T p chí Khoa h c và Công ngh bi n T10 (2010). S 3. Tr 15 - 32 XÂY D NG ðI U KI N B N M R NG ð XÁC ð NH ð TIN C Y T NG TH ðÁNH GIÁ AN TOÀN C A K T C U CÔNG TRÌNH BI N C ð NH B NG THÉP, ÁP D NG CHO ðI U KI N BI N NƯ C SÂU VI T NAM PH M KH C HÙNG Vi n Xây d ng Công trình bi n, Trư ng ð i h c Xây d ng Tóm t t: Bài báo trình bày m t cách ñánh giá m i v an toàn c a k t c u công trình bi n c ñ nh b ng thép ki u Jacket ph c v khai thác d u khí vùng nư c sâu, d a trên ñ tin c y t ng th c a k t c u ñư c xác ñ nh theo “ñi u ki n b n m r ng”, là ñi u ki n b n có k ñ n hi n tr ng k t c u b phá hu do m i tích lu trong quá trình khai thác. V i ñi u ki n b n m r ng, vi c ñánh giá an toàn c a k t c u ch u tác ñ ng c a t i tr ng sóng ng u nhiên theo ñ tin c y t ng th cho k t qu chính xác hơn so v i cách ñánh giá theo ñi u ki n b n ñ b n truy n th ng trong các Tiêu chu n thi t k hi n hành, ñ c bi t h u hi u ñ i v i các công trình bi n nư c sâu. K t qu nghiên c u ñã ñư c bư c ñ u áp d ng vào ñi u ki n th c t c a vùng bi n sâu t i 200 m thu c b Nam Côn Sơn, th m l c ñ a ðông-Nam Vi t Nam. Bài báo này ñư c trích t" k t qu nghiên c u c a ñ tài c p Nhà nư c KC.09.15/06-10, do tác gi làm ch nhi m ñ tài tr c ti p th c hi n v i s c ng tác c a m t s ñ#ng nghi p t i Vi n Xây d ng Công trình bi n. I. M ð U Trong tính toán thi t k k t c u công trình bi n (CTB) c ñ nh ki u Jacket (là ki u k t c u chân ñ ñư c s d ng ph bi n trong CTB c ñ nh b ng thép), ki m tra b n là bài toán ñư c th c hi n trư c tiên bên c nh bài toán ki m tra m i [2] ñ ñánh giá an toàn c a các k t c u CTB. Vi c ki m tra k t c u CTB theo ñi u ki n b n ñư c th c hi n theo “Tr ng thái gi i h n c c ñ i” (Ultimate Limit State - ULS), nh m ñ m b o k t c u khai thác ñư c an toàn trong ñi u ki n môi trư ng c c tr (sóng bão 100 năm ho c 50 năm, tuỳ theo tiêu chu n thi t k ). ði u ki n b n cũng là cơ s ñ xác ñ nh c u hình k t c u kh i chân ñ (KCð) Jacket c a CTB c ñ nh b ng thép, sau quá trình l p và ñi u ch nh ñ có kích thư c k t c u h p lý, tho mãn “2 m c tiêu: an toàn và ti t ki m v t li u “. M c tiêu ti t ki m v t li u ñư c xác ñ nh b i “H s s d ng thép”- SUF (Steel Utilization Factor): 15 SUF = A B ==> Min (*) (1) trong ñó: + A - T ng tr ng lư ng thép c a k t c u ch u l c (ch y u là KCð); + B - T i tr ng h!u ích c a kh i thư ng t"ng ñ t lên k t c u ch u l c KCð. M#t s thi t k ñi n hình cho lo i giàn ña ch$c năng (Công ngh -Khoan-Ngư i :PDQ) ñã ñ t SUF = 40 - 45 % [12]. Tuy nhiên vi c ch n c u hình h p lý, ngoài ch tiêu (*), cũng c"n xét ñ n các y u t khác ñ ñ m b o giá thành công trình ch p nh n ñư c, như chi phí thi công, giá thành nguyên v t li u, chi phí trong quá trình duy tu b o dư%ng công trình. Ngày nay do nhu c"u năng lư ng tăng m nh, xu th chung c a th gi i là khai thác d"u khí bi n ngày càng ra xa b , v i ñ# sâu nư c ngày càng tăng. Hi n nay, ñ# sâu nư c khai thác ñã ñ t 2400 m, trong ñó CTB c ñ nh ki u Jacket ñã ñ t t i 412 m nư c, xem hình 1 [10]. Hình 1: Sơ ñ& các k t c u Jacket c a CTB c ñ nh ñã ñư c xây d ng vùng nư c sâu (l n hơn 1000 ft) trên Th gi i ' nư c ta, m c tiêu chi n lư c c a ngành d"u khí Vi t Nam là “ð y m nh tìm ki m thăm dò, gia tăng tr! lư ng có th khai thác, ưu tiên phát tri n nh!ng vùng bi n nư c sâu, xa b ; Ph n ñ u khai thác 25 - 35 tri u t n quy d"u/năm” [6]. 16 Trên hình 2 ñưa ra k t qu nghiên c$u ñánh giá ti m năng d"u khí vùng nư c sâu TLð.VN, ñi n hình là B Phú Khánh (khu v c 1) và b Tư Chính - Vũng Mây & Tây Nam qu"n ñ o Trư ng Sa (khu v c 2), v i ñ# sâu nư c t( 200 m ñ n trên 1000 m [7]. Hình 2: V trí b Phú Khánh (khu v c 1), b Tư Chính - Vũng Mây & Tây Nam qu"n ñ o Trư ng Sa (khu v c 2), và vùng ch&ng l n TLð Tây Nam (khu v c 3) Các s li u v ñi u ki n t nhiên ñ# sâu nư c t i 200m ñư c thu th p t( các k t qu NCKH s)n có [8,9] ñ $ng d ng các k t qu nghiên c$u vào ñi u ki n bi n sâu Vi t Nam. II. BÀI TOÁN ð NG L C H C NG U NHIÊN C A K T C U JACKET 1. Phương pháp ph! gi"i bài toán dao ñ$ng ng%u nhiên c&a k't c(u Jacket [5, 11] Phương trình t ng quát c a bài toán ñ#ng l c h c m#t b c t do có d ng: 17 M uɺɺ + C uɺ + K u = F(t ) (2) Phương pháp ph cho nghi m c a bài toán (2) dư i d ng [11]: S uu (ω ) = H (iω ) 2 S FF (ω ) (3) Công th$c (3) cho quan h : M t ñ# ph c a ñ"u ra (ph n $ng c a h ) b ng m t ñ# ph c a ñ"u vào (t i tr ng) nhân v i bình phương c a mô ñun hàm truy n, như bi u di*n trên hình 3. Phương sai c a ph n $ng xác ñ nh ñư c: σ 2u ∞ ∞ 0 0 = R uu (0) = ∫ S uu (ω) dω = ∫ H (iω) 2 S FF (ω)dω A SFF(ω) MËt ®é phæ cña t¶i träng ω B |Η(iω)| B×nh ph−¬ng h m truyÒn cña kÕt cÊu 2 ω B σ Suu (ω) 2 u MËt ®é phæ ph¶n øng A ω Hình 3: M i quan h gi!a ph t i tr ng và ph ph n $ng theo công th$c (3) Mô ñun c a hàm truy n H(iω) có d ng : 18 (4) H (iω) 1 K = [(1 − Ω ) 2 2 + Ω= Trong ñó: 1 + C = 2εM ; ξ = + (2ξ Ω ) 2 ] 1/ 2 (5) ω 1/ 2 ; ω1 = (K M ) - t"n s dao ñ#ng c a h ; ω1 C - t, s c n . 2 KM N u s d ng quan h gi!a ph ph n $ng Suu(ω) và ph sóng Sηη(ω) b i hàm truy n d ng RAO (toán t biên ñ# ph n $ng, Response-Amplitude Operator), ta có d ng tương t (3): Suu(ω) = [RAO]2 Sηη(ω) (6) Bài toán ñ#ng ng-u nhiên n b c t do c a k t c u Jacket dư i d ng ma tr n: M Uɺɺ + C Uɺ + KU = F (t ) (7) trong ñó: + M - Ma tr n kh i lư ng c a k t c u, có k t i kh i lư ng nư c kèm; + C - Ma tr n các h s c n do n#i ma sát, có k s$c c n thu, ñ#ng c a môi trư ng nư c; + K - Ma tr n ñ# c$ng c a k t c u; + F (t) - Vectơ t i tr ng sóng ng-u nhiên d(ng, tính theo phương trình Morison d ng tuy n tính hoá và coi k t c u là tuy t ñ i c$ng; ɺ và U ɺɺ - Các vectơ chuy n v , v n t c và gia t c t i các nút c a k t c u. + U, U S d ng phương pháp ch&ng các d ng dao ñ#ng riêng (mode), ñ chuy n bài toán (7) v n bài toán d ng m#t b c t do, sau ñó s d ng hàm truy n H(iω) ho c toán t RAO, ta có ph c a ph n $ng k t c u Jacket (chuy n v nút) ph thu#c vào ph c a t i tr ng sóng có d ng như sau [11]: n S u j u j (ω ) = ∑ r =1 φ 2 jr (ω ) 1 S ' ' (ω ); j = 1 , n M r2 ω r2 − ω 2 2 + (2 ε ω ) 2 Fr Fr ( ) (8) Trong ñó: S F ' F ' (ω ) - m t ñ# ph c a t i tr ng suy r#ng xác ñ nh ñư c theo m t ñ# r r ph sóng : S Fs Fs (ω ) = α s Sηη (ω ) (9) 19 ' ñây αs - h s ph thu#c các y u t chuy n ñ#ng c a sóng t i v trí tác ñ#ng lên k t c u Jacket. Phân tích bi u th$c hàm ph chuy n v uj c a k t c u ta th y các s h ng trong t ng c a (8) s. có giá tr tăng nhanh t i các v trí c a t"n s ω = ω1 ; ω = ω2 ; ω = ω3; và s. t/t d"n m#t s s h ng ñ"u c a t ng n s h ng. Do v y năng lư ng ph c a ph n $ng cũng t p trung vùng lân c n t"n s dao ñ#ng riêng, k t( t"n s c c ti u tr ñi. T( (8) và (9) ta có th thi t l p ñư c quan h gi!a ph chuy n v v i ph sóng b i toán t RAO dư i d ng: SUjUj(ω) = [RAO] ui 2 Sηη (ω ) (10) 2. Phương pháp gi"i trong mi)n th i gian bài toán dao ñ$ng ng%u nhiên c&a k't c(u Jacket Phương pháp gi i trong mi n th i gian ñư c th c hi n b ng thu t toán “r i r c hoá” mi n t"n s , cho phép chuy n g"n ñúng t( bài toán ñ#ng v i sóng ng-u nhiên có ph Sηη(ω), sang m#t t p h p các bài toán ñ#ng ti n ñ nh v i sóng Airy [15]: η (t) = N ∑a i =1 i cos (ωi + ϕi), (11) Trong ñó, b# s li u (ai, ωi, ϕi)= (biên ñ#, t"n s vòng và góc pha c a sóng Airy th$ i), ph thu#c vào các giá tr c a ph sóng Sηη(ωi), ñư c xác ñ nh b i k0 thu t mô ph ng Monte Carlo (hình 4). Hình 4: R i r c hoá mi n t"n s ω c a ph sóng làm nhi u ño n [15] 20 Phương pháp này khá ñơn gi n v thu t toán, nhưng ñòi h i nhi u th i gian tính trên máy. Tuỳ theo yêu c"u chính xác c a k t qu , ngư i ta có th chia mi n t"n s ω thành s ño n l y trong kho ng N = 100 ÷ 5000 [15]. 3. Xác ñ*nh các ñ+c trưng xác su(t c&a ph"n ,ng k't c(u ð th c hi n bài toán ki m tra b n k t c u Jacket theo lý thuy t ñ# tin c y, c"n xác ñ nh các ñ c trưng xác su t c a các ph n $ng k t c u là chuy n v và $ng su t t i các v trí c"n kh o sát. T( hàm m t ñ# ph c a chuy n v nút k t c u, có th xác ñ nh ñư c các ñ c tính c a ph (như ñ# r#ng ph ) và các ñ c trưng xác su t c a chuy n v , ñi n hình là phương sai và ñ# l ch chu n c a chuy n v . Bình phương ñ# l ch chu n c a chuy n v (t$c là phương sai) ñư c xác ñ nh d a trên hàm m t ñ# ph (8) như sau: σ u2 j = ∞ ∫ S (ω ) d ω uj uj (12) 0 Hàm m t ñ# ph c a n#i l c và $ng su t t i các ph"n t k t c u ñư c xác ñ nh thông qua m i quan h ñ i s gi!a chuy n v nút và n#i l c - $ng su t các v trí c"n kh o sát, t( ñó xác l p ñư c quan h dư i d ng hàm truy n (ho c toán t RAO), có d ng ñi n hình: Sσσ (ω) = [RAO]σ S 2 ηη (ω) (13) Trong ñó: + Sσσ (ω) - Hàm m t ñ# ph $ng su t t i v trí c"n tính; + Sηη (ω) - Hàm m t ñ# ph c a sóng trong tr ng thái bi n ng/n h n ng/n h n c c ñ i thi t k ; + [RAO]σ = hàm truy n $ng su t t i ñi m xét, ñư c xác ñ nh theo phương pháp gi i bài toán ñ#ng l c h c ng-u nhiên trong mi n t"n s . III. KI M TRA B N K T C U JACKET THEO MÔ HÌNH XÁC SU T 1. ðánh giá an toàn c&a k't c(u Jacket theo ñ$ tin c-y c&a k't c(u Jacket d a trên ñi)u ki n b)n truy)n th ng Bài toán ki m tra an toàn c a k t c u CTB ki u Jacket ñư c th c hi n theo “ñi u ki n b n truy n th ng” xét t i các v trí nguy hi m c a ph"n t thanh ng và nút (như quy 21 ñ nh trong các tiêu chu n thi t k [16, 18]), trong ñó n#i l c và $ng su t g&m 2 ph"n, ñư c xác ñ nh t( các t i tr ng tĩnh ho c t a tĩnh và t( t i tr ng ñ#ng c a sóng trong ñi u ki n c c tr c a môi trư ng bi n (ULS). Tuy nhiên trong các tiêu chu n hi n hành nói trên, ch y u s d ng mô hình ti n ñ nh ñ i v i tác ñ#ng c a sóng. N u chuy n ñ#ng c a sóng ñư c mô t theo các quá trình ng-u nhiên d(ng, ph n $ng và n#i l c ñ#ng ng-u nhiên c a k t c u Jacket ñư c xác ñ nh như ñã nêu m c 2. Trong trư ng h p này, an toàn c a k t c u Jacket t i nh!ng v trí ñ c trưng có th ñư c ñánh giá theo ñ# tin c y c a k t c u d a trên ñi u ki n b n truy n th ng, có d ng [13] : P = Prob ( R ≥ S) = Prob ( Z = R - S ≥ 0) ≥ [P] (14) Trong ñó: + R = cư ng ñ# c a v t li u, có hàm m t ñ# xác xu t (PDF) là fR; + S = $ng su t c c ñ i t i ñi m kh o sát, có m t ñ# xác su t fS; + P = ñ# tin c y theo ñi u ki n b n c a ñi m c"n ki m tra; + [P] = ñ# tin c y cho phép, ho c có th ch p nh n. Tương t (14), an toàn c a k t c u có th ñư c ñánh giá theo ñi u ki n c a xác su t phá hu,: Pf = 1 - P = Prob ( Z = R - S < 0) < [Pf ] (15) Trong ñó: Pf = xác su t phá hu, theo ñi u ki n b n t i ñi m xét; [Pf ] = xác su t phá hu, cho phép, hay có th ch p nh n. T( (14) và (15) ta th y Z = R - S là mi n an toàn theo ñi u ki n b n truy n th ng, cũng là ñ i lư ng ng-u nhiên, có hàm m t ñ# xác su t fZ. Hình 5: ð& th hàm m t ñ# xác su t c a các ðLNN R, S và Z = R- S 22 Trên hình 5 bi u di*n ñ& th hàm m t ñ# xác su t (f = PDF) c a các ñ i lư ng ng-u nhiên (ðLNN) R, S và Z = R - S. Xác su t phá hu, ñư c th hi n b i di n tích mi n có g ch chéo c a ñ& th fR-S = fZ . ð# tin c y còn ñư c bi u di*n dư i d ng ch s ñ# tin c y: β = µZ = σZ µ R − µS σ 2R − σ S2 , (16) ði u ki n an toàn theo ch s ñ# tin c y có d ng: β ≥ [β] , (17) Trong ñó: + µR , µS và µZ - kỳ v ng toán c a các ðLNN R, S và Z; + σR , σS và σZ - ñ# l ch chu n c a các ðLNN R, S và Z; + [β] là ch s ñ# tin c y cho phép, ho c ch p nh n ñư c. S là $ng su t c c ñ i t i ñi m c"n ki m tra b n, do t h p các t i tr ng c a TTGH c c ñ i, trong ñó ch có t i tr ng sóng ñư c xem là y u t ng-u nhiên, nên S có d ng: S = S1 + S2 (18) Trong ñó: + S1 = ñ i lư ng ti n ñ nh, là $ng su t t i ñi m kh o sát do các t i tr ng ti n ñ nh gây ra; + S2 = ñ i lư ng ng-u nhiên, các $ng su t c c ñ i σmax c a σ(t); + σ(t) = quá trình ng-u nhiên do t i tr ng sóng gây ra, có ph $ng su t Sσσ(ω), có d ng (13). T( hàm ph $ng su t (13), ta xác ñ nh ñư c lu t phân ph i các $ng su t c c ñ i S2 = σmax , ph thu#c vào thông s ñ# r#ng c a ph (là d i h2p, r#ng, ho c b t kỳ). Bi t lu t phân ph i c a ðLNN S2, s d ng các h th$c (14) và (18), ta xác ñ nh ñư c ñ# tin c y theo ñi u ki n b n t i ñi m xét. ði u ki n an toàn theo ñ# tin c y d a trên ñi u ki n b n truy n th ng (14) ñư c bi u di*n dư i d ng t ng quát: P = Prob (Z = g ( X1, X2,....Xn) ≥ 0) ≥ [P] (19) Trong ñó: Z = g (X1, X2,....Xn) = hàm c a các ðLNN, bi u di*n mi n an toàn c a k t c u theo yêu c"u thi t k , ñi n hình là các tr ng thái gi i h n (TTGH). 23 2. ðánh giá an toàn c&a k't c(u Jacket theo ,ng su(t c c ñ i c&a mô hình xác su(t d a trên ñi)u ki n b)n truy)n th ng Các tiêu chu n hi n hành v thi t k k t c u CTB c ñ nh chưa s d ng ñ# tin c y ñ ki m tra b n. Tuy nhiên g"n ñây, m#t s tiêu chu n ñã s dung mô hình xác su t tính toán k t c u Jacket, trong ñó tác ñ#ng c a sóng là quá trình ng-u nhiên d(ng [17, 19]. th c hi n ki m tra an toàn k t c u theo ñi u ki n b n truy n th ng v i mô hình ti n ñ nh, b ng cách tính g"n ñúng giá tr c a $ng su t c c ñ i c a ðLNN max σ(t) d a trên hàm m t ñ# ph c a quá trình ng-u nhiên $ng su t σ(t). Ví d n u hàm ph $ng su t thu#c lo i ph d i h2p, t$c là ðLNN có phân ph i Rayleigh, thì có th tính ñư c giá tr l n nh t x p x c a $ng su t trong N chu trình $ng su t tính v i sóng c a TTB c c ñ i (ULS) kéo dài trong th i gian T*, theo công th$c [11]: σmax = M o . 2 ln( N ) (20) Trong ñó: Τ* T* M 2 = ; Mo = ∫ S σσ (ω).dω ; N = TZ 2π M o 0 ∞ v i: + Sσσ(ω) = hàm m t ñ# ph c a quá trình ng-u nhiên $ng su t σ(t); + T+ = Th i gian c a TTB ng/n h n kh o sát (theo ULS) ; + TZ = 2π. Mo (sec) . M2 Ví d v i cơn bão trong 3 gi , l y TZ ≈ 10 sec, ta có N = 1080 chu trình $ng su t. IV. PHƯƠNG PHÁP LU N XÂY D NG ðI U KI N B N M R NG ð XÁC ð NH ð TIN C Y T NG TH ðÁNH GIÁ AN TOÀN C A K T C U JACKET 1. Cơ s/ ñ xây d ng ñi)u ki n b)n m/ r$ng Theo quy ñ nh trong các tiêu chu n hi n hành ñ thi t k các k t c u CTB c ñ nh [16, 17, 18, 19], vi c ñánh giá an toàn k t c u Jacket (t$c là k t c u không b phá hu,) ñư c th c hi n ki m tra theo 2 ñi u ki n: ði u ki n 1: là ñi u ki n b n, ñư c g i là “ñi u ki n b n truy n th ng” (ñ phân bi t v i “ñi u ki n b n m rông” là v n ñ chính s. ñ c p dư i ñây), ñư c th c hi n trong 1 24 tr ng thái bi n ng/n h n c c ñ i c a môi trư ng bi n v i th i gian kéo dài kho ng 3h ho c 6h (thư ng s d ng v i t"n su t 100 năm, như quy ñ nh trong các Tiêu chu n hi n hành), còn g i là phép ki m tra trong TTGH c c ñai (ULS); Vi c ki m tra k t c u theo ñi u ki n 1 không ph thu#c vào th i gian khai thác CTB, ñư c th c hi n trong tr ng thái gi i h n (TTGH) c c ñ i (ULS); ði u ki n 2: là ñi u ki n m i, ñư c th c hi n ñ ñánh giá t n th t c a k t c u do phá hu, m i tích lu0 trong quá trình khai thác CTB; Vi c ki m tra k t c u theo ñi u ki n 2 hoàn toàn ph thu#c vào th i ñi m khai thác CTB, ñư c th c hi n trang TTGH m i (FLS); có nghĩa là th i gian khai thác CTB càng dài, thì t n th t k t c u càng l n; cho ñ n lúc t n th t gây phá hu, k t c u, ñó chính là m c th i gian ñ xác ñ nh “tu i th m i” c a k t c u CTB. Nh-n xét: Vi c ki m tra b n truy n th ng (ñi u ki n 1) ñư c th c hi n ñ#c l p v i ki m tra m i (ñi u ki n 2) ñ ñánh giá an toàn c a k t c u CTB. Khi m khuy t ñáng k ñây là cách tính theo các tiêu chu n thi t k ñã không k ñ n s tương quan ch t ch. gi!a 2 ñi u ki n phá hu, do b n và phá hu, do m i. C th là, khi tác ñ#ng c a môi trư ng c c tr lên k t c u th i ñi m t, thì hi n tr ng k t c u không còn nguyên v2n n!a, mà k t c u ñã b t n th t do phá hu, m i tích lũy trong kho ng th i gian là t( khi b/t ñ"u khai thác ñ n th i ñi m t. Khi m khuy t này có th gi i thích là v i mô hình ti n ñ nh không th ñánh giá ñ nh lư ng ñư c t n th t m i nh hư ng ñ n ñi u ki n b n c a k t c u. Sau ñây s. trình bày cách kh/c ph c khi m khuy t trên nh lý thuy t ñ# tin c y cho phép ñánh giá tương tác gi!a 2 tr ng thái phá hu, k t c u. 2. Xây d ng ñi)u ki n b)n m/ r$ng ñ xác ñ*nh ñ$ tin c-y t!ng th ñánh giá an toàn c&a k't c(u Jacket 2.1. ði u ki n b n m r ng 1) S ki n an toàn v b n khi ch u bão thi t k (s ki n A): là s ki n ñư c xác ñ nh b i TTGH c c ñ i, có ký hi u là “ULS”, ñư c g i là m t gi i h n th$ 1 theo nghĩa c a lý thuy t ñ# tin c y [13]; 2) S ki n an toàn v phá hu m i tích lu (s ki n B): là s ki n ñư c xác ñ nh b i TTGH m i, có ký hi u là “FLS”, ñư c g i là m t gi i h n th$ 2 theo nghĩa c a lý thuy t ñ# tin c y [13]; 3) ði u ki n b n m r ng ñư c xây d ng t s ki n an toàn v b n luôn cùng xu t hi n v i s ki n an toàn v m i (s ki n C): ñư c th hi n b i các tính ch t sau: + Tính ch t 1: Trong quá trình khai thác CTB, b t c$ lúc nào có bão x y ra (s ki n 25 A), thì k t c u ñã ch u t n th t m i (s ki n B), t$c là A và B không xung kh/c và t&n t i s ki n C: C = AB; + Tính ch t 2: Hai s ki n A và B là ñ#c l p (không tương quan): th c t th ng kê cho th y 2 s ki n này không có ràng bu#c gì v i nhau. S ki n C ñư c xây d ng như trên ñư c g i là s ki n an toàn c a k t c u theo “ñi u ki n b n m r#ng”. 2.2. ð tin c y t ng th c a k t c u Jacket T( tính ch t 1 cho xác su t c a s ki n C ñư c xác ñ nh b ng xác su t c a giao gi!a 2 s ki n A và B: P(C) = P (A∩B) = P (AB) ≠ 0; (21) T( tính ch t 2 ta có th vi t : P(A/B) = P(A) và P(B/A) = P (B) (22) Theo ñ nh lý nhân xác su t, k ñ n (21) và (22), ta có: P(C) = P (A∩B) = P (A/B). P(B) = P (A). P(B/A) Suy ra: P(C) = P (A). P(B), (23) Trong ñó: + P(C) là ñ# tin c y t ng th c a k t c u Jacket (t i ñi m kh o sát), khi xét ñ&ng th i v ñi u ki n an toàn v b n và phá hu, m i, có ký hi u là PT; + P(A) ký hi u là PoB = const là ñ# tin c y d a trên ñi u ki n b n truy n th ng (14); + P(B) ký hi u là Pm (t) = là ñ# tin c y do t n th t m i tích lu0 trong quá trình khai thác CTB [2]. Thay các ký hi u trên vào (23) ta có bi u th$c xác ñ nh ñ# tin c y t ng th c a k t c u t i ñi m kh o sát là tích c a ñ# tin c y b n và ñ# tin c y phá hu, m i: PT (t) = PoB . Pm (t) (24) T( k t qu (24) cho th y ñ# tin c y t ng th c a k t c u Jacket (t i v trí kh o sát) d a trên «ñi u ki n b n m r#ng », là hàm ñơn ñi u gi m theo th i gian, ph n nh ñúng hi n tr ng v kh năng ch u l c c a k t c u b suy gi m theo th i gian do t n th t phá hu, m i tích lu0. Trên hình 6 bi u di*n ñư ng ñ# tin c y v b n POB = const, ñư ng cong ñ# tin c y t ng c#ng PT(t), ñư ng cong xác su t phá hu, t ng c#ng Pf T(t) = 1- PT(t), và ñư ng cong 26 phá hu, m i Pfm (t). Hình 6: Các ñư ng cong bi u di*n ñ# tin c y t ng c#ng và xác su t phá hu, t ng c#ng V. ÁP D NG CHO ðI U KI N BI N VI T NAM 1. L a ch n c(u hình k't c(u Jacket / ñ$ sâu nư0c 200 m, B1c b Nam Côn Sơn S d ng các s li u v ñi u ki n t nhiên trong các tài li u [6, 9] và l a ch n c u hình t( tài li u [3], ta s. th c hi n tính toán cho k t c u Jacket có sơ ñ& như trên hình 7 dư i ñây. 27 Hình 7: C u hình c a k t c u Jacket ñ# sâu nư c 200 m 2. K't qu" chính c&a bài toán b)n và m2i Th c hi n tính theo Tiêu chu n API [16] và s d ng ph"n m m chuyên d ng SACS. Dư i ñây là trích d-n m#t s k t qu tiêu bi u. 28 1) K t qu ki m tra b n thanh ñi n hình Tên thanh V* trí H s s3 d4ng theo mô hình ñ$ng ti)n ñ*nh 469 - 293 Thanh nhánh khoang cu i 0.96 1.02 195 - 295 C c ph n i ñ t 1.05 1.07 H s s3 d4ng theo mô hình ñ$ng ng%u nhiên 2) K t qu ki m tra b n nút ñi n hình Tên nút V* trí H s s3 d4ng theo mô hình ñ$ng ti)n ñ*nh H s s3 d4ng theo mô hình ñ$ng ng%u nhiên 62 Nút khoang 2, m t x = - 13 m 0.92 0.95 63 Nút khoang 2, m t x = 13 m 0.93 0.97 3) Bài toán m i ti n ñ nh Nút Thanh T!n th(t tích lũy 1 năm Tu!i th m2i 907 907 - 1007 0.0296 33.8 913 913 - 1013 0.0492 20.3 T!n th(t tích lũy 1 năm Tu!i th m2i 4) Bài toán m i ng u nhiên Nút Thanh 907 907-1007 0.0326 30.7 913 913-1013 0.0541 18.5 3. Nh-n xét: Tính theo mô hình ti n ñ nh và mô hình xác su t cho k t qu khá g"n nhau. VI. K T LU N Bài báo ñã trình bày cơ s phương pháp lu n ñánh giá an toàn c a k t c u CTB c ñ nh ki u Jacket theo mô hình xác su t và lý thuy t ñ# tin c y d a trên ñi u ki n b n m 29 r#ng, t$c là ñi u ki n b n có k ñ n s suy gi m kh năng ch u l c c a k t c u do t n th t m i tích lu0 trong quá trình khai thác công trình. Trong ph"n $ng d ng vào ñi u ki n th c t c a bi n sâu Vi t Nam, ñã th c hi n tính toán theo mô hình xác su t d a theo tiêu chu n API và DNV [17, 19]. D a trên phương pháp lu n ñã ñư c xây d ng, có th ti p t c th c hi n các tính toán theo ñi u ki n b n m r#ng ñ minh ho vi c ñánh giá an toàn theo ñ# tin c y t ng th cho k t qu sát v i th c t , do v y s. ñ m b o thi t k k t c u CTB ñư c an toàn hơn so v i cách tính truy n th ng theo các tiêu chu n thi t k hi n hành. Các nghiên c$u này cũng có th áp d ng m r#ng ñ ñánh giá an toàn cho các lo i CTB nói chung, như trong nghiên c$u trình t i bài báo [4] do tác gi ñã báo cáo H#i ngh Qu c t Kobe (Nh t B n). M t khác, có th ñ ngh xem xét ñưa các k t qu nghiên c$u này b sung vào tiêu chu n thi t k cho các lo i công trình bi n ñ nâng cao an toàn cho công trình, nh t là trong b i c nh bi n ñ i khí h u b t thư ng toàn c"u. TÀI LI U THAM KH7O 1. Ph m Kh1c Hùng, Mai H8ng Quân, Vũ ðan Ch9nh, 2009. ðánh giá an toàn công trình bi n c ñ nh b ng thép ch u t i tr ng ng-u nhiên vùng nư c sâu 200 m áp d ng vào ñi u ki n bi n Vi t Nam. Tuy n t p các công trình NCKH Chương trình Bi n KC.09/06-10, H#i th o “ð a ch t và Công trình bi n”, Hoà Bình, 4-6/12/2009, Tr.119- 179. 2. Pham Khac Hung, Mai Hong Quan, Ta Thi Hien (ICOFFSHORE.HUCE & TCU), 2010. Assessment of fatigue damage of fixed offshore steel structures installed in deepwater areas of Vietnam sea by probabilistic modelling. PETROVIETNAM Journal, Vol 6 – 2010, PP.55-60. 3. Mai Hong Quan, Vu Dan Chinh (ICOFFSHORE.HUCE), 2010. The basis of structural solution selection for fixed offshore steel structures at 200m water depth in Vietnam sea conditions. PETROVIETNAM Journal, Vol 6 - 2010, PP.61-68. 4. Pham Khac Hung, Dinh Quang Cuong, Mai Hong Quan, Nguyen Van Ngoc (ICOFSHORE & VMU, Vietnam), 2004. Estimation of the Total Reliability of Offshore Structures in Viertnam sea Conditions Combining the Ultimate Limit States and Fatigue Limit States. OCEANS’04 MTS/IEE Conference Proceedings, Kobe, Japan, Nov.2004, PP.176-184. 30 5. Ph m Kh1c Hùng, 2008. Xây d ng phương pháp lu n tính toán thi t k công trình bi n c ñ nh b ng thép ñ n ñ# sâu 200 m nư c ñ phát tri n kh năng c a VSP trong lĩnh này. (153 trang). H p ñ&ng NCKH - Vietsovpetro. Lưu tr! t i Vi n XDCT Bi n ðHXD. 6. ðinh La Thăng (Ch& t*ch T-p ñoàn D:u khí QGVN), 2007. Xây d ng T p ñoàn D"u khí QGVN tr thành T p ñoàn kinh t m nh c a ñ t nư c. T p chí D"u khí, S 1-2007,Tr.4-7. 7. Nguy;n Huy Quý, 2006. Nghiên c$u c u trúc ñ a ch t và ñ a ñ#ng l c làm cơ s ñánh giá ti m năng d"u khí các vùng bi n sâu và xa b c a Vi t Nam. Báo cáo k t qu NCKH ð tài c p NN KC.09.06, “Tuy n t p các k t qu ch y u c a Chương trình KC.09, T p I”. 8. Nguy;n M nh Hùng, Nguy'n Th' Tư/ng, Bùi M nh Hoà, 2008. Xác ñ nh b# s li u v ñi u ki n môi trư ng vùng b nư c sâu Nam Côn Sơn ph c v vi c l p Lu n ch$ng KHKT-KT thi t k CTB vùng nư c sâu TLð.VN. ðT. KC.09.15/06-10. Tuy n t p các công trình NCKH, H#i th o “ð a ch t và Công trình bi n”, Hoà Bình, 46/12/2009, Tr.289-312. 9. Ph m Văn T<, Nguy;n Vi't Tình và Ph m Th* Vi t Nga (ðH. M2 ðC), 2008. ð a hình công trình vùng ðông B/c b Nam Côn Sơn. ð tài c p NN KC.09.15/06-10. 10. Lindsey Wilhoit and Chad Supan (Mustang Engineering), 2008. 2008 Deepwater Solutions & Records for Concept Selection. Offshore Magazine, PennWell,.May 2008, Houston, USA. 11. Barltrop NDP, Adams AJ, 1991. Dynamics of Fixed Marine Structures; Ch.11Strength and Fatigue. ButterWorth Heinemann - UK. 12. OEP Monash University, 1993. Design, Construction & Installation of Steel Jacket Structures. Intensive Short Course, Australian Maritime Eng. Coop. Research Centre. 13. Palle Thoft-Christensen, Michael J.Baker, 1982. Structural Reliability Theory and Its Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York. 14. OEP Monash University, 1992. Safety and Reliability of Offshore Structures. Intensive Course, Australian Maritime Eng. Coop. Research Centre. 15. Bureau Veritas – MCS. Theory Manual Part1: General & Time domain Simulation. Ariane-3Dynamic, Version 6.3. 31 16. API-RP2A-WSD, 2002. Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design. American Petroleum Institute, Washington, D.C., 21rst Ed. 17. API-RP2A-LRFD, 1997. Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Load and Resistance Factor Design. American Petroleum Institute, Washington, D.C., 1rst Ed. 18. DNV, 1993. Rules for Classification of the Fixed Offshore Installation. 19. DNV, 2004. Design of offshore steel structures, General (LRFD Method). ESTABLISHING THE EXPANDED STRENGTH CONDITION FOR DETERMINATION OF THE TOTAL RELIABILITY ASSESSING THE SAFETY OF FIXED OFFSHORE STEEL STRUCTURES, AND ITS APPLICATION IN DEEPWATER SEA CONDITION OF VIETNAM PHAM KHAC HUNG Summary: This paper presents a new approach to assess the safety of fixed offshore structures of Jacket type for oil and gas exploitation in deepwater areas, basing on the total structural reliability determined by “the expanded strength condition”, that is the one in taking into account of the real structural state in damage due to fatigue cumulative during operating process. With the expanded strength condition, the safety assessment of structures subjected to random wave loading by the total reliability will give the more exact result than the one with the traditional strength condition corresponding to the current standards. This assessment is particularly efficient for deepwater platform structures. The research result was applied in first step to practical condition of 200m water depth of Nam Con Son Basin, South-East Continental Shelf of Vietnam. This paper is taken from research results of the National Research Project KC.09.16/06-10 managed by the author who performed directly it with the collaboration of some ICOFFSHORE’s colleagues. Ngày nh n bài: 20 - 8 - 2010 Ngư i nh n xét: PGS. TS. ðinh Quang Cư ng 32