Hướng dẫn sử dụng SACS 5.6

OFFSHORE.VN

HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG

SACS 5.6 V8I Sách Công trình Biển

Th.S Tô Văn Tình

10/1/2014

The guideline SACS 5.6 - Copyright by Offshore Engineering Forum

HƯỚNG DẪN

SỬ DỤNG SACS 5.6 Ký hiệu: BQT.2014.7-10

Trang 1/56

TÁC GIẢ: ThS. TÔ VĂN TÌNH

HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG

CHƢƠNG TRÌNH SACS V5.6

PHẦN 1 – HƢỚNG DẪN PHÂN TÍCH DYNAMIC

PHẦN 2 – HƢỚNG DẪN PHÂN TÍCH SEISMIC

PHẦN 3 – HƢỚNG DẪN PHÂN TÍCH BOAT IMPACT

PHẦN 4 – HƢỚNG DẪN PHÂN TÍCH FATIGUE

II. XEM XÉT, PHÊ DUYỆT

Lần ban hành:

01 Ngƣời soạn thảo Ngƣời xem xét Ngƣời phê duyệt

Họ và tên

Chức vụ

Ký tên

Ngày hiệu lực 07/10/2014

HƯỚNG DẪN


Trang 2/56

III. SỬA ĐỔI

LẦN

SỬA ĐỔI NỘI DUNG SỬA ĐỔI

TRANG

SỬA ĐỔI

NGÀY

HIỆU LỰC

HƯỚNG DẪN

SỬ DỤNG SACS 5.6 Ký hiệu: HD05/QT7.1-01

Trang 3/56

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (DYNAMIC ANALYSIS) ..............................................6

I.1 INTRODUCTION ...................................................................................................6

I.2 DESIGN PROCEDURE .........................................................................................7

I.2.1 Create Linearised Foundation Superelements .......................................................7

I.2.2 Create Modal Analysis files....................................................................................8

I.3 Run Dynamic Analysis ...........................................................................................9

I.4 Dynamic Amplification Factor (DAF) .................................................................10

PHẦN II: THỰC HÀNH BẰNG PHẦN MỀM SACS ......................................................11

II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................12

II.1.1 Tính Toán Phân Tích Tĩnh Kết Cấu .....................................................................12

II.1.2 Tính Toán Động Lực Học Công Trình ................................................................14

II.1.2.1 Phƣơng trình động lực học tổng quát ..................................................................14

II.1.2.2 Phƣơng pháp phân tích theo các dạng dao động riêng .......................................15

II.1.2.3 Phƣơng pháp giải theo miền tần số ......................................................................15

II.1.2.4 Phƣơng pháp giải trên miền thời gian .................................................................15

II.2 TỔNG QUAN CÁCH THAO TÁC TRONG SACS5.6 .....................................16

II.3 TUYẾN TÍNH HÓA NỀN ĐẤT – BƢỚC 1 .......................................................17

II.3.1 Tạo file địa chất (PSI). ..........................................................................................17

II.3.2 Sacinp - Tạo file sacs đầu vào ..............................................................................25

II.3.2.1 Tạo và lựa chọn tổ hợp tải trọng ..........................................................................25

II.3.2.2 Kiểm tra phần tử Flooded và non-Flooded .........................................................31

II.3.2.3 Gán điều kiện biên sacinp ....................................................................................35

II.3.3 Cài đặt bƣớc chạy tuyến tính hóa nền đất – bƣớc 1 ............................................38

II.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG KẾT CẤU – BƢỚC 2 .......................................................39

II.4.1 Tạo file dyninp.......................................................................................................40

II.4.2 Sacinp phân tích động – bƣớc 2 ...........................................................................45

II.4.3 Gán điều kiện biên “222000” ...............................................................................46

II.4.4 Cài đặt phân tích dynamic – bƣớc 2 .....................................................................48

II.5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .......................................................................................49

II.5.1 Hƣớng dẫn xem kết quả bài toán động ................................................................49

II.5.2 Hƣớng dẫn xem kết dao động bằng hình ảnh ......................................................51

II.5.3 Tính hệ số Dynamic Amplification Factor (DAF) ..............................................53

II.5.4 Hƣớng dẫn xác định số modes phân tích dao động .............................................54

PHẦN III: TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................56

HƯỚNG DẪN


Trang 4/56

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng II.1 : Hƣớng dẫn nhập thông số Sóng phân tích động ..............................................26 Bảng II.2 : Chú thích ký hiệu tải trọng ................................................................................26

Bảng II.3 : Kết quả tần số và chu kỳ dao động riêng kết cấu .............................................50 Bảng II.4 : Kết quả hệ số động DAF ...................................................................................53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình II.1 Đồ thị biểu thị hệ số Kđ ......................................................................................13 Hình II.2 Một dạng dao động của kết cấu .........................................................................14

Hình II.3 Tổng quan mô hình phân tích dynamic giàn TL-DD .......................................16 Hình II.4 Hƣớng dẫn tạo file PSI.......................................................................................18 Hình II.5 Một ví dụ về cách nhập PSI ...............................................................................19

Hình II.6 Thông tin Cọc trong PSI ....................................................................................20 Hình II.7 Thông tin cọc trong PSI .....................................................................................21 Hình II.8 Kiểm tra thông số đầu vào PSI ..........................................................................24

Hình II.9 Ví dụ về trƣờng hợp tổ hợp tải trọng 1IO1 .......................................................28 Hình II.10 Hƣớng dẫn lựa chọn tải trọng phân tích động ..................................................29 Hình II.11 Hƣớng dẫn liên kết 02 file giữa psi và sacinp ..................................................30

Hình II.12 Hƣớng dẫn gán member Flooded hoặc non-Flooded cách 1 ...........................32 Hình II.13 Hƣớng dẫn gán member Flooded hoặc non-Flooded cách 2 ...........................33 Hình II.14 Hƣớng dẫn gán member Flooded hoặc non-Flooded cách 3 ...........................34

Hình II.15 Điều kiện biên sacinp bƣớc superelement ........................................................36 Hình II.16 Điều kiện biên sacinp bƣớc superelement ........................................................37 Hình II.17 Hƣớng dẫn cài đặt “run” tuyến tính hóa nền đất ..............................................38

Hình II.18 Gán tải trọng là khối lƣợng support/clamp .......................................................44 Hình II.19 Hƣớng dẫn khởi tại file dynpac .........................................................................41 Hình II.20 Hƣớng dẫn tạo file dynpac.................................................................................43

Hình II.21 Sacinp phân tích động ........................................................................................45 Hình II.22 Hƣớng dẫn gán điều kiện biên “222000” .........................................................47 Hình II.23 Hƣớng dẫn cài đặt phân tích động kết cấu – Bƣớc 2 .......................................48

Hình II.24 Hƣớng dẫn xem kết quả Chu kỳ Dao động riêng .............................................50 Hình II.25 Khối lƣợng tích lũy tham gia vào quá trình DDR của kết cấu ........................54

HƯỚNG DẪN


Trang 5/56

LỜI MỞ ĐẦU

Wellhead Platform (WHP), Centre Processing Platform (CPP) bao gồm Jacket và

Topside là một dạng công trình tiêu biểu và kinh điển trong các dạng Công trình

Biển khai thác Dầu khí.

Hiện nay, trong nƣớc đã có những Công ty thiết kế và thi công chế tạo chuyên

nghiệp công trình dạng WHP/CPP…, có thể kể tới nhƣ PVE, VSP, PVMS, PTSC

M&C, PVC-MS, DKENGINEERING…, thực tế đó đòi hỏi một đội ngũ cán bộ kỹ

sƣ đủ khả năng đảm nhiệm các phân tích thiết kế, báo cáo tính toán cũng nhƣ biện

pháp thi công phù hợp với điều kiện trong nƣớc.

Việc thiết kế và thi công chế tạo công trình dạng WHP/CPP cần sử dụng phần mềm

chuyên dụng, SACS (Structural Analysis Computer System) là một trong những

phần mềm khá phổ biến đƣợc sử dụng rộng rãi trong các báo cáo tính toán Công

trình biển hiện nay trong và ngoài nƣớc.

Tuy nhiên, số ngƣời Việt sử dụng thành thạo phần mềm Sacs chƣa nhiều. Do đó, tác

giả giới thiệu cuốn hƣớng dẫn sử dụng SACS5.6 nhƣ một bƣớc đi đầu tiên nhằm

nâng cao kỹ năng sử dụng và khai thác phần mềm Sacs trong các thiết kế và thi

công công trình biển dạng WHP/CPP tại Việt Nam.

Tài liệu trình bày các hƣớng dẫn sử dụng Sacs5.6 dựa trên những cuộc thảo luận

trong “Diễn đàn Kỹ sƣ Công trình biển (offshore.vn)” và từ kinh nghiệm sử dụng

của nhóm tác giả trong quá trình tham gia các dự án thiết kế và triển khai thi công

chế tạo tại Việt Nam giai đoạn 2010 – 2014, các bài toán đƣợc tập trung giới thiệu

bao gồm:

1. Dynamic Analysis (Phân tích động kết cấu CTB) 2. Seismic Analysis (Phân tích động đất kết cấu CTB)

3. Boat Impact Analysis (Phân tích kết cấu chịu va đập tàu)

4. Fatigue Analysis (Phân tích mỏi kết cấu CTB)

Tài liệu đƣợc biên soạn lần đầu không tránh khỏi những sai sót và nhiều vấn đề

chƣa hoàn chỉnh, do vậy trong quá trình vận dụng rất mong anh em sinh viên, Kỹ sƣ

đóng góp ý kiến để tài liệu hƣớng dẫn ngày càng hoàn chỉnh hơn.

Mọi góp ý xin vui lòng gửi về địa chỉ email: [email protected]

HƯỚNG DẪN


Trang 6/56

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (DYNAMIC ANALYSIS)

I.1 INTRODUCTION

Modal analysis allows the user to determine the natural frequencies of a structure,

which in turn may be used to calculate DAFs and give an indication of the

sensitivity of the structure to dynamic effects. The DYNMAS and DYNMOD files

generated may also be used in a dynamic Wave Response analysis.

This procedure gives a quick, simple guide to modal analysis in SACS 5.6.

This report documents the structural dynamic analysis carried out for the design of

the Object WHP/CPP substructure. The analysis is performed in accordance to

Substructure Structural Detailed Engineering Design Basis, using SACS suite of

engineering programs.

The objective of the dynamic analysis is to compute dynamic amplification factors

(DAFs) of the platform structures and to be used for linearised foundations under

extreme storm and operating storm environmental conditions.

An eigenvalue or free vibration analysis of the modeled platform is firstly

performed to compute natural frequencies. If Object WHP platform has a natural

period of less than 3.0 seconds, the dynamic wave response analysis is not

necessarily performed.

The substructure is idealized as a three-dimensional space frame made up of beam-

column finite elements. The analysis is performed using SACS-DYNPAC program

module. DYNPAC is a SACS module that generates dynamic characteristics

including natural frequencies and mode shapes of a platform system. It can

automatically generate structural mass for modeled members, convert loading in

model file into mass, generate virtual mass for submerged members and calculate

entrapped mass in flooded members.

In this analysis, the water depth is taken at mean sea level (MSL).

HƯỚNG DẪN


Trang 7/56

I.2 DESIGN PROCEDURE

I.2.1 Create Linearised Foundation Superelements

A modal analysis is linear by nature, and cannot be undertaken with non-linear

foundations. An equivalent linearised foundation Superelement must first be created

1. Create a copy of the inplace model file and the corresponding soil data (PSI),

in a new “superelement” directory.

2. In the new superelement model file, remove any unnecessary

reporting/output and load case selections in order to reduce running time.

Change the CDM lines to resemble the following:

CDM 10.00 0.500 2.000 0.800 2.000

CDM 300.00 0.500 2.000 0.800 2.000

The increased value of Cm reflects the displaced water mass effect (se p.308

of Barltrop & Adam “Dynamic of Fixed Marine Structure”, note the 2 = 1 +

Ca). Note the for a through-leg piled structure, the piles should not have

displaced water effects since this should be taken into account by that of the

legs. For example, use the following overrides:

GRPOV PILNN 0.001 0.001 0.001

3. In the new superelement PSI file, add load case selection lines similar to the

following, between LCSEL and PLTRQ (if PLTRQ is perensent)

PILSUP AVG 40 40 42 42 44 44 46 46

PILSUP AVG 50 50 52 52 54 54 56 56

In these lines, the numbers represent the load cases (from the superelement

model file) that are used to approximate the pilehead stiffness in the

superelemnt. The PSI manual entry for PILSUP shows that several load

cases may be selected for calculating stiffness in the x and y directions – in

the example above, the average stiffness over several load cases is issued.

Each PILSUP line creates one supperelement file, so the above example will

create two files. Load cases 40-60 may represent the operating condition

cardinal directions of attack (plus dead weigh and operating weight etc),

whilst load cases 50-56 may represent similar conditons but with the “centre

of damage” weight height for when the superelement is to be used in a

fatigue evaluation.

4. Run the PSI/SEASTATE/SACS analysis with the new files, as you would

with any normal analysis. The program should create one or two

superelement files, depending on the number of PILSUP lines. If one file is

created. It will be a small file called DYNSEF

HƯỚNG DẪN


Trang 8/56

I.2.2 Create Modal Analysis files

1. Create a new modal analysis diectory, and copy the appropriate DYNSEF

file (from the superelement creation run) into it.

2. Copy the inplace analysis file into the new modal analysis directory. Modify

this file as detailed below:

Reomve all Seastate options (except LDOPT), and all loading data

Create a few new load cases which define the mass of the structure. There

are several combinations of ways to do this (depending on how you split the

loads up). But a simple example is to use SACS to determine the self-weight

of all the modelled members with non-zero densities, and define remaining

weight of the topside (i.e if only primary topside steel is modelled, these

loads should sum to the total weight minus weight of primary steel) plus any

other important unmodelled weights as point loads on the appropriate joints,

distributed according to the appropriate COG, for example:

LOAD

LOADCN 1

LOAD Z 17121810 -4.043 -4.043 GLOB UNIF MUDMAT

LOAD Z 17121810 -4.043 -4.043 GLOB UNIF MUDMAT

LOAD 9010 -508.25 GLOB JOIN MAINDK




LOAD 8010 -943.75 GLOB JOIN CELLAR




LOAD 8980 -141.90 GLOB JOIN DIESEL

LOAD 9900 -275.00 GLOB JOIN GENSET

LOAD Z 88908990 2.89600-979.00 GLOB CONC BRIDGE

Select these load cases to be converted to mass by DYNPAC. The load cases

can also be factored using the DYNFAC line, as shown below. The factors

used are a matter of engineering judgement, but generally it is conservative

to assume a slightly increased weight since this will increase the natural

period

LCSEL DY 1

LCFAC DY 1.2 1

LCFAC DY 1.0 2

Alter the LDOPT line, putting DYM in columns 56-58. This will

automatically convert the modelled members with non-zero density to

masses. There is no need to include any DEAD load cases – using LCSEL

DY (and LCFAC DY) with the DEAD card has no effect. Any contingency

on, for example, jacket mass, should be entered by way of factoring up the

density of these members in the GRUP cards, or overriding their densities in

the DYNPAC input file

HƯỚNG DẪN


Trang 9/56

Assign a joint fixity of 222000 to each of the primary joints of the structure

(for example, the main nodes on each jacket plan level, and the main nodes

of the topside).

If the structure is through-leg piled (or, in general, if there are any large co-

axial members), ensure that there is no entrapped water within the piles

(because this would be counted as well as that inside the legs). This can be

achieved by, for example, denoting the piles non-flooded and inserting the

following override:

GRPOV PILNN 0.001 0.001 0.001

3. Create a new DYNPAC input file which specifies the options for the modal

analysis, such as that shown below:

DYNOPT +ZMN10 CONS 7.85 1.03 -71.50 74.55 1.0 0.0 SA-Z

GROVR W.BN 0.00001

END

I.3 Run Dynamic Analysis

1. In the SACS 5.6 Executive, go to the Runfile Wizard, click the Dyn button

and choose Dynamic Characteristics from the drop-down menu.

2. Click Start Wizard and select the modal analysis model file (the one you

created by modifying the inplace file, as discussed in Step 2 of Section 2.2

3. In the wizard under Mode Shape, select the file created in Step 3 of Section

2.2 as the Dynamic Input File.

4. In the wizard under Super Elem, select the DYNSEF file created in Section

2.1 as the Superelement File.

5. In the wizard under Postvue, check the Create Postvue DB.

6. Click OK, and press Run, and wait for the analysis to finish.

7. Open the Postvue database and use the Shape option in the Display menu to

look at the fist mode shape. Other mode shapes are viewed by using the

options in the Load menu.

HƯỚNG DẪN


Trang 10/56

I.4 Dynamic Amplification Factor (DAF)

Wave loads shall be adjusted by a Dynamic Amplification Factor (DAF) if the

platform natural period is greater than 3 seconds. A dynamic analysis shall be

performed to determine the platform natural period.

The frequencies and time periods resulting from frequency analysis will be used to

calculate dynamic amplification factors (DAFs) for use with wave loads in the in-

place and the fatigue analysis for platform with natural period over 3 seconds. The

wave DAFs will be calculated using the following formula, base on the fundamental

frequency of the jacket in the two major global axes.

22

2

41/1Tw

Ts

Tw

TsDAF

Where,

Ts : Fundamental periode of the structure

Tw : Wave periode

: Damping ratio inclusive of hydrodynamic and structural damping; will be taken

as 0.02 for global analysis.

Those factor will be using for inplace analysis.

HƯỚNG DẪN


Trang 11/56

PHẦN II: THỰC HÀNH BẰNG PHẦN MỀM SACS

Phân tích Động lực học Công trình biển (CTB) – Dynamic Analysis là một trong số

những bài toán đầu vào quan trọng cho các bài toán khó và phức tạp về sau trong bộ

hồ sơ thiết kế công trỉnh biển dạng WHP/CPP nhƣ In-place analysis, fatigue

analysis và seismic analysis.

Do vậy, bạn đọc cần tìm hiểu và nghiên cứu kỹ các bƣớc thực hành cũng nhƣ cơ sở

lý thuyết của bài toán động (dynamic analysis), một trong số những bài toán cơ bản

trong thiết kế kết cấu Công trình biển.

Trong khuôn khổ của tài liệu hƣớng dẫn sử dụng SACS 5.6 phân tích bài toán Động

kết cấu CTB, tác giả chỉ giới thiệu sơ qua về cơ sở lý thuyết và phƣơng pháp luận,

để tìm hiểu sâu hơn bạn đọc có thể tìm đọc các tài liệu chuyên ngành liên quan tới

bài toán Động trong số các cuốn sách đƣợc giới thiệu ở phần “Tài liệu tham khảo”.

Trong giáo trình tác giả trình bày phân tích động lực học chân đế giàn Thăng Long

– Đông Đô (Thang Long WHP Substructure - Dynamic Analysis Report) thực hiện

vào thời gian 08/2012.

Trong các hƣớng dẫn sử dụng Sacs5.6 bài toán Dynamic, tác giả cô đọng và không

nhắc lại những thao tác sacs đơn giản đã trình bày ở phần I – những bài toán thi

công (modeling, lifting, load-out, transportation) của tài liệu này.

Bài toán Dynamic có 02 lần phân tích tƣơng ứng cho 02 trƣờng hợp là điều kiện

làm việc bình thƣờng (operating condition) và điều kiện làm việc cực hạn (storm

condition), trong tài liệu tác chỉ hƣớng dẫn sử dụng cho 01 trƣờng hợp (operating

conditon), bạn đọc thao tác hoàn toàn tƣợng tự cho trƣờng hợp còn lại (storm

condition)

HƯỚNG DẪN


Trang 12/56

II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

II.1.1 Tính Toán Phân Tích Tĩnh Kết Cấu

Đối với kết cấu chân đế có chu kỳ dao động riêng nhỏ hơn 3s thì ảnh hƣởng của

thành phần lực quán tính là không đáng kể và có thể bỏ qua khi tính toán. Sự phân

tích này thƣờng đƣợc sử dụng trong tính toán sơ bộ, cũng có thể sử dụng để tính

toán công trình tƣơng đối cứng và không yêu cầu tính chính xác cao, khi đó ta có

bài toán tựa tĩnh.

Bài toán tựa tĩnh là bài toán mà vế trái không kể đến ảnh hƣởng của lực quán tính,

vế phải là véctơ tải trọng đƣợc coi là tải trọng tựa tĩnh.

Do đó phƣơng trình cân bằng của bài toán tựa tĩnh đƣợc viết gọn nhƣ sau:

K.X=R (CT.1)

Trong đó:

- K: Ma trận độ cứng của kết cấu

- X: Ma trận chuyển vị của kết cấu

- R: Vectơ tải trọng dƣợc coi là tựa tĩnh

Bằng cách giải phƣơng trình (CT.1) ta tìm đƣợc nội lực tĩnh của hệ (NLt), ảnh

hƣởng động của hệ đƣợc kể đến thông qua hệ số Kđ trong biểu thức xác định nội

lực động NLđ:

- NLđ = NLt x kđ

- Kđ : Hệ số

Trong đó:

- ω: Tần số dao động riêng của sóng, rad/s.

- ω1:Tần số dao động riêng ứng với dao động riêng thứ nhất

- T1 : Chu kỳ dao động riêng ứng với dao động riêng thứ nhất, s.

- : Hệ số cản của môi trƣờng.

HƯỚNG DẪN


Trang 13/56

Hình II.1 Đồ thị biểu thị hệ số Kđ

Công thức xác định chu kỳ và tân số dao động.

HƯỚNG DẪN


Trang 14/56

II.1.2 Tính Toán Động Lực Học Công Trình

Đối với các công trình có tần số dao động riêng gần với tần số dao động của tải

trọng sóng ( T0 > 3s). Trong những điều kiện này cần phải kiểm tra động đối với

công trình sau khi đã đƣợc tính toán với bài toán tĩnh, để đánh giá khả năng làm

tăng ứng suất do đặc điểm động của tác động bên ngoài.

Phƣơng pháp luận để giải bài toán động lực học công trình có thể giải theo một

trong 3 cách sau:

- Phƣơng pháp phân tích “mode” ( phƣơng pháp chồng nghiệm).

- Phƣơng pháp giải theo miền thời gian.

- Phƣơng pháp giải theo miền tần số.

II.1.2.1 Phƣơng trình động lực học tổng quát

Bài toán động lực học công trình có dạng tổng quát ban đầu:

[K].{x} + [C].{x'} + [M].{x''} = [F]

Trong đó:

[K], [C], [M], [F] là các ma trận độ cứng, ma trận cản, ma trận chuyển vị, ma trận

lực của hệ kết cấu

{x}, {x'}, {x"}: là vecto chuyển vị, vận tốc, gia tốc của kết cấu.

F(t): vectơ tải trọng sóng

Việc xây dựng mô hình của bài toán động lực học có thể thực hiện dƣới các dạng

khác nhau, tuỳ theo sự mô tả tải trọng sóng Ft dƣới một trong các dạng sau:

Ft : Lực sóng là tựa tĩnh, tƣơng ứng với bài toán tĩnh.

Ft : Lực sóng là động tiền định, tƣơng ứng với bài toán động tiền định.

Ft : Lực sóng là động ngẫu nhiên, tƣơng ứng với bài toán động ngẫu nhiên.

Hình II.2 Một dạng dao động

HƯỚNG DẪN


Trang 15/56

II.1.2.2 Phƣơng pháp phân tích theo các dạng dao động riêng

Phƣơng pháp phân tích theo các dạng dao động riêng (phƣơng pháp chồng mode),

là phƣơngpháp đƣa bài toán xuất phát n bậc tự do về m bài toán một bậc tự do dựa

trên tính trực giao của các dạng dao động riêng (trong đó m là số dạng dao động

riêng ban đầu có ý nghĩa).

Phƣơng pháp chồng mode chỉ áp dụng với hệ tuyến tính.

II.1.2.3 Phƣơng pháp giải theo miền tần số

Phƣơng pháp giải theo miền tần số dùng phép biến đổi toán học (biến đổi Fourier để

loại trừ biến thời gian ra khỏi phƣơng trình xuất phát) và xuất hiện biến mới là tần

số ω, sau đó giải bài toán với biến mới và cuối cùng nhờ phép biến đổi Fourier ta

đƣợc nghiệm của bài toán theo biến thời gian.

Phƣơng pháp giải theo miền tần số cũng chỉ giải đƣợc đối với hệ tuyến tính.

II.1.2.4 Phƣơng pháp giải trên miền thời gian

Phƣơng pháp giải trên miền thời gian (còn gọi là phƣơng pháp tích phân theo bƣớc

thời gian) là phƣơng pháp số để tích phân trực tiếp theo biến thời gian

với phƣơng trình vi phân của bài toán động trong đó biến thời gian t đƣợc phân tích

thành từng bƣớc thời gian đều nhau, với thuật toán tổng quát nhƣ sau:

1. Chuyển phƣơng trình vi phân xuất phát với biến liên tục t về hệ phƣơng trình

sai phân với biến thời gian t đã đƣợc rời rạc hoá (0,....,t) trong đó t là khoảng

thời gian cần quan sát đối với các phản ứng động của hệ.

2. Giải phƣơng trình sai phân theo phƣơng pháp truy hồi.

3. Thuật toán truy hồi đòi hỏi phải giả thiết các điều kiện ban đầu về chuyển vị

u0, vận tốc, gia tốc.

4. Có nhiều dạng khác nhau của phƣơng pháp tích phân theo miền thời gian tuy

nhiên ba dạng sau là phổ biến nhất:

a) Phƣơng pháp sai phân trung tâm.

b) Phƣơng pháp Winson-.

c) Phƣơng pháp Newmark.

Chi tiết các phƣơng pháp và cơ sở lý thuyết bài toán động, bạn đọc tìm hiểu thêm ở

các tài liệu tham khảo mục tài liệu tham khảo.

HƯỚNG DẪN


Trang 16/56

II.2 TỔNG QUAN CÁCH THAO TÁC TRONG SACS5.6

Có 02 bƣớc cần thực hiện trong bài toán phân tích động kết cấu công trình biển

(dynamic analysis) bao gồm:

1. Tuyến tính hóa nền đất – bƣớc 1.

2. Phân tích động kết cấu công trình biển – bƣớc 2.

Hình II.3 Tổng quan mô hình phân tích dynamic giàn TL-DD

Mỗi bƣớc sẽ có những thao tác tƣơng ứng, dƣới đây là những trình bày chi tiết

1 A

B

Helideck EL(+)27000mm

Weather Deck EL(+)24500mm

Main Deck EL(+)17500mm

Jacket Horizontal Framing EL(+)5300mm

Jacket Horizontal Framing EL( - )13000mm

2

Mezzanine Deck

EL(+)21500mm

Wellhead Access Platform EL(+)20000mm

Sub-main Deck EL(+)13000mm

EL( Jacket Horizontal Framing

- )31000mm



C

HƯỚNG DẪN


Trang 17/56

II.3 TUYẾN TÍNH HÓA NỀN ĐẤT – BƯỚC 1

Để thực hiện bƣớc tuyến tính hóa nền đất trong sacs, bạn đọc cần chuẩn bị 02 file

đầu vào bao gồm:

1. PSI – số liệu địa chất đầu vào

2. Sacinp – file sacs đầu vào

Chi tiết xem hƣớng dẫn dƣới đây:

II.3.1 Tạo file địa chất (PSI).

PSI là file chứa các thông tin về địa chất tại nơi xây dựng công trình.

Số liệu địa chất đầu vào, bạn đọc lấy từ hồ sơ địa chất của dự án đƣợc cung cấp bởi

chủ đầu tƣ (Tài liệu Metocean).

Một số thông tin cơ bản về file đầu vào địa chất psi:

Trong bài toán phân tích động có 02 phần tử liên quan giữa psi và sacinp là phần tử

cọc và conductor (nếu có).

Cọc và conductor ở dƣới đáy biển đƣợc mô tả là các phần tử dầm - cột. Trong khi

nền đất đƣợc mô hình hóa nhƣ các lò xo làm việc phi tuyến tính.

Độ cứng của các lò xo thay đổi theo từng lớp đất, đƣợc thể hiện bởi các đƣờng P-y,

T-z và Q-z.

Trong đó:

- P – y : lò xo theo phƣơng ngang, mô tả chuyển vị và phản lực tƣơng đối giữa cọc

và đất theo phƣơng ngang (chuyển vị ngang và áp lực bị động).

- T – z : lò xo theo phƣơng đứng mô tả sự làm việc theo phƣơng đứng giữa cọc và

đất (chuyển vị đứng và ma sát thành cọc).

- Q – z : lò xo theo phƣơng đứng, mô tả chuyển vị và phản lực đầu cọc (chuyển vị

đứng và phản lực đầu cọc).

Có 02 cách xác định các quan hệ P-y, T-z và Q-z, gồm thí nghiệm trực tiếp và dựa

trên lý thuyết API RP-2A WSD.

Sau khi có đƣợc các bộ số liệu về P-y, T-z và Q-z, bạn đọc nhập các thông này vào

phần mềm sacs dƣới dạng file có tên psi* bằng các thao tác nhƣ sau:

1. Chọn biểu tƣợng “data generator”

2. Chọn “create new data file”

3. Chọn “Ok’ để tiếp tục

4. Chọn tab “static”

5. Chọn “Pile Soil Interaction Input File”

6. Chọn “Ok” để tiếp tục

7. Chọn hệ đơn vị “Metric – Force in kilograms”

8. Chọn “Ok” tiếp tục

9. Chọn “Insert Input File”

10. Nhập chọn các câu lệnh và nhập thông tin đầu vào

11. Chọn “Ok” để hoàn thành

HƯỚNG DẪN


Trang 18/56

Hình II.4 Hướng dẫn tạo file PSI

HƯỚNG DẪN


Trang 19/56

Hình II.5 Một ví dụ về cách nhập PSI

Trong đó: hình 1 là thông số đầu vào từ hồ sơ địa chất, hình 2 và 3 là các dòng lệnh

đã nhập vào trong psi*

HƯỚNG DẪN


Trang 20/56

Ngoài ra, trong nội dung file PSI còn chứa các thông tin về cọc bao gồm bề dầy,

đƣờng kính và chiều sâu cọc ngập trong đất, các thông tin đƣợc khai báo bằng các

câu lệnh mô tả nhƣ sau:

Hình II.6 Thông tin Cọc trong PSI

HƯỚNG DẪN


Trang 21/56

Trong đó:

1. PL1 là Pile

Group (ký hiệu

nhóm cọc)

2. P901 là điểm

gán liên kết

điều kiện biên

Pilehead là

điểm tại

mudline, kết

nối cọc trên

mặt đất và dƣới

mặt đất

3. P701 là điểm

đầu cọc hay

còn gọi là

working point,

điểm liên kết

giữa cọc và

topside.

4. Sol1 là ký hiệu

ID các lớp địa

chất khai báo

trong psi mà

cọc đi qua.

Hình II.7 Thông tin cọc trong PSI

Một ví dụ về các ký hiệu thông tin cọc trong file đầu vào địa chất psi*

HƯỚNG DẪN


Trang 22/56

Sau khi nhập xong các dữ liệu về địa chất và thông số của cọc, conductor. Bạn đọc

có thể kiểm tra nhanh các thông số:

1. Biểu đồ quan hệ T-Z, Q-Y, P-Y

2. Đồ thị địa chất

3. Sức chịu tải của cọc và đồ thị tải trọng cọc theo nền đất

4. Kiểm tra lỗi trong quá trình nhập số liệu

Xem thêm cách nhập psi trên forum:

1/ Thắc mắc về PSI

http://offshorevn.com/showthread.php?7477-Thac-mac-ve-file-PSI

2/ File Superelement trong SACS

http://offshorevn.com/showthread.php?7321-File-Superelement-trong-SACS

3/ Số liệu PSI - Một cách nhập

http://offshorevn.com/showthread.php?1502-So-lieu-PSI-Mot-cach-nhap

Các thao tác thực hiện trình bày theo bảng dƣới đây:

1.Kích chuột phải vào

file psi vừa tạo đƣợc

2.Chọn “View with

chartvue” (hình 1)

3.Chọn “Create Soil

Plot” (hình 2)

4.Chọn “Create Pile

Capacity Plot” (hình 3)

5.Chọn “Create Pile

Load Plot” (hình 4)

Noted: các đồ thì tƣơng

ứng sẽ cung cấp cho bạn

đọc các thông tin sơ bộ

về sự hợp lý của địa chất

và chiều sâu cọc thiết kế.

Một căn cứ quan trọng

để xác định chiều dài cọc

thiết kế cho bài toán

inpalce.

http://offshorevn.com/showthread.php?7477-Thac-mac-ve-file-PSI

http://offshorevn.com/showthread.php?7321-File-Superelement-trong-SACS


HƯỚNG DẪN


Trang 23/56

HƯỚNG DẪN


Trang 24/56

Hình II.8 Kiểm tra thông số đầu vào PSI

HƯỚNG DẪN


Trang 25/56

II.3.2 Sacinp - Tạo file sacs đầu vào

Các bƣớc thực hiện để tạo sacinp bƣớc tuyến tính hóa nền đất

1. Tạo và lựa chọn tổ hợp tải trọng

2. Khai báo phần tử flooded và non-flooded

3. Gán điều kiện biên

II.3.2.1 Tạo và lựa chọn tổ hợp tải trọng

File sacs đầu vào bài toán phân tích động hoàn toàn tƣơng tự bài toán inplace, đối

với bài toán dynamic, bạn đọc chỉ cần thêm 04 trƣờng hợp tổ hợp tải trọng tƣơng

ứng với 4 hƣớng chính tới công trình nhƣ sau:

Lƣu ý:

1. Mực nƣớc tính toán lấy bằng mực nƣớc trung bình (68.1m)

2. Dƣới đây chỉ trình bày điều kiện operating (bạn đọc thao tác tƣơng tự cho

trƣờng hợp storm)

3. Hệ số tổ hợp lấy theo basic of design, riêng hệ số cho tải trọng sóng lấy

tƣơng đối vì hệ số chính xác sẽ đƣợc tính tƣơng ứng với hệ số DAF xác định

sau này..

4. Mass là tổ hợp tải trọng dùng cho bƣớc phân tích tiếp theo

LCOMB

***********************************************************************

LCOMB 1IO1 1A1.0000 21.1500 2A1.1000 2B1.1000 31.1700 41.1700

LCOMB 1IO1 51.0000 61.0000 71.1700 81.1700 91.1000 101.0000

LCOMB 1IO1 111.0000 121.0000 131.0000 151.0000 161.0000 171.1700

LCOMB 1IO1 181.0000 201.0000 211.0000 231.0000 241.1700 261.0000

LCOMB 1IO1 281.0000 311.0000JT011.1500RIS11.1500RIS21.1500RIS31.1500

LCOMB 1IO1 1011.2000

*

LCOMB 1IO3 1A1.0000 21.1500 2A1.1000 2B1.1000 31.1700 41.1700

LCOMB 1IO3 51.0000 61.0000 71.1700 81.1700 91.1000 101.0000

LCOMB 1IO3 111.0000 121.0000 131.0000 151.0000 161.0000 171.1700

LCOMB 1IO3 181.0000 201.0000 221.0000 231.0000 241.1700 261.0000

LCOMB 1IO3 271.0000 311.0000JT011.1500RIS11.1500RIS21.1500RIS31.1500

LCOMB 1IO3 1031.2000

*

LCOMB 1IO5 1A1.0000 21.1500 2A1.1000 2B1.1000 31.1700 41.1700

LCOMB 1IO5 51.0000 61.0000 71.1700 81.1700 91.1000 101.0000

LCOMB 1IO5 111.0000 121.0000 131.0000 151.0000 161.0000 171.1700

LCOMB 1IO5 181.0000 201.0000 21-1.000 231.0000 241.1700 261.0000

LCOMB 1IO5 28-1.000 311.0000JT011.1500RIS11.1500RIS21.1500RIS31.1500

LCOMB 1IO5 1051.2000

HƯỚNG DẪN


Trang 26/56

*

LCOMB 1IO7 1A1.0000 21.1500 2A1.1000 2B1.1000 31.1700 41.1700

LCOMB 1IO7 51.0000 61.0000 71.1700 81.1700 91.1000 101.0000

LCOMB 1IO7 111.0000 121.0000 131.0000 151.0000 161.0000 171.1700

LCOMB 1IO7 181.0000 201.0000 22-1.000 231.0000 241.1700 261.0000

LCOMB 1IO7 27-1.000 311.0000JT011.1500RIS11.1500RIS21.1500RIS31.1500

LCOMB 1IO7 1071.2000

*

LCOMB MASS 21.1500 2A1.1000 2B1.1000 31.1700 41.1700

LCOMB MASS 51.0000 61.0000 71.1700 81.1700 91.1000 101.0000

LCOMB MASS 111.0000 121.0000 131.0000 151.0000 161.0000 171.1700

LCOMB MASS 181.0000 201.0000 211.0000 231.0000 241.1700 261.0000

LCOMB MASS 281.0000 311.0000JT011.1500RIS11.1500RIS21.1500RIS31.1500

Bảng II.1 : Hướng dẫn nhập thông số Sóng phân tích động

Note: Mass là tổ hợp tải trọng dùng cho bƣớc phân tích tiếp theo.

Trong đó, ký hiệu từng loại tải trọng đƣợc định nghĩa theo bảng dƣới đây:

Bảng II.2 : Chú thích ký hiệu tải trọng

Load Label Description

RIS* Riser Operating Load

JT0* Jtube Operating Load

1A Computer Generated Selfweight

2A Jacket Appurtenance Dead Weight

2B Boatlanding Appurtenance Dead Weight

2 Topside Appurtenance Dead Weight

3 Equipment Dry Weight

4 Piping Dry Weight

5 Equipment Operating Weight

6 Piping Operating Weight

7 Electrical Bulk Weight

8 Instrument Bulk Weight

9 Coil Tubing Equipment Weight

10 Open Area Live Load at Weather Deck (12.0 kPa)

11 Open Area Live Load at Mezzanine Deck (7.5 kPa)

HƯỚNG DẪN


Trang 27/56

Load Label Description

12 Open Area Live Load at Main Deck (10.0 kPa)

13 Open Area Live Load Sub Main Deck (7.5 kPa)

15 Laydown Area Live Load (15 kPa)

16 Walkway and Escape Route Live Load (5 kPa)

17 Dry Weight of Future Facilities

18 Operating Weight of Future Facilities

20 Helicopter Maximum Take-Off Weight

21 Helicopter landing lateral load in +x dir.

22 Helicopter landing lateral load in +y dir.

23 Helideck Open Area Live Load (0.5 kPa)

24 Crane Self weight

25 Crane Boom Weight at Boom Rest

26 Crane Maximum Vertical Thrust + Slewing Moment

27 Crane otm w/ boom along (+)y dir. + horizontal load

28 Crane otm w/ boom along (+)x dir. + horizontal load

31 Jacket Walkway Live Load

101 Tải trọng sóng, dòng chảy và gió điều kiện Operating hƣớng 00




1OI1 Tổ hợp các trƣờng hợp tải trọng tới công trình hƣớng 00




MASS Tổ hợp tải trọng bản thân kết cấu, thiết bị và piping, phụ kiện

HƯỚNG DẪN


Trang 28/56

Dƣới đây là một ví dụ về tổ hợp tải trọng 1IO1 để bạn đọc dễ hình dung

Hình II.9 Ví dụ về trường hợp tổ hợp tải trọng 1IO1

HƯỚNG DẪN


Trang 29/56

Sau khi tạo đƣợc đƣợc các tổ hợp tải trọng cần thiết, bạn đọc chọn các load case cần

thiết sử dụng trong bài toán bằng dòng lệnh loadcase selection (LCSEL) nhƣ sau:

Lựa chọn các tổ hợp tải trọng dùng trong

phân tích tuyến tính hóa nền đất dạng

“DYNA” Trong file sacsinp

Trong đó DY là DYNA – convert to mass

for dynami characteristics

(câu lệnh tƣơng tự nhƣ trong cac bài toán

lifting, load-out và transportation đã trình

bày)

Hình II.10 Hướng dẫn lựa chọn tải trọng phân tích động

HƯỚNG DẪN


Trang 30/56

Tiếp theo bạn đọc khai báo các tổ hợp tải trọng tƣơng ứng vào trong file PSI để liên

kết và kể đến sự ảnh hƣởng của các tổ hợp tải trọng giữa 02 file psi và sacinp, cấu

trúc lệnh chi tiết nhƣ sau:

Lựa chọn các tổ hợp tải

trọng dùng trong phân

tích tuyến tính hóa nền

đất dạng “AVG –

Selected Pilehead loads

and deflection are

averaged” và “Load

cases specified are to be

used in superelements

creations” trong file psi

Hình II.11 Hướng dẫn liên kết 02 file giữa psi và sacinp

HƯỚNG DẪN


Trang 31/56

II.3.2.2 Kiểm tra phần tử Flooded và non-Flooded

Việc khai báo member dạng ngập nƣớc (Flooded) hoặc không ngập nƣớc (None –

Flooded) có ảnh hƣớng rất lớn tới tải trọng bản thân kết cấu trong tuyến tính hóa

nền đất cũng nhƣ phân tích động, việc quan tâm tới thông số này giúp kết quả phân

tích đƣợc chính xác và phù hợp với điều kiện làm việc thực tế tƣơng ứng với mỗi

trƣờng hợp đang xét.

Bƣớc tuyến tính hóa nền đất (supper-element), các phần tử sau đƣợc khai báo ở

dạng Flooded:

1. Leg

2. Pile

3. Conductor

4. Caisson, WBP, WBC, Riser and Jtube (wishbone – phần tử)

Tham khảo: http://offshorevn.com/showthread.php?1499-Member-Flooded-va-

Non-Flooded&highlight=flooded

Các thao tác trong Sacs để gán phần tử là flooded hoặn non-flooded chi tiết nhƣ sau:

Có 03 cách khai báo member dạng flooded hoặc non-flooded:

1. Sử dụng chức năng datagen

2. Thao tác trực tiếp trong model

3. Sử dụng member group overwrite

Sau đây là chi tiết từng loại thao tác kể trên.

Cách 1: Sử dụng chức năng Datagen Để sử dụng chức năng datagen bạn đọc cần thực hiện các thao tác theo thứ tự nhƣ

sau:

1. Mở file sacs đầu vào (sacinp) dƣới dạng datage

2. Tìm tới khu vực chƣa member group (GRUP)

3. Tùy chỉnh member là dạng Flooded (F) hoặc Non-Flooded (N) nhƣ hình ở

dƣới đây (note 1)

4. Cuối cùng “save” để hoàn thành.

Noted 1:

Bạn đọc có thể nhập trực tiếp (F) hoặc (N) ở ảnh phía trên hoặc nhập (yes) hoặc

(no) ở ảnh phía dƣới trong ảnh minh họa dƣới đây.

Noted 2:

Với cách làm này, ngƣời dùng cần nhớ chính xác tên của những nhóm phần tử

(member group), ví dụ nhƣ Leg là LG*, Pile là PL*, Conductor là CN*… nhằm tiết

kiệm thời gian trong các thao tác Sacs.

http://offshorevn.com/showthread.php?1499-Member-Flooded-va-Non-Flooded&highlight=flooded


HƯỚNG DẪN


Trang 32/56

Cách khai báo trong chức năng datagen.

Hình II.12 Hướng dẫn gán member Flooded hoặc non-Flooded cách 1

HƯỚNG DẪN


Trang 33/56

Cách 2: Thao tác trực tiếp trong model

Bên cách sử dụng chức năng datagen, ngƣời dùng còn có thể thao tác trực tiếp trong

model bằng các thứ tự dƣới đây:

1. Chọn tab “Members”

2. Chọn member thuộc dạng Flooded hoặc non-flooded để hiệu chỉnh (note 1)

3. Chọn “Edit” để tiếp tục

4. Tích (v) nếu member dạng flooded hoặc tích bỏ nếu member dạng non-

flooded

5. Tích “Apply” để hoàn thành

Note 1:

Lý thuyết về phần tử flooded và non-flooded bạn đọc tìm hiểu thêm ở Chƣơng 1

“Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng Sacs phần modeling” – cùng tác giả.

Note 2:

Bạn đọc thao tác hoàn toàn tƣơng tự cho các member khác.

Note 3:

Ƣu điểm của cách này là thao tác trực quan và dễ sử dụng, nhƣợc điểm là mất nhiều

thời gian thao tác cho cùng một chức năng nhƣ nhau.


HƯỚNG DẪN


Trang 34/56

Cách 3: Sử dụng member group overwrite

Một trong những cách phổ biến thƣờng đƣợc áp dụng là sử dụng chức năng member

group overwrite, với cách làm này bạn đọc không cần phải thao tác qua nhiều bƣớc

nhƣ 02 cách kể trên và không làm thay đổi thông tin về các phần tử member trong

file sacinp đầu vào ban đầu.

Ngƣời ta thƣờng sử dụng chức năng này trong bƣớc phân tích dynamic khi có file

dyninp (file đầu vào của bài toán dynamic)

Hƣớng dẫn thao tác trong sacs:

1. Mở dyninp dạng datagen

2. Chọn dòng lệnh “GROVR”

3. Nhập các group member dạng flooded

hoặc non-flooded (note 1)

4. Chọn “Apply” or “Save” để hoàn thành

Noted 1:

Nếu member dạng Flooded chọn “FL”

Nếu member dạng Non-Flooded chọn “NF”

Note 2: Sử dụng cách 3, bạn đọc không cần

đụng tới sacinp, chỉ cần hiệu chỉnh gián tiếp

qua dyninp, tức vẫn đạt đƣợc mục đích và

không ảnh hƣởng tới sacinp cho các bài toán

phân tích khác.


HƯỚNG DẪN


Trang 35/56

II.3.2.3 Gán điều kiện biên sacinp

Điều kiện biên sacinp trong bƣớc tuyến tính hóa nền đất hoàn toàn tƣơng tự bài toán

phân tích inplace, các thao tác để gán điều kiện biên cho bài sacinp nhƣ sau:

1. Chọn tab “Display”

2. Chọn biểu tƣợng “Plane”

3. Chọn tab “XY Structural Plane”

4. Nhập cao độ mud-line (EL (-)68.1)

5. Chọn “Apply” để tiếp tục

6. Chọn tab “Joint”

7. Chọn biểu tƣợng “Fixities”

8. Chọn điểm cần gán (note 1)

9. Chọn kiểu liên kết

10. Chọn “apply” để hoàn thành

Note 1:

Điểm gán liên kết “pilehead” là điểm kết thúc thuộc phẩn từ cọc và conductor

(trong mặt phẳng mudline)

Note 2:

Liên kết tại điểm kết thúc của phần tử J-tube và riser là liện kết dạng “110000”

Note 3:

Bạn đọc thực hiện hoàn toàn tƣơng tự cho các nút còn lại.

HƯỚNG DẪN


Trang 36/56

Hình II.15 Điều kiện biên sacinp bước superelement

HƯỚNG DẪN


Trang 37/56

Để xem kết quả sau khi gán, bạn đọc thực hiện nhƣ sau:

1. Chọn biểu tƣợng “Labeling”

2. Chọn tab “Joints”

3. Chọn tab “Fixity”

4. Chọn “Apply’ để xem kết quả

Hình II.16 Điều kiện biên sacinp bước superelement

HƯỚNG DẪN


Trang 38/56

II.3.3 Cài đặt bước chạy tuyến tính hóa nền đất – bước 1

Các thao tác cài đặt chạy bƣớc tuyến tính hóa nền đất nhƣ sau:

Hình II.17 Hướng dẫn cài đặt “run” tuyến tính hóa nền đất

Trong đó:

1. Chọn type “static”

2. Chọn sub-type “Static Analysis With Pile/Soil Interaction”

3. Chọn Sacs Model File (xem II.3.2)

4. Chọn PSI Input File (Xem II.3.1)

Noted 1: Hai file đầu ra là “seaoci.C5” và “dynsef.C5” là 02 file quan trọng đƣợc sử

dụng trong các phân tích tiếp theo.

Noted 2: Trong các file output, bạn đọc chỉ nên giữ lại 02 file là“seaoci.C5” và

“dynsef.C5”, các file khác có thể tích delete (x)

HƯỚNG DẪN


Trang 39/56

II.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG KẾT CẤU – BƯỚC 2

Sau khi tuyến tính hóa nền đất bạn đọc tiếp tục bƣớc phân tích động (dynamic

analysis) để xác định chu kỳ dao động riêng của kết cấu một thông tin quan trọng

cho bài toán inplace.

Các thao tác cần thực hiện bao gồm:

1. Tạo file đầu vào phân tích dynamic “dyninp”

2. Gán member group dạng flooded hoặc non-flooded (note 1)

3. Tạo file sacinp phân tích động (note 2)

4. Gán điều kiện biên “222000”

5. Tiến hành phân tích “run”

Note 1:

Các phần tử flooded và non-flooded có khác đôi chút so với bài toán bƣớc tuyến

tính hóa nền đất, theo đó quá trình Dynamic, các phần tử sau đƣợc khai báo ở dạng

Non-Flooded:

Pile

Conductor

WBP, WBC (wishbone – phần tử)

Các bƣớc thực hiện hoàn toàn tƣơng tự nhƣ bƣớc tuyến tính hóa nền đất (bƣớc 1),

tác giả sẽ không giới thiệu lại ở bƣớc 2

Tham khảo:

1/http://offshorevn.com/showthread.php?1499-Member-Flooded-va-Non-

Flooded&highlight=flooded

2/http://offshorevn.com/showthread.php?7314-Phan-tu-Flooded-va-Non-

Flooded&highlight=flooded

Note 2:

Copy file “seaoci” tạo ra ở bƣớc 1 làm đầu “sacinp” cho bƣớc 2 với một số hiệu

chỉnh nhƣ xóa tải trọng không cần thiết, gán điều kiện biên…

Sau đây là chi tiết thực hiện các bƣớc kể trên.



http://offshorevn.com/showthread.php?7314-Phan-tu-Flooded-va-Non-Flooded&highlight=flooded

http://offshorevn.com/showthread.php?7314-Phan-tu-Flooded-va-Non-Flooded&highlight=flooded

HƯỚNG DẪN


Trang 40/56

II.4.1 Tạo file dyninp

“Dyninp” là file số liệu đầu vào (file điều kiện) cho bài toán dynamic chứa thông tin

về số modes dao động riêng, phần tử dạng flooded hoặc non-flooded nếu có…, Các

thao tác để tạo dyninp nhƣ sau:

1. Tích vào biểu tƣợng “Data generator” trên màn hình chính

2. Chọn “Create new data file”


4. Chọn tab “Dynamic”

5. Chọn dòng lệnh “dynpac input file”

6. Chọn “Ok” đề tiếp tục

7. Chọn tab “Insert input line”

8. Chọn dòng lệnh “DYNOPT” (Chi tiết xem mục II.5.4)


10. Chọn dòng lệnh “GROVR” (note 1)

11. Chọn “Ok” để kết thúc

Note 1:

Các member có dạng non-flooded trong quá trình phân tích dynamic sẽ đƣợc

overwrite bằng dòng lệnh “GROVR” nhƣ đã trình bày trong Hình II.14

Các thao tác chi tiết mô tả bằng hình ảnh nhƣ sau:

HƯỚNG DẪN


Trang 41/56

Hình II.18 Hướng dẫn khởi tại file dynpac

HƯỚNG DẪN


Trang 42/56

Sau đó bạn đọc nhập các thông tin trong file “dyninp” theo hình dƣới đây, việc

overwrite member group là flooded hoặc non-flooded bạn đọc thực hiện trong bƣớc

này với các hƣớng dẫn đã trình bày ở Hình II.14

Các member đƣợc gán non-flooded trong bƣớc dynamic bao gồm:

Piles (PL*)

Conductor (CN*)

Wishbone (W*)

Kết quả đạt đƣợc biểu diễn ở hình dƣới đây:

HƯỚNG DẪN


Trang 43/56

Hình II.19 Hướng dẫn tạo file dynpac

HƯỚNG DẪN


Trang 44/56

Noted:

Dòng lệnh “JTWGT” là dòng lệnh gán

khối lƣợng các support/clamp tại vị trí

liên kế của riser/Jtube với kết cấu

Jacket.

(Lƣu ý: Các tải trọng này có thể chƣa

đƣợc khai báo trong mô hình sacinp,

việc gán thêm ở dynpac vì cán bộ thiết

kế không muốn thao tác gán lại khối

lƣợng sau khi đã thực hiện xong bƣớc

tuyến tính hóa nền đất)

Hình II.20 Gán tải trọng là khối lượng support/clamp

HƯỚNG DẪN


Trang 45/56

II.4.2 Sacinp phân tích động – bước 2

Copy file “seaoci” đƣợc tạo ra từ bƣớc tuyến tính hóa nền đất bƣớc 1 làm sacinp

bƣớc phân tích động (bƣớc 2) với một số hiệu chỉnh nhƣ sau:

1. Xóa bỏ các tải trọng không liên quan (note 1)

2. Gán điều kiện biên “222000” (xem II.4.3)

Note 1:

Chỉ giữ lại tải trọng MASS

Kết quả đạt đƣợc nhƣ hình dƣới đây:

Hình II.21 Sacinp phân tích động

HƯỚNG DẪN


Trang 46/56

II.4.3 Gán điều kiện biên “222000”

Ngoài các điều kiện biên thông thƣờng (pilehead, spring…), sacinp dùng cho phân

tích động cần thêm điều kiện biên dạng “222000”

Điều kiện biên “222000” là một dạng ký hiệu riêng trong sacs dùng cho bài toán

dynamic, đƣợc hiểu nhƣ điểm chính (Master Joints) mà tại đó khối lƣợng dao động

đƣợc quy về.

Các thao tác để gán điều kiện biên “222000” hoàn toàn tƣơng tự nhƣ cách gán điều

kiện biên cho các bài toán phân tích khác

Tuy nhiên sẽ có rất nhiều vị trí điểm đƣợc gán điều kiện biên “222000” ở cả topside

và Jacket, những điểm đƣợc gán là những điểm chính “primary” mà tại đó quy tụ

nhiều member giao cắt nhau.

Các thao tác cơ bản bao gồm:

1. Chọn tab “Joint”

2. Chọn biểu tƣợng “Fixities”

3. Chọn điểm cần gán điều kiện biên

4. Nhập giá trí điều kiện biên “222000”

5. Chọn “Apply” để hoàn thành

Làm hoàn toàn tƣơng tự cho các master joint còn lại, kết quả đƣợc mô tả ở hình

dƣới đây:

HƯỚNG DẪN


Trang 47/56

Sau khi hoàn thành gán liên kết

điều kiện biên “222000” cho model

kết quả đạt đƣợc.

Hình II.22 Hướng dẫn gán điều kiện biên “222000”

HƯỚNG DẪN


Trang 48/56

II.4.4 Cài đặt phân tích dynamic – bước 2

Để chạy bài toán dynamic, bạn đọc thao tác theo các bƣớc đơn giản sau đây:

1. Chọn type “Dynamic”

2. Chọn sub-type “Extract Mode Shapes”

3. Chọn Sacs Model File (Xem mục II.4.2)

4. Chọn Supperelement File (note 1)

5. Chọn Dynpac Input File (Xem mục II.4.1)

Note 1: Supperelement File là file đƣợc tạo ra ở bƣớc tuyến tính hóa nền đất bƣớc 1

Hình II.23 Hướng dẫn cài đặt phân tích động kết cấu – Bước 2

HƯỚNG DẪN


Trang 49/56

II.5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

II.5.1 Hướng dẫn xem kết quả bài toán động

Sau khi phân tích động kết cấu, bạn đọc xác định đƣợc thông tin về tần số và chu kỳ

dao động riêng của kết cấu theo hƣớng dẫn sau đây:

HƯỚNG DẪN


Trang 50/56

Hình II.24 Hướng dẫn xem kết quả Chu kỳ Dao động riêng

Các thao tác trong Sacs giúp bạn đọc xem thông tin về tân số và chu kỳ dao động

riêng của kết cấu (kết quả từ bƣớc 2)

1. Double kick vào File “dynlst”

2. Chọn tab “Edit”

3. Chọn Find hoặc nhấn F2

4. Gõ chữ “Period” để search

5. Chọn “Find next” để xem kết quả

Kết quả xem đƣợc có dạng nhƣ hình thứ 3 ở trên, trong đó tần số và chu kỳ dao

đông riêng 03 modes đầu tiên của kết cấu có giá trị nhƣ bảng sau đây:

Bảng II.3 : Kết quả tần số và chu kỳ dao động riêng kết cấu

Mode Description Natural Frequencies

(Hz)

Natural Periods

(seconds)

1 1st Y-bending mode 0.357 2.804

2 1st X-bending mode 0.423 2.366

3 1st

Torsion Mode 0.769 1.300

Bảng II.3 thể hiện kết quả về tần số và chu kỳ dao động riêng của 03 modes, đây là

những thông tin quan trọng để xác định hệ số DAF cho bài toán inplace.

HƯỚNG DẪN


Trang 51/56

II.5.2 Hướng dẫn xem kết dao động bằng hình ảnh

Các thao tác trong Sacs giúp bạn đọc xem dao động bằng hình ảnh:

1. Double kick vào File “psvdb.tl-dynamic”

2. Chọn tab “Display”

3. Chọn tab “Shape”

4. Tích vào ô “Animation of shape”

5. Chọn “Ok” để xem kết quả

Hình II.25 Hướng dẫn xem kết quả Dao động bằng hình ảnh

HƯỚNG DẪN


Trang 52/56

Kết quả hiện thị trên hình là các giá trị tần số và chu kỳ đao động riêng của kết cấu

modes đầu tiên, các giá trị về chuyển vị.

Để xem modes tiếp theo, bạn đọc thực hiện theo hƣớng dẫn:

1. Chọn biểu tƣợng lên xuống ở tab heading (note 1)

2. Chọn biểu tƣợng “Activate the next load case”

Note 1:

Bạn đọc kích tới khi xuất hiện tab “Load” thì dừng lại thực hiện bƣớc 2

Hình II.26 Hướng dẫn xem kết quả Dao động bằng hình ảnh

Tham khảo: http://offshorevn.com/showthread.php?7570-cach-xem-dang-dao-dong-

rieng-trong-SACS-5-6

http://offshorevn.com/showthread.php?7570-cach-xem-dang-dao-dong-rieng-trong-SACS-5-6

http://offshorevn.com/showthread.php?7570-cach-xem-dang-dao-dong-rieng-trong-SACS-5-6

HƯỚNG DẪN


Trang 53/56

II.5.3 Tính hệ số Dynamic Amplification Factor (DAF)

Sau khi có đƣợc các giá trị về chu kỳ dao động riêng của kết, nếu giá trị dao động

riêng <3s (theo API) và 2.5s (theo DNV) thì bài toán inplace đƣợc phân tích bằng

phƣơng pháp tựa tĩnh, ngƣợc lại bài toán inplace sẽ phân tích bằng phƣơng pháp

động lực học rất phức tạp đã trình bày trong phần cơ sở lý thuyết.

Trong khuôn khổ của tài liệu hƣớng dẫn và bài toán áp dụng, chu kỳ dao động riêng

của kết cấu T1=2.804s < 3.00s.

Do đó, bài toán inplace sẽ sử dụng phƣơng pháp tựa tĩnh để phân tích và kể tới ảnh

hƣởng động thông qua hệ số động DAF đƣợc tính theo công thức nhƣ sau:

22

2

41/1Tw

Ts

Tw

TsDAF

Trong đó:

Ts : Chu kỳ dao động riêng của kết cấu

Tw : Tần số sóng

: Hệ số Damping ratio, thƣờng lấy giá trị 0.02 – 0.03 để tính toán.

Kết quả tính đƣợc nhƣ bảng dƣới đây:

Bảng II.4 : Kết quả hệ số động DAF

Trong bài toán inplace, các hệ số tổ hợp của tải trọng môi trƣờng với các hƣớng

tƣơng ứng sẽ đƣợc lấy ở bảng trên. Đây cũng là mục đích chính của bài toán phân

tích động (dynamic)

Để an toàn ngƣời ta chỉ sử dụng 03 giá trị của 03 modes dao động đầu tiên (giá trị

max) cho việc xác định hệ số DAF.

Tƣơng tự đối với trƣờng hợp Storm condition.

HƯỚNG DẪN


Trang 54/56

II.5.4 Hướng dẫn xác định số modes phân tích dao động

Con số modes dao động riêng bằng bao nhiêu modes là đủ (number of mode), đã có

những cuộc tranh luận rất sôi động và gay gắt trên forum

Nhiều ý kiến cho rằng chỉ cần n = 10 hoặc 15 mode là đủ bởi vì có cho nhiều đi nữa

thì kết quả vẫn chỉ lấy 03 mode đầu tiên để tính toán cho các bài toán tiếp theo.

Việc lấy nhiều mode để phân tích sẽ dẫn đến máy chạy chậm.

Nhiều ý kiến cho rằng n=50 hoặc n=100 mới thể hiện hết đƣợc tính chất dao động

của kết cấu.

Trên quan điểm và kinh nghiệm của tác giả, giá trị Number of modes thƣờng lấy

bằng 100 cho bài toán fatigue, 20 tới 50 cho bài toán inplace và seismic. Giá trị này

phụ thuộc vào khối lƣợng tích lũy của kết cấu tham gia dao động,

Number of modes đƣợc lấy sao cho khoảng hơn 90% khối lƣợng kết cấu tham gia

vào quá trình dao động.

Cách kiểm chứng thông tin khi kiểm tra kết quả đầu ra file “dynlst” sau khi phân

tích bƣớc dynamic (bƣớc 2), theo hình mô tả dƣới đây.

Trong đó hệ số “Cumulative Factors” tƣơng ứng với modes thứ 50 gần bằng 1.00

điều đó có nghĩa là gần nhƣ 100% khối lƣợng kết cấu tham gia vào quá trình dao

động.

Hình II.27 Khối lượng tích lũy tham gia vào quá trình DDR của kết cấu

Noted : mở file “dynlst” và sreach chữ “Cumulative” để xem kết quả

HƯỚNG DẪN


Trang 55/56

Tham khảo:

1/ Eigen value analysis & daf computation - Procedue Sacs http://offshorevn.com/showthread.php?1456-Eigen-value-analysis-amp-daf-computation-

Procedue-Sacs

2/ Member Flooded và Non-Flooded http://offshorevn.com/showthread.php?1499-Member-Flooded-va-Non-Flooded

3/ Tính toán dao động riêng bằng phần mềm SACS 5.3 http://offshorevn.com/showthread.php?53-Tinh-toan-dao-dong-rieng-bang-phan-mem-

SACS-5-3

4/ Điều kiện biên “222000” cho master Joint http://offshorevn.com/showthread.php?1090-Dieu-kien-bien-222000-cho-master-Joint

5/ Bao nhiêu Mod thì đủ khi Chạy Dao Động riêng bằng Sacs http://offshorevn.com/showthread.php?680-Bao-nhieu-Mod-thi-du-khi-Chay-Dao-Dong-

rieng-bang-Sacs

6/ Số liệu PSI - Một cách nhập http://offshorevn.com/showthread.php?1502-So-lieu-PSI-Mot-cach-nhap

7/ Bài toán động http://offshorevn.com/showthread.php?2970-bai-toan-

dong&highlight=Ph%C6%B0%C6%A1ng+ph%C3%A1p+ch%E1%BB%93ng+MODE+d

%E1%BB%A5ng+tuy%E1%BA%BFn+t%C3%ADnh.

8/ Tạo file PSI - Create PSI http://offshorevn.com/showthread.php?1857-Tao-file-PSI-Create-PSI

http://offshorevn.com/showthread.php?1456-Eigen-value-analysis-amp-daf-computation-Procedue-Sacs

http://offshorevn.com/showthread.php?1456-Eigen-value-analysis-amp-daf-computation-Procedue-Sacs

http://offshorevn.com/showthread.php?1499-Member-Flooded-va-Non-Flooded

http://offshorevn.com/showthread.php?53-Tinh-toan-dao-dong-rieng-bang-phan-mem-SACS-5-3

http://offshorevn.com/showthread.php?53-Tinh-toan-dao-dong-rieng-bang-phan-mem-SACS-5-3

http://offshorevn.com/showthread.php?1090-Dieu-kien-bien-222000-cho-master-Joint

http://offshorevn.com/showthread.php?680-Bao-nhieu-Mod-thi-du-khi-Chay-Dao-Dong-rieng-bang-Sacs

http://offshorevn.com/showthread.php?680-Bao-nhieu-Mod-thi-du-khi-Chay-Dao-Dong-rieng-bang-Sacs


http://offshorevn.com/showthread.php?2970-bai-toan-dong&highlight=Ph%C6%B0%C6%A1ng+ph%C3%A1p+ch%E1%BB%93ng+MODE+d%E1%BB%A5ng+tuy%E1%BA%BFn+t%C3%ADnh



http://offshorevn.com/showthread.php?1857-Tao-file-PSI-Create-PSI

HƯỚNG DẪN


Trang 56/56

PHẦN III: TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hƣớng Dẫn Sử Dụng chƣơng Trình Sacs V5.2 Phần 1 – Mô Hình Kết Cấu Và

Tải Trọng - Tổng Công Ty Cp Dịch Vụ Kỹ Thuật Dầu Khí Việt Nam - Công

Ty Dịch Vụ Cơ Khí Hàng Hải (Phòng Thiết Kế).

2. Nghiên cứu Phƣơng pháp luận xác định các Phản ứng Động của chân đế Dầu

khí Biển Cố Định (DKBCĐ) chịu tác động của Sóng và Dòng chảy – Trung

tâm kỹ thuật Xây dựng Công trình Biển trƣờng ĐHXD, chủ biên: Phạm Khắc

Hùng, Phan Ý Thuận.

3. Structural Analysis Computer System – SACS Ver. 5.3, Developed by

Engineering Dynamics, Inc

4. API RP 2A (WSD) American Petroleum Institute, Recommended Practice for

Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms (Working

Stress Design) – 21st edition, Errata and Supplement 3.

5. AISC (ASD) American Institute of Steel Construction, Specification for

Structural Steel Buildings (Allowable Stress Design). 9th edition.

6. Dynamic of Fixed Marine Structures, Third edition by N D P Barltrop and AJ

Adams. The Marine Technology Directorate Limited (MTD Ltd).

7. Dynamic of Offshore Structures, James F. Wilson, Editor, copyright 2003 by

John Wiley & Son, Inc.

8. Dynamic of Offshore Structures, Ray W.Clough and Joseph Penzien, Editor,

copyright 2003 by Computer & Structures, Inc.

Hướng dẫn sử dụng SACS 5.6

Documents