Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án Cảng và Công Trình Thềm Lục Địa
Luận án cao họcChương 5VÍ DỤ TÍNH TOÁNVí dụ 1 : BÀI TOÁN TRỤ MẢNH THẲNG ĐỨNG CHỊU TÁC DỤNG SÓNG ĐIỀU HOÀTính toán biên độ tải trọng sóng tác dụng lên tháp đèn . Tháp là một cọc ống thép đơn , trên đầu có một khối bê tông dạng chữ nhật với các thông số như sau:Cọc : Đường kính ngoài D=324mmDày t = 9.5mmChiều sâu nước d= 8mChiều cao từ mặt thoáng tới khối trên đầu cọc 7mKhối lượng cọc , m=73.8kg/mKhối lượng trên đầu , M = 300kgMônen quán tính cọc , I = 0.116x10-3m4Môdun đàn hồi của cọc , E = 205x109N/m2Sóng : Có chiều cao , H = 1.5m , Chu kỳ , T = 3sGiả thiết sóng có dạng hình Sin , sử dụng phương trình Morison để tính toán đáp ứng động .Giải : - Tổng tải trọng tác dụng lên tháp :F = FD + FI ,tổng của lực cản và lực quán tính ∫∫−−==02042121dmIdoDdyuDCFdyuuDCFπρρTa có : mTgLo05.14314.3*281.9222===π- Kiểm tra d/Lo=8/14.05=0.57Khi d/Lo>0.5 ⇒ p dụng sóng trong điều kiện nước sâu và L=Lo do đó tanh(2π/L)→1Trong vùng nước sâu vận tốc và gia tốc cho bởi : −=−=TtLxLyTHuTtLxLyTHuooππππππ2sin4exp22cos2exp22- Xác đònh hệ số Cm và CDVới mặt cắt ống hình tròn Cm=2.0 . Hệ số Reynolds cực đại51058.4324.002exp109.06exxLxxTHxxRoe==ππTra đồ thò hình 4.9a , giá trò CD = 1.3Chương 5 : Ví dụ tính toán 1 Luận án cao học023.005.14324.0==LDVì LD< 0.2 nên phải xét giá trò của phương trình Morison 216.0999.05.1324.0==xWDVì 2.0>WD nên lực quán tính chiếm ưu thếLực cản và lực quán tính cho bỡi phương trình −==−±==TtLxFTtLxFIDππ2sin12092cos5.5952Vì hai lực trên không cùng pha, nên để tính toán hợp lực tác dụng lên công trình bằng cách vẽ biểu đồ của hai lực trên sau đó cộng lại,kết quả lập thành bảng .Fd Fi F(N) (N) (N)0 1.000 595.000 0.000 0.000 595.00015 0.933 555.143 0.259 312.912 868.05530 0.750 446.250 0.500 604.500 1050.75045 0.500 297.500 0.707 854.892 1152.39260 0.250 148.750 0.866 1047.025 1195.77575 0.067 39.857 0.966 1167.804 1207.66290 0.000 0.000 1.000 1209.000 1209.000105 -0.067 -39.857 0.966 1167.804 1127.947120 -0.250 -148.750 0.866 1047.025 898.275135 -0.500 -297.500 0.707 854.892 557.392150 -0.750 -446.250 0.500 604.500 158.250165 -0.933 -555.143 0.259 312.912 -242.230180 -1.000 -595.000 0.000 0.000 -595.000−TtLxπ2−±TtLxπ2cos2−TtLxπ2sinChương 5 : Ví dụ tính toán 2(0o) Luận án cao họcBIỂU ĐỒ TỔNG HP LỰC-800.000-600.000-400.000-200.0000.000200.000400.000600.000800.0001000.0001200.0001400.0000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Fd Fi FNhận thấy rằng hợp lực cực đại khi oTtLx902cos=−πvà biên độ hợp lực F = 1209N .Chương 5 : Ví dụ tính toán 3FDFIF−TtLxπ2cos Luận án cao họcVí dụ 2 : BÀI TOÁN CỌC ĐƠN BỊ KHỐNG CHẾ CHUYỂN VỊ ƠÛ ĐẦU CỌC Tính tần số tự nhiên, khối lượng hiệu quả của cọc và đánh giá dao động do dòng chảy gây ra. Cọc được cho như hình vẽ, giả thiết độ cứng của đài Kx = 4 x 106 N/m và Kφ = 2 x 108 N.m/rad với các đặt trưng của cọc như sau :Đường kính cọc , D = 0,762mChiều dày ống , t = 1,270x10-2mMôđun đàn hồi, E = 205x109 N/ m2Chiều dài cọc , l = 22,86mTrọng lượng riêng thép, ρ = 7,833x103kg/m3 Tiết diện cọc, A = 2,99x10-2m2Khối lượng đầu cọc, M = 100.000kgChiều sâu nước, d = 20,16mBẢNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁNĐặc trưng Giá tròN1 (Hz)N2 (Hz)R1R2)/(1mkgm)/(2mkgm)/(221mkgDmρδ)/(222mkgDmρδ0.9872.430.549-12.7441.277x104986.9743.5190.272Kết luận : - Đ ối với Mode 1 : N1 = 0.987 mtb1 = 1.277x104- Dao động trong mặt phẳng khống chế của đài xảy ra khi dòng chảy tới mặt phẳng có vận tốc V>3.01m/sĐối với Mode2 : N2 = 2.43 mtb2 = 986.974 - Dao động theo phương vuông góc với mặt phẳng khống chế của đài xảy ra khi dòng chảy tới mặt phẳng có vận tốc V>7.41m/sDo đó có thể kết luận rằng, nếu dòng chảy là lý tưởng và dao động theo phương vuông góc xảy ra khi vận tốc dòng chảy lớn hơn 3.01m/s . Ngoài ra nếu theo phương dòng chảy dao động xảy ra khi có vận tốc dòng chảy lớn hơn 1.944m/sChương 5 : Ví dụ tính toán 4 Luận án cao họcVí dụ 3 : BÀI TOÁN KHUNG PHẲNG CÓ TẢI TRỌNG NGOÀI TÁC DỤNG LÊN DẦMCho khung phẳng như hình vẽ . Tính tần số tự nhiên và khối lượng hiệu quả của hệ . Biết các đặt trưng của cọc và dầm như sau :Đặc trưng của cọc : Mô đun đàn hồi E = 2.05E+7T/m² Chiều dài của cọc từ đài tới đáy biển l = 22.86mĐường kính của cọc D = 0.762mChiều dày cọc t = 1.27E-2 mDiện tích tiết diện A = 2.99E-2 m² Mômen quán tính tiết diện : Ib= 2.10E-3 m4Tỷ trọng ρ = 7.833T/ m³Chiều sâu nước d = 20.16mCọc có góc nghiên 18.4350(góc nghiên theo tỷ lệ 1 : 3 )Đặc trưng của đài :Mô đun đàn hồi E = 2.05E+7T/m² Tổng chiều sài lb = 15.54mKhoảng cách giữa các tim cọc là 10.06mDiện tích tiết diện Ab = 4.94E-2 m² Mômen quán tính tiết diện :Ib= 7.17m4Tỷ trọng ρ = 7.833T/ m³Khối lượng của dầm : 6.013TTải trọng tập trung tác dụng lên đài :P=330 TChương 5 : Ví dụ tính toán 5 Luận án cao họcKẾT QUẢĐặc trưng Cọc 1 Cọc 2 Cọc 3(E)j(N/m2) 2.05E+11 2.05E+11 2.05E+11 (I)j(m4) 2,10x10-12,10x10-12,10x10-1 (A)j(m2) 2,99x10-22,99x10-22,99x10-2 (l’)j(m) 27,43 27,43 27,43(Kx)j (N/m) 4.26E+07 4.25E+07 4.25E+07 (Kφ)j (Nm/rad) 4.36E+08 3.52E+08 3.52E+08(M1)j(kg) 15.08 15.89 15.89M2 (kg) Tổng tất cả các cọc 3.531E+5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TẦN SỐĐặc trưng Cọc 1 Cọc 2 Cọc 3Cx2.05E+03 2.39E+03 2.39E+03Cφ27.805 23.675 23.675EI/(l’)3(N/m) 2.08E+04 1.78E+04 1.78E+04F15.81E-03 5.87E-03 5.87E-03F22.32E-04 1.97E-04 1.97E-04F34.87E-04 4.17E-04 4.17E-04N1(Hz) 1.737 1.727 1.727N2(Hz) 2.502 2.245 2.245R10.936 1.205 1.205R2-25.028 -18.446 -18.446C10.724 1.113 1.113C2368.005 199.061 199.061 1m (kg/m)1.85E+04 1.17E+04 1.17E+04 2m (kg/m)970.497 1.00E+03 1.00E+03212Dmρδ5.084 3.22 3.22222Dmρδ0.267 0.276 0.276Kết luận :Chương 5 : Ví dụ tính toán 6 Luận án cao học- Với dạng dao động thứ nhất (Mode 1 ) mỗi cọc có 11≥R nên dạng dao động dây cung chiếm ưu thế . - Với hệ số cản δ = 0.08, xét với dao động dạng thứ hai và tỷ số 22Dmjρδ = 0.267, tra biểu đồ hình 5.3 để dao động theo phương dòng chảy xảy ra thì V/ND >1.08 do đóV>1.08xND Đặc trưng Cọc 1 Cọc 2 Cọc 322DmjρδDao động theo phương dòng chảy xảy ra nếu DNV1nhỏ hơn V (m/s)0.2671.12.0590.2671.01.850.2671.01.85Ví dụ 5 : BÀI TOÁN KHÔNG GIAN – TRỤ VA TÀUChương 5 : Ví dụ tính toán 7 Luận án cao học Cho trụ va như hình vẽ, chòu tác dụng của lực va Px(t) theo phương x có dạng xung hình chữ nhật biến thiên theo thời gian . Với các đặc trưng của đài và cọc như sau :Cọc ống thép : - Đường kính ngoài D = 0.762m- Chiều dày t = 0.0172m- Diện tích tiết diện A = 0.04m²- Mômen quán tính I = 2.792x10-3m4- Môđun đàn hồi E = 206.84x 109N/m²- Trọng lượng riêng của thép ρ = 7.786x103kg/m3- Trọng lượng riêng của nước biển ρb = 1.032x103kg/m3- Khối lượng quay đài cọc = 8.6x105kg- Quán tính đài cọc Ib = 2.096x103kgm2- Tổng chiều dài cọc l=30.2m- Chiều dài cọc trong nước d=29.2m- Góc nghiên của cọc theo tỷ lệ 1:3Lực va tác dụng lên đài như hình vẽ và có dạng sung chữ nhật Tọa độ của các cọc trong đài : Đối xứng qua trục YSố hiệu cọcToạ độ của cọc đối với hệ toạ độ tổng thể X(m) Y(m)1 2.033 5.6392 2.033 4.0393 2.033 2.4384 2.033 3.6585 2.033 6.2486 0.954 -1.5247 2.859 -1.5248 5.450 -1.5249 0 0BẢNG SO SÁNH KẾT QUẢ GIẢI THEOPHẦN MỀM MATHCAD PHẦN MỀM SAP2000Tần số tự nhiênGiá trò(Hz)Chu kỳ(giây)Tần số tự nhiênGiá trò(Hz)Chu kỳ(giây)Chương 5 : Ví dụ tính toán 80Px(t)100Tt(s))0.523 Luận án cao họcN1 1.658 0.603 N1 1.668 0.599N2 2.991 0.334 N2 4.083 0.245N3 1.913 0.523 N3 1.82 0.55DẠNG DAO ĐỘNGKết quả theo phương pháp tónh :- Chuyển vò theo phương x = 5.91E-03m- Chuyển vò theo phương y = -1.64E-07m- Chuyển vò xoay θ = -3.46E-04 radKết quả theo phương pháp động :Chương 5 : Ví dụ tính toán 9 Luận án cao họcCHUYỂN VỊ THEO PHƯƠNG X-0.004-0.00200.0020.0040.0060.0080.010.0120.0141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Thời gian t=T/10 (s)C.vò U1(m)Houbolt SPTT Newmark Wilson Tónh0.262 1.3081.040.52 0.78Ghi chu : Gia tri phia tren truc hoanh la thoi gian Gia tri phia duoi truc hoanh chi buoc thoi gian CHUYỂN VỊ THEO PHƯƠNG Y-0.0000008-0.0000006-0.0000004-0.000000200.00000020.00000040.00000061 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Thời gian t=T/10 (s)C.vò U2(m)Houbolt SPTT Newmark Wilson Tinh0.5231.0460.26 0.78 1.308Chương 5 : Ví dụ tính toán 10 [...].. .Luận án cao học CHUYỂ N VỊ XOAY 0.0008 0.0 006 0.0004 C.vò U3(rad) 0.0002 0.26 0 -0.0002 1 2 3 4 5 0.523 6 7 8 0.785 1.046 1.308 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 -0.0004 -0.0 006 -0.0008 -0.001 -0.0012 Thời gian t=T/10 (s) Houbolt Chương 5 : Ví dụ tính toán SPTT Newmark Wilson Tinh 11 . Luận án cao họcChương 5VÍ DỤ TÍNH TOÁNVí dụ 1 : BÀI TOÁN TRỤ MẢNH THẲNG ĐỨNG CHỊU TÁC DỤNG SÓNG ĐIỀU HOÀTính toán biên độ tải trọng. toán 10 Luận án cao họcCHUYỂN VỊ XOAY-0.0012-0.001-0.0008-0.0 006- 0.0004-0.000200.00020.00040.0 0060 .00081