trong đó một sóng cnoidal đợc xem gần đúng là một sự khai triển các hàm hypecbolic và lý thuyết sóng đơn độc, nó là trờng hợp tiệm cận của lý thuyết sóng cnoidal khi chiều dài sóng tiến tới vô cùng. Trừ lý thuyết sóng đơn độc, các phơng trình trong tất cả các lý thuyết sóng biên độ hữu hạn đều phức tạp có nghĩa là tính toán không dễ. Đặc biệt, với lý thuyết sóng cnoidal, các phơng trình có tích phân elip, làm cho việc sử dụng chúng rất bất tiện. Nếu phơng pháp chuỗi Dean đợc chấp nhận profile sóng và vận tốc hạt nớc có thể xác định đợc với độ chính xác cao ngay tại điểm mà sóng vỡ. Độ lệch tiêu chuẩn Số điểm dữ li ệ u Trung bình Phn 2 - Chng 4 [1] 7 áp dụng lý thuyết sóng biên độ hữu hạn vào thiết kế kết cấu. Các lý thuyết phi tuyến, trong đó bao gồm cả các lý thuyết sóng biên độ hữu hạn, đợc áp dụng cho hàng loạt các công trình xây dựng bờ biển. Tuy nhiên vẫn còn một số lớn các điều cha biết, và do đó, trong trờng hợp thiết kế hiên nay, chúng chỉ đợc áp dụng cho một số lợng hạn chế lĩnh vực nh sẽ thảo luận dới đây. (a) Vận tốc nằm ngang cực đại của hạt nớc U max ở mỗi độ cao bên dới đỉnh sóng. Thông tin này cực kỳ quan trọng trong việc đánh giá lực sóng lên một bộ phận kết cấu thẳng đứng. Các phơng trình từ lý thuyết sóng Stokes đợc sử dụng khi tỷ lệ chiều sâu nớc với chiều dài sóng lớn, và các phơng trình từ lý thuyết sóng đơn độc đợc sử dụng khi tỷ lệ giữa chiều sâu nớc và chiêù dài sóng nhỏ. Một tính toán gần đúng có thể thực hiện đợc bằng cách sử dụng phơng trình kinh nghiệm sau đây: [] [] Lh Lhz h hz h H T H zu /)2(sinh /))(2(cosh 1)( 32/1 max + + += ( 4.1.14 ) trong đó hệ số đợc cho trong Bảng T.4.1.2 Bảng T.4.1.2 Hệ số để tính vận tốc nằm ngang cực đại của hạt nớc h/L h/L 0,03 0,05 0,07 0,10 0,14 1,5 1,50 1,43 1,25 0,97 0,2 0.3 0.5 0.7 0.68 0.49 0.25 0.27 (b) Sóng vào cạn Sóng vào cạn xẩy ra khi chiều sâu nớc giảm, có thể tính đợc bằng cách sử dụng một lý thuyết sóng dài bao gồm các số hạng phi tuyến. Một cách khác, có thể áp dụng lý thuyết song cnoidal hoặc lý thuyết sóng Hypecbolic cho hiện tợng này (xem 4.5.5. Sóng vào cạn) (c) Sự dâng lên và hạ xuống của mực nớc trung bình Mực nớc trung bình hạ xuống dần dần khi sóng tiến vào điểm bị phá vỡ và sau đó dâng lên bên trong vùng vỡ cho tới bờ, có thể tính đợc từ lý thuyết giao thoa phi tuyến giữa các sóng và dòng chảy. Phải xét đến sự thay đổi mức nớc trung bình này để tính toán sự thay đổi chiều cao sóng do sóng bị phá vỡ ngẫu nhiên (xem 4.5.6. Sóng vỡ) (d) Khoảng lọt khí của các cấu kết ngoài khơi Khi xác định các khoảng lọt khí của các cấu kết ngoài khơi bên trên mực nớc tĩnh, nên xét đến độ tăng tơng đối trong các chiều cao đỉnh sóng do ảnh hởng của biên độ hữu hạn nh đã trình bày trong Hình T.4.1.2 [2] Các tính chất thống kê của sóng Trong thiết kế công trình cảng và bến, cần xem xét các tính chất thống kê của sóng liên quan đén chiều cao và chu kỳ sóng và nên sử dụng sự phân bố Rayleigh đối với chiều cao sóng của một nhóm sóng nớc sâu không đều. [Chú giải] Hình T-4.1.2. Quan hệ giữa chiều cao cực đại của đỉnh sóng ( c ) max /H max và chiều cao sóng tơng đối H 1/3 /h Phn 2 - Chng 4 [1] 8 Giả thuyết đằng sau phân bố Rayleigh là một tiền đề rằng năng lợng sóng đợc tập trung trong một dải cực kỳ hẹp xung quanh một tần số nào đó. Do đó các vấn đề còn tồn tại khi áp dụng chúng vào các sóng đại dơng có dải tần số rộng. Tuy nhiên, đã chỉ ra rằng chừng nào mà các sóng còn đợc xác định bằng phơng pháp qua 0, có thể vẫn áp dụng đợc phân bố Rayleigh cho các sóng đại dơng nh một giải pháp gần đúng có thể chấp nhận đợc. [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Biểu thức của phân bố Rayleigh Phân bố Rayleigh đợc cho bởi phơng trình sau: = 2 4 exp 2 )/( H H H H HHp (4.1.15) trong đó : )/( HHp : hàm số mật độ xác suất của chiều cao sóng H : chiều cao sóng trung bình (m) Theo phân bố Rayleigh, chiều cao sóng một phần mời cao nhất H 1/10 , chiều cao sóng có ý nghĩa H 1/3 , và chiều cao sóng trung bình H có liên quan giữa chúng với nhau theo các phơng trình sau : H 1/10 =1,27 H 1/3 H 1/3 =1,60 H (4.1.16) Trung bình, các quan hệ này thoả mãn tốt với các kết quả quan sát sóng tại chỗ. Chiều cao sóng cao nhất H max khó xác định chính xác nh sẽ đợc thảo luận trong (2) dới đây, nhng nói chung nó có thể đợc quyết định nh trong quan hệ sau: H max = (1,6 ~ 2,0) H 1/3 (4.1.17) Các chu kỳ liên quan với nhau nh sau: T max = T 1/3 = (1,1 ~ 1,3) T (4.1.18) Tuy nhiên cần nhớ rằng khi sóng tiến gần đến bờ, các sóng có chiều cao lớn hơn giới hạn vỡ bắt đầu bị vỡ và chiều cao của chúng giảm xuống do đó không thể dùng phân bố Rayleigh cho các chiều cao sóng trong khu vực vỡ. (2) Xác suất xuất hiện của chiều cao sóng lớn nhất Chiều cao sóng cao nhất H max là một lợng thống kê không thể xác định chính xác; chỉ có thể cho xác suất xuất hiện của nó. Nếu chiều cao sóng đợc giả định tuân theo phân bố Rayleigh, khi đó giá trị mong đợi H max của H max , khi tập hợp đợc một số lợng lớn các mẫu mỗi mẫu gồm có N sóng, đợc cho nh sau : 3/1max ln2 5722,0 ln706,0 H N NH + (4.1.20) Tuy nhiên,cần nhớ rằng khi H max có đợc cho mỗi số lợng lớn các mẫu mỗi mẫu bao gồm N sóng, có một số lớn các trờng hợp mà H max vợt quá H max . Do đó nếu chỉ đơn giản sử dụng H max làm sóng tính toán, có thể đặt kết cấu vào một tình trạng nguy hiểm. Do đó, ta có thể dự kiến phơng pháp trong đó sử dụng một chiều cao sóng (H max ) với =0,05 hoặc 0,1, khi đó (H max ) đợc xác định sao cho xác suất của giá trị H max vợt quá (H max ) là (nghĩa là mức độ quan trọng là ). Giá trị của (H max ) với một mức độ quan trọng đã cho đợc xác định bởi phơng trình sau: Phn 2 - Chng 4 [1] 9 = )]1/(1ln[ ln706,0)( 3/1max N HH (4.1.21) Bảng T.4.1.4 liệt kê các giá trị có đợc từ phơng trình này. Vì H max không phải là một giá trị xác định mà là một biến số theo xác suất, giá trị của H max / H 1/3 thay đổi lớn với N và . Tuy nhiên, xét đến vấn đề là chiều cao sóng chỉ gần đúng theo phân bố Rayleigh và công thức áp lực sóng đợc tìm thấy trong khi có một mức độ phân tán nhất định của các dữ liệu nên có thể sử dụng H max = (1,6 ~ 2,0 ) H 1/3 và bỏ qua các giá trị rất nhỏ hoặc rất lớn trong bảng. Bảng T.4.1.4. Quan hệ giữa chiều cao sóng cao nhất H max và chiều cao sóng có ý nghĩa H 1/3 . Số lợng sóng N Phơng thức (H max ) phơng thức Mức quan trọng 50% (H max ) 0,5 Trung bình ( H max ) Mức quan trọng 10% (H max ) 0,1 Mức quan trọng 5% (H max ) 0,05 50 100 200 500 1.000 2.000 5.000 10.000 1,40H 1/3 1,52H 1/3 1,63H 1/3 1,76H 1/3 1,86H 1/3 1,95H 1/3 2,05H 1/3 2,12H 1/3 1,46H 1/3 1,58H 1/3 1,68H 1/3 1,81H 1/3 1,91H 1/3 2,00H 1/3 2,10H 1/3 2,19H 1/3 1,50H 1/3 1,61H 1/3 1,72H 1/3 1,84H 1/3 1,94H 1/3 2,02H 1/3 2,12H 1/3 2,19H 1/3 1,76H 1/3 1,85H 1/3 1,94H 1/3 2,06H 1/3 2,14H 1/3 2,22H 1/3 2,31H 1/3 2,39H 1/3 1,86H 1/3 1,95H 1/3 2,03H 1/3 2,14H 1/3 2,22H 1/3 2,30H 1/3 2,39H 1/3 2,47H 1/3 [3] Phổ sóng Trong thiết kế công trình cảng và bến, phải xem xét nghiêm túc tới dạng hàm số của phổ sóng và sử dụng một biểu thức thích hợp [Chỉ dẫn kỹ thuật] (1) Dạng chung của phổ sóng Dạng chung của phổ sóng thờng đợc biểu thị bằng phơng trình sau đây S(f, ) = S(f) G (f, ) (4.1.22) trong đó: f : tần số : phơng vị so với phơng chính của sóng S(f, ) : phổ hớng. Trên đây, S(f) là một hàm số biểu thị sự phân bố của năng lợng sóng liên quan tới tần số, nó đợc gọi là phổ tần số; G() là một hàm số biểu thị sự phân bố của năng lợng sóng liên quan tới hớng, nó đợc gọi là hàm lan truyền theo hớng Hàm số biểu thị trong các phơng trình sau đây có thể sử dụng cho S(f) và G(f,). Phổ tần số của phơng trình (4.1.23) đợc gọi là phổ Bretschneider Mitsuyasu, còn phơng trình (4.1.24) đợc gọi là hàm lan truyền loại Mitsuyasu: Phn 2 - Chng 4 [1] 10 S(f) = 0,257 H 2 1/3 T -4 1/3 - -5 exp [ -1.03(T 1/3 f) -4 ] (4.1.23) G(f,) = G o cos 2s /2 (4.1.24) trong đó: G o : là một hằng số tỷ lệ thoả mãn điều kiên chuẩn hoá sau đây: = max min 1),( dfG (4.1.25) trong đó: max và min là các góc lệch tối đa và tối thiểu so với phơng chính Số hạng S trong phơng trinh (4.1.24) là một thông số biểu thị mức độ lan truyền theo phơng của năng lợng sóng. Nó đợc cho bởi công thức sau: = > = + m m m m ff f f SS ff f f SS : : 5 max 5,2 max (4.1.26) Trong đó f m là tần số tại đó đỉnh phổ xuất hiện. Nó có thể đợc biểu thị bằng các số hạng của chu kỳ sóng có ý nghĩa T 1/3 nh trong phơng trình sau: f m = 1/ (1,05 T 1/3 ) (4.1.27) Nếu các đơn vị của H 1/3 và T 1/3 là mét và giây, đơn vị của S(f,) là m 2 s. (2) Giá trị của thông số lan truyền theo hớng Phải lấy một giá trị bằng 10 cho giá trị cực đại S max của thông số lan truyền theo hớng trong trờng hợp sóng do gió ở nớc sâu. Trong trờng hợp nớc dâng ,xét đến quá trình phân rã của sóng và các vấn đề khác, nên lấy một giá trị bằng 20 hoặc hơn là thích hợp. Hình T.4.1.4 cho một đồ thị các giá trị gần đúng của S max tuỳ theo độ dốc của sóng. Xét đoán qua giá trị của độ dốc sóng, có thể thấy rằng S max <20 đối với sóng do gió. Đồ thị này có thể sử dụng để xác định giá trị gần đúng của S max . Goda và Suzuki kiến nghị sử dụng các giá trị chuẩn S max = 10 đối với sóng do gió, S max = 25 đối với mặt nớc dâng trong khi bắt đầu phân rã, và S max = 75 đối với mặt nớc dâng có khoảng cách phân rã dài. (3)Thay đổi của S max do khúc xạ Dạng của hàm số lan truyền theo hớng thay đổi khi sóng trải qua quá trình khúc xạ. Khi tiến hành tính toán nhiễu xạ trên sóng không đều, bằng cách sử dụng các sóng đã bị khúc xạ, khi đó điều rất quan trọng là xem xét các sự thay đổi đó trong hàm số lan truyền theo hớng. Hình T.4.1.5 cho các giá trị của S max sau khi các sóng đã bị khúc xạ tại một bờ biển có các đờng đồng mức sâu thẳng và song song. Trong hình, ( p ) o là góc tới của hớng sóng chính ở ranh giới nớc sâu, nghĩa là góc giữa hớng sóng chính và đờng vuông góc với đờng đồng mức. [...]... phơng trình sau đây đợc dùng đối với và trong phơng trình (4. 4.1) Với phân bổ Gumbel : = 0 ,44 , = 0,12 (4. 4.9) Với phân bố Weibull: Phn 2 - Chng 4 [2] 10 = 0,20 + 0,27 k = 0,20 + 0,23 k (4. 4.10) Với phân bổ loại II Fisher-Tippett: = 0 ,44 + 0,52/k = 0,12 0,11/k (4. 4.11) (b) Chọn hàm tôt nhất thông qua tiêu chuẩn loại bỏ Các hàm không thích hợp bị loại bỏ bằng hai bộ tiêu chuẩn Bộ thứ nhất là các. .. Weibull) (4. 4.2) (4. 4.3) Để cho các dữ liệu khớp với hàm phân bố, xác suất không vợt quá (xác suất không vợt quá một chiều cao sóng nào đó) P đợc chuyển đổi thành biến số rv (= (x B)/A) bằng phơng trình (4. 4 .4) hoặc (4. 4.5) rv = - ln {- lnP [H x ]} rv = [- ln {1 P [H x ]}] (Phân bố Gumbel) 1/k (4. 4 .4) (Phân bố Weibull) (4. 4.5) Nếu dữ liệu ăn khớp hoàn toàn với phơng trình (4. 4.2) hoặc (4. 4.3) khi... các điều kiện sóng nớc sâu để nghiên cứu ổn định của các kết cấu công trình cảng và bến v.v , có xem xét nghiêm túc đến các chức năng của các công trình cảng và bến và các đặc trng của kết cấu [Chú giải] (1) Đối với các dữ liệu đo đạc thực tế, nên có thời gian đo đạc tơng đối dài (10 năm hoặc hơn) tuy nhiên, khi thiếu các số liệu đo đạc thực tế nh vậy, phải sử dụng các giá trị đã dự báo có đợc bằng cách... phơng trình sau: P[H x] = exp [- {1 + (x B)/ (kA)}-k] (4. 4.8) Chín hàm số sau đây đợc sử dụng làm hàm số ứng cử để thử cho khớp: hàm phân bố Gumbel (phơng trình (4. 4.2)), hàm phân bổ Weibull (phơng trình (4. 4.3)), với k = 0,75; 1,0; 1 ,4; và 2,0 (4 giá trị cho trớc) và hàm phân bổ loại II Fisher-Tippett với k = 2,5; 3,33; 5 và 10 (4 giá trị cho trớc) Thay vào các giá trị liệt kê trong Bảng T .4. 4.1 các. .. số của phần d của hệ số tơng quan của mẫu và phần d trung bình đối với hàm phân bố thích hợp là thấp nhất thì đợc xem là hàm phân bố khớp nhất 4. 5 Sự biến dạng của sóng 4. 5.1 Tổng quát ( Điều 4, Khoản 3 Thông báo) Theo quy tắc chung, các sóng đợc xem là tác động lên công trình cảng và bến phải là các sóng bất lợi nhất đối với độ ổn định của kết cấu hoặc đối với việc sử dụng các công trình cảng và bến... sâu đã đợc đa vào trờng hợp đối với sóng nớc nôdẫng đến đồ thị H1/3-t-F-CG nh trong Hình 4. 3.3 Sử dụng đồ thị này có thể tiến hành việc dự báo các sóng nớc nông trong một trờng gió có đà gió thay đổi Phn 2 - Chng 4 [2] 6 (A) Chú thích : Các số trên đồ thị chỉ vận tốc gió(m/s) với chiều sâu nớc (m) trong ngoặc Hình T .4. 3.3 Đồ thị H1/3-t-F-CG đối với sóng nớc nông (Phơng pháp Sakamato-Ijima) 4. 3.3 Dự báo... Nếu vị trí đang xét phải chịu các điều kiện đặc biệt (ví dụ các sự nhiễu loạn do các sóng phản xạ từ ngoài hoặc một sự tăng chiều cao sóng do các góc lõm), cũng phải xét đến các điều kiện này (3) Lực sóng và các tác động khác của sóng lên kết cấu đang xét nh việc sóng tràn bờ đợc xác định đối với các sóng có đợc trên đây (4) Tuỳ theo các điều kiện khác nhau liên quan đến các hoạt động của sóng, có thể... Kr = 2h L (4. 5.3) cos 0 cos (4. 5 .4) ở đây, L, và o là chiều dài sóng ở độ sâu nớc h, góc tới của sóng ở độ sâu nớc h và góc tới của sóng ở nớc sâu (tơng ứng) Hình T .4. 5.2 và T .4. 5.3 cho hệ số khúc xạ và hớng sóng, bằng cách sử dụng tơng ứng các phơng trình (4. 5 .4) và (4. 5.3) Hình T .4. 5.2 Hệ số khúc xạ của sóng ổn định tại bờ có các đờng đồng sâu thẳng và song song (2) Phạm vi áp dụng các tính toán... chuẩn : 0,072 Tz/T Hình T .4. 1.6 Phân bố tần số của tỷ số giữa chu kỳ trung bình Tz do tính theo phổ và chu kỳ trung bình T đo thực tế 4. 2 Phơng pháp xác định các điều kiện của sóng dùng trong thiết kế 4. 2.1 Các nguyên tắc để xác định các sóng nớc sâu dùng trong thiết kế (Điều 4, Khoản 2 Thông báo) Phải xác định một cách thoả đáng khoảng thời gian của các dữ liệu thống kê của sóng dùng để xác định các. .. sự tơng tác phi tuyến yếu giữa các sóng thành phần Với phơng pháp sau, sự phát triển sóng đợc xem là kết quả tổng hợp của các ảnh hởng phi tuyến mạnh và một loại cơ chế đồng dạng đợc giả định cùng với việc đa vào một số ít thông số Các tính toán đợc thực hiện bằng cách lập công thức và giải các phơng trình chỉ đạo các quá trình phát triển và biến dạng của sóng có sử dụng các thông số Độ chính xác của . ổn định của các kết cấu công trình cảng và bến v.v , có xem xét nghiêm túc đến các chức năng của các công trình cảng và bến và các đặc trng của kết cấu. [Chú giải] (1) Đối với các dữ liệu. đơng và các sóng khác là các sóng đợc dùng trong thiết kế các công trình bến và cảng. [Chú giải] Phn 2 - Chng 4 [1] 2 Sóng dùng để thiết kế kết cấu thờng đợc gọi là Sóng có ỹ nghĩa. Sóng. ngắn. Với các thành phần sóng chu kỳ dài có chu kỳ bằng 10 giây hoặc hơn, xem 4. 8.Sóng chu kỳ dài và sóng hồ. 4. 2. Phơng pháp xác định các điều kiện của sóng dùng trong thiết kế 4. 2.1. Các