Tải bản đầy đủ
4 Công tác sửa chữa đường ống ngầm dưới biển

4 Công tác sửa chữa đường ống ngầm dưới biển

Tải bản đầy đủ

50
Tớnh toỏn trng thỏi ng sut bin dng khi nõng ng t ỏy bin lờn tu
sa cha, nhm xỏc nh v trớ lp t cỏc múc cu, cỏc phao nõng (ponton) cựng giỏ
tr sc nõng ca chỳng vi mc ớch cui cựng l m bo trng thỏi k thut lm vic
cho ng sau khi sa cha.
S tớnh toỏn nõng ng t ỏy bin lờn mn tu l thanh dm cú hai gi
(hỡnh 4-1). Ti im A v E ng ng nm trờn mt ỏy bin, nờn giỏ tr biờn c
chn bng khụng cho gúc xoay v mụ men un, tc:
'

'

Y A = Y E = 0 ; MA = ME = 0
Ti im B v D cú lc nõng F B v FD t cỏc múc cu ca tu. im C l im
gia ca on ng cn nõng (v trớ b hng).
hn mt on ng b hng ti im C, cn thit im C phi cú giỏ tr
bng khụng i vi gúc xoay, mụ men un v lc ct ngang, tc:
'

Y C = 0 ; MC = 0 ; v QC = 0
Do s tớnh toỏn l hỡnh i xng, nờn ta ct s ng ng ti im C
thnh hai phn bng nhau v xem xột na trỏi ca s (hỡnh 4.2).
T iu kin cõn bng ca on ng c nõng (hỡnh 4.2), tng mụ men ca tt
c cỏc lc tng ng im B bng khụng:

M

B

=0

hay

RAa

T ú

2

i =1

2a

(4.1)

n

pa qb 2 Fi C i
2

RA =

n
Pa 2
qb 2
+ Fi C i +
=0
2
2
i =1

=0

(4.2)

Trong ú:
a Chiu di on ng nõng lờn khi ỏy bin nhng cũn chỡm trong
nc vi lc ni õm p;
b Chiu di on ng c nõng lờn khi mt nc v cú trng lng
cho mt n v chiu di l q;
Fi Cỏc lc nõng ca ponton hoc cỏc thit b nõng;
Ci Khong cỏch t im B n cỏc im cú cỏc lc Fi tỏc dng.

51

Hỡnh 4.3: S tớnh toỏn khi nõng ng lờn khi mt nc sa cha

Hỡnh 4.4: S tớnh toỏn (na phõn i xng bờn phi) khi nõng ng lờn
khi mt nc sa cha
Chỳ thớch:
a Chiu di on ng nõng lờn khi ỏy bin nhng cũn chỡm trong
nc vi lc ni õm p;
b Chiu di on ng c nõng lờn khi mt nc v cú trng lng
cho mt n v chiu di l q;
Fi Cỏc lc nõng ca ponton hoc cỏc thit b nõng;

52
Ci Khong cỏch t im B n cỏc im cú cỏc lc Fi tỏc dng.
T iu kin cõn bng th 2, tng momen ca tt c cỏc lc tng ng vi im
A bng khụng:

M

A

=0

hay:

pa 2
b n

FB a
qb a + + Fi (a ci ) = 0
2
2 i =1


(4.3)

T ú xỏc nh lc trờn múc cu l:

pa 2
b n

+ qb a + Fi (a ci )
2
2 i =1

Fb =
a

(4.4)

cao nõng ng hb t ỏy bin lờn mn tu c xỏc nh bng phng phỏp
thụng s ban u, theo cụng thc:

R A a 3 Pa 4 1 n

+ Fi C i3
24 6 i =1
EIhb = 6

(4.5)

Trong ú: EI l cng ca ng
Thay giỏ tr RA t (4.2) vo (4.5), v gii phng trỡnh (4.5) ta nhn c chiu
di a ca on ng:
n
2
qb + 2 Fi C i
pb + 2 Fi C i
i =1
i =1
+

p
p


2

a=

n

2

n

4 Fi C i 24 EIhB

i =1

p



(4.6)

m bo gúc nghiờng trờn nh ca ng ng ti im C bng khụng, giỏ
tr a cn phi tho món iu kin:

R A (a + b) 2 P (a + b) 2 (q p )b 3 1 n
FB b 2
2


+ Fi (ci + b) +
=0
2
6
6
2
2
i
=
1
Elyc =
(4.7)
Ngoi ra, giỏ tr a cn phi tng ng vi iu kin bn ca on ng
c nõng lờn, tc ng sut cc i do un ng on ng lừm v on ng li, v
trớ tỏc dng ca cỏc lc tp trung v on gia hai v trớ tỏc dng ca cỏc lc tp trung
cn phi nh hn hoc bng ng sut cho phộp [ ], tc:

53
[ ] ;

`

(4.8)

ng sut lc cc i do un ng on ng li, ti im B c xỏc nh theo
cụng thc:

pb 2
B =
[ ]
2W

(4.9)

Trong ú: W l mụmen chng un ca tit din ngang ng.
ng sut lc cc i do un ng on ng li, ti im A c xỏc nh theo cụng
thc:
A =

pb 2
[ ]
2W

(4.10)

ng sut lc cc i ti cỏc v trớ tỏc dng ca cỏc lc tp trung v on gia
hai v trớ tỏc dng ca cỏc lc tp trung c xỏc nh theo cụng thc:
A =

M
[ ]
W

(4.11)

Trong ú: M momen chng un ti tit din X.
n
Px 2
+ Fi ( x d i )
i =1
M = RAx - 2

(4.12)

Trong ú: di khong cỏch t im u trc to n v trớ lc tỏc dng c xem
xột Fi
(4.12) ch tớnh cỏc lc tp trung nm phớa bờn trỏi ca tit din c xem
xột.
Tớnh toỏn trng thỏi ng sut bin dng ca ng ng c thc hin theo
trỡnh t sau õy:
i vi cỏc i lng c cho trc q, p, b, Fi , Ci , Ei cho cỏc s lng ponton
n khỏc nhau v xỏc nh theo cụng thc (4.6) giỏ tr a. Trong ú a phi tho món cỏc
iu kin (4.7) v (4.12). Sau ú theo (4.2) v (4.4) xỏc nh giỏ tr R A v RB v
cao nõng ng ng ti im c xỏc nh theo cụng thc:
FB b 3
1 R A (a + b) 3 p (a + b) 4 (q p )b 4 1 n
3


+
F
(
c
+
b
)
+
i i


EI
6
24
24
6 i =1
6
hc =

(4.13)

To ng cong ca on ng c nõng lờn t ỏy bin n im ct vi
mt nc bin, k c cỏc v trớ lp t ponton c xỏc nh theo cụng thc:

54


1 R A x 3 px 4 1 n

+ Fi ( x d i ) 3

EI 6
24 6 i =1

y=

(4.14)

(4.14) ch tớnh cỏc lc tỏc dng tp trung ca ponton F i nm phớa bờn trỏi
ca tit din c xem xột.
Sau khi xỏc inh xong cỏc i lng cn thit nờu trờn tin hnh lp s lp
t ponton lờn ng, s nh v tu sa cha ng v cỏc v trớ múc cu vo ng.
4.4.2 Tớnh toỏn trng thỏi ng sut bin dng khi nõng ng t ỏy bin lờn dõy
chuyn ri ng ca ti ri ng sau khi sa cha xong.
Trong quỏ trỡnh sa cha ng ng ngm ó c lp t xung ỏy bin, cụng
on khú khn nht l phi ct b mt on ng b s c v tip theo l u ni on
ng mi phc hi ton b tuyn ng. Cú hai phng phỏp thng c s dng:
phng phỏp th nht l nõng ng t ỏy bin lờn dõy chuyn ri ng ca tu ri ng,
ct b on ng b s c, hn ni on ng mi thay th v ri ng xung di ỏy
bin. Phng phỏp th hai l thc hin ton b di nc vi vic s dng cỏc khp
ni chuyờn dng.
Trong phn ny ta xem xột, xỏc nh phng phỏp tớnh toỏn trng thỏi ng sut
bin dng khi tin hnh sa cha ng ng ngm theo phng phỏp th nht.
Phng phỏp sa cha ng ng ngm vi vic nõng mt u ca on ng
thng t ỏy bin lờn trờn dõy chuyn ri ng ca tu ri ng thng c ỏp dng
trong thc t thay th mt on ng di b s c. Phng phỏp ny tin hnh qua ba
giai on.
giai on u tu ri ng th neo khong cỏch ngn nht t im cui giỏ ri
ng ca tu n ng cn nõng. Khong cỏch ny ph thuc vo sõu ca nc bin,
sõu ngp trong nc ca giỏ ri ng, cao nõng u ng cho phộp khi khụng dựng
lc kộo cng ng v gúc nghiờng ca ng khi nõng.
giai on u nõng ng, t ỏy bin u ng c gi cht bng dõy ti v ng
cong theo hỡnh parapol vi mt li hng xung di, ng cú ng sut cc i on
ng lừm, treo gia ỏy bin v u giỏ ri ng.
giai on gia, on ng c nõng lờn nm trờn giỏ ri ng ca tu, b un
cong hỡnh ch S, ng cú ng sut ln c bit ti on ng lừm, treo gia ỏy bin v
u giỏ ri ng v ti on ng li nm trờn giỏ ri ng v trờn dõy chuyn ri ng ca
tu.
Gim ng sut ca on ng lừm n giỏ tr cho phộp bng cỏch to ra lc kộo
dc ng t thit b kộo cng ng, c lp t sn trờn tu. Hn ch ng sut on

55
ng li bng cỏch s dng giỏ ng v iu chnh cao cỏc tr ng, nm trờn
ng lp rỏp ng v trờn giỏ ng.
C s tớnh toỏn nõng ng t ỏy bin lờn dõy chuyn lp rỏp ng ca tu
sa cha (da trờn lý thuyt dm tuyn tớnh).
S tớnh toỏn ca on ng c nõng tng ng nh mt thanh, chu tỏc dng
ca lc un dc v ngang (hỡnh 4.3).
im ng ng tip xỳc vi ỏy bin mụmen un v gúc xoay bng khụng,
phng trỡnh ca on trc ng ng v o hm ca chỳng cú dng:

y=

R
P x 2 1 chnx

( shnx nx ) + +
nH
H 2
n 2

I

y =

y II =

R
P
chnx
( shnx 1) + x

nH
H
n

Rn
P
shnx + (1 chnx )
nH
H
Rn 2
H

y III =

shnx

P
shnx
H

(4.15)

(4.16)

(4.17)

(4.18)

Trong ú:
2

n = H/EI

(4.19)

R - phn lc ti im tip xỳc ng vi ỏy bin;
EI - cng un ca ng;
H hỡnh chiu ngang ca lc cng dc ng;
P - ni õm ca ng.
4.4.3 Tớnh toỏn giai on u nõng u ng
giai on u, u ng c nõng lờn cựng vi vic kộo cng ng nh dõy cỏp
ca ti t lờn tu, ni vi u ng to nờn. ng sut un ln nht on treo ca ng
xut hin khi u ca ng c nõng n u di ca giỏ ng. Ti thi im ny,
ti u ng mụmen un bng khụng (hỡnh 4.3). Chp nhn iu kin biờn ú, cú ngha
II

l khi x = l, y = 0.
T phng trỡnh (4.17) ta cú giỏ tr phn lc:

56

P nl
th
2 ;
R= H

(4.20)

Thay giỏ tr R t (4.20) vo (4.15) v (4.16) v cho x = 1 ta nhn c giỏ tr
tng ng ca chiu cao nõng u ng h (khong cỏch t u ni di giỏ n ỏy
bin) v gúc nghiờng ca u ng :

pEI nl
nl
nl th
2
2
2
h= H

=

p EI
nl
nl 2th
3
2
H 2

(4.21)

(4.22)

Mụmen un cc i on lừm ca ng ng s xut hin tit din x. Giỏ tr
x c xỏc nh t phng trỡnh (4.18) khi cho (4.18) bng 0.

Rn
nx = arth P

(4.23)

Cho giỏ tr nx vo (4.17), nhõn (4.17) vi EI v chia cho W ta nhn c ng
sut cc i on lừm ca ng ng:

=

pEI nl nl
th th
HW 2
4

(4.24)

Trong ú: W mụmen chng un ca tit din ng
ng sut cc i on lừm ca ng ng theo (4.24) cn phi tho món iu
kin:

[ ]

(4.25)

Nu iu kin (4.25) khụng m bo thỡ cn phi tng lc cng H v tin hnh
tớnh toỏn li cho n khi tho món iu kin (4.25).
To ng cong ca ng, gúc nghiờng v mụmen un ca bt k im no ca
on ng c nõng lờn khi ỏy bin c xỏc nh theo cụng thc:

y(x) =

P
n2 H

nl
( nx ) 2 chnx + 1
th
(
shnx

nx
)
+


2
2


P
y(x) = n H

nl

th
(
chnx

1
)
+
shnx
+
nx
2


(4.26)

(4.27)

57

P
2
M(x) = n

nl

th 2 shnx chnx + 1



(4.28)

y

V


H

P
h

R
H

x
l

Hỡnh 4.5: Giai on u nõng ng

y

V

Giá đ
ỡ ống
H


P

Tàu rải ống

M
h

R
H

x
l

Hỡnh 4.6: Giai on gia nõng ng



58

y

V

P
R

h0



x
l0

Hỡnh 4.7: Giai on cui nõng ng
4.4.4 Tớnh toỏn giai on gia nõng ng
Khỏc vi gian on u, giai on gia u ng ang nm trờn giỏ ng hoc
trờn dõy chuyn ri ng ca tu ri ng.
giai on gia ng un cong cú dng hỡnh ch S v s thanh b un cong
dc v ngang (hỡnh 4.4). Phng trỡnh ng cong ca ng ng v o hm ca nú
c biu din ging nh giai on u, tc nh (4.15) v (4.18) nhng vi iu
kin biờn u trờn ca on ng treo cú giỏ tr khỏc.
im tip giỏp ng ng vi giỏ nõng ng, tc khi x = l. cong ca ng
ng c xỏc nh theo cụng thc (4.17), bng cong ca giỏ nõng ng.
II

y

=

M
1
= l
c
EI

(4.29)

Trong ú:
c : bỏn kớnh cong ca giỏ nõng;

Ml : mụmen un im tip giỏp ca ng ng lờn giỏ ng.
Cho (4.29) vo (4.17) v nhn x =l, ta cú:

P nl M l n
th
n
2 shnl
R=

(4.30)

Cho giỏ tr R t (4.30) vo (4.15) v (4.16) v nhn x = l, ta cú cao nõng ng h
tng ng (h l khong cỏch t u di ca giỏ n ỏy bin) v gúc to thnh
gia ng ng v giỏ :

59
M
pEI
nl
nl
nl
nl ( th ) l 1

2
2
2
H
shnl
H


h=

(4.31)


M l H nl
p EI
th
nl 2 +
3
pEI 2

H 2

(4.32)

=

Mụmen un cc i on lừm ca ng ng s ti tit din x, c xỏc nh
t iu kin:
Rn
nx = arth p

(4.33)

Cho giỏ tr nx (4.33) vo (4.17) v xỏc nh giỏ tr R theo (4.30) ta cú ng sut
cc i trờn on lừm ca ng ng:
2

nl n 2 M l
pEI

=
1 1 th
HW
2 Pshnl




(4.34)

ng sut cc i trờn on ng lừm ca ng ng xỏc nh theo (4.34) cn phi
m bo iu kin:
[ ]

(4.35)

Trong trng hp khụng tho món iu kin (4.35) thỡ cn phi tng lc cng H
v tin hnh tớnh toỏn li cho n khi tho món iu kin (4.35).
ng sut cc i trờn on ng li ng ng xỏc nh theo cụng thc:
1 =

Ml
EI
=
[ ]
W
cW

(4.36)

To ng cong ca ng ng, gúc nghiờng v cong i vi bt k im
no ca ng ng c xỏc nh theo cụng thc (4.15) v (4.17) cú tớnh n giỏ tr R
theo (4-30).
Gúc nghiờng ca u di giỏ ng bng gúc nghiờng ca ng ng im
tip giỏp vi giỏ ng v c xỏc nh theo cụng thc (4.32).
Gúc nghiờng ca u trờn giỏ ng so vi mt phng ngang c xỏc nh theo
cụng thc:

=
Trong ú:

lc
c

(4.37)

60
lc

: chiu di giỏ ng ;

: gúc nghiờng ca u di giỏ ng;
c : bỏn kớnh cong ca giỏ ng.

c =

ED
2[ ]

(4.38)

Trong ú:
E : mụdul n hi;
D : ng kớnh ngoi ca ng;

[ ] = 0,72 T

: ng sut cho phộp ca vt liu ng;

T : gii hn chy ca vt liu ng.

sõu ca u di giỏ ng (khong cỏch theo phng thng ng gia u
trờn v u di ca giỏ ng) yc l:


l

c (cos cos ) = c cos cos c +
c


yc =

(4.39)

4.4.5. Tớnh giai on th u ng ó sa cha xung li ỏy bin
Sau khi ct b on ng b hng trờn dõy chuyn ri ng ca tu ri ng, tin
hnh hn on ng mi vo ng ng thay th on ng hng ó b ct b, nh
quỏ trỡnh hn cỏc ng mi ri mi cỏc tuyn ng ngm. Sau ú hn vo u ng u
kộo. Lc kộo cng ng c chuyn t thit b cng ng (tensioner) sang cỏp ca ti
cng ngc (cỏp ó c ni vi u kộo) v u ng c th dn xung ỏy bin.
Lc kộo cng ng gim dn n khụng, khi cao nõng u ng h0 v chiu di
on ng c nõng lờn khi ỏy bin l0 (hỡnh 4.5) s bng:
pl 04
h0 = 24 EI

l0 =

8[ ]W
P

(4.40)
(4.41)

Trong trng hp ú gúc nghiờng ca u ng so vi mt phng ngang bng:
pl 03
y =
12 EI
I
l

(4.42)