Dao động của cọc đối với công trình biển

Chöông 2 CAÙC ÑAËC TRÖNG VAÄT LYÙ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC 2.1 Giôùi thieäu : Moät trong nhöõng vaán ñeà quan troïng nhaát trong phaân tích ñoäng coâng trình bieån laø xaùc ñònh ñoä nhaïy cuûa keát caáu ñoù laø taàn soá dao ñoäng töï nhieân . Khi taàn soá naøy truøng vôùi taàn soá dao ñoäng kích thích seõ taïo ra söï coäng höôûng . Coù ba vaán ñeà quan troïng ñeå xaùc ñònh taàn soá dao ñoäng töï nhieân cuûa keát caáu laø : - Khoái löôïng hieäu quaû ( Effective Mass) cuûa keát caáu . Khi keát caáu coù khoái löôïng seõ caûn trôû dao ñoäng vaø taûi troïng ñoäng ít bò aûnh höôûng . Khoái löôïng laø yeáu toá quan troïng cho dao ñoäng kích thích ñoái vôùi dao ñoäng töï nhieân . Ñoä cöùng (Stiffness) cuûa keát caáu Heä soá caûn ( Damping ) cuûa keát caáu . Coâng thöùc xaùc ñònh caùc ñaët tröng cuûa keát caáu laø : (2.1) Ñeå giaûi ñöôïc phöông trình treân caàn phaûi xaùc ñònh ñöôïc caùc heä soá M, C, K . 2.2. Khoái löôïng : Ñoái vôùi coâng trình bieån khoái löôïng keát caáu goàm : Khoái löôïng nöôùc keøm khi caáu kieän ngaäp hoaøn toaøn trong nöôùc hoaëc moät phaàn trong nöôùc (Added Mass). Khoái löôïng gia taêng do nöôùc daâng (marine growth ). 2.2.1 . Khoái löôïng nöôùc keøm Nhöõng coâng trình ngaäp hoaøn toaøn hoaëc moät phaàn trong nöôùc, khi dao ñoäng moät soá löôïng nöôùc caûn trôû vaø di chuyeån cuøng vôùi keát caáu . Khoái löôïng cuûa nöôùc bao goàm caû khoái löôïng cuûa keát caáu vaø khoái löôïng nöôùc chöùa trong loã roãng cuûa caùc keát caáu . Ví duï moät caáu kieän coù loã roãng chöùa nöôùc, khoái löôïng hieäu quaû ñöôïc cho bôûi - Khoái löôïng caáu kieän Khoái löôïng nöôùc chöùa trong caáu kieän hoaëc khoái löôïng nöôùc keøm. Khoái löôïng nöôùc thay theá Vieäc tính toaùn khoái löôïng nöôùc thay theá raát khoù khaên phuï thuoäc hình daïng cuûa keát caáu ngaäp trong nöôùc . Baûng 2.1 cho giaù trò cuûa moät soá daïng thöôøng gaëp . Khoái löôïng nöôùc keøm ñöôïc xaùc ñònh baèng toaùn hoïc theo thuyeát thay theá phuï thuoäc vaøo daïng hình hoïc trong baûng 2.1 laø hình truï daøi voâ haïn . Khi phaân tích coù theå môû roäng ra ñoái vôùi kích thöôùc ba chieàu nhö hình caàu, ellipsoilds disc vaø ellip disc . Coâng thöùc lieân heä giöõa Cm trong coâng thöùc Morison vaø Mam cho bôõi : Cm = ( M + Mam)/ M Trong ñoù : M laø khoái löôïng nöôùc thay theá Tröôøng hôïp hình truï troøn Cm = 2 Þ Mam/ M = 1 Coâng thöùc tính taàn soá dao ñoäng töï nhieân : Trong ñoù : Ms : Khoái löôïng keát caáu Mi : Khoái löôïng nöôùc beân trong caáu kieän Mam : Khoái löôïng nöôùc keøm A : Haèng soá 2.2.2 Söï thay ñoåi khoái löôïng do nöôùc daâng Hieän töôïng nöôùc daâng taùc duïng leân coâng trình laøm gia taêng khoái löôïng vaø laøm giaûm taàn soá dao ñoäng töï nhieân . Chæ soá giaù trò khoái löôïng gia taêng cho moãi loaïi keát caáu ñöôïc cho ôû baûng 2.1 . Baûng 2.1 Khoái löôïng nöôùc keøm trong chuyeån ñoäng khoâng oån ñònh . Hình daïng maët caét cuûa hình truï daøi voâ haïn Khoái löôïng nöôùc keøm treân moät ñôn vò chieàu daøi Mam a Maët caét b a hình troøn rpa2 Maët caét Elliptic rp(b2cos2a + a2sin2a) 2a Taám phaúng rpa2 2a 2b Maët caét chöõ nhaät a/b K1 0.1 0.2 K1rpa2 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 2.23 1.98 1.70 1.51 1.36 1.21 1.14 2a 2a Maët caét Hình thoi a/b K2 0.2 0.5 1.0 2.0 0.61 0.67 0.76 0.85 K2rpa2 2a 2a d Maët caét hình vuoâng K3rpa2 d/b K3 0.05 00.10 0.25 1.61 1.72 2.19 2.3 Ñoä cöùng : Baûng 2.2 vaø 2.3 cho coâng thöùc tính toaùn cuûa moät soá keát caáu thöôøng gaëp . Ma traän ñoä cöùng cuûa keát caáu trong phaân tích ñoäng khi tính keát caáu ñöôïc tính toaùn nhö trong phöông phaùp taûi troïng tónh Baûng 2.2 F Cuoän coù ñöôøng kính D Daây coù ñöôøng kính d,n voøng F k2 k1 l F Goàm hai loø xo coù ñoä cöùng k1,k2 l Daàm consol, chòu taûi doïc truïc , A: Dieän tích maët caét ngang F lo x Daàm consol l x F lo Daàm consol l M x Daàm consol F l2 l1 F Daàm giaûn ñôn l Ngaøm hai ñaàu F R l2 l1 Oáng hình troøn,chieàu daøy t,goái hai ñaàu trong ñoù : m = heä soá poisson » 0.3 F R Oáng hình troøn hai ñaàu ngaøm 2.4 Heä soá caûn cuûa keát caáu : Thoâng soá aûnh höôûng ñeán ñaùp öùng taûi troïng ñoäng laø heä soá caûn raát khoù xaùc ñònh . Thöôøng khoâng theå phaân tích tính toaùn vaø thay vaøo ñoù laø phaûi so saùnh vôùi nhöõng giaù trò ño cuûa nhöõng coâng trình ñaõ toàn taïi . Baûng sau ñaây cho giaù trò cuûa moãi loaïi keát caáu, giaù trò ño ñaït thöôøng aùp duïng cho nhöõng dao ñoäng coù bieân ñoä nhoû . Baûng 2.3 Heä soá ñoä giaûm loga döïa vaøo vaät lieäu Loaïi vaät lieäu Heä soá ñoä giaûm loga Loø xo theùp Keát caáu theùp Beâ toâng Cao su thieân nhieân duøng laøm ñeäm Goã (coâng trình ) d = 0.004 tôùi 0.008 d = 0.02 (xem baûng 3.4) d = 0.01 tôùi 0.08 d = 0.05 tôùi 0.2 Baûng 2.4 Heä soá caûn dao ñoäng cuûa keát caáu cöùng nhö vöõa ximaêng, hoà vaø beâ toâng (Col,1965) Dao ñoäng Khaû naêng aûnh höôûng caûn Haøm löôïng nöôùc Tuoåi (chuù yù 1 ) Taàn soá Bieân ñoä dao ñoäng (chuù yù 2 ) Haøm löôïng caùt trong maãu ÖÙng suaát neùn doïc truïc Chaát löôïng cuûa beâ toâng Giaûm khi maãu khoâ Giaûm theo tuoåi Töø 1Hz tôùi 3Hz heä soá caûn taêng Khoâng aûnh höôûng töø 3Hz tôùi 15Hz Khoâng aûnh höôûng maãu Khoâng aûnh höôûng Khoâng aûnh höôûng bôõi söï gia taêng öùng suaát Khoâng aûnh höôûng Chuù yù 1 : Cole ñeà nghò d = a+bx-(c+dx)logeM Trong ñoù : x : Haøm löôïng boác hôi cuûa nöôùc, x = 1 cho maãu öôùt (nhaän chìm trong nöôùc vaø laøm khoâ sau 1 giôø), x= 0 cho maãu khoâ M : Tuoåi cuûa maãu ,( thaùng) a= 0.026 , b= 0.022 , c= 0.0039,d=0.003 Chuù yù 2 : Thoâng soá quan troïng aûnh höôûng heä soá caûn cuûa beâ toâng öùng suaát tröôùc vaø beâ toâng nguyeân thuûy laø ñoä nöùt cho pheùp . Ñoái vôùi daàm beâ toâng laáy d = 0.05 hoaëc nhoû hôn khi khoâng nöùt vaø lôùn hôn khi bò nöùt. Giaù trò d = 0.16 ñöôïc laáy ngay caû nhöõng veát nöùt khoâng nhìn thaáy baèng maét . Cho nhöõng tröôøng hôïp taûi troïng ñoäng , öùng suaát lôùn hôn vaøi laàn taïo ra nöùt, heä soá caûn trong khoaûng d = 0.18 tôùi d = 0.36.