Phương pháp luận đánh giá an toàn cho các công trình biển dựa trên các điều kiện bền và mỏi mở rộng

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu của các tác giá nhằm xây dựng phương pháp luận đánh giá an toàn của các loại kết cấu công trình biển dựa trên điều kiện bền trong trạng thái biển cực đại (như cách tính hiện hành với điều kiện bền - ULS).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp luận đánh giá an toàn cho các công trình biển dựa trên các điều kiện bền và mỏi mở rộng Tiểu ban Năng lượng, Kỹ thuật công trình, Vận tải và Công nghệ Biển 205 PHƯƠNG PHÁP LUẬN ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CHO CÁC CÔNG TRÌNH BIỂN DỰA TRÊN CÁC ĐIỀU KIỆN BỀN VÀ MỎI MỞ RỘNG Phạm Khắc Hùng, Phạm Hiền Hậu Viện Xây dựng Công trình biển, Trường Đại học Xây dựng 55 – Đường Giải phóng, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: khachungpham@gmail.com Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu của các tác giá nhằm xây dựng phương pháp luận đánh giá an toàn của các loại kết cấu công trình biển dựa trên điều kiện bền trong trạng thái biển cực đại (như cách tính hiện hành với điều kiện bền - ULS), nhưng có kể đến kết cấu đã bị phá hủy mỏi tích lũy trong thời gian trước, được gọi là “điều kiện bền mở rộng”, và đồng thời dựa trên điều kiện phá hủy mỏi kết cấu tích lũy trong quá trình khai thác (như cách tính hiện hành với điều kiện phá hủy mỏi - FLS), nhưng có kể đến phá hủy mỏi xẩy ra ngay trong trạng thái biển cực đại, được gọi là “điều kiện mỏi mở rộng”. Phương pháp luận nói trên được thực hiện theo mô hình xác xuất và lý thuyết độ tin cậy. Đây là một phần của các kết quả nghiên cứu trong Đề tài KHCN cấp Nhà nước KC.09.15/06-10, phần nghiên cứu ứng dụng do NCS Phạm Hiền Hậu thực hiện, và đưa vào Luận án TS. của mình, đã bảo vệ tại ĐH Liège-Bỉ, [1], [5]. Phương pháp luận này đã được chấp nhận đăng ký sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ. METHODOLOGY OF ASSESSING THE SAFETY OF OFFSHORE STRUCTURES BASED ON THE EXPANDED STRENGHT AND FATIGUE CONDITIONS Abstract: The paper deals with the research results of authors aiming to establish the methodology of assessing the safety of offshore structures, based on traditional strength condition in extreme sea state (corresponding to the current design standards, ULS) but taking into account of the fatigue damage accumulated in the past, called as “the expanded strength condition”, and based at the same time on traditional fatigue accumulative damage condition (corresponding to the current design standards, FLS) but taking into account of the fatigue damage in extreme sea state, called as “the expanded fatigue condition”. This methodology was performed by the probability model and structural reliability theory. This paper is taken from the National Research Project KC.09.16/06-10, in which the application research was realized by Pham Hien Hau and used in her doctoral thesis defended at Liege University – Belgium [1], [5]. This methodology was registered and accepted at the Intelligent Property Department of the Science and Technology Ministry. 206 Hội nghị Khoa học và Công nghệ Biển toàn quốc lần thứ V 1. Mở đầu: Từ trước cho tới nay, khi thiết kế các công trình biển (CTB), việc đánh giá an toàn của kết cấu dựa trên tính toán theo ”điều kiện bền hiện hành” là tính với công trình chịu tải trọng của trạng thái biển (TTB) cực đại (ví dụ lấy “bão thiết kế” với tần suất 100 năm), và ”điều kiện mỏi hiện hành” là tính với tải trọng tác dụng trong các TTB bình thường để xác định khoảng thời gian kết cấu có thể làm việc an toàn (tức là tuổi thọ mỏi). Các phương pháp truyền thống đánh giá an toàn về bền và mỏi như đã nêu trong các Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành điển hình là của Viện Dầu mỏ Mỹ - API và Đăng kiểm Na- Uy DNV, [8], [9]. Nhược điểm của phương pháp kiểm tra an toàn kết cấu CTB tính theo các Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành có thể nêu ra như sau: 1) Việc đánh giá an toàn theo “điều kiện bền truyền thống” của kết cấu CTB trong trạng thái biển cực đại, không quan tâm đến hiện tượng kết cấu đã bị suy giảm chất lượng do phá huỷ mỏi tích luỹ trước đó trong các TTB bình thường; 2) Việc đánh giá an toàn theo “điều kiện mỏi truyền thống” của kết cấu CTB tích luỹ trong các TTB bình thường trước khi xẩy ra TTB cực đại, mà không kể đến phá huỷ mỏi tích luỹ do bản thân TTB cực đại gây ra; 3) Do không xét đến mối quan hệ giữa TTB cực đại và các TTB bình thường tích luỹ trong quá khứ trước khi xẩy ra TTB cực đại, nên cách tính truyền thống hiện hành theo các điều kiện bền và mỏi dẫn đến dự báo sai cả về khả năng chịu tải và về tuổi thọ mỏi của kết cấu CTB khi có TTB cực đại xẩy ra (là trường hợp bất lợi nhất). Mục tiêu nghiên cứu phương mới đánh giá an toàn kết cấu các công trình biển là nhằm khắc phục các khiếm khuyết như nêu trên của cách tính theo Tiêu chuẩn hiện hành, bao gồm: + Phương pháp luận đánh giá an toàn của kết cấu CTB theo “điều kiện bền mở rộng”, khác với cách tính theo “điều kiện bền truyền thống” là khi kiểm tra bền kết cấu CTB trong trạng thái biển cực đại có kể đến chất lượng của kết cấu bị suy giảm do phá huỷ mỏi tích luỹ trước khi xẩy ra TTB cực đại. + Phương pháp luận đánh giá an toàn của kết cấu CTB theo “điều kiện mỏi mở rộng”, khác với cách tính theo “điều kiện mỏi truyền thống” là có bổ sung thêm phá huỷ mỏi tích luỹ trong TTB cực đại. Các phương pháp trên được xây dựng dựa trên sử dụng mô hình xác suất để xác định độ tin cậy tổng thế của kết cấu CTB. 2. Phương pháp luận 1: Đánh giá an toàn cho các kết cấu công trình biển theo điều kiện bền mở rộng: [2] 2.1. Đánh giá an toàn kết cấu CTB theo điều kiện bền truyền thống: Giả sử đã xác định được hàm mật độ phổ của nội lực và ứng suất tại các phần tử kết cấu CTB cần khảo sát, có dạng phụ thuộc hàm mật độ phổ của sóng biển thông qua hàm truyền RAO: Tiểu ban Năng lượng, Kỹ thuật công trình, Vận tải và Công nghệ Biển 207 S () = RAO S ηη () 2 ...