NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẠ CỌC ỐNG THÉP TRÊN NỀN SAN HÔ TẠI ĐẢO TRƯỜNG SA CỦA BỘ CÔNG TÁC KIỂU XOAY-ÉP LẮP TRÊN MÁY ĐÀO THỦY LỰC
Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Nghiên cứu này tập trung vào nhiệm vụ quan trọng hàng đầu trong chiến lược an ninh quốc phòng của Việt Nam: xây dựng công trình biển đảo, đặc biệt tại quần đảo Trường Sa. Các phương pháp móng truyền thống trên nền san hô thường cồng kềnh, tốn kém và thiết bị hạ cọc ống thép ngoại nhập có tính năng hiện đại nhưng giá thành cao, kích thước lớn, không phù hợp với điều kiện quân đội trên đảo. Do đó, luận án đặt ra mục tiêu nghiên cứu khả năng hạ cọc ống thép trên nền san hô tại đảo Trường Sa của bộ công tác kiểu xoay-ép lắp trên máy đào thủy lực, được chế tạo tại Nhà máy Z49.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Về lý thuyết, luận án đã xây dựng mô hình tương tác giữa cọc ống thép và nền san hô, mô hình động lực học quá trình xoay-ép hạ cọc, giải hệ phương trình vi phân chuyển động bằng MATLAB để xác định các thông số làm việc hợp lý và khả năng làm việc của bộ công tác. Về thực nghiệm, luận án tiến hành khảo sát các thông số đầu vào và kiểm nghiệm kết quả tính toán lý thuyết.
Các kết quả chính của luận án bao gồm: xây dựng thành công mô hình tương tác giữa cọc ống thép với nền san hô và mô hình động lực học bộ công tác xoay-ép hạ cọc với 2 khối lượng và 4 bậc tự do độc lập, có tính đến độ cứng, hệ số giảm chấn xoay của khớp nối ren và các thành phần lực cản khác nhau. Luận án đã xác định được các thông số làm việc hợp lý (tốc độ dẫn tiến, tốc độ xoay) và khả năng hạ cọc tối đa cho các đường kính cọc khác nhau (D=200mm, D=300mm, D=400mm) trên nền san hô ở Trường Sa. Các kết quả tính toán lý thuyết được so sánh và kiểm chứng bằng thực nghiệm tại đảo Trường Sa Lớn, cho thấy sai số nằm trong khoảng 8,52% ÷ 14,7%, chứng tỏ mô hình nghiên cứu có tính sát thực và đáng tin cậy. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn máy thi công, thiết kế và khai thác hiệu quả bộ công tác xoay-ép hạ cọc trên nền san hô, góp phần nâng cao hiệu quả xây dựng các công trình biển đảo.
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục tiêu của đề tài.
3. Đối tượng nghiên cứu.
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
6. Tính mới của Luận án
7. Bố cục của luận án.
1.1. Tổng quan về môi trường đá san hô
1.2. Tổng quan về các phương pháp và thiết bị hạ cọc ống thép
1.2.1. Phương pháp và thiết bị hạ cọc vít ống thép
1.2.2. Phương pháp và thiết bị hạ cọc ống thép bằng búa va rung
1.2.3. Phương pháp và thiết bị thi công hạ cọc ống thép bằng búa đóng
1.2.4. Phương pháp khoan xoay hạ cọc ống thép
1.2.5. Bộ công tác xoay - ép hạ cọc ống thép
1.2.5.1. Bộ công tác xoay - ép hạ cọc
1.2.5.2. Cọc ống thép
1.3. Nguyên lý cực đại Pontryagin
1.4. Tổng quan các nghiên cứu trong nước, quốc tế có liên quan đến luận án
1.4.1. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài
1.4.2. Các công trình nghiên cứu trong nước
1.4.2.1. Nghiên cứu về tương tác cọc – nền
1.4.2.2. Nghiên cứu về thiết bị thi công cọc vít ống thép
2.1. Cơ sở khoa học nghiên cứu động lực học bộ công tác kiểu xoay-ép lắp trên máy đào thủy lực
2.1.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ làm việc của bộ công tác xoay hạ cọc ống thép
2.1.2. Các thông số động lực học cần xác định của quá trình xoay-ép hạ cọc ống thép
2.2. Tương tác giữa cọc ống thép với nền san hô khi xoay-ép hạ
2.2.1. Xây dựng mô hình tương tác của cọc ống thép với nền san hô
2.2.1.1. Mô hình tương tác các loại nền san hô
2.2.1.2. Phân tích sự khác nhau giữa hạ cọc ống thép vào nền đất với nền san hô
2.2.2. Xây dựng mô hình tính toán các thành phần lực cản
2.2.2.1. Các giả thiết khi xây dựng mô hình
2.2.2.2. Xác định lực cản theo phương thẳng đứng tác dụng lên bề mặt cọc ống thép
2.2.2.3. Xác định mô men cản theo phương nằm ngang tác dụng lên bề mặt cọc ống thép
2.2.2.4. Xác định mô men cản cắt gây ra tại răng cắt
2.2.3. Khảo sát sự thay đổi lực cản và mô men cản theo chiều sâu
2.2.4. So sánh kết quả tính toán lực cản và mô men cản giữa mô hình lý thuyết với thực nghiệm
2.2.5. Quy luật biến thiên và mối quan hệ giữa các thông số đặc trưng cho chế độ làm việc của bộ công tác xoay-ép hạ cọc
2.3. Mô hình động lực học bộ công tác xoay hạ cọc ống thép
2.3.1. Các giả thiết xây dựng mô hình động lực học
2.3.2. Mô hình động lực học bộ công tác khoan xoay hạ cọc ống thép
2.3.3. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bộ công tác
3.1.1. Khảo sát các thông số động lực học
3.1.2. Khảo sát lực cản theo phương thẳng đứng và mô men cản tác dụng lên ống thép khi xoay-ép hạ cọc
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của đường kính cọc đến đặc tính chuyển động tịnh tiến của cọc ống thép
3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng trọng lượng riêng của nền san hô đến lực cản và mô men cản khi xoay-ép hạ cọc
3.1.5. So sánh kết quả tính toán vận tốc dẫn tiến ống thép giữa mô hình lý thuyết với thực nghiệm
3.2. Xác định thông số làm việc hợp lý và khả năng hạ cọc của bộ công tác kiểu xoay-ép lắp trên máy đào thủy lực
3.2.1. Phát biểu bài toán
3.2.2. Xác định thông số làm việc hợp lý
3.2.2.1. Xây dựng hàm mục tiêu và thuật toán giải
3.2.2.2. Các thông số yêu cầu
3.2.2.3. Xác định thông số làm việc hợp lý của bộ công tác kiểu xoay-ép lắp trên máy đào thủy lực
3.2.3. Khảo sát xác định khả năng hạ cọc
3.2.3.1. Bộ số liệu đầu vào
3.2.3.2. Kết quả khảo sát khả năng hạ cọc
4.1. Mục tiêu, các thông số làm thực nghiệm và trang thiết bị thực nghiệm
4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
4.1.2. Các thông số làm thực nghiệm
4.1.3. Trang thiết bị làm thực nghiệm
4.1.3.1. Máy cơ sở và bộ công tác và
4.1.3.2. Cọc ống thép
4.1.3.3. Các đầu đo trực tiếp
4.1.3.4. Thiết bị ghi và xử lý tín hiệu
4.2. Các bước tổ chức thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm
4.2.1. Chuẩn bị làm thực nghiệm
4.2.2. Bố trí các đầu đo và thiết bị đo
4.3. Tiến hành thực nghiệm
4.3.1. Trình tự tiến hành thực nghiệm
4.3.2. Kết quả đo thực nghiệm
4.3.3. Xử lý kết quả thực nghiệm
4.3.3.1. Cơ sở xác định giá trị các tham số thực nghiệm
4.3.3.2. Đồ thị và phân tích kết quả thực nghiệm