Đề tài tính toán thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực bê tông kiểu DK l

Tính toán thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực bê tông kiểu dk l, dành cho sinh viên chuyên ngành xây dựng các trường đại học cao đẳng, chuyên bên xây dựng công trình biển Tính toán thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực bê tông kiểu dk l

Danh s¸ch sinh viªn nhãm 5:

SVTH:GROUP5-50CB1 2

Phần I : Giới thiệu tổng quan về công trình

Biển trọng lực bê tông cốt thép

I mục đích của đồ án

Tính toán thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực bê tông kiểu DKI trong giai

đoạn khai thác trong vùng biển Việt Nam

II đặc điểm của công trình

II.1 Mô tả kiến trúc thượng tầng

Phần này mô tả các bộ phận kiến trúc thượng tầng (tên bộ phận, chức năng, vị trí, kích thước chính, tải trọng )

Các bộ phận chính của bộ phận kiến trúc thượng tầng bao gồm:

T , giá và xuồng cứu sinh = 0.5 T , bể chứa dầu = 2.5 T , thang di động = 1.2 T , hệ thống kết cấu của sàn công tác = 11 T

Phần thượng tầng được kể từ mép dưới của hệ thống kết cấu đỡ sàn công tác trở lên Phần này coi như đã được chế tạo định hình sẵn ; sẽ được ghép nối với KCĐ để tạo thành công trình hoàn chỉnh Đối với phần thượng tầng này, không cho phép chịu tác

động của sóng nuớc (kể cả bọt sóng vỡ) Bên dưới của phần thượng tầng là hệ thống KCĐ

SVTH:GROUP5-50CB1 3

II.2 Giới thiệu giải pháp kết cấu chung

II.2.1 Giải pháp kết cấu dầm đỡ thượng tầng

Toàn bộ thượng tầng được đặt trên kết cấu đỡ thượng tầng Kết cấu đỡ thượng tầng được cấu tạo bằng bê tông cốt thép Có kích thước như hình vẽ sau :

2000 5000 12000

4000 5000 12000

II.2.2 Giải pháp kết cấu trụ đỡ

Là một cột trụ tròn, tiết diện vành khuyên có đường kính ngoài D1 = 5m – 7m Bề dày của trụ δ1 có thể thay đổi hoặc không đổi và > 250 mm

Chiều dài của trụ tính từ mép dưới của chân khay tới đáy dưới của sàn đỡ khối nhà

- Giải pháp kết cấu trụ đỡ –

II.2.2 Giải pháp kết cấu đế móng

Mặt bằng khối đế móng có thể tròn,vuông hay đa giác đều ( 6 hoặc 8 cạnh đều ) Kích thước bề rộng đế móng D2 ( là đường kính ngoài nếu đế tròn, là đường kính vòng tròn ngoại tiếp nếu đế là đa giác đều ).D2 =0.5 m – 1.0 m

Các dầm trong khối đế móng: Bao gồm các hệ dầm:

- Số lượng tuyến dầm phụ : số tuyến được xác định trên cơ sở khoảng cách giữa các dầm phụ(là nhịp của ô bản đáy và bản nắp)nên trong phạm vi Lp = 2.5m – 3.5 m Nên chọn tiết diện tại, số lượng và vị trí tuyến dầm phụ tại bản nắp và bản đáy như nhau

- Kích thước tiết diện dầm phụ: Chiều cao dầm phụ hp = 400 mm –600

mm

Bề rộng dầm phụ bp > 300 mm

Các bản trong khối đế móng bao gồm:

• Bản nắp: Bề dầy bản nắp của đế móng δn > 250 mm Có thể là mái phẳng hoặc mái vỏ tròn xoay

• Bản thành: Bề dầy bản thành của đế móng δt > 250 mm

• Bản đáy : Bề dầy bản đáy của đế móng δđ > 250 mm

II đặc điểm môI trường – vật liệu–phương án thi công

II.1 Mô tả điều kiện khí tượng hải văn VÀ ĐỊA CHẤT CÔNG

TRìNH

Bảng 1:

Hế số điều chỉnh chiều cao sóng

Số liệu thuỷ triều và nước dâng tại vị trí xây dựng công trình

0.4

SVTH:GROUP5-50CB1 6

Biến động triều lớn nhất d1 (m) 1.5

Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2 (m) 1.0

Bảng 2: Độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình

1 Mô tả lớp đất Sét pha , trạng

thái cứng

Sét màu xám vàng, trạng thái cứng

Sét pha, trạng thái dẻo cứng

2 Độ sâu đáy lớp đất (tính từ đáy biển trở xuống (m) ) 0.5 15 Vô hạn

II.2 Mô tả vật liệu sử dụng cho công trình biển trọng lực

• Đặc trưng cơ học của thép cường độ cao:

+ Khối lượng riêng γt = 7850 (kG/m3)

+ Cường độ tiêu chuẩn Rac=17000 (kG/cm2)

+ Cường độ tính toán Ra=11000 (kG/cm2)

+ Môđun đàn hồi Ea =2.1ì106 (kG/cm2)

• Sợi thép ƯST được dùng lấy theo VSL hoặc tương đương

• Thép thường nhóm AI, AII, AIII, AIV theo TCVN

• Bê tông:

+Với cấu kiện BTCT thường: BT mác ≥ 400#

+Với cấu kiện BTCTƯST: BT mác ≥ 500#

II.3 Các phương án thi công

Mô tả nguyên lý về phương án thi công dự kiến:

Phương án thi công cho CTBCD kiểu DK trọng lực có thể chia làm các bước sau:

• Bước 1:

Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT được chế tạo trong ụ khô hay

đốc nổi Sau khi chế tạo xong, tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạo này tự nổi được

và kéo ra khu vực gần bờ để thi công tiếp bước hai

Chế tạo trên bờ (trong ụ khô hoạc trong đốc nổi )

• Bước 2:

Tại vị trí gần bờ, tiến hành gắn các phao phụ bằng thép vào KCĐ đã chế tạo từ bước một để tăng tính nổi và ổn địn của hệ KCĐ - phao phụ

Ghép phao phụ vào công trình ( gần bờ )

• Bước 3: Chế tạo và lắp dựng hoàn chỉnh ( ở gần bờ )

SVTH:GROUP5-50CB1 9

Tiếp tục chế tạo nốt phần trụ BTCT còn lại, đồng thời lắp khối thượng tầng vào KCĐ

Hệ KCĐ và phao phụ phải đảm bảo tính nổi và tính ổn định cho toàn bộ hệ thống công trình sau khi đã được chế tạo và lắp dựng ở bước 3 này

SVTH:GROUP5-50CB1 10

Phương án kết cấu cho công trình

I xây dựng phương án

I.1 Xác định chiều cao khối chân đế

Chiều cao cần thiết của khối chân đế :

Hcđ = do + d1 + d2 +à η.Hs +∆Trong đó :

do : Độ sâu hải đồ 25,0 (m)

d1 : Biên độ triều lớn nhất 1,5 (m)

d2 : Chiều cao nước dâng do gió tương ứng với bão 1,0 (m)

η : Hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán

Với lý thuyết sóng airy lấy = 0,5

Với lý thuyết sóng Stockes lấy = 0,7

Hs : Chiều cao sóng cực đại ứng với chu kỳ lặp 100 năm là 16,4 m

∆ : Độ tĩnh không phụ thuộc vào môi trường và công trình ∆=1,5 (m)

1 ( ữ lnhịp

+ Kích thước dầm phụ : hdầm chính= )

12

1 8

1 ( ữ lnhịp

+ Bề rộng dầm chọn trong khoảng b= (0,3-0,5) *hdầm

Sau đây là một số phương án đề suất :

Dựa vào độ sâu nước đã cho và khối lượng kích thước thượng tầng ta sơ bộ

đưa ra 3 phương án sau (CTB TLBT loại một đế ):

Phương án 1:

Bảng ii-1 Chọn sơ bộ kích thước và khối lượng trụ Trụ có tiết diện không thay đổi, đế móng là trụ tròn có bản nắp là mái tròn xoay

Trụ có tiết diện không thay đổi, bản nắp nằm ngang

Tên cấu kiện Cao trình(m) D(m) t (m) h(m) V(m3)

Nắp

Bản nắp 19.2 0.4 1 115.8 2895.29 Dầm vòng nắp 12 1.0 0.4 1 14.58 364.5 Dầm phụ hướng

đáy

Dầm vòng bản đáy 13 1.0 0.4 1 15.83 395.84

A A

A-A

- Phương án 3 I.3 Kiểm tra các điều kiện ban đầu

• Trụ được thiết kế coi như cấu kiện chịu nén lệch tâm nên độ mảnh và kích

thước được giới han bởi các điều kiện sau :

0

D l

J : Mô men quán tính của tiết diện :

) (

J = π −

A : Diện tích tiết diện mặt cắt trụ :

) (

A=π −

• Đối với cấu kiện khối chân đế :

Xét trong điều kiện thi công ở giai đoạn 1

Kiểm tra ổn định công trình theo công thức:

hi = ro + Zc – ZGTrong đó :

hi : chiều cao ổn định ban đầu của khối chân đế

ro : Bán kính nghiêng ngang của mặt đường nước

Zc : Toạ độ trọng tâm của đoạn chân đế

ZG : Toạ độ phù tâm của khối chân đế

MXG : là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ x

MZgi : là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ z

SVTH:GROUP5-50CB1 18

Pi : Khối lượng của từng cấu kiện

XGi ; ZGi: Toạ độ trọng tâm của từng cấu kiện đối với trục toạ độ trung tâm x,z

Do kết cấu của toàn bộ công trình đối xứng qua trục z nên toạ độ trọng tâm của toàn công trình nằm trên trục Z của toạ độ

Tính phù tâm công trình:

Mzci = ∆i.Xci

Mxci = ∆i.Zci Trong đó :

MXCi : là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ x

MZCi : là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ z

Pi : Khối lượng của từng cấu kiện

XGi ; ZGi: Toạ độ trọng tâm của từng cấu kiện đối với trục toạ độ trung tâm x,z

∆i : lực đẩy nổi của cấu kiện(khối lượng không nằm trong nước có lương choán nước bằng 0)

→∆i = Vi.1,025

Vi : Lượng choán nước của từng cấu kiện

o Kiểm tra điều kiện của trụ :

Phương án 1:

l(m) l0(m) J(m4) A(m2) r(m) λ l0/D [ ]λ [l /0 D]

25 50 18.113 7.069 1.6 31.23 10 70 17.7

Điều kiện được thoả mãn

o Kiểm tra điều kiện của đế móng :

SVTH:GROUP5-50CB1 19

26 52 18.113 7.069 1.6 32.5 10.4 70 17.7

Điều kiện được thoả mãn

o Kiểm tra điều kiện của đế móng :

Điều kiện được thoả mãn

o Kiểm tra điều kiện của đế móng :

T (m) HĐế (m) h0 (m) Kết luận

II Phân tích lựa chọn phương án kết cấu

Để lựa chọn phương án kết cấu phải dựa trên cơ sở sau:

 So sánh phương án chịu lực của kết cấu

 So sánh các điều kiện ban đầu:

+Trọng lượng bản thân tổng công trình

+ Chu kỳ dao động riêng tính bằng mô hình tổng thể ( tính bằng Sap)

và chu kỳ dao động riêng tính bằng mô hình đơn giản

+ Kiểm tra điều kiện ổn định (lật,To,ho và dao động riêng)

 So sánh về điều kiện thi công

SVTH:GROUP5-50CB1 20

Như vậy để lập được bảng so sánh ta cần xác định chu kỳ dao động riêng của từng phương án kết cấu:

II.1 Tính toán dao động riêng

II.1 2 Mục đích tính toán dao động riêng

Việc tính toán dao động riêng nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng do các tác

động của môi trường lên công trình

+U : Véc tơ chuyển vị của kết cấu (tại các nút)

Phương pháp tính toán động lực học kết cấu công trình biển hiện được sử dụng chủ yếu là phương pháp phần tử hửu hạn (PTHH)

Tác động của các yếu tố môi trường biển (Sóng, gió, dòng chảy) là tác dụng động với tác động của sóng là trội.Chu kỳ của song là trội Chu kỳ của sóng biển nằm trong khoảng 5 đến 30s Thông thường ta phải xét đầy đủ bài toán động lực học công trình biển cố định Trong thực tế tính toán công trình biển cố định nếu chu kỳ dao động riêng của công trình Tct>3s thì ảnh hưởng động của sóng là đáng kể vì vậy phải kể đến ảnh hưởng động Khi Tct<3s thì ảnh hưởng của sóng là không đáng kể, do đó có thể tính toán kết cấu theo phương pháp tựa tỉnh,tức là cần xác định một hệ số động kd, rồi nhân với giá trị tải trọng đầu vào hoặc kết quả nội lực đầu ra khi tính toán

Hệ số động kd được xác định như sau:

kd= 2

1 1

2 2

1

0

2 1

ε ω

ω

x u

u

t

Trong đó:

-u0: biên độ của chuyển vị động

-ut : chuyển vị cực đại do tác động tỉnh của tải trọng

-ω1: tần số của dạng dao động riêng thứ nhất của kết cấu

-ε/ω1: hệ số giảm chấn lấy bằng 0.08

- ω :tần số vòng của sóng tác dụng

ρh – Khối lượng riêng của hà bám (ρh = 1600 kg/m3)

Ahi –Diện tích tiết diện ngoài cùng của thanh thứ i

Li –Chiều dài thanh thứ i

Kết quả tính như bảng sau:

Phương án 1:

SVTH:GROUP5-50CB1 22

z Kết

ĐK trụ(m)

BK

đới cầu (m)

Chiều

Diện tích(m2)

Chiều dày hà bám(m)

KL riêng

KL hà bám(tấn)

Chiều

Diện tích(m2)

Chiều dày hà bám(m)

KL riêng

KL hà bám(tấn) (m) Cấu

cao (m)

hà bám (t/m3)

BK đới cầu (m)

Chiều

Diện tích(m2)

Chiều dày hà bám(m)

KL riêng

KL hà bám(tấn) (m) Cấu

cao (m)

hà bám (t/m3)

Xác định khối lượng nước kèm tính từ MNTB xuống đáy biển

Khối lượng nước kèm quy đổi tại nút thứ i là:

BK

đới cầu (m)

Chiều

Chiều dày hà bám(m)

Thể tích

KL nước kèm(tấn) (m) Cấu

Chiều Chiều

dày hà bám(m)

Thể tích

KL nuớc kèm(tấn)

Chiều Chiều

dày hà bám(m)

Thể tích

KL nớc kèm(tấn) (m) Cấu

II.2 KIểM TRA SƠ Bộ ổn định lật

Điều kiện ổn định lật của công trình được xác định theo công thức:

Mgiữ/Mlật≥ k

Trong đó :

k : Hệ số an toàn, thường lấy k = 1,5

Mgiữ : Momen chống lật do tải trọng công trình gây ra

Mlật : Mômen gây lật tại đế móng do tải trọng sóng, dòng chảy, do gió và lực đẩy nổi gây ra tại mép đáy móng

Với phương án 1:

Giá trị momen lật do tải trọng sóng và dòng chảy gây ra tính táon theo lý

thuyết sóng Stokes bậc 5 (xem trong tính toán lực Sóng chi tiết cho PA chọn)

SVTH:GROUP5-50CB1 26

t Fx(KN) Fy(KN) Mx(KNm) My(KNm)

0 -584.8 64.421 417 -4727 T/20 -1179 67 446 -9457 2T/20 -2149 65 413 -16260 3T/20 -2712 64 405 -18596 4T/20 -2752 64 396 -17441 5T/20 -2530 63 386 -15149 6T/20 -2168 63 378 -12987 7T/20 -1747 63 372 -10871 8T/20 -1299 63 369 -8917 9T/20 -770 59 351 -6765

18T/20 1839 64 414 14834

Mômen dương gây lật do sóng lớn nhất : Mlật sóng = 17570KNm

Giá trị tải trọng do gió và mômen gây lật do gió

SVTH:GROUP5-50CB1 27

Mômen lật do gió gây ra : Mlật gió = 7212.57 KNm

Mômen do lực đẩy nổi gây ra: MLĐN = FĐN * 10 = 25883.94*10 = 258839.4 (KNm)

Mgiữ = (GKCĐ + GTT + GHB)*10 =(22112.38+ 1837 + 835.23) * 10 = 247846.1 (KNm)

Mgiữ/Mlật =247846,1/ (258839,4+ 17570 +7212,57) = 0,873< 1,5

KL : Như vậy công trình không đủ ổn định Ta phải tiến hành dằn

Pd là trọng lượng vật liệu dằn thêm, ta cần luợng vật liệu tối thiểu để công trình có thể ổn định :

t Fx(KN) Fy(KN) Mx(KNm) My(KNm)

10T/20 -303.677 76.088 457 -4215 11T/20 385.856 78.503 511 -1134 12T/20 1250.219 78.606 514 5107 13T/20 2134.559 78.774 518 11909 14T/20 2843.325 76.823 473 16398 15T/20 3369.135 77.073 479 20815

16T/20 3520.434 77.341 486 23255

17T/20 3191.900 77.609 494 22695

SVTH:GROUP5-50CB1 28

18T/20 2304.534 77.831 506 18507 19T/20 899.993 77.931 510 7881

Giá trị tải trọng do gió và mômen gây lật do gió

Mômen lật do gió gây ra : Mlật gió = 7212,57 KNm

Mômen do lực đẩy nổi gây ra: MLĐN = FĐN * 10 = 29670,55*10 = 296705,5(KNm)

Mgiữ = (GKCĐ + GTT + GHB)*10 =(22855.69 + 1837 + 877.095) * 10 = 255797.85 (KNm)

Mgiữ/Mlật =255797.85/ (296705,5+ 23255 + 7212.57) = 0,78< 1,5

KL : Như vậy công trình không đủ ổn định Ta phải tiến hành dằn

Pd là trọng lượng vật liệu dằn thêm, ta cần luợng vật liệu tối thiểu để công trình có thể ổn định :

SVTH:GROUP5-50CB1 29

8T/20 -1310.186 67.802 395 -9028 9T/20 -827.418 67.790 395 -6816

t Fx(KN) Fy(KN) Mx(KNm) My(KNm)

10T/20 -297.160 67.775 394 -4166 11T/20 298.101 67.761 394 -887 12T/20 954.172 67.863 397 3096 13T/20 1624.611 68.031 401 7494 14T/20 2230.980 68.510 410 11805 15T/20 2660.845 68.761 417 15503 16T/20 2794.992 69.029 424 17814

17T/20 2551.411 69.297 432 17891

18T/20 1859.937 69.519 444 15172 19T/20 739.434 69.619 448 6677

Giá trị tải trọng do gió và mômen gây lật do gió

Mômen lật do gió gây ra : Mlật gió = 7212,57 KNm

Mômen do lực đẩy nổi gây ra: MLĐN = FĐN * 10 = 25449,1*10 = 254491(KNm)

Mgiữ = (GKCĐ + GTT + GHB)*10 =(22051.69+ 1837 + 835.23) * 10 = 247239,2(KNm)

Mgiữ/Mlật =247239,2/ (254491+ 17891 + 7212,57) = 0,8843< 1,5

KL : Như vậy công trình không đủ ổn định Ta phải tiến hành dằn

Pd là trọng lượng vật liệu dằn thêm, ta cần luợng vật liệu tối thiểu để công trình có thể ổn định :

ở khu vực xa gối tựa chỉ xuất hiện lực dọc (phần lớn là lực nén) vì

thế ta không cần cột chơng và dầm vòng nắp, do vậy cho phép

sử dụng hết khả năng chị nén của bê tông

Bản nắp là mặt phẳng khi tải trọng tác dụng thẳng góc nên trong bản chỉ xuất hiện mô

men uốn, xoắn và lực cắt vì thế cần thiết phảI có cột chống và dầm vòng trên để làm kết cấu đỡ và hệ thống dầm phụ xyuên tâm và chia nhỏ diện chịu tải

Bản nắp là mặt phẳng khi tải trọng tác dụng thẳng góc nên trong bản chỉ xuất hiện mô men uốn, xoắn và lực cắt vì thế cần thiết phảI có cột chống

- Chu kỳ dao động là T

=0.3101(s) -vật liệu dằn 310.6(m3) Barrit

- Tổng khối lượng công trình là 22855.69 KN

- Chu kỳ dao động

là T =0.0824 -vật liệu dằn 412(m3) Barrit

-Tổng khối lượng công trình là 22351.69KN

- Chu kỳ dao

động là T

=0.2886(s) -vật liệu dằn 329.2(m3) Barrit

-ưu điểm của vòm không gian thi công rộng(không có dầm vòng nắp và cột chống)

- Nắp là cupol có tiết diện thay đổi nên khi thi hạ thuỷ mớn nước không thay đổi đột ngột không gây nguy hiểm

-phương pháp này dùng phao phụ khi chế tạo xong khoang đầu tiên của phần trụ trên

-Khối chân đế có chiều cao 8(m) nên có thể thi công trên ụ khô

- Nắp là bản phẳng nên khi thi công mớn nước sẽ thay đổi đột ngột tại vị trí dao giữa

đế và trụ cần có biện pháp xử lý

-phương pháp này

dùng phao phụ

-Khối chân đế

có chiều cao 9(m) nên có thể thi công trên ụ khô

- Nắp có tiết diện thay đổi đều nên khi thi hạ thuỷ mớn nước không thay đổi đột ngột không gây nguy hiểm

-phương pháp này dùng phao phụ khi chế tạo xong khoang

đầu tiên của phần trụ trên