Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6170-4:2017 về Giàn cố định trên biển - Phần 4: Thiết kế kết cấu thép

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6170-4:2017

GIÀN CỐ ĐỊNH TRÊN BIỂN - PHẦN 4: THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

Fixed offshore platforms - Part 4: Design of steel structures

Lời nói đầu

TCVN 6170-4 : 2017 Giàn cố định trên biển - Thiết kế kết cấu thép do Cục Đăng kiểm Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

TCVN 6170-4 : 2017 Giàn cố định trên biển - Thiết kế kết cấu thép thay thế TCVN 6170-4 : 1998 Công trình biển cố định - Thiết kế kết cấu thép.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 6170 “Giàn cố định trên biển" là bộ quy phạm phân cấp và chế tạo cho các giàn cố định trên biển, bao gồm 12 phần sau:

- TCVN 6170-1 : 2017, Giàn cố định trên biển - Phần 1: Quy định chung;

- TCVN 6170-2 : 2017, Giàn cố định trên biển - Phần 2: Điều kiện và tải trọng môi trường;

- TCVN 6170-3 : 2017, Giàn cố định trên biển - Phần 3: Tải trọng thiết kế;

- TCVN 6170-4 : 2017, Giàn cố định trên biển - Phần 4: Thiết kế kết cấu thép

- TCVN 6170-5 : 1999, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 5: Thiết kế kết cấu hợp kim nhôm;

- TCVN 6170-6 : 1999, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 6: Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép;

- TCVN 6170-7 : 1999, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 7: Thiết kế móng;

- TCVN 6170-8 : 1999, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 8: Hệ thống chống ăn mòn;

- TCVN 6170-9 : 2000, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 9: Giàn thép kiểu jacket;

- TCVN 6170-10 : 2000 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 10: Giàn trọng lực bê tông;

- TCVN 6170-11 : 2002 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 11: Chế tạo;

- TCVN 6170-12 : 2002 Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 12: Vận chuyển và lắp dựng.

GIÀN CỐ ĐỊNH TRÊN BIỂN - PHẦN 4: THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

Fixed offshore platforms - Part 4: Design of steel structures

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho việc tính toán thiết kế các kết cấu thép giàn cố định trên biển (sau đây gọi tắt là giàn).

Tiêu chuẩn này áp dụng cho việc tính toán thiết kế các kết cấu thép giàn cố định theo phương pháp hệ số độ bền và hệ số tải trọng hoặc phương pháp ứng suất cho phép.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6170-1, Giàn cố định trên biển - Phần 1: Quy định chung.

TCVN 6170-2, Giàn cố định trên biển - Phần 2: Điều kiện và tải trọng môi trường.

TCVN 6170-3, Giàn cố định trên biển - Phần 3: Tải trọng thiết kế.

TCVN 6170-8, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 8: Hệ thống chống ăn mòn.

TCVN 6170-9, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 9: Giàn thép kiểu jacket.

TCVN 6170-11, Công trình biển cố định - Kết cấu - Phần 11: Chế tạo.

AWS D1.1/D1.1M:2010, Structural welding code - Steel.

AISC 335-89, Specification for structural steel buiildings - Allowable stress design and plastic design, 1989.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong TCVN 6170-1: 2017.

4  Phân loại kết cấu, lựa chọn vật liệu và nguyên tắc kiểm tra

4.1  Nhiệt độ đối với sự lựa chọn vật liệu

4.1.1  Quy định chung

4.1.1.1  Nhiệt độ thiết kế cho một kết cấu là nhiệt độ tham khảo đối với khu vực được đánh giá, khu vực mà kết cấu có thể được vận chuyển, lắp đặt và sử dụng/làm việc.

Nhiệt độ thiết kế thấp hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình hàng ngày thấp nhất trong không khí cho khu vực có liên quan. Đối với sự vận hành hạn chế theo mùa nhiệt độ trung bình hàng ngày thấp nhất trong không khí cho mùa có thể được áp dụng.

4.1.1.2  Nhiệt độ làm việc của các bộ phận khác nhau của kết cấu là cơ sở để lựa chọn loại thép.

4.1.1.3  Nhiệt độ làm việc của các bộ phận kết cấu khác nhau được chỉ rõ trong 4.1.2 và 4.1.3. Trong trường hợp nhiệt độ làm việc của một phần kết cấu khác với những yêu cầu được nêu trong 4.1.2 và 4.1.3, giá trị nào thấp hơn sẽ được áp dụng. Nhiệt độ làm việc của các phần tử kết cấu khác nhau có thể được chỉ rõ chi tiết hơn trong các tiêu chuẩn được chấp nhận khác.

4.1.1.4  Trong tất cả các trường hợp nhiệt độ làm việc được giảm cục bộ bằng các phương pháp nhân tạo v.v… hoặc các điều kiện làm mát khác, các hệ số sẽ được kể đến trong thiết lập nhiệt độ làm việc cho các bộ phận kết cấu được xem xét.

4.1.2  Kết cấu nổi

4.1.2.1  Kết cấu bên ngoài trên trên đường mặt nước thấp nhất sẽ được thiết kế với nhiệt độ làm việc không cao hơn nhiệt độ thiết kế cho các khu vực nó vận hành.

4.1.2.2  Kết cấu bên ngoài dưới đường mặt nước thấp nhất không cần thiết kế đối với nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 0^oC.

Một nhiệt độ làm việc cao hơn có thể được chấp nhận nếu số liệu phụ trợ thích hợp có thể được trình bày tương ứng với nhiệt độ trung bình hàng ngày thấp nhất có thể áp dụng cho độ sâu nước thực tế.

4.1.2.3  Kết cấu bên trong đi qua các phòng có nhiệt độ cao thường xuyên không cần phải thiết kế đối với nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 0^oC.

4.1.3  Kết cấu đáy cố định

4.1.3.1  Kết cấu bên ngoài bên trên mực nước thủy triều thiên văn thấp nhất (LAT) được thiết kế với nhiệt độ làm việc không cao hơn nhiệt độ thiết kế.

4.1.3.2  Các vật liệu của kết cấu bên dưới mực nước thủy triều thiên văn thấp nhất (LAT) không cần phải thiết kế cho nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 0^oC.

Một nhiệt độ làm việc cao hơn có thể được chấp nhận nếu số liệu hỗ trợ đầy đủ có thể được miêu tả tương đối với nhiệt độ trung bình hàng ngày thấp nhất có thể áp dụng cho độ sâu nước thực tế.

4.2  Loại kết cấu

4.2.1  Quy định chung

Mục đích của sự phân loại kết cấu là nhằm bảo đảm lượng vật liệu tương xứng và sự kiểm tra phù hợp để ngăn ngừa phá hủy giòn. Mục đích của kiểm tra để loại bỏ các khuyết tật có thể phát triển trong các vết nứt do mỏi trong suốt tuổi thọ thiết kế của công trình.

CHÚ THÍCH: Các điều kiện gây ra phá hủy giòn có thể phát hiện và ngăn ngừa. Phá hủy giòn có thể xuất hiện dưới một tổ hợp của:

- Sự xuất hiện của các khuyết tật sắc như các vết nứt;

- Ứng suất kéo cao trong hướng vuông góc với mặt phẳng biến dạng;

- Vật liệu với độ bền phá hủy thấp.

Các vết nứt sắc nét do chế tạo có thể được kiểm tra và sửa chữa. Các vết nứt mỏi cũng có thể được phát hiện trong khi hoạt động bằng sự kiểm tra.

Ứng suất cao trong các bộ phận có thể xuất hiện do hàn. Một liên kết phức tạp là có thể cung cấp nhiều giới hạn và ứng suất dư lớn hơn một liên kết đơn giản. Có thể giảm một phần ứng suất dư bằng cách xử lý nhiệt trước khi hàn nếu cần thiết. Ngoài ra, một liên kết phức tạp sẽ có nhiều trạng thái ứng suất không gian ba chiều do tải trọng bên ngoài hơn so với các liên kết đơn giản. Trạng thái ứng suất này có thể là cơ sở ban đầu gây ra sự nứt gãy.

Độ bền phá hủy phụ thuộc vào nhiệt độ và chiều dày vật liệu. Các thông số này được xem xét riêng biệt khi lựa chọn vật liệu. Độ bền phá hủy của mối hàn và trong vùng ảnh hưởng nhiệt cũng phụ thuộc vào phương pháp chế tạo.

Do đó, để ngăn ngừa phá hủy giòn, đầu tiên phải lựa chọn vật liệu có độ bền phá hủy phù hợp với nhiệt độ làm việc và chiều dày thực tế. Sau đó là sử dụng phương pháp chế tạo thích hợp. Trong trường hợp đặc biệt, xử lý nhiệt khi hàn có thể được thực hiện để giảm ứng suất gây nứt, xem 4.3.5 và các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như; DNVGL-OS-C401. Một khối lượng thích hợp phải được kiểm tra để xóa các khuyết tật mặt phẳng lớn hơn mức cho phép. Trong tiêu chuẩn này, vật liệu được lựa chọn theo nhiều cách bằng việc liên kết và kiểm tra các loại kết cấu khác nhau, với độ bền phá hủy thích hợp và sự ngăn ngừa của các khuyết tật lớn hơn cho phép.

4.2.2  Lựa chọn loại kết cấu

4.2.2.1  Các thành phần được phân loại thành các nhóm kết cấu theo các tiêu chí sau:

- Tầm ảnh hưởng của các bộ phận tới hậu quả hư hỏng;

- Điều kiện ứng suất tại chi tiết được xem xét cùng với các khuyết tật hàn hoặc các vết nứt do mỏi có thể tồn tại gây ra phá hủy giòn.

CHÚ THÍCH: Hậu quả của hư hỏng có thể được xác định dưới dạng độ bền dư của kết cấu khi xem xét hư hỏng của các thành phần thực tế.

4.2.2.2  Phân loại kết cấu nhằm lựa chọn vật liệu sẽ được tiến hành theo các nguyên tắc chỉ rõ trong Bảng 1.

Bảng 1 - Phân loại kết cấu cho việc lựa chọn vật liệu ¹

4.2.3  Kiểm tra mối hàn

4.2.3.1  Các yêu cầu đối với kiểu và phạm vi kiểm tra, tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-OS-C401 phụ thuộc vào loại hình kiểm tra áp dụng đối với các mối hàn. Các yêu cầu được dựa trên sự xem xét hư hỏng mỏi và việc đánh giá chất lượng chế tạo chung.

4.2.3.2  Loại hình kiểm tra theo mặc định liên quan đến loại kết cấu theo Bảng 2.

Bảng 2 - Loại hình kiểm tra

4.2.3.3  Liên kết hàn giữa hai bộ phận sẽ được áp dụng theo một loại hình kiểm tra cao nhất của các bộ phận được liên kết. Đối với tấm gia cường, liên kết hàn giữa tấm gia cường, dầm dọc và bản bụng dầm có thể được kiểm tra theo loại hình kiểm tra III.

4.2.3.4  Nếu chất lượng chế tạo được đánh giá bằng cách thử, hoặc biết rõ chất lượng tốt từ kinh nghiệm trước đó, phạm vi kiểm tra được yêu cầu cho các phần tử trong loại kết cấu chính có thể được giảm, nhưng không nhỏ hơn loại hình kiểm tra III.

4.2.3.5  Các chi tiết mỏi tới hạn trong phạm vi loại kết cấu chính và loại kết cấu phụ sẽ được kiểm tra theo các yêu cầu của loại hình kiểm tra I.

4.2.3.6  Các mối hàn trong khu vực mỏi tới hạn không thể tiếp cận để kiểm tra và sửa chữa trong quá trình vận hành sẽ được kiểm tra theo các yêu cầu trong loại I trong khi chế tạo.

4.2.3.7  Phạm vi kiểm tra không phá hủy (NDT) cho các mối hàn liên kết tổng đoạn và liên kết lắp ráp vuông góc với hướng của ứng suất chính sẽ không thấp hơn loại hình kiểm tra II.

4.3  Kết cấu thép

4.3.1  Quy định chung

4.3.1.1  Trường hợp các yêu cầu cho các loại thép phụ thuộc vào chiều dày tấm, các yêu cầu này dựa trên chiều dày danh nghĩa thực tế chế tạo.

4.3.1.2  Các yêu cầu trong mục 4.3 đề cập đến việc lựa chọn các loại kết cấu thép khác nhau theo các yêu cầu chỉ rõ trong DNVGL-OS-B101. Trong trường hợp khác, quy định đặc tính kỹ thuật của thép áp dụng trong kết cấu sẽ được xem xét riêng.

4.3.1.3  Các loại thép được lựa chọn cho các bộ phận kết cấu phải liên quan đến ứng suất tính toán và các yêu cầu về thuộc tính độ bền. Các yêu cầu về thuộc tính độ bền nhìn chung là dựa trên việc thử độ dai va đập (Charpy V-notch) và phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc, loại kết cấu và chiều dày của các bộ phận.

4.3.1.4  Trong các trường hợp đặc biệt độ bền vật liệu cũng có thể được đánh giá bằng thử nghiệm cơ học phá hủy, xem 4.3.4 và tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-OS-C401.

4.3.1.5  Trong kết cấu nối chéo, nơi ứng suất kéo cao xuất hiện vuông góc với mặt phẳng tấm, vật liệu tấm sẽ được thử để chứng minh khả năng chống lại hiện tượng tách lớp, đặc tính trục Z, xem 4.3.2.3.

4.3.1.6  Các yêu cầu về rèn và đúc vật liệu, tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-OS-B101.

4.3.2  Định danh vật liệu

4.3.2.1  Các nhóm độ bền khác nhau của kết cấu thép trong Bảng 3.

4.3.2.2  Mỗi nhóm độ bền gồm có hai loại thép:

- Thép có tính chịu hàn thường;

- Thép có tính chịu hàn cao.

Hai loại thép này có tính ứng dụng tương tự nhau. Tuy nhiên, các loại có tính chịu hàn cao có thành phần hóa học phức tạp hơn và khả năng hàn tốt hơn, ít bị giảm độ bền sau hàn hơn. Các cấp thép này giới hạn bởi ứng suất chảy tối thiểu bằng 500N/m².

Bảng 3 - Định danh vật liệu

4.3.2.3  Các loại thép khác nhau được xác định trong mỗi nhóm độ bền, phụ thuộc vào các yêu cầu ảnh hưởng của thuộc tính độ bền. Các nhóm này được ký hiệu là A, B, D, E và F cho khả năng hàn thường, và AW, BW, DW, và EW cho khả năng hàn cao, như trong

4.3.2.4  Bảng 4.

Bổ sung ký hiệu:

Bảng 4 - Các loại thép có thể áp dụng

4.3.3  Lựa chọn thép kết cấu

Loại thép được sử dụng nhìn chung liên quan đến nhiệt độ hoạt động và chiều dày đối với loại kết cấu áp dụng như trong Bảng 5.

Bảng 5 - Chiều dày giới hạn (mm) của thép kết cấu đối với các loại kết cấu khác nhau và nhiệt độ làm việc (^oC)

4.3.3.1  Việc lựa chọn một loại thép tốt hơn yêu cầu tối thiểu trong thiết kế phải không dẫn đến các yêu cầu chặt chẽ hơn trong chế tạo.

4.3.3.2  Loại thép được sử dụng có chiều dày nhỏ hơn 10mm hoặc nhiệt độ làm việc trên 10^oC có thể được xem xét riêng.

4.3.3.3  Việc hàn của thép tấm và các tiết diện có chiều dày vượt quá giới hạn trên đối với loại thép thực tế nêu trong Bảng 5 sẽ được đánh giá trong mỗi trường hợp riêng về sự phù hợp với mục đích của kết cấu hàn. Sự đánh giá cần được dựa trên thử nghiệm và phân tích theo cơ học phá hủy, ví dụ phù hợp với BS 7910.

4.3.3.4  Đối với các bộ phận kết cấu chịu nén hoặc ứng suất kéo thấp, có thể xem xét đến việc sử dụng các loại thép thấp hơn so với quy định trong Bảng 5.

4.3.3.5  Việc sử dụng thép với ứng suất chảy danh nghĩa tối thiểu lớn hơn 550 N/mm² (NV550) phải được xem xét đặc biệt để áp dụng, nếu điều kiện môi trường nghèo ôxy như nước đọng, bùn hoạt tính hữu cơ (vi khuẩn) và hydro sunfua có thể chiếm ưu thế.

4.3.3.6  Các điều kiện nghèo oxy chủ yếu được đặc trưng bởi nồng độ sunfua làm giảm vi khuẩn, SRB, theo thứ tự của lượng >103 SRB/ml ( có thể tham khảo theo phương pháp NACE TPC bản số 3).

4.3.4  Thử nghiệm cơ học phá hủy

Đối với các kết cấu mà dự định khai thác liên tục tại cùng một vị trí trong thời gian dài hơn 5 năm, thử cơ học phá hủy phải bao gồm trong việc thẩm định của quy trình hàn cho các mối hàn mà tất cả các điều sau đây được áp dụng:

- Nhiệt độ thiết kế nhỏ hơn +10^oC

- Mối nối trong khu vực đặc biệt

- Ít nhất một bộ phận liền kề được chế tạo từ thép với SMYS ≥ 420 MPa

Chi tiết về phương pháp thử cơ học phá hủy, tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: xem tại mục 1 chương 2, DNVGL-OS-C401.

4.3.5  Xử lý nhiệt sau khi hàn

Đối với các kết cấu được dự định để hoạt động liên tục ở cùng một vị trí trong hơn 5 năm, xử lý nhiệt sau khi hàn (PWHT) được áp dụng cho các nút của thép C-Mn trong các khu vực đặc biệt khi chiều dày vật liệu tại mối hàn vượt quá 50 mm. Chi tiết, tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: xem mục 2 chương 2, DNVGL-OS-C401. Tuy nhiên nếu kết quả làm việc trong điều kiện như khi hàn có thể được ghi lại bởi một đánh giá phù hợp việc áp dụng thử cơ học phá hủy, phân tích sự phát triển vết nứt theo cơ học phá hủy và theo mỏi, PWHT có thể được bỏ qua.

5  Thiết kế theo phương pháp hệ số độ bền và hệ số tải trọng (LRFD)

5.1  Quy định chung

Các quy định chung của phương pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (LRFD) xem tại 5.6, TCVN 6170-1 : 2017.

5.2  Trạng thái giới hạn cực đại

5.2.1  Quy định chung

5.2.1.1  Yêu cầu chung

5.2.1.1.1  Mục 5.2 đưa ra các yêu cầu việc kiểm tra theo trạng thái giới hạn cực đại đối với các phần tử kết cấu điển hình sử dụng trong kết cấu thép công trình biển.

5.2.1.1.2  Độ bền cực hạn (ứng suất chảy và mất ổn định) của các phần tử kết cấu được đánh giá sử dụng phương pháp kỹ thuật hợp lý và thích hợp.

5.2.1.1.3  Việc kiểm tra bền phải được thực hiện cho tất cả các bộ phận kết cấu. Việc kiểm tra cần xem xét cả sự vượt quá ứng suất chảy và mất ổn định.

5.2.1.1.4  Có thể sử dụng giả định đơn giản hóa liên quan đến phân bố ứng suất miễn là các giả định này được tạo ra phù hợp với thực tiễn chung được chấp nhận, hoặc phù hợp với các kinh nghiệm hoặc thử nghiệm thực tiễn.

5.2.1.1.5  Kích thước tổng thể có thể được sử dụng trong tính toán của độ bền vỏ kết cấu, nếu có lắp đặt và duy trì một hệ thống bảo vệ ăn mòn tại mục 8.

5.2.1.1.6  Trong trường hợp không có (và duy trì) bảo vệ chống ăn mòn phù hợp với yêu cầu tại mục 8, dự trữ ăn mòn như được đưa ra trong mục 8 phải được sử dụng. Việc bổ sung ăn mòn không được tính đến, khi xác định ứng suất và sức kháng cho kiểm tra bền cục bộ.

5.2.1.2  Phân tích kết cấu

5.2.1.2.1  Phân tích kết cấu có thể được thực hiện như đàn hồi tuyến tính, phân tích dẻo-cứng đơn giản hóa, hoặc phân tích đàn hồi-dẻo. Phân tích cấp một hoặc cấp hai đều có thể được áp dụng. Trong tất cả các trường hợp, chi tiết hóa kết cấu liên quan đến yêu cầu độ bền và độ dẻo phải thích hợp với giả định được tạo ra cho phân tích.

5.2.1.2.2  Khi phân tích dẻo hoặc đàn hồi-dẻo được sử dụng cho kết cấu chịu tải trọng chu kỳ, như tải trọng sóng v.v… việc kiểm tra phải được thực hiện để xác định rằng kết cấu sẽ thích nghi mà không có biến dạng dẻo vượt quá hoặc nứt gãy do ứng suất chảy lặp đi lặp lại. Một quá trình tải chu kỳ thiết kế hay đặc tính cần được xác định theo cách mà độ tin cậy kết cấu trong trường hợp tải trọng chu kỳ, ví dụ tải do bão, không nhỏ hơn độ tin cậy kết cấu cho trạng thái ULS với tải trọng không có chu kỳ.

5.2.1.2.3  Trong trường hợp phân tích tuyến tính kết hợp với các công thức độ bền có trong Tiêu chuẩn này, sự thích nghi có thể được thừa nhận mà không cần kiểm tra thêm.

5.2.1.2.4  Nếu phân tích kết cấu dẻo hoặc đàn hồi-dẻo được sử dụng để xác định lực tổng ứng suất cắt, phải áp dụng các giới hạn về tỷ lệ độ dày - chiều rộng. Tỷ lệ độ dày - chiều rộng có liên quan được cho trong các tiêu chuẩn được công nhận sử dụng để kiểm tra khả năng chịu lực.

5.2.1.2.5  Khi phân tích dẻo và / hoặc kiểm tra khả năng dẻo được sử dụng (tiết diện loại I và II, theo điều 9), các phần tử phải có khả năng tạo thành khớp dẻo với khả năng xoay đủ để cho phép phân phối lại mô men uốn. Đồng thời cần kiểm tra mẫu tải sẽ không bị thay đổi do biến dạng.

5.2.1.2.6  Tiết diện của dầm được chia thành các loại khác nhau phụ thuộc vào khả năng của chúng để phát triển khớp dẻo. Một phương pháp để xác định loại tiết diện được cho trong Điều 9.

5.2.1.3  Độ dai

5.2.1.3.1  Một yêu cầu cơ bản là tất cả các cơ chế phá hủy phải đủ dai để tính chất của kết cấu tương thích với mô hình dự kiến được sử dụng cho việc xác định các phản ứng. Nói chung tất cả các quy trình thiết kế, bất kể phương pháp phân tích nào, sẽ không thể nắm bắt được tính chất thực sự của kết cấu. Cơ chế phá hủy dẻo sẽ cho phép các kết cấu phân phối lại lực phù hợp với mô hình tĩnh giả định. Do đó sẽ tránh được cơ chế phá hủy giòn hoặc sẽ được xác nhận có sức kháng vượt hơn so với cơ chế dẻo, và theo cách này bảo vệ kết cấu khỏi phá hoại giòn.

5.2.1.3.2  Các nguồn sau đây cho tính chất giòn của kết cấu có thể cần phải được xem xét cho kết cấu thép:

- Nứt không ổn định được gây ra bởi sự kết hợp của các yếu tố sau: vật liệu giòn, nhiệt độ thấp trong thép, thiết kế dẫn đến ứng suất cục bộ cao và các khuyết tật tiềm ẩn trong mối hàn;

- Các chi tiết kết cấu mà độ bền cực hạn đạt được tới độ biến dạng dẻo chỉ trong khu vực hạn chế, tạo ra tính chất giòn tổng thể;

- Oằn vỏ;

- Oằn nơi xảy ra tương tác giữa các cơ chế oằn cục bộ và tổng thể.

5.2.1.4  Kiểm tra chảy dẻo

5.2.1.4.1  Các phần tử kết cấu mà tính chảy dẻo có thể vượt quá mức thì các dạng hư hỏng có thể được nghiên cứu về chảy dẻo.

Các thành phần ứng suất thiết kế riêng biệt và ứng suất thiết kế theo Von Mises cho kết cấu tấm phải không vượt quá sức kháng thiết kế (Mục 5.6.2 TCVN 6170-1:2017).

CHÚ THÍCH:

a) Đối với kết cấu tấm, ứng suất theo Von Mises được xác định như sau:

Trong đó σ_xd và σ_yd là ứng suất tấm thiết kế lần lượt trong trục x và trục y, t_d là ứng suất cắt thiết kế trong mặt phẳng x-y (tức là không bao gồm ứng suất uốn cục bộ trong chiều dày tấm).

b) Trong trường hợp ứng suất uốn cục bộ của tấm là quan trọng cho kiểm tra chảy dẻo, ví dụ tấm chịu tải trọng ngang, kiểm tra chảy dẻo có thể được thực hiện theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-RP-C201 phần 1 mục 5.

5.2.1.4.2  Ứng suất đỉnh cục bộ từ phân tích đàn hồi tuyến tính trong các khu vực thay đổi hình học nhìn thấy được, có thể vượt quá ứng suất chảy miễn là các bộ phận kết cấu liền kề có khả năng chịu được ứng suất phân phối lại.

CHÚ THÍCH:

a) Vùng trên chảy dẻo được xác định bằng một phân tích tuyến tính theo phương pháp phần tử hữu hạn có thể đưa ra một biểu thị diện tích dẻo thực tế. Mặt khác, một phân tích phi tuyến theo phương pháp phần tử hữu hạn có thể cần phải thực hiện để theo dõi phạm vi đầy đủ của vùng dẻo.

b) Kiểm tra chảy dẻo không liên quan đến tập trung ứng suất cục bộ trong kết cấu hoặc đến sự thiếu sót mô hình cục bộ trong mô hình phần tử hữu hạn.

5.2.1.4.3  Đối với kiểm tra chảy dẻo của liên kết hàn, xem mục 7.

5.2.1.5  Kiểm tra mất ổn định

5.2.1.5.1  Các phần tử có tiết diện không đáp ứng các yêu cầu tiết diện loại III phải được kiểm tra mất ổn định cục bộ. Các kiểu tiết diện được định nghĩa trong Điều 9.

5.2.1.5.2  Phân tích mất ổn định được dựa trên đặc trưng sức kháng mất ổn định cho hầu hết các dạng mất ổn định bất lợi.

5.2.1.5.3  Đặc trưng độ bền mất ổn định được dựa trên trung bình 5% kết quả thử nhỏ nhất.

5.2.1.5.4  Khuyết tật ban đầu và ứng suất dư trong các phần tử kết cấu phải được kể đến.

5.2.1.5.5  Cần phải đảm bảo rằng có một sự phù hợp giữa các khiếm khuyết ban đầu trong công thức tính sức kháng mất ổn định và dung sai trong tiêu chuẩn chế tạo áp dụng.

CHÚ THÍCH: Nếu sức kháng mất ổn định được tính toán phù hợp với DNVGL-RP-C201 cho kết cấu tấm, DNV-RP-C202 cho vỏ, hoặc DNV Classification Note 30.1 cho dầm và thanh, không nên vượt quá dung sai yêu cầu chỉ rõ trong DNVGL-OS-C401, trừ khi có tài liệu dẫn chứng cụ thể.

5.2.2  Kết cấu tấm phẳng và các pa-nen gia cường

5.2.2.1  Yêu cầu chung

Hệ số vật liệu γ_M đối với kết cấu tấm là 1,15

5.2.2.2  Kiểm tra chảy dẻo

5.2.2.2.1  Kiểm tra chảy dẻo của tấm và sườn gia cường có thể thực hiện như trong mục 5.2.6.

5.2.2.2.2  Kiểm tra chảy dẻo của dầm chính có thể thực hiện như trong 5.2.7.

5.2.2.3  Kiểm tra mất ổn định

Trạng thái mất ổn định của kết cấu tấm được kiểm tra theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-RP-C201.

5.2.2.4  Kiểm tra khả năng chịu lực theo các theo tiêu chuẩn khác

5.2.2.4.1  Sườn gia cường và dầm có thể được thiết kế theo các quy định cho dầm trong các tiêu chuẩn được chấp nhận như Eurocode 3 hoặc AISC LRFD Manual of Steel Construction.

CHÚ THÍCH: Các nguyên lý và tác động của các tiết diện được bao gồm trong AISC LRFD Manual of Steel Construction.

5.2.2.4.2  Hệ số vật liệu khi sử dụng Eurocode 3 được chỉ rõ trong Bảng 6.

Bảng 6 - Hệ số vật liệu sử dụng cho Eurocode 3

5.2.2.4.3  Tấm, sườn gia cường và dầm chính có thể được thiết kế theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: NORSOK N-004.

5.2.3  Kết cấu vỏ

5.2.3.1  Yêu cầu chung

5.2.3.1.1  Trạng thái mất ổn định của các kết cấu vỏ hình trụ và kết cấu vỏ hình nón (côn) không được gia cường có thể được kiểm tra theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNV-RP-C202.

5.2.3.1.2  Sự tương tác giữa mất ổn định vỏ và mất ổn định cột, có thể áp dụng theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNV-RP-C202.

5.2.3.1.3  Nếu DNV-RP-C202 được áp dụng, hệ số vật liệu cho kết cấu vỏ sẽ phù hợp theo Bảng 7.

Bảng 7 - Hệ số vật liệu γ _M cho mất ổn định

5.2.4  Phần tử ống, mối nối và côn nối

5.2.4.1  Yêu cầu chung

5.2.4.1.1  Các phần tử ống có thể được kiểm tra theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNV Classification Note 30.1, API RP 2A - LRFD hoặc NORSOK N-004.

Đối với sự tương tác giữa mất ổn định cục bộ vỏ và cột, và tác động của áp lực bên ngoài, có thể áp dụng theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNV-RP-C202.

5.2.4.1.2  Các tiết diện của phần tử ống được chia thành các kiểu khác nhau phụ thuộc vào khả năng phát triển khớp dẻo và chống lại mất ổn định cục bộ. Ảnh hưởng của mất ổn định cục bộ của các tiết diện mảnh phải được xem xét.

CHÚ THÍCH:

a) Ảnh hưởng của mất ổn định cục bộ của các phần tử ống không có áp lực bên ngoài (ví dụ chịu lực dọc trục hoặc moment uốn) được chỉ rõ trong Điều 9, tiết diện loại IV. Mục 3.8 của DNV-RP-C202 có thể được sử dụng, xem 5.2.3.

b) Ảnh hưởng của mất ổn định cục bộ của phần tử ống với áp lực bên ngoài không cần phải xem xét nếu hệ số đường kính (D) / chiều dày (t) thỏa mãn:

Trong đó:

E - Mô đun đàn hồi

f_y - Ứng suất chảy danh nghĩa nhỏ nhất

Trong trường hợp mát ổn định vỏ cục bộ, xem 5.2.3, có thể áp dụng theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ: mục 3.8 DNV-RP-C202, API RP 2A - LRFD hoặc NORSOK N-004.

5.2.4.1.3  Các nút ống và côn nối có thể được kiểm tra theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: API RP 2A - LRFD hoặc NORSOK N-004.

5.2.4.1.4  Hệ số vật liệu γ_M cho các kết cấu dạng ống là 1,15

5.2.5  Các dầm, cột và sườn không có dạng hình ống

5.2.5.1  Yêu cầu chung

5.2.5.1.1  Thiết kế của các phần tử phải kể đến giới hạn có thể có về sức kháng của tiết diện do mất ổn định cục bộ.

CHÚ THÍCH: Các tiết diện của phần tử ống được chia theo các kiểu khác nhau phụ thuộc vào khả năng phát triển khớp dẻo và chống lại mất ổn định cục bộ, xem Điều 9. Trong trường hợp mất ổn định cục bộ, như tiết diện loại IV, có thể áp dụng theo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-RP-C201.

5.2.5.1.2  Kiểm tra mất ổn định có thể được thực hiện theo DNV Classification Note 30.1.

5.2.5.1.3  Kiểm tra khả năng chịu lực có thể được thực hiện theo các tiêu chuẩn được chấp nhận như Eurocode 3 hoặc AISC LRFD Manual of Steel Construction.

5.2.5.1.4  Các hệ số vật liệu theo Bảng 7 sẽ được sử dụng nếu Eurocode 3 áp dụng cho tính toán sức kháng của kết cấu.

5.2.6  Các quy định đặc biệt cho tấm và các kết cấu gia cường

5.2.6.1  Phạm vi

Các yêu cầu dưới đây là các giá trị kích thước tối thiểu cho các tấm và các kết cấu gia cường theo ứng suất chảy. Các kích thước và tham khảo thêm về khả năng mất ổn định được nêu tại 5.2.2.

5.2.6.2  Độ dày tối thiểu

Độ dày của tấm không được nhỏ hơn:

Trong đó:

5.2.6.3  Uốn của tấm

Độ dày của tấm chịu áp lực ngang không được nhỏ hơn:

Trong đó:

5.2.6.4  Các kết cấu tăng cứng

5.2.6.4.1  Modun kháng uốn Z_s cho dầm dọc, dầm ngang, sườn và các kết cấu gia cường khác chịu lực ngang không được nhỏ hơn:

Trong đó:

5.2.6.4.2  Các yêu cầu trong 5.2.6.4.1 áp dụng cho một trục song song với tấm. Đối với các kết cấu gia cường tạo một góc xiên với tấm, một yêu cầu gần đúng cho modul kháng uốn tiêu chuẩn có thể nhận được bằng cách nhân các modun kháng uốn từ 5.2.6.4.1 với một hệ số:

α - Góc giữa mặt phẳng bản bụng của kết cấu tăng cứng và mặt phẳng vuông góc với tấm.

5.2.6.4.3  Các kết cấu gia cường với hai đầu hàn dạng “sniped” (chỉ hàn bản bụng) có thể được chấp nhận ở nơi mà ứng suất động nhỏ và độ rung được xem là không quan trọng, với điều kiện độ dày của tấm được hỗ trợ bởi kết cấu gia cường không nhỏ hơn:

Trong trường hợp trên, modun kháng uốn của kết cấu gia cường được tính toán như chỉ dẫn trong 5.2.6.4.1 dựa trên các giá trị thông số sau:

Trong đó:

k_m = 8,0

k_ps = 0,9

Các kết cấu tăng cứng thông thường được vát cạnh với một góc tối đa 30^o

CHÚ THÍCH: Với các chi tiết “snipe" hai đầu điển hình như mô tả ở trên, giá trị ứng suất nhỏ hơn 30 MPa có thể được xem là ứng suất động nhỏ.

5.2.7  Các quy định đặc biệt cho dầm tổ hợp và hệ dầm tổ hợp

5.2.7.1  Phạm vi

5.2.7.1.1  Các yêu cầu trong phần này đưa ra các giá trị kích thước tối thiểu theo ứng suất chảy cho các dầm tổ hợp đơn giản. Hơn nữa, các quy trình cho tính toán các hệ dầm tổ hợp phức tạp cũng được chỉ dẫn.

5.2.7.1.2  Các kích thước và tham khảo thêm về khả năng mất ổn định được nêu trong 5.2.2.

5.2.7.2  Độ dày tối thiểu

Độ dày của bản cánh và bản bụng không được nhỏ hơn giá trị cho trong 5.2.6.2 và 5.2.6.3.

5.2.7.3  Uốn và cắt

5.2.7.3.1  Các yêu cầu về modun kháng uốn và diện tích bản bụng có thể áp dụng cho các dầm tổ hợp đơn giản hỗ trợ các kết cấu tăng cứng hoặc các dầm tổ hợp khác chịu lực ngang phân bố tuyến tính. Điều này thừa nhận rằng dầm thỏa mãn các giả định cơ bản của lý thuyết dầm đơn giản, và các phần tử hỗ trợ có khoảng cách gần như đều nhau với điều kiện biên hai đầu là như nhau. Các tải trọng khác sẽ phải được xem xét đặc biệt.

5.2.7.3.2  Khi các điều kiện biên cho các dầm tổ hợp đơn lẻ không dự đoán trước được do sự phụ thuộc của các kết cấu liền kề, các tính toán trực tiếp tuân theo quy trình cho trong 5.2.7.7 sẽ được thực hiện.

5.2.7.3.3  Modun kháng uốn và diện tích bản bụng của dầm tổ hợp phải được kể đến phù hợp với các đặc tính được cho trong 5.2.7.4 và 5.2.7.5. Mô hình kết cấu kết hợp với phân tích ứng suất trực tiếp phải dựa trên các đặc tính tương tự như trên khi áp dụng.

5.2.7.4  Bản cánh hiệu dụng

Diện tích bản cánh hiệu dụng được xác định là diện tích tiết diện của tấm trong phạm vi độ rộng bản cánh hiệu dụng. Diện tích tiết diện của các tấm gia cường liên tục trong phạm vi bản cánh hiệu dụng có thể được bao gồm. Độ rộng bản cánh hiệu dụng được xác định bởi công thức sau:

Trong đó:

Hình 1 - Biểu đồ cho thông số bản cánh hiệu dụng C_e

5.2.7.5  Bản bụng hiệu dụng

Các lỗ trên dầm tổ hợp thường sẽ được chấp nhận miễn là mức độ ứng suất cắt là chấp nhận được và khả năng chống mất ổn định, tuổi thọ mỏi được xác nhận là đủ.

5.2.7.6  Các yêu cầu độ bền cho dầm tổ hợp đơn giản

5.2.7.6.1  Dầm tổ hợp đơn giản chịu áp lực ngang và không tham gia vào độ bền tổng thể của kết cấu, phải thỏa mãn các yêu cầu tối thiểu sau đây:

- Modun kháng uốn theo 5.2.7.6.2;

- Diện tích bản cánh theo 5.2.7.6.3.

5.2.7.6.2  Modun kháng uốn Z_g

Trong đó:

5.2.7.6.3  Diện tích bản bụng A_w

Trong đó:

k_t - hệ số lực cắt, xem 5.2.7.6.4.

N_s - Số tấm tăng cứng giữa mặt cắt xem xét và điểm hỗ trợ gần nhất. Giá trị N_s ở tất cả các trường hợp không được lớn hơn (N_p + 1)/4

N_p - số lượng các tấm tăng cứng hỗ trợ trong một nhịp dầm

P_pd - lực tập trung thiết kế trung bình (kN) từ các tấm tăng cứng giữa mặt cắt xem xét và điểm hỗ trợ gần nhất

t_pd - 0,5 f_yd (N/mm²).

5.2.7.6.4  Các giá trị k_m và k_t tham khảo tới 5.2.7.6.2 và 5.2.7.6.3 có thể được tính theo lý thuyết dầm tổng quát. Bảng 8, giá trị k_m - và k_t được cho với một vài tải trọng được định nghĩa và điều kiện biên. Chú ý rằng giá trị k_m - nhỏ nhất sẽ được áp dụng cho dầm tổ hợp đơn giản.

Đối với dầm tổ hợp mà hai đầu ngàm hoặc diện tích bản cánh được tăng lên một phần do mô men uốn lớn, giá trị k_m - lớn hơn có thể được sử dụng bên ngoài vùng được gia cố.

Bảng 8 - Giá trị k_m và k_t

5.2.7.7  Hệ thống dầm tổ hợp phức tạp

5.2.7.7.1  Đối với dầm tổ hợp là một phần của một hệ thống 2 hay 3 phương phức tạp, phải thực hiện một phân tích kết cấu hoàn chỉnh

5.2.7.7.2  Các phương pháp tính hoặc chương trình tính áp dụng phải kể đến các ảnh hưởng của lực uốn, cắt, lực dọc trục và biến dạng xoắn.

5.2.7.7.3  Các tính toán phải phản ánh được phản ứng của kết cấu của kết cấu 2-, 3- phương được xem xét, với các chú ý đến điều kiện biên.

5.2.7.7.4  Với hệ thống gồm các dầm tổ hợp mảnh, tính toán dựa trên lý thuyết dầm (phân tích làm việc hệ giàn) có thể được áp dụng, với các chú ý:

- Độ biến thiên diện tích cắt, ví dụ phần bị cắt bớt;

- Độ biến thiên mô men quán tính;

- Bản cánh hiệu dụng;

- Mất ổn định ngang của bản cánh dầm.

5.2.7.7.5  Các trạng thái tải trọng bất lợi nhất được cho trong 6170-3 : 2017 sẽ được áp dụng.

5.2.7.7.6  Đối với dầm tổ hợp tham gia vào độ bền tổng thể của giàn, ứng suất do áp lực thiết kế cho trong TCVN 6170-3 : 2017 sẽ được tổ hợp với các ứng suất tổng thể liên quan.

5.2.8  Liên kết bu lông chống trượt

5.2.8.1  Yêu cầu chung

5.2.8.1.1  Các yêu cầu trong mục này cho khả năng trượt của các liên kết bu lông căng trước dùng bu lông cường độ cao.

5.2.8.1.2  Bu lông cường độ cao được định nghĩa là bu lông có độ bền kéo cực hạn cao hơn 800 N/mm² với độ bền chảy nhỏ nhất bằng 80% giá trị độ bền kéo cực hạn.

5.2.8.1.3  Bu lông được căng trước phù hợp với các tiêu chuẩn được công nhận quốc tế. Quy trình cho việc đo đạc và bảo trì lực căng bu lông phải được thiết lập.

5.2.8.1.4  Lực kháng trượt thiết kế R_d có thể xác định bằng hoặc cao hơn tải trọng thiết kế F_d.

Ngoài ra, liên kết kháng trượt phải có khả năng chịu được tải trọng ULS và ALS như liên kết bu lông chịu lực. Khả năng của một liên kết bu lông có thể được xác định tuân theo các tiêu chuẩn được công nhận quốc tế với cấp an toàn tương đương, như Eurocode 3 hoặc AISG LRFD Manual of Steel Construction.

5.2.8.1.5  Lực kháng trượt thiết kế của bu lông cường độ cao ứng lực trước được lấy bằng:

Trong đó:

5.2.8.1.6  Đối với bu lông cường độ cao, lực căng trước thiết kế kiểm soát trong các bu lông được sử dụng trong liên kết kháng trượt là:

Trong đó:

f_ub - độ bền kéo cực hạn của bu lông

A_s - Diện tích ứng suất kéo của bu lông (diện tích thực không kể ren của bu lông)

Giá trị thiết kế của hệ số ma sát µ phụ thuộc vào cấp độ cụ thể của việc xử lý bề mặt. Giá trị µ được lấy theo Bảng 9.

Bảng 9 - Hệ số ma sát µ

Việc phân loại việc xử lý bề mặt bất kỳ phải dựa trên các thử nghiệm hoặc mẫu thử đại diện của bề mặt được sử dụng trong kết cấu, tham khảo các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-OS-C401 Phần 2 Mục 6.

Việc xử lý bề mặt được cho trong

Bảng 10 có thể được phân loại mà không cần thử nghiệm thêm.

Bảng 10 - Xử lý bề mặt

Bảng 11 - Các khoảng hở trong lỗ bu lông

Lỗ quá cỡ ở lớp ngoài của một liên kết kháng trượt phải được che đậy bởi các vòng đệm cứng.

Các kích thước danh nghĩa của các lỗ xẻ rãnh ngắn cho các liên kết kháng trượt không được lớn hơn giá trị được đưa ra trong Bảng 12.

Bảng 12 - Các lỗ xẻ rãnh ngắn

Các kích thước danh nghĩa của các lỗ xẻ rãnh dài cho các liên kết kháng trượt không được lớn hơn giá trị được đưa ra trong Bảng 13.

Bảng 13 - Các lỗ xẻ rãnh dài

Các rãnh dài trong lớp bên ngoài được bao phủ bởi các tấm phủ có kích thước và độ dày thích hợp. Các lỗ trong tấm phủ không được lớn hơn các lỗ tiêu chuẩn.

5.3  Trạng thái giới hạn mỏi

5.3.1  Quy định chung

Trong tiêu chuẩn này, các yêu cầu được đưa ra liên quan đến phân tích mỏi dựa trên các thử nghiệm mỏi và cơ học phá hủy. Tham khảo trong các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như DNVGL-RP-C203 và DNV Classification Note 30.6 cho các chi tiết thực tế đối với đánh giá tuổi thọ mỏi của kết cấu công trình biển. Xem thêm TCVN 6170-1 : 2017.

5.3.1.1  Mục đích của đánh giá tuổi thọ mỏi là để đảm bảo rằng kết cấu đạt tuổi thọ mỏi thích hợp. Bên cạnh đó, tính toán tuổi thọ mỏi cũng tạo nên cơ sở cho các chương trình kiểm tra trong suốt quá trình chế tạo và vận hành của kết cấu.

5.3.1.2  bền mỏi thông thường được cho bằng đường cong S-N, ví dụ hàm truyền ứng suất (S) tương quan với số chu trình gây phá hủy (N) dựa trên các thử nghiệm mỏi. Tổn thương mỏi được định nghĩa là khi có phát triển vết nứt xuyên chiều dày.

5.3.1.3  Các đường cong S-N nhìn chung được dựa trên xác suất 97,6% của sự sống còn, tương ứng với các đường cong trung bình trừ đi 2 lần độ lệch chuẩn của số liệu thực tế có liên quan.

5.3.1.4  Tuổi thọ mỏi thiết kế đối với các bộ phận kết cấu nên dựa trên tuổi thọ khai thác cụ thể của kết cấu. Nếu không quy định tuổi thọ khai thác, giá trị 20 năm nên được sử dụng.

5.3.1.5  Để đảm bảo rằng kết cấu sẽ đáp ứng được các chức năng dự kiến, đánh giá mỏi sẽ được tiến hành cho mỗi phần tử riêng biệt mà phần tử đó phải chịu tải trọng gây mỏi. Khi thích hợp, việc đánh giá mỏi sẽ được hỗ trợ bởi một phân tích mỏi chi tiết. Phải lưu ý rằng mọi phần tử hoặc thanh nào của kết cấu, mỗi mối hàn và phụ kiện hoặc các dạng tập trung ứng suất khác có khả năng là nguồn gốc gây nứt do mỏi cần được xem xét riêng biệt.

5.3.1.6  Các phân tích phải được thực hiện theo số liệu môi trường xác định tại các vị trí có liên quan đến khu vực mà giàn sẽ hoạt động. Các hạn chế phải được mô tả trong sổ tay vận hành của giàn.

5.3.2  Hệ số mỏi thiết kế

5.3.2.1  Hệ số mỏi thiết kế (DFF) sẽ được áp dụng để giảm xác suất cho tổn thương mỏi.

5.3.2.2  Hệ số mỏi thiết kế phụ thuộc vào mức độ quan trọng của các thành phần kết cấu đối với tính toàn vẹn của kết cấu và khả năng kiểm tra và sửa chữa.

5.3.2.3  Hệ số mỏi thiết kế sẽ được áp dụng cho tuổi thọ thiết kế. Tuổi thọ mỏi tính toán phải lớn hơn tuổi thọ thiết kế nhân với hệ số mỏi thiết kế (DFF).

5.3.2.4  Yêu cầu thiết kế có thể được hiểu là tỷ lệ tổn thất mỏi tích lũy cho số chu trình tải trọng lặp của tuổi thọ thiết kế theo định nghĩa nhân với DFF phải nhỏ hơn hoặc bằng 1,0.

5.3.2.5  Hệ số mỏi thiết kế trong Bảng 14 sử dụng cho cho các giàn với hậu quả hư hỏng thấp và có thể chứng tỏ được rằng kết cấu thỏa mãn các yêu cầu trong điều kiện hư hỏng phù hợp với trạng thái giới hạn sự cố (ALS) với hư hỏng trong phần tử thực tế như hư hỏng được xác định.

Bảng 14 - Các hệ số mỏi thiết kế (DFF)

CHÚ THÍCH:

Các kết cấu dự định theo lịch trình kiểm tra thông thường tuân theo các yêu cầu lớp, tức là khoảng thời gian kiểm tra là 5 năm ở các vùng nước có mái che, có thể áp dụng DFF bằng 1. Các kết cấu được thiết kế là sẽ kiểm tra trên mặt nước tại vị trí có mái che, DFF cho các vùng trên mực nước biển kiểm tra thấp nhất 1m nên được lấy bằng 1, và dưới mực nước trên thì DFF lấy bằng 2 cho vỏ bên ngoài. Vùng sóng vỗ được định nghĩa là vùng không thể tiếp cận.

Trường hợp lan truyền vết nứt phát triển từ một vị trí mà có thể tiếp cận để kiểm tra và sửa chữa cho một bộ phận kết cấu mà không có lối vào, vị trí như vậy nên được xem là có cùng loại với loại yêu cầu cao nhất khi xem xét các nơi có khả năng xảy ra nứt nhất. Ví dụ, chi tiết hàn bên trong một tấm vỏ chìm (mặt khô) nên được lấy giá trị DFF bằng với các mối hàn tương tự liên quan nằm bên ngoài tấm.

5.3.2.6  Hệ số mỏi thiết kế phải lấy dựa trên các xem xét đặc biệt khi tổn thương mỏi kéo theo các hậu quả đáng kể như:

- Nguy cơ thiệt hại về người, tức là không phù hợp với tiêu chí ALS;

- Ô nhiễm nghiêm trọng;

- Các hậu quả kinh tế lớn.

CHÚ THÍCH: Đánh giá các đường dẫn lan truyền vết nứt (bao gồm cả hướng và tốc độ tăng trưởng liên quan đến các khoảng thời gian kiểm tra), có thể cho thấy việc sử dụng DFF khác hơn là DFF được lựa chọn khi chi tiết được xem xét độc lập. Ví dụ khi lan truyền vết nứt cho thấy rằng một tổn thương mỏi bắt đầu trong một khu vực không nghiêm trọng phát triển và nó có thể gây ra hậu quả đáng kể, như vậy vị trí nhạy cảm mỏi nên được xem như là một hậu quả đáng kể của tổn thương.

5.3.2.7  Các đường hàn nằm dưới vị trí 150m dưới mực nước nên được giả định rằng không thể tiếp cận cho việc kiểm tra khi làm việc.

5.3.2.8  Các tiêu chuẩn đối tượng khác nhau xác định các hệ số mỏi thiết kế để được áp dụng cho các chi tiết kết cấu điển hình.

5.3.3  Các phương pháp phân tích mỏi

5.3.3.1  Phân tích mỏi nên được dựa trên dữ liệu đường cong S-N, được xác định bằng các thí nghiệm mỏi của các chi tiết mối hàn được xem xét, và giả thiết tổn thương là tuyến tính. Khi thích hợp, phân tích mỏi có thể được lựa chọn dựa trên cơ học phá hủy.

5.3.3.2  Trong diện tích tới hạn mỏi, tuổi thọ mỏi giả định được dựa trên các phương pháp đơn giản là dưới giới hạn có thể chấp nhận, một nghiên cứu chính xác hơn hoặc một phân tích theo cơ học phá hủy sẽ được thực hiện.

5.3.3.3  Với các tính toán dựa trên cơ học phá hủy, chúng nên được xác định rõ bằng các kiểm tra trong điều kiện vận hành với một khoảng thời gian đủ và phù hợp giữa thời gian phát hiện vết nứt và thời gian của tổn thương mất ổn định. Tham khảo trong các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ DNVGL-RP-C203.

5.3.3.4  Tất cả các giá trị ứng suất đáng kể, mà góp phần tạo nên tổn thất mỏi trong kết cấu, đều phải được xem xét. Các phân phối dài hạn của giá trị ứng suất có thể được thấy bởi phân tích tiền định hoặc phân tích phổ. Các hiệu ứng động phải được xem xét ở mức độ thích hợp khi thiết lập quá trình ứng suất.

5.4  Trạng thái giới hạn sự cố

5.4.1  Quy định chung

5.4.1.1  Trạng thái giới hạn sự cố (ALS) về nguyên tắc được đánh giá cho tất cả các loại kết cấu. Đánh giá an toàn thực hiện tuân theo các nguyên tắc trong các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: DNVGL-OS-A101.

5.4.1.2  Hệ số vật liệu γ_M cho ALS lấy bằng 1,0.

5.4.1.3  Các kết cấu phải được kiểm tra trong ALS theo hai bước.

a) Độ bền kết cấu dưới tác động của tải trọng sự cố

b) Độ bền kết cấu trong trạng thái đã hư hỏng (do tác động của tải trọng sự cố) chịu tác động của tải trọng môi trường.

5.4.1.4  Mục tiêu tổng thể của thiết kế chống lại tải trọng sự cố là để đạt được một hệ thống mà các chức năng an toàn chính không bị suy giảm bởi các tải trọng sự cố thiết kế.

5.4.1.5  Thiết kế chống lại tải trọng sự cố có thể được thực hiện bằng cách tính trực tiếp các ảnh hưởng gây bởi tải trọng lên kết cấu, hoặc gián tiếp, bằng cách thiết kế các kết cấu chịu được sự cố xảy ra. Ví dụ cho trường hợp gián tiếp là sự chia ngăn của các kết cấu nổi để có thể tồn tại được nguyên vẹn và đầy đủ sau một kịch bản va chạm nhất định mà không cần tính toán gì thêm.

CHÚ THÍCH: Khuyến nghị cho việc thiết kế các kết cấu chịu tải trọng sự cố có thể xem trong DNV-RP-C204.

5.4.1.6  Sự không chắc chắn vốn có của các tần số và cường độ của các tải trọng sự cố, cũng như tính chất gần đúng của phương pháp xác định hiệu ứng tải sự cố cần phải được nhận thức đầy đủ. Do đó, cần thiết phải áp dụng đánh giá kỹ thuật âm thanh và đánh giá thực tế trong thiết kế.

5.4.1.7  Nếu trong trường hợp phi tuyến, phân tích phần tử hữu hạn động được áp dụng cho thiết kế, nó sẽ xác định rằng tất cả các cơ chế phá hoại cục bộ, ví dụ tỷ lệ biến dạng, mất ổn định cục bộ, quá tải mối nối, gãy mối nối, được tính toán hoàn toàn bởi các mô hình được chấp nhận, hoặc các cơ chế đánh giá rõ ràng.

Tải trọng sự cố điển hình là:

- Ảnh hưởng từ vụ va chạm tàu;

- Ảnh hưởng từ các vật rơi;

- Lửa;

- Cháy nổ;

- Điều kiện môi trường bất thường;

- Lụt bất ngờ.

5.4.1.8  Các loại khác nhau của tải trọng sự cố yêu cầu các phương pháp và phân tích khác nhau để đánh giá sức kháng của kết cấu.

5.5  Trạng thái giới hạn hoạt động

5.5.1  Quy định chung

Trạng thái giới hạn hoạt động đối với kết cấu công trình biển bằng thép được kết hợp với:

- Chuyển vị có thể ngăn chặn các hoạt động dự kiến của thiết bị;

- Chuyển vị có thể gây bất lợi tới hoàn thiện hoặc các phần tử không phải kết cấu;

- Rung động có thể là nguyên nhân gây ra sự khó chịu cho nhân viên;

- Biến dạng và chuyển vị có thể làm hư hỏng hình dạng bề ngoài của kết cấu.

5.5.2  Biến dạng tiêu chuẩn

5.5.2.1  Đối với tính toán trong trạng thái giới hạn hoạt động lấy γ_M = 1,0.

5.5.2.2  Giá trị giới hạn đối với chuyển bị theo phương đứng nên được chỉ rõ trong tóm tắt thiết kế. Thay cho độ lệch như vậy, giá trị giới hạn tiêu chuẩn độ lệch chỉ rõ trong Bảng 15 có thể được sử dụng.

Bảng 15 - Giá trị giới hạn đối với chuyển vị theo phương đứng

5.5.2.3  Chuyển vị theo phương đứng lớn nhất được tính như sau:

Trong đó:

δ_max - Độ võng tại trạng thái cuối tương quan với đường thẳng nối các điểm đỡ

δ₀ - Độ cong trước

δ₁ - Độ biến thiên của chuyển vị của dầm do tải trọng thường xuyên ngay sau tải

δ₂ - Độ biến thiên của chuyển vị của dầm do tải biến thiên cộng với bất kỳ biến dạng phụ nào do tải trọng thường xuyên.

Hình 2 - Định nghĩa về độ võng theo phương đứng

5.5.2.4  Hiệu ứng chậm pha cắt cần phải được xem xét cho dầm với bản cánh rộng

5.5.3  Độ lệch ngoài mặt phẳng của tấm cục bộ

Sự kiểm tra trạng thái giới hạn hoạt động đối với tấm mỏng liên quan đến độ lệch ngoài mặt phẳng có thể bỏ qua nếu nhịp nhỏ nhất của tấm nhỏ hơn 150 lần chiều dày tấm.

6  Thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép

6.1  Quy định chung

6.1.1  Ứng suất cơ bản

Trừ khi có khuyến cáo khác, giàn phải được thiết kế sao cho tất cả các phần tử đều thỏa mãn ứng suất cho phép cơ bản quy định trong AISC 335-89. Khi phần tử kết cấu hoặc loại tải trọng không có trong hướng dẫn thực hành này và trong AISC 335-89, cần tiến hành phân tích một cách đúng đắn để xác định ứng suất cho phép cơ bản với độ an toàn giống như đã nêu trong tài liệu này hoặc trong AISC 335-89. Ứng suất cho phép trong cọc được thảo luận trong mục 6.3.2.2. Các phần tử chịu tổ hợp tải trọng nén và uốn phải được thiết kế sao cho tất cả các điểm dọc theo chiều dài phần tử đều thỏa mãn tiêu chuẩn về cường độ và ổn định.

AISC 360 không được khuyên dùng trong thiết kế công trình biển.

6.1.2  Gia tăng ứng suất cho phép

Khi ứng suất gây ra bởi một phần tải trọng ngang và đứng trong điều kiện môi trường thiết kế, ứng suất cho phép cơ bản trong AISC 335-89 có thể được tăng thêm 1/3. Với tải trọng động đất, cấp thiết thế cần phù hợp với API RP 2A WSD. Các yêu cầu đặc trưng của tiết diện trong tính toán này không được nhỏ hơn yêu cầu trong thiết kế tĩnh tải và hoạt tải hoặc tải trọng vận hành cộng với tải trọng môi trường trong điều kiện vận hành tính toán khi chưa tăng lên 1/3.

6.2  Ứng suất cho phép của phần tử dạng ống

6.2.1  Kéo dọc trục

Ứng suất kéo cho phép F_t đối với phần tử dạng ống chịu kéo dọc trục được xác định như sau:

Trong đó:

F_y = Cường độ chảy dẻo, MPa (ksi).

6.2.2  Nén dọc trục

6.2.2.1  Mất ổn định tổng thể của cột

Ứng suất nén dọc trục cho phép F_a được xác định theo các công thức trong AISC 335-89 cho các phần tử có tỷ số D/t nhỏ hơn hoặc bằng 60:

Trong đó:

E - Modun đàn hồi MPa (ksi);

K - Hệ số ảnh hưởng chiều dài, xem 6.3.2.4;

l - Chiều dài thanh, m (in);

r - Bán kính quán tính, m (in).

Với phần tử có tỷ số D/t lớn hơn 60, ứng suất mất ổn định cục bộ tới hạn (F_xe hoặc F_cx, lấy giá trị nhỏ hơn) được thay thế cho F_y để xác định C_c và F_a.

6.2.2.2  Mất ổn định cục bộ

6.2.2.2.1  Yêu cầu chung

Các phần tử thép ống không có gia cường cần được kiểm tra mất ổn định cục bộ gây ra do nén dọc trục nếu tỷ số D/t lớn hơn 60. Nếu tỷ số D/t lớn hơn 60 và nhỏ hơn 300 và chiều dày ống t > 6 mm (0,25 inch), ứng suất gây mất ổn định đàn hồi (F_xe) và dẻo (F_xc) do chịu nén dọc trục được xác định theo công thức tại 6.2.2.2.2 và 6.2.2.2.3. Mất ổn định tổng thể được xác định bằng cách thay thế ứng suất mất ổn định cục bộ tới hạn [F_xe xem 6.2.2.2.2 hoặc F_xc (xem 6.2.2.2.3), lấy giá trị nhỏ hơn] cho F_y trong công thức tại 6.2.2.1 và trong công thức tính C_c.

6.2.2.2.2  Ứng suất gây mất ổn định cục bộ đàn hồi

Ứng suất gây mất ổn định cục bộ đàn hồi, F_xe được xác định từ công thức:

Trong đó:

C - Hệ số gây mất ổn định trong giới hạn đàn hồi;

D - Đường kính ngoài m (in.);

t - Chiều dày ống m (in.);

Giá trị lý thuyết của C = 0,6. Tuy nhiên, giá trị C = 0,3 được khuyên dùng trong công thức trên để tính toán ảnh hưởng của sai sót về hình dạng ban đầu theo giới hạn sai số trong API 2B.

6.2.2.2.3  Ứng suất gây mất ổn định cục bộ không đàn hồi.

Ứng suất gây mất ổn định cục bộ không đàn hồi, F_xc, được xác định từ công thức:

6.2.3  Uốn

Ứng suất uốn cho phép F_b được xác định từ công thức:

Với tỷ số D/t lớn hơn 300, sử dụng các tiêu chuẩn được chấp nhận, ví dụ như: API 2U.

6.2.4  Lực cắt

6.2.4.1  Dầm chịu cắt

Ứng suất cắt lớn nhất trong dầm f_v với phần tử dạng ống bằng:

Trong đó:

Ứng suất cắt cho phép trong dầm F_v được xác định từ công thức:

CHÚ THÍCH:

Khi ứng suất cắt chảy dẻo của kết cấu thép thay đổi trong khoảng 1/2 đến 5/8 ứng suất chảy dẻo kéo và nén và thường bằng , giá trị ứng suất làm việc cho phép của kết cấu sẽ được xác định theo AISC 335-89 bằng 2/3 ứng suất chịu kéo cho phép cơ bản khuyến cáo. Với phần tử ống mà biến dạng do lực cắt cục bộ làm thay đổi hình dạng ống, có thể sử dụng một ứng suất chảy dẻo giảm đi để thay thế cho F_y trong công thức tại 6.2.4.2.

6.2.4.2  Cắt xoắn

Ứng suất cắt xoắn lớn nhất f_vt trong phần tử ống gây ra do xoắn bằng: