đồ án cảng biển cọc ống d60

Tính toán tải trọng tác dụng lên cầu tàu.. Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dưới tác dụng của gió , dòng chảy được xác định theo công thức sau : 1,1... T

I Các số liệu đầu vào

4 Số liệu về địa chất công trình

Nền đất gồm 4 lớp có các chỉ tiêu cơ lí như sau :

Ta có công thức xác định độ sâu trước bến như sau:

H0 = T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3 + Z4 (m)

Trong đó :

T - Mớn nước khi tàu chở đầy hàng

Z0 - Mức nước dự trữ cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hoá lên tàu không

5 Chiều dài tuyến bến

Chiều dài tuyến bến được xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu Lt và khoảng cách dự phòng d theo công thức sau:

Với chiều dài bến là : Lb = 118 (m)

Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn, mỗi phân đọan dài 40 (m) Vậy chiều dài bến

I II III

III Tính toán tải trọng tác dụng lên cầu tàu

1 Tải trọng do gió

Theo 22 TCN 222 – 95 (trang 520):

* Thành phần lực dọc: W doc =49.10 - 5 A V doc doc2 x doc

* Thành phần lực ngang: W ngang =73,6.10 - 5A ngang.V ngang2 x ngang

Trong đó:

Vdoc = 5 (m/s)

Vngang = 14(m/s)

Angang, Adoc - Diện tích cản gió theo phương ngang tàu và phương dọc tàu

Vnang, Vdoc - Vận tốc gió theo phương ngang tàu và phương dọc tàu

xngang ,xdoc - Hệ số lấy theo bảng 26 ( 22 TCN 222-1995 )

đ xdoc = 1,0; xngang = 0,65

Trường hợp Adoc , m2 Angang ,m2 Wdoc, KN Wngang, KN

Angang, Adoc - Diện tích chắn nước theo hướng ngang và dọc tàu (m2)

Vngang, Vdoc - Vận tốc dòng chảy theo hướng ngang và dọc tàu (m/s)

3 Tải trọng tựa tàu

Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dưới tác dụng của gió , dòng chảy được xác định theo công thức sau :

1,1 tot 1,1 ngang

Q q

4 Tải trọng va tàu

Động năng của tàu được xác định theo công thức sau :

2

2

V D

Ta lại có : Động năng tàu cập bến bằng tổng động năng biến dạng toàn bộ hệ thống

tàu - đệm tàu - công trình bến , bỏ qua năng lượng biến dạng tàu ta có :

Eq = Ed + Eb ( kJ )

ΔZ = Δd + Δb ( m )

Ed - Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm , kJ

Eb - Năng lượng biến dạng của công trình bến , kJ

ΔZ - Biến dạng tổng thể của toàn bộ hệ thống , m

Δd - Biến dạng của thiết bị đệm , m

Δb - Biến dạng của công trình bến , m

Trong đó xác định được :

Eb =1.E q 22

l

k ( kJ ) ; Δb = Fq

K ( m ) Trong đó :

Fq - Thành phần vuông góc với mép bến của lực va tàu , kN

I - Moomen quán tính của tiết diện cọc

5 Tải trọng neo tàu

Tải trọng tác dụng lên công trình do lực kéo của dây neo

Xác định theo mục 5.11 [1] Lực neo S (KN) tác dụng lên một bích neo được xác

định theo công thức sau :

.sin cos

tot Q S

=

Trong đó :

n - Số lượng bích neo chịu lực, chọn n = 4 (với Lt = 103 < 150 (m ) )

a , b - Góc nghiêng của dây neo được lấy theo bảng 32[1, Tr.526]

Qt = Wngang + Qw - Tải trọng ngang do gió, dòng chảy tác động lên tàu

Q S n

=

b

a cos.cos

S

S n =

b

sin

Từ bảng tải trọng trên ta xác định được các đặc điểm cấu tạo của bích neo theo bảng

11 - 3 ( CTBC ) Chọn loại bích neo HW5 có các kích thước và sơ đồ liên kết được thể hiện trong bản vẽ

6 Tải trọng thiết bị và hàng hoá bốc xếp trên cảng

Với nhiệm vụ thiết kế của đồ án ta đã chọn cấp tải trọng khai thác trên bến là cấp II, với các số liệu tải trọng dưới bảng sau đây :

Tải trọng do thiết bị và phương tiện vận tải Trọng tải do hàng hoá (KN/m2)

dầm ngang trừ đi chiều cao bản

Thay các giá trị vào ta có:

* Tải trọng của dầm vòi voi và dầm tựa tàu :

Tải trọng của dầm vòi voi và dầm tựa tàu được tính một cách tương đối và quy về thành tải trọng tập trung tại các đầu cọc như sau:

* Hệ số độ tin cậy của tải trọng:

- Trọng lượng riêng của cấu kiện cầu tàu : 1,05

- Tải trọng do phương tiện bốc xếp : 1,2

- Tải trọng do hàng hoá : 1,3

- Tải trọng do tàu : 1,2

* Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc và chiều dài tự do của cọc:

Chiều dài tính toán của cọc được xác định theo phương pháp kinh nghiệm như sau:

ltt = l0 + h.d

Trong đó:

l0 - chiều dài tự do của cọc ( là khoảng cách từ trục trung hoà của dầm tới mặt

đất ) được xác định dựa vào mặt cắt địa chất, cao độ đặt bến và khoảng cách giữa mỗi hàng cọc

h - Hệ số kinh nghiệm được lấy trong khoảng từ (5 á 7), ta chọn h = 6

x H

H

y H

ồ , ồH iy x i - Mô men tổng cộng của các phản lực ứng với trục x và

trục y Với giả thiết cọc đều ngàm chặt trong đất và ở đầu cọc thì phản lực ngang Hix và Hiy của cọc đơn được xác định như lực cắt Q gây ra do các chuyển vị đơn vị theo các công thức của cơ học kết cấu :

ix

H =H iy= Q =123

i

EI l

ã Mô men quán tính của cọc :

* Các trường hợp tính toán:

ã Cầu tàu chịu lực neo tàu

Lực neo tàu tác động lên từng phân đoạn của cầu tàu thông qua lực căng dây neo Thành phần lực ngang của dây neo này là: Sq và Sn đã tính toán ở trên Trong hai trường hợp tàu đầy hàng và không hàng thì trường hợp tàu đầy hàng có tải trọng neo lớn hơn do

đó lấy tải trọng neo trong trường hợp này để tính toán

C

4,24

X Y

đồ án cảng biển

ã Cầu tàu chịu lực tựa tàu:

Tàu tựa vào bến cầu tầu coi như gây ra một tải phân bố q

X, Y là tọa độ của điểm đặt các lực SX, SY so với cọc A1

Lx, Ly là cánh tay đòn của điểm đặt SY, SX so với tâm đàn hồi (m)

Ta có:

Mo = SX Ly + SY Lx (Tm)

)

(m H

X x

ix

ồ ồ

=D

)

(m H

Y y

iy

ồ ồ

=D

)(

M

2 2

x H y

H ix i ồ iy i

=

j

Lực ngang phân bố theo cả hai phương cho cọc thứ i được xác định theo công thức sau :

) ( i'j ix

y - Toạ độ của cọc thứ i đối với hệ toạ độ mới có gốc tại tâm đàn hồi C

Kết quả tính toán như bảng tổng hợp sau :

Như vậy khung dọc nguy hiểm nhất là khung F , Khung ngang nguy hiểm nhất là khung

1 Lấy tải trọng phân bố trên các đầu cọc tại khung ngang 1 để tính toán nội lực như một bài toán phẳng:

0,15 0,25

0,46 0,85

0,24 0,4

0,74 1,36

125

T¶i träng va tµu ( dÇm ngang )

mđ - hệ số điều kiện làm việc mđ = 0,9

kn - hệ số đảm bảo , công trình cấp III lấy kn = 1,15

* Tính toán cốt dọc với momen âm tại gối M = - 46( T m)

à Mtt = kn nc n mđ M = 1,15.1.1,25.0,9.51,5 = 66,6 ( Tm )

Ta có :

- Tiết diện dầm : b x h = 80 x 120 (cm.)

Chọn abv = 7 (cm) đ h0 = 120 - 7 = 113 (cm)

Rn , - cường độ chịu nén của bê tông ,Rn =135 kG /cm2

Ra ,Ra.n - cường độ chịu kéo và chịu nén của cốt thép , Ra = Ra.n =2800 kG /cm2

Để bảo đảm điều kiện phá hoại dẻo thì a mÊa r(x ≤ xr )

n c m

b n

k n M

1,15.1.66,61,15.1350.0,8.1,13 = 0,048 < ar = 0,375

à Cốt thép trong dầm tính theo tiết diện đặt cốt đơn

a F

k - Hệ số với cấu kiện chịu uốn lấy bằng 1,0

Cg - Hệ số với tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời, Cg = 1,3

h - Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì h = 1,0

sa - ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được xác định như sau :

n c m

b n

k n M

1,15.1.16,41,15.1350.0,8.1,13 = 0,012 < ar = 0,42

à Cốt thép trong dầm tính theo tiết diện đặt cốt đơn

80.113

a F

266,61

2

1 l l l

n c m

b n

k n M

1,15.1.1,51,15.1350.1.0,27 = 0,015 < ar = 0,42

2

m a

0

1,15.1.1,5.101,1.2800.0,99.27

100.27

a F

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:

Ta có:

Q n

3

21,12.101

2, 24.10 27+

= 0,75

- Qb = kR bh tgk o b = 0,654.10.100.27.0,75 = 13244 ( kG ) = 13,24( T )

- mb3.Qb = 1,15 13,24 = 15,22 ( T )

Ta thấy k n n c Q < mb3.Qb nên bê tông đủ khả năng chịu cắt

* Kiểm tra theo điều kiện sự hình thành và mở rộng vết nứt :

Chiều rộng vết nứt aT vuông góc với trục dọc dầm được xác định theo công thức:

M a

đ sa = 1,5.105

10,05.26,8= 557 ( Kg/cm2 )

3 Tính toán và kiểm tra cọc

5.3.1 Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định:

Rg = F.s + u ồ h iti

Trong đó :

σ - Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc,

F - Diện tích mặt cắt ngang của cọc, F = 2

u - Chu vi tiết diện cọc u = p .D = p.0,6= 1,88 (m)

ti - Cường độ ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh của cọc

à Ntt = kn nc n mđ Nmax = 1,15.1.1,25.0,9.63,9 = 82 ( T )

R = 83 ( T ) > Ntt = 82 ( T )

Cọc đủ sức chịu tải

5.3.3 Tính toán cọc trong quá trình thi công :

Chiều dài cọc lc = 30 (m) Chia làm 2 đoạn, mỗi đoạn dài 15 ( m )

+ Trường hợp cẩu một điểm:

a

p

Trường hợp cẩu để thi công

Điểm đặt móc cẩu được xác định sao cho nội lực trong cọc có trị số mô men dương lớn nhất bằng trị số mô men âm lớn nhất khi cẩu Ta có:

đồ án cảng biển

a = 0,209.l =0,29.15 = 4,35 m

Sơ đồ tính toán của cọc có thể xem là dầm đơn giản có gối tựa tại điểm móc cẩu và

điểm tiếp xúc với đất :

m i

m i

q

Hình17 : Sơ đồ tính toán cọc cẩu một điểm

Tải trọng tác dụng lên cọc là tải trọng bản thân cọc :

Ta thấy M1 > M2 đ nội lực trong cọc trong trường hợp cẩu một điểm là nguy hiểm nhất Ta lấy nội lực trong trường hợp này để tính toán thiết kế cho trường hợp thi công Giá trị nội lực dùng để tính toán là :

M = M1 = 9,5 (Tm)

Q = Q1 = 4,45 (T) Chọn 18ặ18 ( Fa =45,8 cm2 ) được bố trí đều vòng quanh cọc

Mmax < m F h Ra s o a

n c

k n z

M a

=> Thỏa mãn độ nứt giới hạn cho phép

Vậy ta bố trí thép cọc là 18ặ18 và cốt đai ặ8a200

5.4 Tính toán dầm vòi voi

Dầm vòi voi có tiết diện thay đổi phần dưới tiết diện thu nhỏ dần từ bề rộng 0,7 (m ) xuống 0,25 ( m ) dài 2,1 (m)

Dầm vòi voi chịu tác dụng của lực tựa tàu và va tàu Phần trên của dầm vòi voi liên kết với dầm ngang, truyền tải trọng vào dầm ngang và chủ yếu chịu lực nén nên không cần thiết phải tính toán mà chỉ tính toán với phần dầm bên dưới như dầm Conson chịu uốn dưới tác dụng của lực tựa và lực va tàu Ta tính toán với trường hợp có lực tựa q = 0,5 T/m

và lực va giá trị của lực va theo phương vuông góc với mép bến là F = 18 T

+ Trường hợp chịu lực tựa:

Lực tác dụng lên dầm trong trường hợp tựa là :

F = 0,5 4 = 2 (T)

Để an toàn ta xem như lực này đặt ở đầu dầm, khi đó mô men ở mép ngàm là :

M = 2 2,1 = 4,2 (Tm)

+ Trường hợp chịu lực va:

Lực tác dụng lên dầm trong trường hợp va là :

F = 18 (T)

Để an toàn ta xem như lực này đặt tại vị trí cách mép ngàm là 2,1 (m)

M = 18 2,1 = 37,8 (Tm)

Ta thấy trường hợp chịu lực va là nguy hiểm nhất nên tính toán theo trường hợp này

và tính toán cho cấu kiện chịu uốn có tiết diện b x h = 80 x 70 cm

Chọn abv = 5 cm suy ra h0 = h - abv = 70 - 5 = 65 (cm)

0

1,15.1.37,8.101,15.135.80.65

a F

M a

0,083.6565

h x

Vậy ta bố trí thép dầm vòi voi là 8ặ28

VI Kiểm tra ổn định tổng thể

SRg: Tổng các lực hoặc mô men giữ cho kết cấu khỏi trượt

SRtr: Tổng các lực hoặc mô men gây trượt cho kết cấu

n = 1,25 : Hệ số vượt tải đối với bến cầu tàu

md = 0,75 : Hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc

m = 1,15: Hệ số điều kiện làm việc

Kn = 1,15 : hệ số đảm bảo ( công trình cấp III )

Mg, Mtr: Mô men giữ và mô men trượt

Với tâm trượt cung tròn nguy hiểm nhất ta có:

Mtr = R Sgi.sinai + Swi.zi

Mg = R ( Sgi.cosai.tgji + SCi.Dli + SQci ) Trong đó:

ri: Khoảng cách ngang từ tâm quay O1 đến đường tác dụng của lực gi

ji, Ci : Góc nội ma sát và lực dính của đáy cột đất thứ i

Dli: Chiều dài đoạn cung ở đáy cột thứ i

wi = 0 : áp lực thuỷ động tăng thêm

Zi : Khoảng cách của tâm cung trượt đến đường tác dụng gi

Qci: Lực kháng trượt của cọc thứ i

Xác định lực kháng trượt của cọc:

đồ án cảng biển

l t

M Q

z

c

.4

=

Trong đó:

Mc : Mô men uốn trong cọc ở dưới mặt trượt được xác định theo 2 điều kiện:

a Điều kiện độ bền của tiết diện BTCT, tính theo công thức trong TCVN 4116-85

b Điều kiện ngàm của cọc dưới mặt trượt một đoạn

25,1

n z

t l

ửỗ

i i

n

i i

g s

ữứ

ửỗ

i i

n

i i

g s

g n

c d tr

m M k K

n n m M

1,15.22260,11,15

1.1, 25.0,75.10748 = 2,2 > 1

* Kiểm tra ổn định tâm tâm trượt O2 :

18 2

O2( 4,43 ;8 )

R = 39 ,16 m 1

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

g n

c d tr

m M k K

n n m M

1,15.240901,15

g n

c d tr

m M k K

n n m M

1,15.236261,15

1.1, 25.0,75.8865,68 = 2,8 > 1 Vậy cầu tầu thỏa mãn điều kiện ổn định trượt sâu

đồ án cảng biển

Tài liệu tham khảo

1 22TCN - 207 - 92 Tiêu chuẩn thiết kế công trình bến cảng biển

2 22TCN - 222 - 95 Tải trọng và tác động ( do sóng và do tàu ) lên công trình thủy

3 TCVN 4116 - 85 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép thủy công

4 Công trình bến cảng - Phạm Văn Giáp, Nguyễn Hữu Đẩu , Nguyễn Ngọc Huệ , nhà xuất bản xây dựng , hà nội ,1998

5 Thiết kế công trình bến cảng - KS Vũ Minh Tuấn , Nhà xuất bản xây dựng , 2010

6 Kết cấu bê tông cốt thép - Pgs ,Ts Phan Quang minh - Gs ,Ts Ngô Thế Phong

Gs ,Ts Nguyễn Đình Cống , Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , hà nội , 2008