Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
NGHIÊN CỨU VA CHẠM GIỮA TÀU VÀ CẦU PHAO VƯỢT BIỂN
PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI
A STUDY OF VESSEL-FLOATING BRIDGE COLLISION
FOR MARITIME SAFETY
LÊ QUỐC TIẾN
Đại học Hàng hải Việt Nam
TRẦN ĐỨC PHÚ; TRẦN KHÁNH TOÀN
Khoa Công trình, Trường ĐHHH Việt Nam
Tóm tắt
Với các dạng cầu phao, còn được biết đến như một dạng kết cấu di động, lực đẩy nổi của
nước tác dụng lên các phao nổi của cầu phao được sử dụng như mố trụ cầu để đỡ kết
cấu cầu thay vì sử dụng các loại cọc và trụ cầu truyền thống. Vì nằm trên các vùng nước
có hành hải, trong quá trình khai thác, loại cầu này rất dễ đối mặt với các tai nạn do va
chạm với các phương tiện nổi. Chính vì thế, để đảm bảo an toàn, nghiên cứu va chạm
giữa cầu và phương tiện nổi cần được xét đến khi thiết kế các loại cầu phao. Trong
hầu hết các nghiên cứu trước đây về va chạm giữa cầu và phương tiện nổi, tương tác
giữa chất lỏng và công trình đã bị bỏ qua. Trong nghiên cứu này, hệ neo, hai phao nổi,
kết cấu thân cầu dạng tối giản, tàu 30.000 DWT và môi trường xung quanh được mô
phỏng bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Tương tác giữa chất lỏng và
công trình (FSI) cũng được tính đến thông qua việc áp dụng tùy biến Ơ le – Lagrăng
(ALE). Kết quả của nghiên cứu cho thấy hiệu quả của việc áp dụng FSItrong va chạm tàu
– cầu phao quay và khuyến nghị việc áp dụng tương tác này trong các nghiên cứu về va
chạm tàu.
Từ khóa: Va chạm tàu, cầu phao nổi, tương tác chất lỏng – công trình, an toàn hàng hải
Abstract
In floating bridges, known as movable constructions, the buoyancy force of the water
acting on the pontoons of the floating bridge support the loads on the bridge instead of
using conventional piers and foundations. Because of locating on navigable waters,
during their operation, this type of bridge will be able to face vessel collision accidents.
Therefore, the study of vessel-bridge collision needs to be considered in the design of
floating bridges. In most of the previous studies of vessel collision with bridge, fluidstructure interaction was neglected. In this study, the mooring system, two pontoons, the
simplified superstructure of a floating bridge, a 30.000 deadweight tonnage vessel and
the surrounding environments were modeled using finite elements. The fluid – structure
interaction (FSI) is considered by applying Arbitrary Lagrangian Eulerian method (ALE).
The results of the study show the effects of FSIduring a vessel–floating swing bridge
collision and should be considered in a collision analysis.
Key words: Ship collision, floating bridge, fluid – structure interaction, maritime safety
1. Giới thiệu chung
Sự phát triển kinh tế và khoa học kĩ thuật dẫn tới sự nâng cao trình độ kĩ thuật trong xây
dựng cầu. Trong thời gian dài trước đây, con người thường quen với việc các cây cầu được xây
cố định bằng cách sử dụng cọc và móng trụ cầu. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt như
ở các vùng nước sâu hay tại những tuyến kênh biển mà cho phép các tàu có trọng tải lớn có thể
hành hải trong một số trường hợp đặc biệt, nhu cầu về việc sử dụng cầu phao có khả năng di
động trở nên cần thiết. Tiêu biểu có thể kể đến cầu phao quay (floating swing bridge)Yumeshima–
Maishima, được xây dựng ở Osaka, Nhật Bản [1]. Ngoài ra có rất nhiều các loại cầu phao đã được
xây dựng tại Mỹ, Na Uy, Canada...
Do nằm trên các tuyến vận tải thủy, các cầu phao thường phải đối mặt với khả năng lớn hơn
xảy ra những rủi ro do va chạm với phương tiện thủy so với các loại cầu truyền thống. Do đó, khi
thiết kế các cầu phao, khả năng xảy ra va chạm với phương tiện thủy luôn cần được xét đến
ở mức độ cao hơn so với các loại cầu truyền thống.Theo thống kê, từ năm 1960 đến 2007, đã có
34 vụ sập cầu và 346 nạn nhân được gây ra bởi va chạm với phương tiện nổi trên toàn thế giới.
Do đó, cần thiết phải tính đến khả năng xảy ra va chạm giữa phương tiện nổi và cầu từ đó đề xuất
giải pháp bảo vệ cầu.
Khởi đầu từ nghiên cứu thực nghiệm của Minorsky được thực hiện dựa trên kết quả thực
nghiệm của 26 vụ va chạm giữa phương tiện nổi vào năm 1958 [2], rất nhiều các nghiên cứu về va
chạm tàu đã được thực hiện. Có ba phương pháp chính được sử dụng để nghiên cứu va chạm
giữa các phương tiện nổi là phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô phỏng số và phương
pháp phân tích giản lược. Phương pháp số và phương pháp giản lược thường được xem xét nếu
phương pháp thực nghiệm quá tốn kém hay không khả thi.
Trong nghiên cứu này, để đánh giá thiệt hại của một vụ va chạm giữa phương tiện thủy và
cầu phao, mô hình phần tử hữu hạn của vụ va chạm đã được phát triển để xác định sự phản hồi
của kết cấu và tương tác giữa chất lỏng và công trình. Cầu được mô phỏng đặt trên 2 phao thép
rỗng được giữ ổn định bằng hệ neo gồm 8 cáp neo. Dựa trên thiết kế của kênh chạy tàu, tàu có
trọng tải 30.000 DWT đã được đề xuất sử dụng cho mô phỏng va chạm này.Tương tác của môi
trường xung quanh gồm có nước và không khí dựa trên cơ sở áp dụng phương pháp tùy biến
Lagrăng – Ơ le (ALE). Theo đó, trong tương tác giữa chất lỏng – công trình (FSI), phương pháp
ALE được sử dụng cho các lưới phần tử chất lỏng gần công trình để tránh lỗi biến dạng của mắt
lưới cho vùng chất lỏng từ đó cho phép các tính toán được duy trì liên tục.
2. Tương tác chất lỏng – công trình
Theo Souli [3] và Donea [4], nền tảng của tùy biến Lagrăng – Ơ le là quan hệ của đạo hàm
của vật liệu theo tọa độ tham chiếu,
X χ χ
f f f f
c c f
t t t t
(1)
với f là khối lượng vật lý của phần tử X , là tọa độ tham chiếu, vận tốc tương đối giữa
vật liệu và hệ tham chiếu c v v w ˆ x
, v là vận tốc vật liệu, vận tốc vˆ x
,
X
x
w
.
3. Mô hình va chạm giữa cầu và phương tiện thủy
Dựa vào tính toán các tải trọng tác động lên cầu, kích thước của 2 phao nổi được đề xuất là
60m × 60m × 8m. Chi tiết về kích thước cầu được đưa ra trong bảng 1.
Bảng 1. Kích thước của cầu
Loại cầu Cầu phao quay
Chiều dài cầu 382 m
Nhịp 51 + 280 + 51 m
Tĩnh không DL + 26 m
Tổng trọng tải tính toán (đơn vị: tấn) 24.541,786
Vật liệu thiết kế cầu và tàu được mô tả trong bảng 2 và hình 1.
Bảng 2. Vật liệu thiết kế cầu và tàu
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
NGHIÊN CỨU VA CHẠM GIỮA TÀU VÀ CẦU PHAO VƯỢT BIỂN
PHỤC VỤ BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI
A STUDY OF VESSEL-FLOATING BRIDGE COLLISION
FOR MARITIME SAFETY
LÊ QUỐC TIẾN
Đại học Hàng hải Việt Nam
TRẦN ĐỨC PHÚ; TRẦN KHÁNH TOÀN
Khoa Công trình, Trường ĐHHH Việt Nam
Tóm tắt
Với các dạng cầu phao, còn được biết đến như một dạng kết cấu di động, lực đẩy nổi của
nước tác dụng lên các phao nổi của cầu phao được sử dụng như mố trụ cầu để đỡ kết
cấu cầu thay vì sử dụng các loại cọc và trụ cầu truyền thống. Vì nằm trên các vùng nước
có hành hải, trong quá trình khai thác, loại cầu này rất dễ đối mặt với các tai nạn do va
chạm với các phương tiện nổi. Chính vì thế, để đảm bảo an toàn, nghiên cứu va chạm
giữa cầu và phương tiện nổi cần được xét đến khi thiết kế các loại cầu phao. Trong
hầu hết các nghiên cứu trước đây về va chạm giữa cầu và phương tiện nổi, tương tác
giữa chất lỏng và công trình đã bị bỏ qua. Trong nghiên cứu này, hệ neo, hai phao nổi,
kết cấu thân cầu dạng tối giản, tàu 30.000 DWT và môi trường xung quanh được mô
phỏng bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Tương tác giữa chất lỏng và
công trình (FSI) cũng được tính đến thông qua việc áp dụng tùy biến Ơ le – Lagrăng
(ALE). Kết quả của nghiên cứu cho thấy hiệu quả của việc áp dụng FSItrong va chạm tàu
– cầu phao quay và khuyến nghị việc áp dụng tương tác này trong các nghiên cứu về va
chạm tàu.
Từ khóa: Va chạm tàu, cầu phao nổi, tương tác chất lỏng – công trình, an toàn hàng hải
Abstract
In floating bridges, known as movable constructions, the buoyancy force of the water
acting on the pontoons of the floating bridge support the loads on the bridge instead of
using conventional piers and foundations. Because of locating on navigable waters,
during their operation, this type of bridge will be able to face vessel collision accidents.
Therefore, the study of vessel-bridge collision needs to be considered in the design of
floating bridges. In most of the previous studies of vessel collision with bridge, fluidstructure interaction was neglected. In this study, the mooring system, two pontoons, the
simplified superstructure of a floating bridge, a 30.000 deadweight tonnage vessel and
the surrounding environments were modeled using finite elements. The fluid – structure
interaction (FSI) is considered by applying Arbitrary Lagrangian Eulerian method (ALE).
The results of the study show the effects of FSIduring a vessel–floating swing bridge
collision and should be considered in a collision analysis.
Key words: Ship collision, floating bridge, fluid – structure interaction, maritime safety
1. Giới thiệu chung
Sự phát triển kinh tế và khoa học kĩ thuật dẫn tới sự nâng cao trình độ kĩ thuật trong xây
dựng cầu. Trong thời gian dài trước đây, con người thường quen với việc các cây cầu được xây
cố định bằng cách sử dụng cọc và móng trụ cầu. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt như
ở các vùng nước sâu hay tại những tuyến kênh biển mà cho phép các tàu có trọng tải lớn có thể
hành hải trong một số trường hợp đặc biệt, nhu cầu về việc sử dụng cầu phao có khả năng di
động trở nên cần thiết. Tiêu biểu có thể kể đến cầu phao quay (floating swing bridge)Yumeshima–
Maishima, được xây dựng ở Osaka, Nhật Bản [1]. Ngoài ra có rất nhiều các loại cầu phao đã được
xây dựng tại Mỹ, Na Uy, Canada...
Do nằm trên các tuyến vận tải thủy, các cầu phao thường phải đối mặt với khả năng lớn hơn
xảy ra những rủi ro do va chạm với phương tiện thủy so với các loại cầu truyền thống. Do đó, khi
thiết kế các cầu phao, khả năng xảy ra va chạm với phương tiện thủy luôn cần được xét đến
ở mức độ cao hơn so với các loại cầu truyền thống.Theo thống kê, từ năm 1960 đến 2007, đã có
34 vụ sập cầu và 346 nạn nhân được gây ra bởi va chạm với phương tiện nổi trên toàn thế giới.
Do đó, cần thiết phải tính đến khả năng xảy ra va chạm giữa phương tiện nổi và cầu từ đó đề xuất
giải pháp bảo vệ cầu.
Khởi đầu từ nghiên cứu thực nghiệm của Minorsky được thực hiện dựa trên kết quả thực
nghiệm của 26 vụ va chạm giữa phương tiện nổi vào năm 1958 [2], rất nhiều các nghiên cứu về va
chạm tàu đã được thực hiện. Có ba phương pháp chính được sử dụng để nghiên cứu va chạm
giữa các phương tiện nổi là phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô phỏng số và phương
pháp phân tích giản lược. Phương pháp số và phương pháp giản lược thường được xem xét nếu
phương pháp thực nghiệm quá tốn kém hay không khả thi.
Trong nghiên cứu này, để đánh giá thiệt hại của một vụ va chạm giữa phương tiện thủy và
cầu phao, mô hình phần tử hữu hạn của vụ va chạm đã được phát triển để xác định sự phản hồi
của kết cấu và tương tác giữa chất lỏng và công trình. Cầu được mô phỏng đặt trên 2 phao thép
rỗng được giữ ổn định bằng hệ neo gồm 8 cáp neo. Dựa trên thiết kế của kênh chạy tàu, tàu có
trọng tải 30.000 DWT đã được đề xuất sử dụng cho mô phỏng va chạm này.Tương tác của môi
trường xung quanh gồm có nước và không khí dựa trên cơ sở áp dụng phương pháp tùy biến
Lagrăng – Ơ le (ALE). Theo đó, trong tương tác giữa chất lỏng – công trình (FSI), phương pháp
ALE được sử dụng cho các lưới phần tử chất lỏng gần công trình để tránh lỗi biến dạng của mắt
lưới cho vùng chất lỏng từ đó cho phép các tính toán được duy trì liên tục.
2. Tương tác chất lỏng – công trình
Theo Souli [3] và Donea [4], nền tảng của tùy biến Lagrăng – Ơ le là quan hệ của đạo hàm
của vật liệu theo tọa độ tham chiếu,
X χ χ
f f f f
c c f
t t t t
(1)
với f là khối lượng vật lý của phần tử X , là tọa độ tham chiếu, vận tốc tương đối giữa
vật liệu và hệ tham chiếu c v v w ˆ x
, v là vận tốc vật liệu, vận tốc vˆ x
,
X
x
w
.
3. Mô hình va chạm giữa cầu và phương tiện thủy
Dựa vào tính toán các tải trọng tác động lên cầu, kích thước của 2 phao nổi được đề xuất là
60m × 60m × 8m. Chi tiết về kích thước cầu được đưa ra trong bảng 1.
Bảng 1. Kích thước của cầu
Loại cầu Cầu phao quay
Chiều dài cầu 382 m
Nhịp 51 + 280 + 51 m
Tĩnh không DL + 26 m
Tổng trọng tải tính toán (đơn vị: tấn) 24.541,786
Vật liệu thiết kế cầu và tàu được mô tả trong bảng 2 và hình 1.
Bảng 2. Vật liệu thiết kế cầu và tàu
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links