Calculation method of open deck on pile structure using “allowable damage/collapse” limit state

Author: Dr. Nguyen Minh Quy Port and Waterway Department, National University of Construction Engineering (NUCE)

1. Problem definition

In recent years there have been some port projects built in open seas in Vietnam. In this case the marine facilities ares directly affected by the storm surge.

Traditional methods have well solved and used for structural calculations under normally and ultimately operated conditions. However, for unusual loads such as storm waves, strong earthquakes or collisions, current standards and traditional methods prove to be unsuitable to trade off structure design.

Applying the design method "allowabe damage / collapsion" can overcome the disadvantages of traditional methods.

Áp dụng phương pháp thiết kế theo “hư hỏng/phá hoại cho phép” có thể khắc phục được nhược điểm của phương pháp truyền thống.

2. Objectives

Optimize and analyze the workability of the structure for the abnormal load cases.

3. Application areas

- The port are directly affected by storm surge

- The areas are in a strong earthquake zone

- Works of particular importance

PHỐI HỢP GIỮA CÔNG TY CPTV CẢNG – KỸ THUẬT BIỂN

& BỘ MÔN XD CẢNG - ĐƯỜNG THỦY, ĐHXD

HỘI THẢO KHOA HỌC

ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VÀ TIÊU CHUẨN MỚI TRONG

KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC CÔNG TRÌNH CẢNG

CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU BỆ CỌC CAO THEO “PHƯƠNG PHÁP

HƯ HỎNG CHO PHÉP”

TS. Nguyễn Minh Quý

NỘI DUNG BÁO CÁO

1. Tổng quan về phương pháp

2. Cơ sở lý thuyết

3. Ví dụ tính toán

4. Trao đổi kinh nghiệm

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

1. Các tên gọi khác

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

Theo phương pháp thiết kế

• Hư hỏng cho phép hay giới hạn (acceptable damage)

Theo phương pháp phân tích

• Phân tích phi tuyến tĩnh (nonlinear static analysis)

Theo giai đoạn ứng suất trong vật liệu

• Phương pháp đàn dẻo (Elastic-Perfectly Plastic)

1. Khái niệm về phương pháp

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

Ứng suất cho phép

• Ứng suất làm việc ≤ ứng suất nào đó

Trạng thái giới hạn

• Trạng thái giới hạn làm việc ≤ trạng thái cho phép

Hư hỏng giới hạn

• Cho phép hư hỏng trong TH nào đó

1. Tại sao phải áp dụng?

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

Phạm vi áp dụng

Tổ hợp tải trọng vận dành và khai thác

• Ứng suất cho phép

• Trạng thái giới hạn

Tổ hợp tải trọng sóng 50 năm, động đất, TT

bất thường

• Hư hỏng cục bộ

• Khắc phục được

Tải trọng sóng trên 50 năm, động đất 1000-

2000 năm

• Cho phép phá hủy

• Có biện pháp hạn chế chết người

1. Sử dụng ở đâu?

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

Khu vực động đất mạnh

Cảng nằm ở biển hở chịu trực tiếp sóng bão

Các công trình đặc biệt quan trọng

1. Mục đích

1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP

Tối ưu

Tối ưu

Tối ưu hóa kết

cấu

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

1. Quan hệ đường cong ứng suất và biến dạng

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

2. Khảo sát hình thành khớp dẻo

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

Plastic Hinge

4. Chuẩn hóa đường cong ứng suất và biến dạng

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

Giai đoạn phòng sụp đổ

Giai đoạn phục hồi

Giai đoạn phòng ngừa

3. Tiêu chuẩn hư hỏng của ATC40 cho nhà

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

4. Tiêu chuẩn hư hỏng của ASCE 61-14 cho cầu cảng

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

5. Tiêu chuẩn hư hỏng của ASCE 61-14 cho cầu cảng

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

5. Đọc thêm

2. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP

FEMA 273, 356-440

ASCE-USA

3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN

1. Mặt bằng bến LPG 350 000 DWT

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

2. Kết cấu trụ va dạng giàn

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Period (s) Safe Shutdown Earthquake

(SSE-2000 years), g

Operating Basis Earthquake

(OBE-473 years), g

10,000-Year Return

Period Event, g

0,01 0,398 0,222 0,682

0,03 0,457 0,251 0,795

0,075 0,909 0,451 1,697

0,1 0,975 0,483 1,846

0,15 1,03 0,513 1,899

0,2 1,034 0,523 1,861

0,3 0,846 0,455 1,453

0,5 0,632 0,348 0,929

0,75 0,514 0,28 0,676

1 0,434 0,234 0,565

1,5 0,295 0,166 0,395

2 0,225 0,129 0,31

3 0,15 0,086 0,224

4 0,113 0,066 0,172

5 0,09 0,053 0,138

6 0,075 0,044 0,115

7 0,064 0,038 0,099

8 0,056 0,033 0,085

9 0,05 0,03 0,077

10 0,045 0,027 0,069

3. Phổ động đất

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

5. Sơ đồ tính

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

6.1. Quá trình hình thành khớp dẻo – Giai đoạn IO

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

6.1. Quá trình hình thành khớp dẻo – Giai đoạn IO-LS

6.1. Quá trình hình thành khớp dẻo – Giai đoạn C

3.VÍ DỤ TÍNH TOÁN

2. Quá trình hình thành khớp dẻo

3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Load cases

Global Fx Global Fy

OBE -676.5208 -767.7957 SSE -1117.4207 -1268.8956

First IO hinge formed 996.5023 1078.4807

TABLE: Pushover Curve - Push X

Step

Displacement

BaseForce

AtoB

BtoIO

IOtoLS

LStoCP

CPtoC

CtoD

DtoE

BeyondE

Total

m Tonf

0 0 0 96 0 0 0 0 0 0 0 96

1 -0.18 576.9703 96 0 0 0 0 0 0 0 96

2 -0.310883 996.5023 95 1 0 0 0 0 0 0 96

3 -0.385699 1213.2265 83 13 0 0 0 0 0 0 96

4 -0.470876 1295.9237 72 24 0 0 0 0 0 0 96

5 -0.507505 1315.814 70 26 0 0 0 0 0 0 96

6 -0.687505 1377.1371 70 17 9 0 0 0 0 0 96

7 -0.867505 1437.5623 70 6 12 8 0 0 0 0 96

8 -0.981825 1474.1913 69 7 7 9 0 4 0 0 96

9 -1.121176 1493.7857 69 7 4 9 0 7 0 0 96

4. TRAO ĐỔI KINH NGHIỆM

4. TRAO ĐỔI KINH NGHIỆM

Phương pháp chỉ làm việc trong giai đoạn nền biến dạng tuyến tính.

Phương pháp có thể áp dụng để khảo sát khả năng chịu lực của hệ kết cấu.

Trong trường hợp không bị hạn chế về chuyển vị, không nên bố trí cọc xiên.

Cấu tạo liên kết để hình thành khớp dẻo.