Calculate Centre of Damage Wave Height

Due to the non-linear nature of soils, the natural period of the structure is dependant on the wave height used to develop the linearised pile-soil superelement used in the modal analysis. For a fatigue analysis, the superelement should be generated from a wave height equal to that of the “centre of damage” fatigue wave.
The centre of damage wave is an equivalent wave that represents the spectrum of fatigue waves to which a structure is subjected. For n wave heights, the centre of damage height is calculated as:

​

The constants b and m are defined by the joint stress-wave height relationship and S-N curve
respectively. If it is assumed that stress is related to wave height as follows:

Then, generally, 1.0 ≤ b ≤ 2.0. The value of b is platform-specific, and can be calculated by plotting the axial plus bending stresses of several primary members under the action of waves of various heights (with no current, dead loads, etc).
The other constant, m, is equal to the negative inverse slope of the log-log S-N curve. For API RP2AWSD X and X’ curves, the values of m are 4.38 and 3.74 respectively.
The fatigue analysis will be most conservative when the product b·m is large, since this gives a larger centre of damage wave height, lower pile stiffness, longer natural period, and hence larger DAFs.
The COD wave height is simple to calculate from deterministic wave data, since the height vs. number of occurrences data is explicit. This is not the case with spectral fatigue data, which is generally set out in percentage form for various wave period/height combinations. If no equivalent deterministic fatigue data is available, it may be necessary to estimate the COD wave height.

 

Dear Mimoza,
Mình cũng đang rất quan tâm tới việc tính toán center of damage, với tinh thần hoàn toàn cầu thị và không có ý hỏi khó chỉ mong muốn được tìm hiểu thêm, xin bạn chỉ giúp qua một số câu hỏi:
1/ Mục đích của việc xác định COD là gì?
2/ Tại sao phải có COD khi phân tích mỏi kết cấu CTB? Mà không có trong các bài toán phân tích khác?
3/ Sẽ như thế nào khi phân tích mỏi kết cấu ctb mà không có COD?
4/ Cách xác định và tính toán bạn đã nêu qua cách tính và công thức ở trên, nhưng số liệu đầu vào bạn lấy ở đâu? (ý mình là tập hợp những con song Omni hay là từng hướng riêng biệt.
5/ Thông số/thông tin nào nó về việc liên quan giữa COD và tuổi thọ mỏi của kết cấu
Rất mong nhận được feedback của bạn.

 

Dear real-07!
Trước hết nickname của mình là MIMORA chứ ko phải MIMOZA, và cũng trên tinh thần giao lưu học hỏi, sẵn sàng trả lời dù đúng hay sai. Mình cũng đang tìm hiểu vấn đề này và có thể cũng đang ở level của bạn. Xin trả lời từng câu một (bạn hỏi nhiều câu quá, trả lời ngắn gọn thì trình độ chưa đủ tầm,hehe):
1, Việc xác định “center of damage wave” sử dụng để tuyến tính hóa móng cọc, mà thực chất là đi xác định ma trận độ cứng ở đầu cọc phục vụ cho việc xác định dao động riêng của kết cấu.
Như đã viết ở trên thì dao động riêng của kết cấu phụ thuộc vào trạng thái biển đầu vào, hay nói cách khác ma trận độ cứng đầu cọc này sẽ thay đổi nếu ta đưa vào những trạng thái biển khác nhau (sự làm việc của đất nền là phi tuyến).
Trong phân tích mỏi kết cấu công trình biển, tải trọng gây mỏi chủ yếu là tải trọng sóng, trong suốt đời sống công trình chịu nhiều trang thái biển khác nhau, tập hợp tất cả các trạng thái biển ngắn hạn sẽ cho ta trạng thái biển dài hạn xảy ra trong suốt đời sống công trình. Từ đó đặt ra vấn đề sử dụng trạng thái biển nào để đưa vào bài toán xác định ma trận độ cứng đầu cọc ở trên.
Một cách làm mà không thấy cuốn sách nào đề cập tới nhưng trong thực tế tính toán mấy ông “mũi lõ” vẫn dùng là đưa vào đó một trạng thái biển không có thật nhưng lại đại diện được cho các trạng thái biển khác với công thức tính như ở trên.
Nếu cọc và nền đất làm việc tuyến tính thì không cần tới việc xác định “center of damage wave” làm gì.

 

Hi bạn MIMORA,
Bạn khách xáo quá, AE giao lưu trao đổi để học hỏi thêm thôi.
Bỏ qua về các vấn đề theory, bởi cái này khá trừu tượng với mình.
Ở đây mình chỉ muốn trao đổi về các điều kiện/yếu tố cần khi chạy bài toán fatigue cũng như dynamic bằng Sacs. qua cách trả lời của bạn mình lại có thêm một số thắc mắc:
1/ Việc xác định COD có hay không chuyện liên quan tới tuyến tính hóa nền đất/móng cọc? khi chạy dynamic để xác định dao động riêng hay dạng dao động của công trình không cần COD (ví dụ như bài toán inplace, seismic)
2/ Trạng thái biển mà mấy thằng "mũi lõ" hay làm là nó lấy an toàn khi sử dụng trạng thái biển kiểu như Omni, trạng thái này mà ở đó giá trị chiều cao sóng và chu kỳ sóng có xác suất xảy ra lớn nhất trong suốt đời sóng công trình.
3/ Mình rất nghi ngờ việc không cần xác định COD khi nền cọc và nền đất làm việc tuyến tính (mà chính xác là nền cọc và nền đất hay nền cọc/nền đất và kết cẩu nhỉ?)

 

Dear real-07!
Mình xin đặt ngược lại một câu hỏi, khi nền đất và cọc làm việc phi tuyến thì theo bạn phần mềm SACS có giải được bài toán dao động riêng không?

 

~X(Xin lỗi anh em là mình không biết về vấn đề này và cũng đang hóng hớt. Nghiên cứu nội dung mà các bạn MIMORA và real-07 nêu ra ở trên thì nên chăng anh em tập trung vào bàn về vấn đề "Ma trận độ cứng đầu cọc và việc tuyến tính hóa nền đất trong giải quyết bài toán động khi dùng phần mềm SACS" để làm sáng tỏ nhiều vấn đề và trong đó có việc chọn chiều cao sóng nào để tính? ?@_@?

 

Chắc là không vì rõ ràng cần phải tuyết tính hóa nền đất trước mới chạy DDR. Đó là trong Sacs.
Điều này không có nghĩa là khi nền đất và cọc làm việc phi tuyến thì không xác định được dao động riêng của kết cấu, vẫn xác định được bằng các khác.

Dear bác Seastar,
Thực ra là tuyến tính hóa nền đất để tạo ra ma trận độ cứng đầu cọc, khi phân tích bài toán động kết cấu ctb.
Lúc chạy tuyến tính xong nó ra một file "dynsef", chán mỗi cái mở file này ra toàn ký tự gì đâu không tìm hiểu thêm được.
-------
Quay lại một số thông tin mà mình đang mắc, bạn Mimora vẫn chưa làm thỏa mãn được như:
1/ Mục đích của việc xác định COD là gì?
2/ Tại sao phải có COD khi phân tích mỏi kết cấu CTB? Mà không có trong các bài toán phân tích khác?
3/ Sẽ như thế nào khi phân tích mỏi kết cấu ctb mà không có COD?
5/ Thông số/thông tin nào nó về việc liên quan giữa COD và tuổi thọ mỏi của kết cấu
Please advise!

 

Dear real-07!
Mấy hôm nay hơi bận nay mới tiếp tục chủ đề được?@_@?.
Mình xin viết tiếp như thế này:
Trong tính toán công trình thông thường người ta sẽ tách riêng nền móng và kết cấu trên nó, phần mềm sacs cũng làm như vậy.
Để tính toán kết cấu jacket (above mudline) ta giả định hai phần kết cấu này sẽ liên hệ với nhau thông qua ma trận độ cứng đầu cọc. Mọi tải trọng từ phần kết cấu bên trên truyền xuống nền móng thông qua nút đầu cọc (thông thường tại mudline). Vì sao phải tách riêng như vậy, theo mình hiểu, khi thiết kế ta giả định vật liệu làm việc trong miền đàn hồi (tuyến tính) và cọc và nền đất làm việc là phi tuyến, như vậy với mỗi một nút liên kết giữa cọc và nền sẽ tồn tại 6 bậc tự do tức là 6 ẩn số cần tìm, như vậy với nền móng cọc sẽ có tới hàng trăm, hàng ngàn bậc tự do cần tìm thì quả là khổng lồ.
Với bài toán tuyến tính hóa sự làm việc giữa kết cấu và nền đất thì chúng ta đơn giản hóa đi, với mỗi nút đầu cọc xác định 6 bậc tự do, giả sử có 8 đầu cọc thì cũng chỉ có 8x6=48 bậc tự do cần xác định, ít hơn nhiều so với ban đầu.Như vậy việc tính toán với kết cấu bên trên sẽ đơn giản hơn.
Tới đây lại bàn tiếp, xác định ma trận độ cứng đầu cọc này như thế nào? Phần mềm SACS sử dụng phương pháp lặp, còn lặp như thế nào thì có lẽ chúng ta tự nghiên cứu. Biết rằng nghiệm giải ra là gần đúng ma trận độ cứng đầu cọc.
Vậy suy ra xác định COD là nhằm mục đích đơn giản hóa tính toán, tìm ma trận độ cứng đầu cọc.
Câu hỏi lớn mà mình cũng chưa có một lý giải xác đáng là tại sao lại là COD???

---------- Post added at 08:43 PM ---------- Previous post was at 08:33 PM ----------

2.Trong các bài toán khác là bài toán nào hả bạn real-07, theo mình đang hiểu thì nó là bài toán static in-place analysis.
Với bài toán fatigue chính (trội) gây mỏi là tải trọng sóng, nhưng đầu vào của tải trọng sóng là một bộ các trạng thái biển có chiều cao sóng, chu kỳ sóng khác nhau ( trạng thái biển dài hạn). Như vậy lấy trạng thái nào làm đầu vào để xác định ma trận độ cứng đầu cọc này???=> COD, tại sao là COD???
Với bài toán in-place, đơn giản hơn, bạn nhớ là khi tìm dao động riêng thì trong bài toán này có hai giá trị: trường hợp operating và storm condition. Bộ số liệu sóng đầu vào của bài toán này cũng đơn giản hơn nhiều so với bài toán mỏi, với bài toán này xem xét kết cấu làm việc ứng với trạng thái biển ngắn hạn nhưng là maximum. Do đó có lý do gì để mất công mất sức tính COD.

 

1/ Tại sao là COD? thì ở trên mình đã viết. cũng nói lại cho rõ ràng rằng:
Fatigue là bài toán phân tích mỏi kết cấu, tải trọng gây mỏi chủ yếu là sóng và trong phần mềm sacs nó cũng chỉ có thể phân tích mỏi thông qua thông số sóng.
COD là thông số quan trọng nó là trạng thái biển có xác suất lặp nhiều và nguy hiểm nhất trong suốt đời sống công trình.
Ở trên, hình như là bạn đang nhầm lẫn, việc xác định COD chỉ để tuyến tính hóa nền đất?
- Centre of damage height wave (COD) là thông số liên quan tới sóng, gây ra các phản ứng của kết cấu trong suốt đời sóng công trình.
2/ Ok, quan điểm của bạn là không cần thiết phải xác đinh COD trong phân tích In-place là vì bộ số liệu sóng trong bài toán In-place đã quá khổng lồ?
Với bộ số liệu khổng lồ như vậy, sao không dùng để phân tích mỏi luôn, mà phải là OCD?
3/ Một bài toán khác cũng phải tuyên tính nền đất trước khi phân tích là Seismic,
Một điều thú vị là dù ở bài toán nào, số liệu đầu vào có khác nhau đôi chút, nhưng chu kỳ dao động riêng cũng không khác nhau quá nhiều.

 

Dear real-07!
Cảm ơn những chia sẻ của bạn, lý giải của bạn mình từng được nghe và cũng thấy hợp lý, nhưng mình cũng chưa thấy có tài liệu chính thông nào nói cả ( "nói có sách, mách có chứng") <
Nghiệm của bài toán tuyến tính hóa nền đất là ma trận độ cứng đầu cọc, nghiệm này là gần đúng và phụ thuộc vào thông số đầu vào (ở đây là sóng đầu vào), quá trình giải bằng phương pháp lặp, với điều kiện là hệ có khả năng hội tụ, tức là sau nhiều bước lặp sẽ cho ta nghiệm gần đúng của bài toán. Với kết cấu không đổi, dao động riêng của hệ phụ thuộc vào điều kiện biên ( ma trận độ cứng đầu cọc), các hệ số cản của kết cấu (Cd, Cm), Với mỗi bài toán ma trận độ cứng đầu cọc khác nhau chút ít sẽ dẫn tới dao động riêng sẽ có sự khác nhau nhưng không nhiều. Nhưng trong các bài toán này dao động riêng lại ảnh hưởng tới nhiều kết quả tính trong các bài toán,ví dụ tính DAF (bài toán in-place), tính xác định hàm truyền (bài toán fatigue),...
Sẽ như thế nào khi tính mỏi kết cấu mà không thông qua COD? Không biết bạn có ý tưởng gì chưa?

 

Theo như phần tiếng Anh chủ thớt trích dẫn từ cuốn tài liệu nào đó (?) thì có vẻ khác với ý của bạn hoangtu

 

Một phương pháp tổng quát để phân tích động lực giàn thép là chia hệ kết cấu – móng thành hai hệ thành phần riêng biệt: hệ kết cấu và hệ móng.
Hai hệ này được liên hệ với nhau bằng độ cứng và cản ở đầu cọc để tạo thành một hệ chung. Kết cấu được lý tưởng hóa bằng một hệ rời rạc bao gồm môt tập hợp các điểm nút được nối với nhau bằng các phần tử đàn hồi. khối lượng của kết cấu được quy đổi thành khối lượng tập trung ở các điểm nút.
Chuyển vị của kết cấu được biểu diễn bằng tổ hợp tuyến tính của một số dạng dao động riêng đầu tiên của giàn trên móng cứng với các dịch chuyển tựa tĩnh liên hệ với các bậc tự do của móng. Phương pháp này được gọi là phương pháp chồng dao động riêng

Về câu hỏi này mình đồng quan điểm với hoangtu,
Sau khi tuyến tính hòa nền đất xong, chu kỳ dao động riêng hoặc tần số ddr sẽ được dùng để xây dựng hàm truyền tĩnh và hàm truyền động vào kết cấu nhằm tìm ra tần số gần bằng nhất với tần số của môi trường (tần số ddr kết cấu gần bằng ddr tải trọng chủ yếu là sóng)
----------
Tại sao bộ số liệu sóng cho tính toán In-place lại là phức tạp hơn COD cho mỏi? với những gì mình đang làm thì trạng thái biển cho phân tích in-place cũng gồm 8 phương 16 hướng và COD cho mỏi cũng vậy, ngoài ra việc xác đinh COD còn phức tạp và mất công hơn nhiều.

 

=> Nếu em nhớ không nhầm thì:
1. Trạng thái biển ngắn hạn là trạng thái biển cực hạn, xảy ra trong một cơn bão với các thông số sóng, dòng chảy, gió bão lớn nhất. Trạng thái biển này dùng để tính toán cực hạn cho công trình
2. Trạng thái biển dài hạn là trạng thái biển đã trải qua trong nhiều năm, các thông số sóng trong trạng thái biển này sẽ có sự lặp đi lặp lại của cùng một giá trị và sử dụng để tính toán mỏi của công trình vì nó liên quan đến chu trình lặp của nó.
3. Còn mối liên hệ giữa trạng thái biển với COD thì ...

 

1/Trạng thái biển ngắn hạn
Một trạng thái biển (TTB) ngắn hạn là trạng thái biển kéo dài trong một khoảng thời gian đủ ngắn để đảm bảo giữ ổn định một số tính chất thống kê, và độ dâng mặt sóng h(t) được xem là một quá trình ngẫu nhiên dừng, trung bình không, chuẩn và Ecgodic. Một TTB ngắn hạn được mô tả đầy đủ bởi một hàm mật độ phổ năng lượng của trạng thái biển đó. Shh(w).
2/ Trạng thái biển dài hạn
Như đã đã biết, mỗi TTB ngắn hạn chỉ kéo dài trong ít giờ, được đặc trưng bởi một số thông số như chiều cao sóng đáng kể (H[SUB]S[/SUB]), chu kỳ trung bình cắt không (T[SUB]Z[/SUB]). Trong khi ta cần biết xác suất xảy ra các thông số trên trong khoảng thời gian dài, được gọi là TTB dài hạn (có thể từ vài năm đến hàng trăm năm). Dựa trên quan sát, thu thập các số liệu của nhiều TTB ngắn hạn, người ta đã đưa ra các luật phân phối xác suất dài hạn đối với các thông số trên. Các luật phân phối này cho phép ngoại suy giá trị của các thông số trong thời gian dài, dựa trên các số liệu đo đạc trong thời gian ngắn.
2/ Sự liên quan giữa Các trạng thái biển tới COD
Center of damage tạm dịch là điểm gây mỏi cho kết cấu mà tại đó số các con sóng có cùng (hoặc gần bằng) chiều cao, chu kỳ có xác suất xuất hiện là lớn nhất.
Như vậy:
1/ Ở trạng thái biển dài hạn việc xác đinh COD sẽ chính xác và mang tính chất đại diện
2/ Ở trạng thái biển ngắn hạn việc xác đinh COD phần lớn mang tính chất cục bộ và thường ít sử dụng khi phân tích mỏi.

 

Từ đầu topic tới giờ hình như là phải có COD để tính mỏi CTB? Liệu giàn tự nâng, giàn bán chìm tính mỏi có sử dụng tới phương pháp mà phải xác định COD không?