Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6170-9:2019 về Giàn cố định trên biển - Phần 9

• Số hiệu: TCVN6170-9:2019
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2019

Điều kiện tải trọng	Mô tả
1	Điều kiện tải trọng môi trường trong giai đoạn vận hành tổ hợp với tĩnh tải và hoạt tải cực đại phù hợp với điều kiện vận hành bình thường của giàn.
2	Điều kiện tải trọng môi trường trong giai đoạn vận hành tổ hợp với tĩnh tải và hoạt tải cực tiểu phù hợp với điều kiện vận hành bình thường của giàn.
3	Điều kiện tải trọng môi trường thiết kế tổ hợp với tĩnh tải và hoạt tải cực đại và điều kiện cực đại.
4	Điều kiện tải trọng môi trường thiết kế tổ hợp với tĩnh tải và hoạt tải cực tiểu và điều kiện cực đại.

Tải trọng môi trường, không xét đến tải trọng động đất, cần được tổ hợp theo cách phù hợp với xác suất xuất hiện đồng thời của chúng trong điều kiện tải trọng đang xét.

Tải trọng động đất, nếu được kể đến, có tác động lên kết cấu như một điều kiện tải trọng môi trường riêng biệt.

Điều kiện tải trọng môi trường trong giai đoạn vận hành phải đại diện cho các điều kiện thông thường tại giàn. Những điều kiện này không cần thiết là điều kiện giới hạn mà nếu vượt quá thì giàn phải ngừng hoạt động. Thông thường bão mùa đông chu kỳ lặp 1 năm và 10 năm được sử dụng cho điều kiện vận hành.

Hoạt tải lớn nhất trong hoạt động khoan và khai thác của giàn cần kể đến tải trọng: khoan, khai thác, bảo dưỡng và các tổ hợp thích hợp của tải trọng khoan hoặc bão dưỡng với tải trọng khai thác.

Sự thay đổi trọng lượng và vị trí của các thiết bị có khả năng di chuyển như tháp khoan cần được xem xét để ứng suất thiết kế của các phần tử trên giàn là lớn nhất.

5.5.3  Điều kiện tải trọng tạm thời

Các điều kiện tải trọng tạm thời xuất hiện trong suốt quá trình chế tạo, vận chuyển, lắp đặt, tháo dỡ và tái lắp đặt kết cấu đều cần được cân nhắc. Với các điều kiện này, phải xác định một tổ hợp hợp lý của tĩnh tải, các tải trọng tạm thời cực đại và các tải trọng môi trường tương ứng.

5.5.4  Tải trọng trên phần tử

Mỗi phần tử trên giàn phải được thiết kế trong điều kiện tải trọng gây ra ứng suất lớn nhất trên phần tử đó, cần chú ý so sánh ứng suất này với ứng suất cho phép trong điều kiện đó.

...

...

...

5.6.1  Quy định chung

5.6.1.1  Các hệ số tải trọng và các tổ hợp tải trọng thích hợp đối với các trạng thái giới hạn khác nhau được quy định trong TCVN 6170-3.

CHÚ THÍCH: Khi thiết kế giàn kiểu jacket thường phải xem xét những điều kiện sau đây:

1) Trong điều kiện thiết kế thi công, thông thường có thể bỏ qua tải trọng môi trường bất thường, tức là tổ hợp tải trọng c) trong phân tích thiết kế theo trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS), nếu đã có các biện pháp thích hợp để ngăn ngừa, phòng tránh hoặc kiểm soát được tình trạng đó.

2) Các tải trọng sự cố có thể xảy ra được xem xét đối với các điều kiện thiết kế thi công chủ yếu là các tải trọng liên quan đến điều kiện thiết kế đặc biệt (chẳng hạn như mất lực đẩy nổi của phao khi hạ thủy chân đế).

3) Trong các điều kiện thiết kế thi công thông thường không cần xét đến trạng thái giới hạn khả năng làm việc.

6  Phân tích kết cấu

6.1  Các điều kiện thiết kế

6.1.1  Quy định chung

...

...

...

6.1.1.2  Những điều kiện thiết kế sau đây phải được xem xét khi thiết kế giàn kiểu jacket:

1) Các điều kiện thiết kế trong giai đoạn vận hành.

2) Các điều kiện thiết kế trong giai đoạn thi công, bao gồm:

- Điều kiện hạ thủy;

- Điều kiện vận chuyển trên biển;

- Điều kiện đánh chìm;

- Điều kiện quay lật và định vị;

- Điều kiện lắp đặt;

- Các điều kiện cải hoán.

...

...

...

6.2.1  Quy định chung

6.2.1.1  Việc lựa chọn phương pháp phân tích phản ứng phụ thuộc vào điều kiện thiết kế, tính nhạy cảm động lực của kết cấu, tính phi tuyến của tải trọng và của phản ứng cũng như độ chính xác cần thiết trong giai đoạn thiết kế cụ thể.

6.2.1.2  Phương pháp phân tích được lựa chọn phải phù hợp với kết cấu đang xem xét và với điều kiện thiết kế đang được phân tích.

6.2.1.3  Có thể coi phân tích tổng thể tựa tĩnh là thích hợp nếu nó được thuyết minh đầy đủ rằng các hiệu ứng động do tải trọng môi trường gây ra là nhỏ, hệ số động lực hữu hiệu nhỏ hơn hoặc bằng 1,1. Trong những trường hợp này, các hệ số động lực có thể được xác định và áp dụng trực tiếp vào phân tích tổng thể.

6.2.1.4  Nếu các hiệu ứng động lực do tải trọng môi trường là đáng kể (hệ số động lực hữu hiệu lớn hơn 1,1) thì có thể phải phân tích động lực. Tuy nhiên cũng có thể dùng kỹ thuật phân tích tổng thể tựa tĩnh đối với những kết cấu này, nếu các hiệu ứng động lực được giải thích theo một quy trình tính toán đã được thừa nhận.

6.2.1.5  Khi thiết kế theo phương pháp hệ số riêng phần, các hiệu ứng tải trọng dẫn đến sự phân bố có lợi cho sức bền của kết cấu đang xem xét thì không được tính với hệ số tải trọng lớn hơn 1,0.

(Các lực ngoài như lực cản, lực quán tính, lực đẩy nổi ... không được nhân với các hệ số tải trọng. Độ lớn của chúng sẽ tìm được từ việc giải phương trình cân bằng tĩnh học hoặc động lực học.

Đối với những kết cấu có chuyển vị lớn, tải trọng có thể còn phụ thuộc cả vào phản ứng của kết cấu. Nguyên tắc chung của việc nhân tải trọng với hệ số tải trọng là phổ biến. Tuy nhiên, không được kể tới ảnh hưởng của bất kỳ hệ số tải trọng nào nếu có xét đến việc giảm tải trọng do chuyển vị, vận tốc và/ hoặc gia tốc tương đối của kết cấu).

6.2.2  Mô hình kết cấu

...

...

...

6.2.2.2  Phải kể đến tất cả những bộ phận có đóng góp đáng kể vào độ cứng tổng thể của kết cấu.

6.2.2.3  Việc mô hình hóa nền móng được nêu trong TCVN 6170-7. Sự tương tác kết cấu / nền móng thích hợp phải được tính đến trong phân tích tổng thể. Do tính chất phi tuyến của hệ cọc/ nền, phải đảm bảo tính tương thích tại mặt tiếp xúc giữa kết cấu với móng.

6.2.2.4  Ảnh hưởng của các kết cấu phụ trợ như: giá cập tàu, đệm va tàu, lối đi, cầu thang, ống dẫn vữa xi măng, a-nốt phải được xét đến một cách thích đáng.

Tùy vào loại và số lượng kết cấu phụ trợ mà chúng có thể làm tăng tải trọng sóng tổng thể lên đáng kể. Thêm vào đó, tải trọng lên một số kết cấu phụ có thể rất quan trọng khi thiết kế các phần tử cục bộ. Kết cấu phụ trợ thường được mô hình là các phần tử phi kết cấu có tham gia vào tải trọng sóng tương đương. Với các kết cấu phụ như giá cập tàu, tải trọng sóng phụ thuộc nhiều vào hướng sóng do ảnh hưởng chắn.

6.2.2.5  Khi mô hình hóa tương tác cọc/ cột chân đế cần xét đầy đủ các yếu tố liên quan đến việc truyền tải trọng (chẳng hạn ảnh hưởng đầu mút đối với vành vữa trám, sự truyền phẳng tải trọng đối với các cọc không trám vữa ...).

6.2.2.6  Đối với các kết cấu kiểu jacket, khi vành khe hở giữa cọc và cột chân đế (hay giữa cọc và ống bao) được trám vữa thì cột chân đế (hay ống bao) phải được mô phỏng bằng các phần tử có độ cứng tương đương với độ cứng của cọc / cột chân đế (hay cọc / ống bao) đã kết hợp với nhau.

6.2.2.7  Các tải trọng chức năng của giàn phải được mô hình hóa thích hợp cả về vị trí và sự phân bố của chúng.

Sự phân bố khối lượng có thể biến thiên trong khoảng thời giới hạn quy định, ví dụ các tải trọng trên sàn, phải được xem xét với các giá trị và tổ hợp các giá trị bất lợi nhất. Nếu cần, phải tính toán nhiều giá trị khác nhau của những tải trọng này.

6.2.2.8  Đối với những phần tử kết cấu nằm trong vùng dao động nước thi không được kể đến chiều dày bị ăn mòn khi phân tích sức bền kết cấu. Tuy nhiên khi tính tải trọng do môi trường thì phải dùng đường kính thực.

...

...

...

6.3.1  Những yêu cầu kỹ thuật về tính toán tải trọng sóng theo mô hình tiền định và ngẫu nhiên được nêu trong TCVN 6170-2. Khi lựa chọn phương pháp phải xét đến khả năng áp dụng và những hạn chế của phương pháp đó đối với kết cấu đang xét.

6.3.2  Phân tích tổng thể kết cấu giàn kiểu Jacket theo mô hình tiền định được nêu trong 5.3.1.2.

6.3.3  Phân tích tổng thể kết cấu giàn kiểu Jacket theo mô hình động lực được nêu trong 5.3.2.2.

6.4  Phân tích mỏi

6.4.1  Những yêu cầu chung liên quan đến phân tích mỏi kết cấu thép đã được quy định trong TCVN 6170-4 và mục B.8 API RP 2A WSD 2014.

6.4.2  Các hệ số tải trọng và các tổ hợp tải trọng thích hợp với trạng thái giới hạn mỏi (FLS) đã được quy định trong TCVN 6170-3.

6.4.3  Khi phân tích mỏi phải xét đến tất cả các tải trọng tương ứng gây ra tổn thương mỏi, cả trong điều kiện thiết kế thi công và trong điều kiện thiết kế khai thác.

Hiệu ứng của tải trọng cục bộ (ví dụ do sóng va đập thẳng đứng, do tách xoáy, v.v ...) cũng phải được xét đến.

6.4.4  Các liên kết kết cấu với nền đất phải được mô phỏng thích hợp

...

...

...

6.4.5  Những hiệu ứng phi tuyến do sự thay đổi mức ngập nước có thể là quan trọng cần phải xem xét đối với các giàn ở vùng nước nông cũng như đối với các mối nối ở phần trên của kết cấu thép nhạy cảm với hiện tượng mỏi. Những hiệu ứng này phải được tính đến đầy đủ.

6.5  Phân tích kết cấu khi động đất

6.5.1  Những yêu cầu chung liên quan đến phân tích kết cấu khi động đất được quy định trong TCVN 6170-3.

6.5.2  Mô hình kết cấu được dùng để phân tích khi động đất phải mô phỏng tốt tính chất của kết cấu thực. Số dạng dao động được xét tới trong phân tích phải chiếm ít nhất là 90% tổng năng lượng phản ứng của tất cả các dạng.

CHÚ THÍCH: Số dạng dao động đưa vào phân tích thường phải được xác định theo phương pháp nghiên cứu tham số. Để đảm bảo sự thể hiện đủ tất cả đại lượng phản ứng, người ta thường lấy 15 - 20 dạng là đủ. Nếu các kết cấu thượng tầng (ví dụ như cần đốt khí đồng hành) không được đưa vào mô hình tổng thể và nếu tính chất động lực của chúng là cần thiết thì có thể phải lấy số các dạng nhiều hơn.

Sàn chịu lực và các mô đun thường có thể được đưa vào mô hình bằng cách đơn giản hóa nào đó, sao cho mô hình ấy có khả năng mô phỏng độ cứng tổng thể và phân bố khối lượng một cách đúng đắn.

6.5.3  Xem xét thiết kế móng khi phân tích động đất được quy định trong TCVN 6170-7.

CHÚ THÍCH: Đối với kết cấu kiểu jacket đặt ở vùng nước nông hay vừa phải thì các giá trị phản ứng thiên về an toàn thường đạt được nhờ giả thiết đất cứng. Nhưng điều đó có thể không đúng với vùng nước sâu.

6.5.4  Các đặc trưng cần phải được đánh giá đầy đủ và phải đưa vào khi phân tích động đất.

...

...

...

6.5.5  Những thiết bị trên sàn có phản ứng động lực khi động đất cũng phải được đưa vào mô hình kết cấu nhằm kể đến một cách đúng đắn các hiệu ứng tương tác và các hiệu ứng do sự tương quan giữa các dạng dao động gần kề nhau gây ra.

CHÚ THÍCH: Ví dụ về các thiết bị trên sàn có phản ứng động lực khi động đất là: Tháp khoan, cần đốt khí đồng hành, các thùng cao đứng riêng lẻ và những bể chứa không có vách ngăn bề mặt chất lòng (để tránh sóng sánh).

7  Thiết kế kết cấu giàn

7.1  Quy định chung

7.1.1  Các nguyên tắc thiết kế kết cấu được quy định trong TCVN 6170-1.

7.1.2  Phần này quy định các yêu cầu chung liên quan đến thiết kế kết cấu giàn, ngoài ra cũng quy định các yêu cầu riêng cho thiết kế kết cấu thép kiểu jacket và cho các liên kết trám vữa giữa cọc và kết cấu.

7.2  Nguyên tắc thiết kế

7.2.1  Đối với giàn kiểu jacket, cần phải tuân theo các nguyên tắc thiết kế cơ bản sau đây:

- Giàn phải có khả năng chịu được tất cả các tác động có thể xảy ra trong các điều kiện thiết kế khai thác cũng như thi công đối với tất cả các trạng thái giới hạn áp dụng;

...

...

...

7.2.2  Hư hỏng do sự cố

7.2.2.1  Giàn phải được thiết kế sao cho chịu được hư hỏng, tức là những hư hỏng hay những hậu quả có thể xảy ra do sự cố cũng không được làm mất tính toàn vẹn của kết cấu tổng thể.

Ví dụ về những hư hỏng do sự cố đã được nêu trong TCVN 6170-3. Những biện pháp chung để phòng chống hư hỏng do sự cố theo TCVN 6170-1.

7.2.2.2  Khi một thanh giằng hay một mối nối các thanh giằng bị va chạm hay bị một vật rơi vào thì thanh giằng hay mối nối này thường bị phá hủy hoàn toàn. Những phần tử và mối nối như vậy phải được coi là không còn tác dụng (không làm việc) khi xác định sức bền tổng thể của giàn (sức bền còn lại) đối với tổ hợp tải trọng thiết kế trong trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS) (xemTCVN 6170-3).

7.2.2.3  Khi một phần tử chính của chân đế (thanh chủ) bị va chạm hay bị một vật rơi vào thì chỉ phần tử này bị hư hỏng cục bộ và sức bền tổng thể của giàn (sức bền còn lại) được đánh giá có xét tới phần tử hư hỏng này đối với tổ hợp tải trọng thiết kế trong trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS), (xem TCVN 6170-3).

7.2.3  Khả năng tiếp cận để kiểm tra và sửa chữa

7.2.3.1  Kết cấu phải được thiết kế có càng nhiều khả năng càng tốt cho việc tiếp cận được các phần tử để kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa.

7.3  Thiết kế kết cấu

7.3.1  Thiết kế theo trạng thái giới hạn cực đại (ULS)

...

...

...

Những yêu cầu chung về thiết kế theo trạng thái giới hạn cực đại theo TCVN 6170-4.

7.3.2  Thiết kế theo trạng thái giới hạn mỏi (FLS)

7.3.2.1  Những bộ phận kết cấu có thể bị phá hủy vì mỏi đều phải được xem xét về mỏi.

7.3.2.2  Thiết kế theo trạng thái giới hạn mỏi có thể được tiến hành theo phương pháp dựa trên kết quả thử mỏi và tính toán tổn thương tích lũy, phương pháp dựa trên cơ học phá hủy hoặc kết hợp cả hai phương pháp này.

Những yêu cầu chung về thiết kế theo trạng thái giới hạn mỏi theo TCVN 6170-4.

7.3.2.3  Việc thiết kế chính xác các chi tiết và yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt trong chế tạo là những yếu tố chủ yếu để đạt được sức bền mỏi có thể chấp nhận, cần đảm bảo rằng những giả thiết nêu ra khi thiết kế liên quan đến những yếu tố này phải đạt được trong thực tế.

7.3.2.4  Những kết quả phân tích mỏi phải được xem xét đầy đủ khi lập chương trình kiểm tra và khảo sát giàn đang hoạt động.

7.3.3  Thiết kế theo trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS)

7.3.3.1  Phải xác định tất cả những tải trọng tin là có thể xảy ra do sự cố hay bất thường và phải kiểm tra kết cấu đối với những tải trọng này và / hoặc đối với hậu quả do tải trọng này gây ra theo các nguyên tắc của trạng thái giới hạn phá hủy lũy tiến (PLS).

...

...

...

7.3.4  Thiết kế theo trạng thái giới hạn khả năng làm việc (SLS)

7.3.4.1  Phải tiến hành xem xét hiệu ứng của các chuyển vị khi cần thiết.

7.3.4.2  Độ cứng của kết cấu và của các bộ phận kết cấu phải đủ lớn để phòng ngừa sự dao động quá mức và để đảm bảo an toàn cho giàn.

7.3.4.3  Phải xem xét độ mài mòn cho phép ở những vùng bị mài mòn.

Những yêu cầu chung về thiết kế theo trạng thái giới khả năng làm việc theo TCVN 6170-4.

7.4  Thiết kế phần tử dạng ống

Những yêu cầu đối với thiết kế phần tử dạng ống đã được quy định chi tiết trong TCVN 6170-4.

7.5  Thiết kế phần tử nút ống

7.5.1  Quy định chung

...

...

...

Có thể sử dụng phương pháp thích hợp để thiết kế nút thay cho các yêu cầu này. Có thể sử dụng số liệu thí nghiệm, phương pháp số và phương pháp giải tích làm nền tảng thiết kế với điều kiện là các nút có độ bền tính toán đáng tin cậy. Phương pháp giải tích hoặc phương pháp số phải được hiệu chỉnh và chuẩn hóa phù hợp với số liệu thí nghiệm.

Những khuyến cáo dưới đây được rút ra từ các cân nhắc về đặc tính về độ bền của nút ống. Đặc tính về độ bền phù hợp với đánh giá bên dưới. Do vậy cần chú ý đến kết quả của thí nghiệm tới hạn hoặc nghiên cứu phân tích để đưa ra một cường độ nút ước lượng khi các thí nghiệm tới hạn cơ bản không thích hợp để xác định giá trị đặc trưng (bên dưới), cần xem xét khi không thể giảm thông số khi tính toán cường độ nút để giảm số lượng dữ liệu tính toán hoặc thiếu căn cứ tính toán.

7.5.2  Lưu ý trong thiết kế

7.5.2.1  Vật liệu

Các yêu cầu về đặc trưng vật liệu cho cường độ của liên kết nút được cho dưới đây.

Giá trị ứng suất chảy dẻo của ống chính khi tính toán khả năng chịu lực của nút được giới hạn bằng 0,8 lần độ bền chịu kéo của ống chính với vật liệu có ứng suất chảy dẻo nhỏ hơn hoặc bằng 500 MPa (72 ksi). Ứng suất chảy dẻo và cường độ chịu kéo thích hợp thường là giá trị đặc trưng tối thiểu.

Các nút thường bao gồm các mối hàn gần nhau liên kết nhiều ống nhánh. Sự ngăn chặn chuyển vị của các nút lớn dẫn đến tập trung lực kéo lớn và tiềm tàng khả năng nứt hoặc xé rách theo các lớp. Do đó độ cứng suốt chiều dày của ống thép chủ (và thép ống nhánh nếu chúng chồng lên nhau) cần được xem xét với yêu cầu rõ ràng.

7.5.2.2  Tải trọng thiết kế và nút dẻo

Sự thích hợp của nút được xác định dựa trên tải trọng danh nghĩa cơ bản, trên cả ống chủ và ống nhánh. Có thể xem xét giảm mô men uốn phụ do chuyển vị gây ra hoặc tính không đàn hồi khi sử dụng độ cứng đàn hồi của các nút, và để phân tích độ bền tới hạn của giàn phải sử dụng các số liệu về tải trọng biến dạng, đặc trưng của nút. Các tính toán này phụ thuộc vào loại nút, hình dạng, đặc trưng hình học, đặc trưng vật liệu, trường hợp tải trọng, ví dụ cụ thể như ảnh hưởng của áp lực thủy tĩnh.

...

...

...

Ống chủ tại đầu ống nhánh chịu kéo và chịu nén chính, thêm vào đó để đạt được cường độ yêu cầu từ tải trọng thiết kế có thể có sức chịu tải nhỏ nhất bằng 50% của cường độ hiệu dụng của mỗi ống nhánh đâm vào ống chủ trong mỗi một điều kiện tải trọng thiết kế (vận hành, hạ thủy, cầu lắp, đánh chìm, chịu tải trọng ngẫu nhiên, ...).

Tải trọng động đất xem 5.3.5, sức chịu tải của ống chủ bằng ít nhất 100% cường độ hữu hiệu của mỗi ống nhánh đâm vào ống chủ trong điều kiện tải trọng vận hành thiết kế.

Cường độ hữu hiệu của ống nhánh được định nghĩa là tải trọng uốn (yeild load) với ống nhánh chịu kéo là chủ yếu hoặc tải trọng tới hạn gây mất ổn định với ống nhánh chịu nén là chủ yếu. Cần xem xét tính không đàn hồi trong tính tải trọng tới hạn gây mất ổn định. Tính toán cường độ hữu hiệu dựa trên đặc trưng vật liệu và đặc trưng hình học danh nghĩa của ống nhánh không phải của chân ống nhánh (brace stub), (nếu có).

Mục đích của yêu cầu này là sức chịu tải của ống chủ được xác định bằng công thức 1 với hệ số an toàn (FS) bằng 1,0. Hệ số cường độ (Q_u) và hệ số tải trọng trên ống chủ (Q_f) được xem xét cho phù hợp với điều kiện tải trọng thiết kế.

Mối hàn tại liên kết đầu phần tử ống cần đúng với quy định trong điều 7, TCVN 6170-4 hoặc không được nhỏ hơn yêu cầu để đạt được sức chịu tải bằng hoặc nhỏ hơn giá trị:

- Cường độ của ống nhánh dựa trên giới hạn chảy, hoặc

- Cường độ của ống chủ dựa trên sức chịu tải cơ bản trong công thức 1 và công thức 2 (khi áp dụng).

7.5.2.4  Phân loại nút

Phân loại nút bằng cách chia lực dọc trên ống nhánh thành nút chữ K, X và Y với các thành phần tải trọng phù hợp với ba loại nút có công thức xác định sức chịu tải. Sự phân chia này thường xem xét cho tất cả các phần tử nằm trong cùng một mặt phẳng tại vị trí nút. Mục đích của việc này là các mặt phẳng thanh lệch nhau ±15° được xem như cùng một mặt phẳng. Mỗi ống nhánh trong mặt phẳng được phân thành một loại duy nhất và có thể thay đổi theo điều kiện tải trọng. Sự phân loại này có là tổ hợp giữa ba loại nút trên. Nếu một nút bị chọc thủng, sức chịu tải của nút sẽ được ước lượng bằng phương pháp trong 7.5.3.

...

...

...

Trường hợp (h) trong Hình 1 là một ví dụ của việc tải trọng và phân cấp phải phù hợp với phân loại nút. Không được thay thế tải trọng trong ống nhánh bằng một tổ hợp tải trọng kéo và nén có tải trọng gốc tương ứng. Ví dụ, không được thay thế tải trọng trong ống nhánh ngang bên tay trái của nút thành một tải trọng nén 1000 và tải trọng kéo 500 do điều này không phù hợp với việc phân loại ống nhánh ngang là chữ X, ống nhánh chéo là chữ K.

Nếu việc phân chia tải trọng có liên quan đến ứng xử của nút chữ K cần phải xét đến việc thiết lập một khoảng hở thích hợp. Trường hợp rõ ràng nhất trong Hình 1 là trường hợp (a), với một khoảng hở phù hợp giữa hai ống nhánh kế tiếp. Tuy nhiên, nếu có một ống nhánh ở giữa như trong trường hợp (d), cần có khoảng hở thích hợp giữa hai ống nhánh chịu lực ở phía ngoài. Trong trường hợp này, do khoảng hở thường khá lớn, sức chịu tải của nút chữ K có thể đưa về sức chịu tải của nút chữ Y. Trường hợp (e) cho thấy rằng khoảng hở phù hợp của ống nhánh ở giữa là khoảng hở 1 (gap 1) trong khi đó của ống nhánh phía trên là khoảng hở 2 (gap 2). Mặc dù ống nhánh dưới cùng được xem như 100% thuộc loại chữ K, cần xác định được một loại tải trọng trung bình bằng cách xem có bao nhiêu lực dọc tác dụng lên ống nhánh này được cân bằng bởi ống nhánh giữa (gap 1) và bao nhiêu được cân bằng bởi ống nhánh trên cùng (gap 2).

Có một số ví dụ mà khó có thể xác định được ứng xử của nút hoặc dường như việc phân loại khó hơn so với dự tính như trình bày ở trên. Hai trong số nhiều trường hợp phổ biến này là tải trọng đánh chìm và tải trọng làm việc của ống lồng cọc váy. Một số hướng dẫn cho các ví dụ này có thể tham khảo trong các tiêu chuẩn được chấp nhận, như API RP 2A WSD 2014.

7.5.2.5  Thực hành chi tiết

Chi tiết nút là yếu tố chủ chốt trong thiết kế nút. Với các nút không được gia cường, giới thiệu về thuật ngữ chi tiết và kích thước chi tiết được thể hiện trong Hình 2 và Hình 3. Thực tế này chỉ ra rằng nếu yêu cầu tăng chiều dày ống chủ (hoặc sử dụng thép đặc biệt) thì đoạn chiều dày này phải kéo dài qua mép ngoài của ống nhánh đâm vào một đoạn nhỏ nhất bằng % đường kính ống chủ hoặc 300 mm (12 in.), lấy giá trị lớn hơn. Có thể cần tăng chiều dài của ống đã được tăng chiều dày hoặc chế tạo bằng thép được biệt để tránh làm giảm sức chịu tải của nút cho phù hợp với mục 7.5.3.5. Nếu yêu cầu tăng chiều dày ống nhánh hoặc sử dụng thép đặc biệt thì đoạn chiều dày này phải kéo dài một đoạn nhỏ nhất bằng đường kính ống một nhánh hoặc 600 mm (24 in.), lấy giá trị lớn hơn. Chiều dài ống chủ và ống nhánh đều không kể đến đoạn vát chiều dày 1:4. Nếu cần xét đến mỏi của kết cấu thì đoạn vát phía trong có thể dẫn đến kết quả không mong muốn do việc hình thành vết nứt mỏi ở bề mặt phía trong ống và gây khó khăn khi kiểm tra.

Khoảng hở danh nghĩa nhỏ nhất giữa hai ống nhánh liên tiếp trong hoặc ngoài mặt phẳng là 50 mm (2 in.), cần chú ý để đảm bảo tránh mối hàn chồng tại chân của nút. Nếu xuất hiện mối hàn chồng ống nhánh, kích thước của đoạn chồng ít nhất bằng d/4 (trong đó d là đường kính của ống nhánh xuyên suốt) hoặc 150mm (6 in.), lấy giá trị lớn hơn. Kích thước này được đo dọc theo trục của phần tử ống xuyên suốt. Khi mối hàn chồng tại ống nhánh là cần thiết hoặc được yêu cầu và sự sai khác về chiều dày danh nghĩa nhiều hơn 10%, ống nhánh có chiều dày lớn hơn sẽ là ống nhánh xuyên suốt và được hàn đầy vào ống chủ. Hơn nữa, nếu xuất hiện mối hàn chồng, ống nhánh có đường kính lớn hơn được xác định là ống nhánh xuyên suốt, ống nhánh này yêu cầu phải có côn nối để đảm bảo rằng chiều dày của nó ít nhất phải bằng chiều dày của ống nhánh hàn chồng.

Các đường hàn nối dọc và các mối hàn tròn được bố trí sao cho ảnh hưởng lên sự làm việc của nút là nhỏ nhất hoặc có thể coi như không ảnh hưởng. Các đường hàn nối dọc ống chủ phải cách vị trí ống nhánh đâm vào ít nhất 300 mm (12 in.), xem Hình 3. Các đường hàn nối dọc ống nhánh được đặt gần điểm đỉnh của nút. Ống chủ (chord cans) phải dài hơn khi hàn xung quanh. Mối hàn này được đặt tại vị trí giao của ống nhánh chịu tải trọng nhỏ nằm giữa điểm đỉnh và điểm võng, (xem Hình 2).

Hình 1 - Phân loại nút

...

...

...

Hình 2 - Chi tiết nút trong mặt phẳng

Hình 3 - Chi tiết nút ngoài mặt phẳng

7.5.3  Nút đơn giản

7.5.3.1  Miền giá trị

Thuật ngữ nút đơn giản được định nghĩa trong Hình 4.

Miền giá trị áp dụng trong thực tế được xác định trong 7.3 được cho trong Bảng 2.

Hình 4 - Các thuật ngữ và thông số hình học của nút đơn giản

...

...

...

θ

- Góc giữa ống nhánh và ống chủ;

g

- Khoảng cách giữa các ống nhánh, mm (in.);

t

- Chiều dày ống chủ tại mặt giao, mm (in.);

T

...

...

...

d

- Đường kính ngoài của ống nhánh, mm (in.);

D

- Đường kính ngoài của ống chủ, mm (in.).

Bảng 2 - Miền giá trị của thông số hình học

Biên dưới

Thông số

Biên trên

...

...

...

≤

β

≤

1,0

10

≤

g

≤

50

...

...

...

≤

θ

≤

900

F_y

≤

500 MPa (72 ksi)

...

...

...

≤

g/D

Việc xem xét cho những nút nằm ngoài miền giá trị ở Bảng 2, có thể tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ mục B.7.3.1 API RP 2A WSD 2014.

7.5.3.2  Sức chịu tải cơ bản

Nút ống không ghép chồng tại ống nhánh và không có vòng đệm, vách ngăn, bơm trám hoặc vòng gia cường tăng cứng được thiết kế theo các công thức sau:

 (1)

 (2)

...

...

...

Trong đó:

P_a - Khả năng chịu tải trọng dọc trục cho phép trong ống nhánh;

M_a - Khả năng chịu mô men uốn cho phép trong ống nhánh;

F_yc - Ứng suất chảy tại một điểm của ống chủ (hoặc 0,8 cường độ chịu kéo, nếu nhỏ hơn), MPa (ksi);

F_s - Hệ số an toàn, bằng 1,60.

Với các nút có gia cường làm dày thành ống, P_a không được vượt quá sức chịu tải giới hạn trong 7.5.3.5.

Với ống nhánh chịu tải trọng dọc trục được phân loại là ống hỗn hợp dạng nút chữ K-, Y- và X-, việc lấy giá trị tải trọng trung bình P_a dựa trên thành phần của mỗi loại tải trọng trong tổng tải trọng.

7.5.3.3  Hệ số cường độ Q_u

Q_u thay đổi theo loại nút và loại tải trọng như được cho trong Bảng 3.

...

...

...

7.5.3.4  Hệ số tải trọng ống chủ Q_f

Q_f là hệ số dùng để tính toán đến sự có mặt của các tải trọng danh nghĩa trên ống chủ.

 (3)

Bảng 3 - Giá trị Q_u

Phân loại nút

Tải trọng trên ống nhánh

Kéo dọc trục

Nén dọc trục

Uốn trong mặt phẳng

...

...

...

K

(16 + 1,2g)β^1,2Q_g nhưng

≤ 40β^1,2Q_g

(5 + 0,7g)β^1,2

2,5 + (4,5+0,2g)β^2,6

T/Y

30β

2,8+(20+ 0,8g)β^1^,^6 nhưng ≤ 2,8+36β^1^,^6

X

...

...

...

20,7 + (β-0,9)(17g - 220)

với β > 0,9

[2,8 + (12 + 0,1g)/β]Q_β

CHÚ THÍCH 1: Q_β là hệ số hình học được xác định bởi:

 với β > 0,6

Q_β = 1 với β ≤ 0,6

CHÚ THÍCH 2: Q_β là khoảng hở được xác định bởi:

Q_g = 1 + 0,2[1 - 2,8g/D]^3 với g/D ≥ 0,05 nhưng ≥ 1,0

Q_g = 0,13 + 0,65ɸg^0,5 với g/D ≤ -0,05 trong đó ɸ = tF_yb/(TF_yc)

...

...

...

F_by bằng ứng suất chảy của ống nhánh hoặc côn nối của ống nhánh nếu có (hoặc bằng 0,8 cường độ chịu kéo nếu nhỏ hơn), MPa (ksi).

CHÚ THÍCH 3: Số hạng Q_u cho tải trọng kéo dựa trên sức chịu tải giới hạn đến khi xuất hiện vết nứt đầu tiên. Q_u kết hợp với sức chịu kéo tới hạn của nút chữ Y- và X- được cho trong B.7 API RP 2A WSD 2014.

CHÚ THÍCH 4: Nút chữ X, kéo dọc trục, số hạng Q_u với β > 0,9 áp dụng cho các ống nhánh đồng trục (cụ thể e/D ≤ 0,2 trong đó e là độ lệch tâm của hai ống nhánh). Nếu các ống nhánh không đồng trục ( e/D > 0,2) thì 23β được coi là giới hạn của β.

Hệ số A được xác định như sau:

 (4)

CHÚ THÍCH 1: Khi cần tăng 1/3, trong công thức 3 và 4, FS = 1,20.

CHÚ THÍCH 2: P_c và M_c là tải trọng dọc trục danh nghĩa và hợp lực uốn (cụ thể  =  + ) trên ống chủ.

Trong đó:

P_y - Khả năng chịu uốn dọc trục của ống chủ;

...

...

...

C₁, C₂, C₃, - Hệ số phụ thuộc vào loại nút và loại tải trọng như được cho trong Bảng 4.

Bảng 4 - Các giá trị C₁, C₂, C₃

Loại nút

C₁

C₂

C₃

Nút chữ K chịu tải trọng dọc trục của ống nhánh

0,2

0,2

...

...

...

Nút chữ T/Y chịu tải trọng dọc trục của ống nhánh

0,3

0

0,8

Nút chữ X chịu tải trọng dọc trục của ống nhánh^1

β ≤ 0,9

...

...

...

0

0,5

β = 1,0

-0,2

0

0,2

Tất cả các loại nút chịu mô men của ống nhánh

0,2

0

...

...

...

^1 Sử dụng giá trị nội suy tuyến tính giữa β = 0,9 và β = 1,0 cho nút chữ X khi chịu tải trọng dọc trục của ống nhánh.

Giá trị trung bình của tải trọng và mô men uốn trên ống chủ ở hai phía của mặt giao với ống nhánh được sử dụng trong công thức 3 và công thức 4. Lực kéo dọc trục trên ống chủ mang giá trị dương, tổng mô men uốn trên ống chủ mang giá trị dương khi nó gây ra lực nén trên nút. Chiều dày ống chủ tại vị trí nút được sử dụng trong các tính toán trên.

7.5.3.5  Nút được gia cường bằng cách tăng chiều dày

Để đơn giản, các nút chữ Y- và X- được gia cường tăng chiều dày khi chịu tải trọng dọc trục, sức chịu tải cho phép được tính như sau:

P_a = [r + (1 - r)(T_n / T_c)^2](P_a)_c (5)

Trong đó:

(P_a)_c - Bằng P_a trong công thức 1 dựa trên dạng hình học của đoạn ống chủ gia cường (chord can) và đặc tính của vật liệu bao gồm cả Q_f tính toán với ống chủ gia cường (chord can);

T_n - Chiều dài danh nghĩa của ống chủ;

T_c - Chiều dày đoạn ống chủ gia cường (chord can);

...

...

...

- = (4β - 3)L_c /(1,5D) với β > 0,9

L_c - Tổng chiều dài hữu hiệu. Ví dụ tính toán L_c trong Hình 5.

r luôn không lớn hơn 1 trong mọi trường hợp.

Có thể sử dụng một phân tích vòng kín gần đúng bao gồm phân tích đàn hồi với các hệ số an toàn thích hợp, sử dụng chiều dài ống chủ hữu hiệu lên đến 1,25D trên bề mặt ống chủ chịu tác dụng của tải trọng ống nhánh nhưng không được lớn hơn khoảng cách thực tế đến cuối của đoạn ống chủ gia cường. Các nút phức tạp hơn sẽ có những xem xét đặc biệt. Khi có nhiều ống nhánh cùng nằm trong một mặt phẳng, tải trọng trội cùng hướng, tải trọng nén vỡ thích hợp bằng . Sự gia cường trong kích thước này (ví dụ như tấm ngăn, vòng gia cường, tấm đệm hoặc ảnh hưởng về độ cứng của các phần tử nằm ngoài mặt phẳng) có thể được xem xét trong phân tích này, mặc dù ảnh hưởng của chúng giảm theo khoảng cách tính từ vị trí giao với ống nhánh.

Hình 5 - Ví dụ chiều dài ống chính L_c

7.5.3.6  Kiểm tra cường độ

Hệ số ảnh hưởng của nút, IR đối với tải trọng dọc trục và/ hoặc mô men uốn trong ống nhánh được tính bằng biểu thức sau:

 (6)

...

...

...

Các ống nhánh ghép chồng cùng hoặc khác mặt phẳng tại ống chủ tạo thành nút ghép chồng. Các ví dụ được thể hiện trong Hình 2 và Hình 3.

Nút ghép chồng trong mặt phẳng gồm hai hay nhiều ống nhánh trong một mặt phẳng (ví dụ nút chữ K và K-T) được thiết kế theo các điều khoản thiết kế nút đơn giản trong 7.5.3 sử dụng khoảng hở âm trong tính Q_g với bổ sung và ngoại lệ dưới đây:

a) Lực cắt song song với bề mặt ống chủ là trường hợp dễ gây phá hủy và cần được kiểm tra;

b) Mục 7.5.3.5 không được áp dụng cho nút ghép chồng có tải trọng đối xứng;

c) Nếu lực dọc trong nút ghép chồng và ống nhánh xuyên suốt cùng dấu, tổ hợp của tải trọng dọc trục đại diện cho tải trọng trong ống nhánh xuyên suốt cộng với một phần tải trọng trong ống nhánh ghép chồng được sử dụng để kiểm tra sức tải trọng tại mặt giao của ống nhánh xuyên suốt. Thành phần tải trọng trên ống nhánh ghép chồng có thể được tính bằng tỷ số của diện tích mặt cắt ngang chịu tải trên ống nhánh xuyên suốt trên tổng diện tích.

d) Mô men uốn trong hoặc ngoài mặt phẳng, tổ hợp mô men của ống nhánh ghép chồng và ống nhánh xuyên suốt được sử dụng để kiểm tra sức chịu tải của mặt giao của ống nhánh. Tổ hợp mô men này cần tính toán đến chiều dày của mô men. Khi tổ hợp lực dọc danh nghĩa và ứng suất uốn trên đỉnh của ống nhánh ghép chồng trong khu vực chồng lên nhau, ống nhánh ghép chồng cũng được kiểm tra trên cơ sở của ống chủ của nó là ống nhánh xuyên suốt, sử dụng Q_g = 1,0. Nghĩa là sức chịu tải của ống nhánh xuyên suốt được kiểm tra với tổ hợp mô men và lực dọc trong ống nhánh ghép chồng. Trong trường hợp này sử dụng Q_f đi cùng với ống nhánh.

Các nút ghép chồng ngoài mặt phẳng có thể được đánh giá trên những có sở chung như nút ghép chồng trong mặt phẳng. Trường hợp khả năng chịu tải dọc trục được tính toán như với nút đa chiều có thể tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, như trong B7.3.3.1 API RP 2A, WSD 2014.

7.5.5  Nút có bơm trám

Có hai trạng thái của nút bơm trám thường xuất hiện trong thực tế. Trạng thái đầu tiên là ống chủ bơm trám hoàn toàn. Trường hợp thứ hai là dạng bơm trám hai lớp, khi đó vữa bơm trám được bơm vào vành khăn nằm giữa ống chủ và ống phía trong. Trong cả hai trường hợp, vữa bơm trám đều không có tác dụng gia cường và vì vậy cần chú ý tới ứng xử của nút nhiều nhất có thể, không cho phép xét đến ảnh hưởng có thể có từ khóa cắt.

...

...

...

a) Với các nút bơm trám hoàn toàn hoặc bơm trám hai lớp, các giá trị Q_u trong Bảng 2 được thay thế bằng các giá trị thích hợp với nút bơm trám được cho trong Bảng 3. Việc giảm phân loại nút và nút côn nối (joint can) có thể không được xét đến. Giá trị Q_u lựa chọn không được nhỏ hơn các giá trị với nút đơn giản.

Bảng 5 - Q_u đối với nút bơm trám

Tải trọng trên ống nhánh

Q_u

Kéo dọc trục

2,5βgK_a

Trong đó

Uốn

1,5βg

...

...

...

b) Với nút bơm trám hai lớp, khuyết tật có thể xảy ra do quá trình làm tròn ống. Có thể đánh giá khả năng làm tròn ống bằng cách thay thế chiều dày hữu hiệu dưới đây vào công thức tính của nút đơn giản:

  (7)

Trong đó:

T_e - Chiều dày hữu hiệu, mm (in.);

T - Chiều dày thành ống chủ, mm (in.);

T_p - Chiều dày thành ống phía trong, mm (in.).

T_e được sử dụng thay cho T trong công thức của nút đơn giản, có bao gồm số hạng g

a) Việc tính toán Q_f cho cả hai trường hợp nút bơm trám hoàn toàn và nút hai lớp đều dựa trên T; coi như là trong tính toán Q_f đã tính toán tới tải trọng phân phối trên ống chủ và phần tử phía trong, do đó các xem xét kỹ càng và ảnh hưởng của bơm trám trong trường hợp này là không cần thiết.

Tuy nhiên với nút bơm trám hoàn toàn, Q_f thường được lấy bằng đơn vị, trừ khi trong trường hợp có nút chữ X- với ống nhánh chịu kéo ngoài mặt phẳng và ống chủ chịu nén ngoài mặt phẳng.

...

...

...

7.5.6  Nút có vòng gia cường phía trong

Các nút chính dọc theo khung trượt của kết cấu khối chân đế bằng thép thường được gia cường bằng vòng gia cường phía trong. Vòng gia cường phía trong cũng được sử dụng trong một số kết cấu yêu cầu kiểm tra mỏi hoặc để tránh dùng đoạn ống gia cường (chord can) quá dày.

Các phương pháp khi thiết kế các nút có vòng gia cường phía trong, có thể tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, như mục B7.6 API RP 2A WSD 2014.

7.5.7  Nút đúc sẵn

Nút đúc sẵn là nút được định hình bằng phương pháp đúc. Chúng có thể có bất kỳ hình dạng nào và có thể có chiều dày thay đổi.

Thiết kế nút đúc sẵn yêu cầu tính toán phần tử hữu hạn. Phương pháp thiết kế bền khả thi là giới hạn ứng suất tại tất cả các vị trí nứt chịu tải trọng danh nghĩa nhỏ hơn cường độ chảy của vật liệu có cường độ chảy tiêu chuẩn thích hợp với hệ số an toàn bằng 1,6. Phương pháp này thật sự an toàn so với nút hàn được thiết kế dựa trên trạng thái giới hạn tổng thể.

Thông thường nhà máy chế tạo nút đúc sẵn để thực hiện quá trình thiết kế.

7.5.8  Các loại nút ống khác

Các loại nút không có trong mục từ 7.5.3 đến 7.5.7 có thể được thiết kế trên cơ sở thực nghiệm phù hợp, phương pháp số hoặc các bằng chứng trong quá trình vận hành. Cường độ của vật liệu có thể được sử dụng mặc dù mối quan tâm lớn nhất là xác định các thông số cần thiết của tất cả các phần tử có thể tham gia chịu tải trọng từ ống nhánh và thiết lập đường bao tải trọng tác dụng để kiểm soát việc kiểm tra bền. Thông thường, kiểm tra cường độ của vật liệu được bổ sung với tính toán phần tử hữu hạn đã chuẩn hóa để tính toán độ lớn và vị trí của ứng suất tác dụng.

...

...

...

Các nút ở các công trình đã xây dựng có thể bị hư hại do tải trọng gây mỏi, do ăn mòn hoặc quá tải (do tải môi trường hoặc tải trọng ngẫu nhiên). Trong những trường hợp này, có thể ước lượng độ giảm sức chịu tải của nút bằng mô hình đơn giản (ví dụ giảm diện tích hoặc giảm mô đun mặt cắt), mô hình số (phần tử hữu hạn) hoặc bằng các bằng chứng thực nghiệm.

7.5.10  Nút không có dạng hình tròn

Liên kết tại các mặt cắt ống chủ và/ hoặc ống nhánh không tròn được sử dụng chủ yếu trên kết cấu thượng tầng. Các dạng thông dụng bao gồm mặt cắt chiều rộng bản cánh (dầm chữ I, cột, dầm tổ hợp) và các mặt cắt hình vuông, hình chữ nhật. Trong một số trường hợp, đã có sẵn thiết kế chi tiết thực tế. Với một số trường hợp ít có hoặc chưa có thiết kế trong thực tế, các điều khoản trong 7.5.8 được áp dụng.

7.6  Các liên kết có trám vữa

7.6.1  Quy định chung

7.6.1.1  Tất cả những yếu tố liên quan ảnh hưởng đến sức bền của liên kết có trám vữa phải được xem xét thích hợp và được kể đến trong thiết kế.

CHÚ THÍCH: Sức bền của liên kết có trám vữa có thể phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Sức bền chịu nén và mô đun đàn hồi của vữa;

- Hình học của vành vữa và của ống;

...

...

...

- Tỷ số giữa chiều dài đoạn trám vữa với đường cọc;

- Trạng thái bề mặt của ống;

- Sự co ngót hoặc giãn nở về lâu dài của vữa.

7.6.1.2  Vật liệu vữa phải tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành.

7.6.1.3  Các yêu cầu về quy trình trám vữa được quy định theo tiêu chuẩn hiện hành có liên quan.

7.6.1.4  Các ống bao cọc, ống kẹp những chỗ nứt vỡ và những chỗ nối có trám vữa khác thường phải được thiết kế dựa trên những quy trình đã được chứng minh là tốt và tin cậy. Các phương pháp phân tích, quy trình trám vữa và hệ số an toàn dùng cho những liên kết có trám vữa phải được trình cơ quan có thẩm quyền phê duyệt.

7.6.2  Liên kết trám vữa giữa cọc và kết cấu

7.6.2.1  Yêu cầu chung

Tải trọng trên giàn truyền đến cọc thép nhờ vữa bơm trám tại tiết diện vành khăn giữa chân ống chính jacket (hoặc ống lồng) và cọc. Tải trọng được truyền sang cọc từ kết cấu đi qua lớp vữa bơm trám. Công tác thực nghiệm chỉ ra rằng cơ chế truyền tải là tổ hợp của sự liên kết và ma sát cản giữa vữa bơm trám với bề mặt thép và khả năng chịu tải của vữa chống lại các tác động cơ học như khóa chịu cắt (shear keys).

...

...

...

7.6.2.2  Hệ số ảnh hưởng cường độ liên kết

Nhiều hệ số ảnh hưởng tới cường độ của liên kết bơm trám. Những hệ số này bao gồm nhưng không được giới hạn, cường độ chịu nén cao của vữa bơm trám; kích thước và khoảng cách giữa các khóa chịu cắt; loại phụ gia; phương pháp bơm vữa; tình trạng bề mặt thép, vật liệu phủ phải ngăn cản sự đông kết của vữa trên thép và sự nhiễu động do dịch chuyển của giàn trong quá trình bơm trám. Nếu hệ số D / t lớn thì cần đưa vào hệ số uốn vòng (hoop) của ống lồng và cọc.

7.6.2.3  Tính toán tải trọng dọc trục

Khi tính toán tải trọng dọc trục tại liên kết bơm trám cọc - kết cấu, cần tính toán hợp lý sự phân phối của tổng tải trọng kết cấu lên các cọc khác nhau trong nhóm cọc hoặc cụm cọc. Tải trọng thiết kế cho liên kết là tải trọng tính toán lớn nhất với sự xem xét hợp lý về tải trọng dọc trục giới hạn của cọc và độ cứng của đất tại vị trí xây dựng.

7.6.2.4  Tính toán tải trọng dọc trục cho phép

7.6.2.4.1  Yêu cầu chung

Khi số liệu thiếu đầy đủ và chính xác cần phải sử dụng các giá trị cường độ liên kết khác, tải trọng dọc trục cho phép được lấy là giá trị tải trọng nhỏ hơn (của cọc và ống lồng) được tính bằng cách nhân diện tích bề mặt tiếp xúc giữa vừa bơm trám và thép với ứng suất cho phép gây ra do tải trọng dọc trục, ƒ_ba, trong đó ƒ_ba được lấy bằng giá trị thích hợp trong công thức 8 và công thức 9 tại mặt phân cách giữa cọc và vữa bơm trám. Tải trọng dọc trục cho phép phải lớn hơn hoặc bằng tải trọng dọc trục dùng trong tính toán trong 7.6.2.3.

7.6.2.4.2  Liên kết ống bằng mặt

Giá trị ứng suất cho phép do lực dọc gây ra, ƒ_ba được lấy bằng 138 Kpa (20 psi) đối với điều kiện tải trọng 1 và 2 và 184 Kpa (26,7 psi) với điều kiện tải trọng 3 và 4 (xem trong 5.5.2).

...

...

...

Khi sử dụng khóa chịu cắt tại mặt tiếp xúc giữa thép và vữa bơm trám, giá trị ứng suất cho phép danh nghĩa do lực dọc gây ra, ƒ_ba đối với điều kiện tải trọng 1 và 2 được tính toán như sau:

Trong hệ đơn vị SI:

ƒ_ba = ƒ_cu  (8)

Trong hệ đơn vị USC:

ƒ_baƒ_cu  (9)

Đối với điều kiện tải trọng 3 và 4, ƒ_ba được tính như sau:

Trong hệ đơn vị SI:

ƒ_ba ƒ_cu  (10)

Trong hệ đơn vị USC:

...

...

...

Trong đó:

ƒ_cu - Cường độ chịu nén không giới hạn của vữa bơm trám, MPa (psi);

h - Kích thước bao của khóa chịu cắt, mm (in.) (xem Hình 1 và Hình 2);

s - Khoảng cách giữa các khóa, mm (in.) (xem Hình 1 và Hình 2).

Các khóa chịu cắt được thiết kế theo công thức 8 và công thức 9 sẽ được trình bày chi tiết sao cho phù hợp với các yêu cầu dưới đây:

a) Khóa chịu cắt có thể là các vành tròn cách nhau một khoảng “s” hoặc là dạng xoắn ốc liên tục có bước “s”. Xem các giới hạn trong 7.6.2.4.4.

b) Khóa chịu cắt có thể là một trong các loại trong Hình 2.

c) Với cọc đóng, khóa chịu cắt trên cọc phải có một chiều dài đủ để đảm bảo rằng sau khi đóng cọc, chiều dài đoạn cọc tiếp xúc với vữa bơm trám sẽ quyết định số lượng khóa chịu cắt.

d) Mặt cắt ngang và mối hàn của mỗi khóa chịu cắt và được thiết kế để truyền phần sức chịu tải của liên kết có truyền sang khóa đối với điều kiện tải trọng 1 và 2 trong 5.5.2. Khóa chịu cắt và mối hàn được thiết kế với ứng suất cho phép cơ bản của thép và mối hàn để truyền một lực trung bình bằng diện tích chịu lực của khóa cắt nhân với 1,7ƒ_cu, trừ trường hợp đường kính của hai cọc tại điểm đầu và điểm cuối của liên kết khác nhau, khi đó sẽ nhân với 2.5ƒ_cu.

...

...

...

Khi thiết kế một liên kết theo chỉ dẫn trong 7.6.2.4.2 hoặc 7.6.2.4.3 thì 17MPa(2500psi) ≤ ƒ_cu ≤ 110MPa(16000psi).

Sử dụng các giới hạn trong Bảng 3 khi thiết kế một liên kết theo mục 7.6.2.4.3 (xem Hình 1 và Hình 2).

Hình 6 - Liên kết giữa vữa bơm trám cọc - kết cấu và khóa chịu cắt

Hình 7 - Giới thiệu các loại chi tiết khóa chịu cắt

Bảng 6 - Các giới hạn liên kết thiết kế

Đặc trưng

Giới hạn

...

...

...

 ≤ 80

Hình dạng cọc

 ≤ 40

Hình dạng vành khăn bơm trám

7 ≤  ≤ 45

Tỷ lệ khoảng cách chịu cắt^1

2,5 ≤  ≤ 8

Tỷ lệ khóa cắt

 ≤ 0,1

...

...

...

1,5 ≤  ≤ 3,0

Kết quả ƒ_cu và h / s

≤ 5,5MPa(800psi)

^1 Chỉ áp dụng với khóa chịu cắt dạng xoắn ốc

7.6.2.4.5  Các phương pháp thiết kế khác

Các phương pháp khác dựa trên thí nghiệm và thẩm tra có thể được sử dụng trong tính toán ứng suất cho phép do tải trọng biến đổi gây ra ƒ_ba.

7.6.2.5  Các loại tải trọng khác ngoài lực dọc

Liên kết vữa bơm trám giữa cọc và ống lồng sẽ phải chịu các loại tải trọng khác ngoài lực dọc, ví dụ: lực cắt ngang, mô men uốn hoặc mô men xoắn. Nếu ảnh hưởng của các loại tải trọng này đáng kể thì phải được xét đến trong thiết kế liên kết bằng phương pháp giải tích hoặc thực nghiệm phù hợp.

8  Thiết kế móng

...

...

...

8.2  Thiết kế cọc

8.2.1  Cọc phải được thiết kế sao cho độ sâu đóng cọc phù hợp với cá yêu cầu thiết kế mà không làm hư hỏng cọc hoặc không làm xáo trộn quá mức cấu tạo các lớp đất khác nhau, khiến cho sức chịu tải của cọc bị giảm đi.

8.2.2  Khi thiết kế cọc phải xét đến tất cả các điều kiện tải trọng thích hợp bao gồm cả tải trọng khi khai thác và tải trọng khi đóng cọc. Cũng phải tính đến các yêu cầu về khả năng đóng được cọc.

8.2.3  Mỗi đoạn cọc mà búa đóng vào phải được kiểm tra về sự chảy dẻo và mất ổn định (tổ hợp tải trọng thiết kế a) khi thiết kế theo trạng thái giới hạn cực đại) với trọng lượng tối đa của thiết bị và trọng lượng bản thân cọc (phải kể đến cả ứng suất uốn trên cọc do các trọng lượng lệch tâm gây ra).

8.2.4  Các ứng suất động do đóng cọc gây ra phải được xác định trên cơ sở các nguyên tắc được thừa nhận hoặc bằng cách phân tích sự lan truyền sóng va chạm. Tổng ứng suất động và ứng suất tĩnh trong quá trình đóng cọc phải không được vượt quá giới hạn chảy thấp nhất đã quy định (xem TCVN 6170-4).

8.2.5  Phải kiểm tra tỷ số đường kính / chiều dày thành ống để tránh mất ổn định cục bộ (xem TCVN 6170-4).

8.2.6  Phần thừa cần cắt bỏ ở đỉnh mỗi đoạn cọc (nếu không dùng đầu cọc) phải được xem xét khi xác định chiều dài cần thiết của các đoạn cọc.

8.2.7  Cần kể đến cả những cọc bị hụt hoặc dôi để tính vào độ không chắc chắn trong dự kiến đóng cọc.

...

...

...

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

3.1  Giàn thép kiểu Jacket

3.2  Ứng suất điểm nóng (hot spot stress - HSS)

3.3  Ứng suất danh nghĩa (nominal stress)

3.4  Đường cong mỏi

3.5  Hệ số tập trung ứng suất (stress concentration factor - SCF)

4  Phân loại kết cấu và lựa chọn vật liệu

...

...

...

5  Tải trọng thiết kế

5.1  Quy định chung

5.2  Các loại tải trọng

5.3  Xác định tải trọng do môi trường

5.4  Tải trọng chế tạo và lắp đặt

5.5  Các điều kiện tải trọng

5.6  Các tổ hợp tải trọng

6  Phân tích kết cấu

6.1  Các điều kiện thiết kế

...

...

...

6.3  Phân tích tổng thể trong điều kiện cực trị

6.4  Phân tích mỏi

6.5  Phân tích kết cấu khi động đất

7  Thiết kế kết cấu giàn

7.1  Quy định chung

7.2  Nguyên tắc thiết kế

7.3  Thiết kế kết cấu

7.4  Thiết kế phần tử dạng ống

7.5  Thiết kế phần tử nút ống

...

...

...

8  Thiết kế móng

8.1  Móng cọc phải được thiết kế theo những yêu cầu thích hợp đã nêu trong TCVN 6170-7

8.2  Thiết kế cọc