Luận án 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 thất mỏi

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU SỰ SUY GIẢM ĐỘ TIN CẬY THEO THỜI GIAN CỦA CHÂN ĐẾ CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP DO ẢNH HƯỞNG CỦA TỔN THẤT MỎI

Ngành:

Công trình thủy – Công trình biển

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu sự suy giảm độ tin cậy theo thời gian của chân đế công trình biển cố định bằng thép do ảnh hưởng của tổn thất mỏi. Hiện nay, các phương pháp đánh giá an toàn công trình biển theo độ tin cậy, mặc dù hiện đại, vẫn thường xem xét điều kiện bền và điều kiện mỏi một cách riêng biệt. Thực tế cho thấy, hiện tượng mỏi do tác động của sóng biển, bao gồm cả sóng thường xuyên và sóng bão cực đại, làm suy giảm đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu, từ đó ảnh hưởng đến độ an toàn và tuổi thọ công trình.

Về mặt khoa học, luận án đề xuất một phương pháp mới dựa trên mô hình xác suất và lý thuyết độ tin cậy để đánh giá an toàn và tuổi thọ mỏi cho kết cấu chân đế công trình biển cố định bằng thép chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên. Về mặt thực tiễn, phương pháp này cho phép xác định độ tin cậy và tuổi thọ mỏi tại từng vị trí của kết cấu, có tính đến sự tích lũy mỏi từ thời điểm xây dựng đến thời điểm kiểm tra, cũng như tổn thất mỏi do các trạng thái biển cực đại đã gặp. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa các hoạt động khai thác, bảo dưỡng và kế hoạch khảo sát công trình.

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu chân đế công trình biển cố định dạng jacket chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên. Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu bao gồm việc phân tích phương pháp luận để chỉ ra những vấn đề mà các bài toán truyền thống chưa xét đến, ứng dụng kiến thức cơ học, toán học và mô hình xác suất để xây dựng công thức đánh giá suy giảm độ tin cậy, thực hiện tính toán số bằng phần mềm SACS và chương trình tự lập (RFCAL), đồng thời so sánh với các phương pháp truyền thống. Mục tiêu chính là xác định phản ứng ngẫu nhiên của kết cấu, tổn thất mỏi ngẫu nhiên, độ tin cậy theo điều kiện bền và mỏi, cùng sự suy giảm độ tin cậy theo thời gian do tổn thất mỏi và bão cực hạn.

Luận án đã thành công trong việc xây dựng phương pháp luận và xác định độ tin cậy theo điều kiện bền mở rộng, mỏi mở rộng và tổng thể của kết cấu jacket, có tính đến ảnh hưởng của tổn thất mỏi và bão cực đại. Các đóng góp mới bao gồm phương pháp tính toán mỏi ngẫu nhiên, xác định độ tin cậy theo các điều kiện bền mở rộng, mỏi mở rộng và tổng thể tại mọi thời điểm, cũng như xác định khả năng chịu tải môi trường cực đại của kết cấu sau khi đã suy giảm khả năng chịu lực.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án
  • Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:
  • Phương pháp nghiên cứu của luận án:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ AN TOÀN KẾT CẤU CHÂN ĐẾ CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH BẰNG THÉP (JACKET)

  • 1.1. Quá trình phát triển xây dựng công trình biển cố định bằng thép

    • 1.1.1. Khái quát về công trình biển cố định bằng thép
    • 1.1.2. Các tải trọng tác động lên công trình biển cố định
    • 1.1.3. Yêu cầu cơ bản về thiết kế và thi công kết cấu khối chân đế (jacket)
    • 1.1.4. Quá trình phát triển xây dựng CTB cố định bằng thép trên thế giới
    • 1.1.5. Tình hình ứng dụng và triển vọng phát triển loại công trình biển cố định bằng thép để khai thác dầu khí ở Việt Nam [1,8,10]

  • 1.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng các phương pháp đánh giá an toàn kết cấu jacket trong các tiêu chuẩn hiện hành

    • 1.2.1. Các phương pháp đánh giá an toàn sử dụng trong tiêu chuẩn hiện hành
      • 1.2.1.1. Phương pháp đánh giá theo các trạng thái giới hạn
      • 1.2.1.2. Phương pháp đánh giá theo độ tin cậy
    • 1.2.2. Nhận xét về các phương pháp đánh giá an toàn sử dụng trong các tiêu chuẩn hiện hành
    • 1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
      • 1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
      • 1.2.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

  • 1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu của luận án

    • 1.3.1.1. Nguyên lý tổng quát để đánh giá an toàn của các loại kết cấu công trình biển theo sáng chế của GS. Phạm Khắc Hùng
    • 1.3.2. Đặt vấn đề nghiên cứu
    • 1.3.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

  • 1.4. Các giả thiết và giới hạn nghiên cứu trong luận án

  • 1.5. Kết luận của chương 1

• CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CỦA KẾT CẤU JACKET CÁC CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH DỰA TRÊN TÍNH TOÁN BỀN VÀ MỎI TRUYỀN THỐNG

  • 2.1. Mở đầu

  • 2.1.1. Các trạng thái tác động sóng lên các công trình biển

  • 2.1.2. Đánh giá an toàn của kết cấu theo tiêu chuẩn hiện hành

    • 2.1.2.1. Đánh giá theo điều kiện bền
    • 2.1.2.2. Đánh giá an toàn theo điều kiện mỏi

  • 2.2. Mô tả chuyển động sóng biển bề mặt

    • 2.2.1. Mô tả sóng theo quan điểm tiền định
      • 2.2.1.1. Các lý thuyết sóng:
      • 2.2.1.2. Miền áp dụng các lý thuyết sóng:
    • 2.2.2. Mô tả sóng theo quan điểm ngẫu nhiên
      • 2.2.2.1. Mặt cắt (profile) của sóng ngẫu nhiên
      • 2.2.2.2. Phổ năng lượng của sóng
      • 2.2.2.3. Các phổ sóng thông dụng trong thiết kế kết cấu công trình biển
      • 2.2.2.4. Phổ vận tốc và gia tốc của phần tử nước do sóng ngẫu nhiên

  • 2.3. Tải trọng sóng tác dụng lên các phần tử mảnh của kết cấu jacket

    • 2.3.1. Tải trọng sóng tiền định [1,13,19,42,43]
    • 2.3.2. Tải trọng sóng ngẫu nhiên

  • 2.4. Đánh giá an toàn của kết cấu jacket theo điều kiện bền truyền thống

    • 2.4.1. Đánh giá an toàn của kết cấu dựa trên mô hình sóng tiền định
      • 2.4.1.1. Xác định phản ứng động của kết cấu theo mô hình tiền định
      • 2.4.1.2. Kiểm tra bền của kết cấu theo mô hình tiền định
    • 2.4.2. Đánh giá an toàn của kết cấu dựa trên mô hình sóng ngẫu nhiên
      • 2.4.2.1. Phương pháp phổ

  • 2.5. Đánh giá an toàn của kết cấu jacket theo điều kiện mỏi truyền thống

    • 2.5.1. Đánh giá an toàn về mỏi của kết cấu dựa trên mô hình sóng tiền định
      • 2.5.1.1. Tính toán mỏi theo phương pháp tổn thất tích luỹ
      • 2.5.1.2. Tính toán tổn thất mỏi theo mô hình sóng tiền định
    • 2.5.2. Đánh giá an toàn về mỏi của kết cấu dựa trên mô hình sóng ngẫu nhiên
      • 2.5.2.1. Ứng suất ngẫu nhiên tại điểm nóng
      • 2.5.2.2. Xác định tổn thất mỏi trung bình của điểm nóng trong trạng thái biển ngắn hạn bằng phương pháp phổ
      • 2.5.2.3. Tuổi thọ mỏi trung bình của điểm nóng trong kết cấu jacket

  • 2.6. Kết luận của chương 2

• CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP LUẬN ĐÁNH GIÁ MỨC SUY GIẢM ĐỘ TIN CẬY THEO THỜI GIAN CỦA KẾT CẤU JACKET CÁC CÔNG TRÌNH BIỂN CỐ ĐỊNH

  • 3.1. Mở đầu

    • 3.1.1. Dạng tổng quát của độ tin cậy theo điều kiện bền truyền thống
    • 3.1.2. Dạng tổng quát của độ tin cậy theo điều kiện mỏi truyền thống

  • 3.2. Dạng tổng quát đánh giá sự suy giảm ĐTC tổng thể của kết cấu jacket

    • 3.2.1. Dạng tổng quát của độ tin cậy dựa trên điều kiện bền mở rộng
    • 3.2.2. Dạng tổng quát của độ theo điều kiện mỏi mở rộng

  • 3.3. Xác định độ tin cậy về bền của kết cấu jacket trong TTB ngắn hạn cực đại

    • 3.3.1. Ứng suất ngẫu nhiên trong kết cấu
    • 3.3.2. Độ tin cậy về bền của kết cấu jacket khi ứng suất có phổ dải hẹp
    • 3.3.3. Độ tin cậy về bền của kết cấu jacket khi ứng suất có phổ dải rộng

  • 3.4. Xác định độ tin cậy theo điều kiện mỏi tại một điểm nóng của kết cấu jacket phụ thuộc vào thời gian khai thác

    • 3.4.1. Xác định kỳ vọng và phương sai của tổn thất mỏi trong trạng thái biển ngắn hạn tại một điểm nóng
      • 3.4.1.1. Biểu diễn ứng suất ngẫu nhiên tại điểm nóng trong miền thời gian
      • 3.4.1.2. Xác định số lượng chu trình ứng suất bằng kỹ thuật đếm dòng mưa
      • 3.4.1.3. Xác định kỳ vọng và phương sai của tổn thất mỏi tại điểm nóng trong một trạng thái biển ngắn hạn
    • 3.4.2. Xây dựng hàm phân phối xác suất và đánh giá độ tin cậy của tổn thất mỏi tại điểm nóng trong một năm
      • 3.4.2.1. Mật độ xác suất của tổn thất mỏi tại điểm nóng trong một năm
      • 3.4.2.2. Hàm phân phối xác suất của tổn thất mỏi tại điểm nóng trong một năm
      • 3.4.2.3. Đánh giá độ tin cậy về mỏi tại điểm nóng trong 1 năm:

  • 3.5. Xác định độ tin cậy về mỏi tại điểm nóng ở thời điểm T(năm)

    • Kỳ vọng của tổn thất mỏi ở thời điểm T(năm):
    • Phương sai của tổn thất mỏi ở thời điểm T(năm):
    • Độ lệch chuẩn của tổn thất mỏi ở thời điểm T(năm):

  • 3.6. Xác định ĐTC của KC tại điểm xét dựa trên trên điều kiện bền mở rộng

    • 3.6.1. Độ tin cậy ứng với trường hợp ứng suất trong kết cấu có phổ dải hẹp
    • 3.6.2. Độ tin cậy ứng với trường hợp ứng suất trong kết cấu có phổ dải rộng

  • 3.7. Xác định ĐTC của KC tại điểm xét dựa trên điều kiện mỏi mở rộng

    • 3.7.1. Kỳ vọng của tỷ số tổn thất mỏi mở rộng
    • 3.7.2. Phương sai của tỷ số tổn thất mỏi mở rộng
    • 3.7.3. Độ tin cậy tính theo điều kiện mỏi mở rộng

  • 3.8. Đánh giá sự suy giảm ĐTC theo thời gian của KCCĐ jacket dựa trên ĐTC thực tế (tổng thể) của KC tại điểm xét

  • 3.9. Đánh giá mức độ suy giảm khả năng chịu tải của điều kiện biển cực đại theo thời gian khai thác công trình

  • 3.10. Sơ đồ thuật toán đánh giá an toàn của kết cấu jacket theo các phương pháp truyền thống và theo phương pháp luận của Luận án

  • 3.11. Kết luận của chương 3

• CHƯƠNG 4 : VÍ DỤ ỨNG DỤNG

  • 4.1. Mở đầu:

  • 4.2. Các số liệu đầu vào sử dụng trong ví dụ

    • 4.2.1. Số liệu về công trình
    • 4.2.2. Số liệu về môi trường

  • 4.3. Kết quả tính độ tin cậy theo điều kiện bền truyền thống

  • 4.4. Độ tin cậy theo điều kiện mỏi truyền thống của kết cấu jacket

  • 4.5. Đánh giá sự suy giảm độ tin cậy tổng thể của kết cấu jacket

    • 4.5.1.1. Kết quả tính độ tin cậy theo điều kiện mỏi mở rộng
    • 4.5.1.2. Nghiên cứu bổ sung với trường hợp biến đổi khí hậu bất thường:
    • 4.5.1.3. Kết quả tính toán độ tin cậy tổng thể của công trình

  • 4.6. Đánh giá mức độ suy giảm khả năng chịu tải của điều kiện biển cực đại theo thời gian khai thác công trình tại điểm xét

  • 4.7. Kết luận của chương 4

• KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN

  • 1. Kết quả nghiên cứu của luận án

  • 2. Những đóng góp mới của luận án

  • 3. Kiến nghị của luận án

  • 4. Hướng nghiên cứu phát triển của luận án

• Danh mục công trình đã công bố