Đồ án công trình bến II (cầu tầu cừ sau )

Nội dung của đồ án này thể hiện qua 8 chương : Chương 1 : Tính toán các kích thước cơ bản và giả định kết cấu Chương 2 : Tính toán tải trọng tác dụng lên cầu tầu Chương 3 : Phân bố lực n

Bộ môn cảng - đường thủy

đồ án

Công trình bến II

(Cầu tầu cừ sau )

Thầy hướng dẫn: TS.nguyễn thanh hoàn Sinh viên thực hiện:nguyễn văn tuấn

MSSV:7615.51 Lớp :51CG1

Lời nói đầu

Kết cấu cầu tầu là một loại kết cấu có rất nhiều ưu điểm, hiện nay loại kết cấu này

đang được sử dụng rộng rãi ở rất nhiều nước trên thế giới Nó thích hợp với điều kiện

địa chất yếu như ở việt nam, đặc biệt nó có kết cấu nhẹ, dễ thi công, chiụ tải lớn Do

đó trong đồ án môn học “ công trình bến 2 ” này là một trong những đồ án chuyên ngành rất quan trọng đối với sinh viên ngành Cảng - Đường thuỷ Nhằm tìm hiểu kĩ

về kết cấu cầu tầu, để phát huy những ưu đểm và hạn chế nhược điểm của nó

Trong đò án môn học “ công trình bến 2” em xin trình bày loại kết cấu “cầu tầu cừ sau”

Nội dung của đồ án này thể hiện qua 8 chương :

Chương 1 : Tính toán các kích thước cơ bản và giả định kết cấu

Chương 2 : Tính toán tải trọng tác dụng lên cầu tầu

Chương 3 : Phân bố lực ngang và tổ hợp tải trọng

Chương 4 : Tính toán ổn định cầu tầu

Chương 5 : Giải cầu tầu

Chương 6 : Tính toán các cấu kiện của cầu tầu

Chương 1 Tính toán các số liệu cơ bản và giả định kết cấu bến

- Vận tốc gió dọc tàu: 17( m/s ) ; Vận tốc gió ngang tàu:17 (m/s)

- Vận tốc dòng chảy dọc tàu:2,0(m/s) ; Vận tốc dòng chảy ngang tàu:0,4(m/s) + Số liệu địa chất công trình :

Lớp 1 : j1=80 ; c1=1,45 (T/m2 ) ;B=0,8 ; γ1 = 1,72( / t m3);dày 3,0 (m ) Lớp 2 : j2=100 ; c2=2,15 (T/m2 ) ;B=0,6 ; γ2 = 1,80( / t m3);dày 3,5(m)

Lớp 3 : j3=170 ; c3=2,79 (T/m2 ) ;B=0,3 ; γ3 = 1,85( / t m3);dàyvô cùng +Tải trọng hàng hóa ,thiết bị:

- Cấp tải trọng: cấp 2 ; q0 = 3( / t m2)

- Thiết bị trên bến: cần trục bánh lốp,sức nâng 25 (tấn) ; áp lực chân lớn nhất P=20 (tấn) ;ôtô H30

1 2 Xác định kích thước cơ bản của bến

1.2.1 - Chiều dài bến:

+ LB = Lt + d ( Trang 18- Công trình bến)

d: Khoảng cách dự phòng cho một bến lấy theo bảng 1-3 CTB )

Lt = 82 m : chiều dài tàu tính toán

Suy ra :

Lb = 82 + 10 = 92 ( m )

+ T = 4,6(m) : mớn nước của tàu khi đầy hàng

+ z1 : độ dự phòng chạy tầu tối thiểu (m).Lấy theo bảng 3_trang12-22TCN207-92 Z1 =0,03.T=0,03.4,6=0,138 m + z2 = 0,125(m) : độ sâu dự trữ do sóng lấy theo bảng 4_trang13_22TCN207-92

+ z3 = 0 (m) : độ sâu dự phòng về vận tốc (tính đến sự thay đổi mớn nước của tàu khi chạy so với mớn nước tàu neo đậu khi nước tĩnh)lấy theo bảng 5_trang 13_22TCN207-92 (dùng tàu lai dắt)

+ z4 = 0,4 : độ sâu dự phòng do sa bồi + z0 = 0,31m : độ dự phòng cho sự nghiêng lệch tầu

1.2.5 Cao trình đáy bến (CTĐB)

ẹ CTĐB = ẹ MNTTK - H1 =-0, 7- 5,6 = - 6,3(m)

1.2.6 Chiều sâu bến:

Hb = ẹ CTMB - ẹ CTĐB = +3,0 - (-6,3) = 9,3(m) Chọn: Hb =9,3(m)

+ Chiều dài tính toán: ltt = lo + hd

- Trong đó:+ lo: chiều dài tự do của cọc

+ Ltt: chiều dài tính toán của cọc + h: hệ số kinh nghiệm h= (4á6),độ sệt B <(0,5á0,6) h= 10 độ sệt B > 0,6

+ Cừ :chọn cừ Larssen IV

Chương 2

Tính toán các tải trọng tác dụng lên cầu tầu

2.1 Các loại tải trọng tác dụng lên công trình bến

2.1.1 Tải trọng do tàu

a Diện tích cản nước của tàu

a.1 Diện tích cản nước theo phương ngang của tàu

A = T.L (m2) Trong đó:

T: Mớn nước của tàu (m)

Bt: Chiều rộng tàu tính toán (m)

+ Tầu đầy hàng: Atdh = 4,6.12 = 55,2(m2)

+ Tầu không hàng : Atkh =2,1.12 = 25,2(m2)

b Diện tích cản gió của tầu

b.1.Diện tích cản gió theo phương ngang tầu : 2

q

A (m ) Lấy theo tiêu chuẩn thiết kế:22TCN222-95_phụ lục 4_trang 105

Bảng 1.1 Các đặc trưng do gió- dòng chảy tác dụng lên tầu

vị Giá trị

3 Diện tích cản gió theo phương ngang khi tầu đầy hàng m2 490

4 Diện tích cản gió theo phương ngang khi tầu không hàng m2 730

5 Diện tích cản gió theo phương dọc khi tầu đầy hàng m2 140

6 Diện tích cản gió theo phương dọc khi tầu không hàng m2 170

9 Diện tích cản nước theo phương ngang khi tầu đầy hàng m2 377,2

10 Diện tích cản nước theo phương ngang khi tầu không hàng m2 172,2

11 Diện tích cản nước theo phương dọc khi tầu đầy hàng m2 55,2

12 Diện tích cản nước theo phương dọc khi tầu không hàng m2 25,2

W , Wq n :Là thành phần ngang và thành phần dọc của tải trọng do gió tác dụng lên tàu (KN)

Aq ,An: Diện tích cảngió theo hướng ngang tầu và dọc tầu (tính cho

tàu đầy hàng và chưa có hàng).(m2)

Vq,Vn : Vận tốc gió theo hướng ngang tầu và dọc tầu (m/s)

x = 0,65 (do Lt = 82m) : Hệ số phụ thuộc chều dài tàu

QW , NW :Thành phần ngang và thành phần dọc của tải trọng dòng chảy tác dụng lên tàu (kN)

Al, At : Diện tích chắn nước theo hướng ngang và hướng dọc của tàu

Vl, Vt :Thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ dòng chảy vưới suất bảo đảm 2%

Bảng 2.3.Tổng hợp lực do gió và dòng chảy tác động lên tàu(Qt:kN)

Trường hợp Hướng ngang tàu (kN) Hướng dọc tàu (kN)

2.1.1.1.Tải trọng neo tàu

+ Tải trọng neo tàu được xác định bằng cách phân phối thành phần tải trọng vuông góc mép bến tổng cộng do gió và dòng chảy tác động lên tàu cho các bích neo làm việc của biên

n.sinα.cosβ Trong đó:

Qt: Tổng hợp lực ngang do gió và dòng chảy tác động lên tàu(Qt:kN)

n :Sốlượng bích neo chịu lực n = 4 ( bảng 31 -22TCN222-95 trang 72 )

a , b : Lấy theo bảng 32 của : 22 TCN 222-95 trang 73

+ Tàu đầy hàng:a = 30 ,β=20 ° °+ Tàu không hàng: a = 30 ,β=40 ° °Vậy:

+ Khi tàu đầy hàng:

103,35

55(kN) 5,5( ) 4.sin 30 cos 20

dh

+ Khi tàu không hàng:

+ Thành phần vuông góc với mép bến của lực neo là:

+ Khi tàu đầy hàng:

dh q

103,35

25,84(kN) 2,58(T) 4

S =S cosα.cosβ =5,5.cos30 cos20 =4,47(T) ° °

+ Khi tàu không hàng:

kh n

S =S cosα.cosβ =7,65.cos30 cos40 =5,07(T) ° ° + Thành phần thẳng đứng:

Sv = S sinb

+ Khi tàu đầy hàng:

dh v

S =S sin 20° = 5,5.sin 20° = 1,88(T)

+ Khi tàu không hàng:

kh v

2.1.1.2 Tải trọng do va tàu

+ Tải trọng do va tàu chỉ hình thành khi tàu cập bến và tiếp xúc với công trình bến.Trị số tải trọng do va tàu tăng dần và đạt giá trị lớn nhất khi toàn bộ động năng biến thành thế năng

Động năng va của tàu là:

2 q

D:Lượng giãn nước của tàu tính toán [T]

V:Thành phần vuông góc với mặt trước của tốc độ cập tàu (m/s)

2.1.1.3 Tải trọng tựa tàu

+ Tải trọng tựa tàu phân bố đều theo chiều dài công trình bến trên toàn bộ

đoạn tiếp xúc giữa thành tàu và mặt trước bến và được xác định theo công thức

t d

Q

q = 1 , 1

L (kN/m) Trong đó:

t

Q : Tổng hợp lực ngang do gió và dòng chảy tác động lên tàu(Qt:kN) d

L : Chiềy dài tiếp xúc giữa tàu và công trình bến (m).Tùy vào quan hệ

giữa chiều dài bến Lb và chiều dài mạn tàu (thành tàu) Lth ,Ld

được lấy như sau:

Khi Lb> Lth đLd= Lth Khi Lb< Lth đLd= Lb

Ta có: Lb=92(m), Lth lấy theo phụ lục 4-trang 105-22TCN222-95 Khi đầy tải : Lth =29(m)

Khi đầy tải : Lth =21(m)

=> Lb> Lth đLd= Lth

Vậy:

Khi tàu đầy hàng:q=1,1.103,35

29 =3,92(kN/m)=0,392(T/m) Khi tàu khong hàng:q=1,1.117,18

2.4.Tính sức chịu tải của cọc

+ Mục này ta chỉ tính toán sức chịu tải của cọc theo cường độ nền đất

+ Tính toán với hàng cọc ngoài cùng có chiều sâu chôn cọc nhỏ nhất

+ Dựa vào mặt cắt địa chất và vị trí công trình ta xác định chiều dầy của lớp đất

Pn : Sức chịu tải tính toán của cọc

m :hệ số điều kiện làm việc , lấy m=1

u : chu vi tiết diện cọc u = 4.0,4=1,6 ( m )

li: chiều sâu lớp đất thứ i

mf, mR :hệ số làm việc của đất ở mũi cọc và hông cọc, lấy mR=mf=1

ti : Lực ma sát trung bình của mỗi lớp đất

k , k:' Lần lượt là hệ số giảm áp lực đất chủ động và hệ số tăng áp lực đất bị

động lấy theo bảng 5-3 trang 142-Giáo trình :Công trình Bến Cảng

=

=

Và

o aci

o pci

λ 2.tg (45 - /2)

λ 2.tg(45 + /2)

j j

v Kết quả tính toán áp lưc đất lên cừ được thể hiện ở bảng 2.4 và bảng 2.5

v Giả cừ theo phương pháp đồ giải và được trình bày trên các sơ đồ ở hình vẽ dưới: Các bước cơ bản gồm:

+Xây dung biểu đồ áp lực đất,

+Thay biểu đồ áp lực bằng các lực tập trung;

+Vẽ đa giác lực;

+Vẽ đa giác dây và đường khép kín của đa giác dây

Từ đa giác dây và đường khép kín của đa giác dây ta sẽ tìm được chiều sâu chôn

t :Độ sâu chôn cừ theo tính toán đồ giải , tính từ mặt phẳng ngang được xác

định ở trên đến giao điêm phía dưới giữa đường khép kin vưới đa giác dây,

Tæng chiÒu dµi cõ: L =H +tcu o p =9, 2 4,80 14, 00( ).+ = m vËy chän

Chương 3 Phân bố lực ngang và tổ hợp tải trọng

3 1 Giả thiết tính toán

+) Xác định chiều dài tính toán của cọc theo công thức kinh ngiệm

Ltt = L 0 + h * d

Trong đó :

h : hệ số kinh ngiệm lấy bằng 7

L0 : chiều dài tụ do của cọc

Bảng 3.1:Chiều dài tính toán của cọc

2 1

2 1 2

a a

a

a Cos K Cos

F : Là tiết diện cọc

η : hệ số, η =400

lo : Chiều dài tự do của cọc

R : Sức chịu tải cho phép của cọc

a1 = a2 = arctg (1/6 ) = 9,50

K1 , K2 : Hệ số lún đàn hồi được xác định theo công thức:

K1 = lo1 / EF + 1/ η R

K1 = lo1 / EF + 1/ η R E: Mô đun đàn hồi của vật liệu làm cọc

F : Là tiết diện cọc

η : hệ số, η =400

lo : Chiều dài tự do của cọc

R : Sức chịu tải cho phép của cọc

ix i c

- Để giải bài to¸n cầu tầu, để đơn giản và thiªn về an toàn ta chuyển bài to¸n

kh«ng gian về bài to¸n phẳng tương ứng theo 2 phương : phương ngang và

phương dọc bến TÝnh to¸n cho c¸c khung đại diện cã tổng lực ngang t¸c dụng

là lớn nhất

- Cầu tầu chịu t¸c dụng của c¸c tải trọng : neo tầu, tựa tàu, va tầu.Do yªu cầu của

đồ ¸n là cầu tầu liền bờ nªn kh«ng xảy ra trường hợp cầu tầu chịu t¸c dụng đồng thời của c¸c loại tải trọng trªn.Để x¸c định khung ngang nguy hiểm nhất

ta tÝnh to¸n cho trường hợp bất lợi nhất , thường là lực neo tầu

3.3.1 X¸c định khung ngang nguy hiểm nhất

a C¸c sơ đồ vị trÝ của lực ngang t¸c dụng lªn bến trong trường hợp neo tầu : Trong phạm vi của đồ ¸n ta chỉ xÐt sơ đồ 3,c¸c sơ đồ cßn lại tÝnh tương tự

v Đưa tải trọng vệ t©m đàn hồi C : Theo nguyªn tắc kh«ng làm thay đổi t¸c dụng vào ph©n đoạn cầu tàu

X C =åX = 2.5,07 10,14 = (t)

ix

X H

±

±

Trong đó Xi và Yi là toạ đọ của cọc thứ i trong hệ toạ độ mới XCY

Kết quả tính toán thể hiên dưới bảng 3.4-3.5-3.6

b Tải trọng do va tàu và tựa tàu tác dụng lên khung ngang nguy hiểm nhất

v Tải trọng do va tàu : Giả thiết va tàu tại tâm đệm tàu Trường hợp đệm tàu ở vị trí mép bến là trường hợp nguy hiểm nhất ( do gây ra mô men là lớn nhất ).Ta

dùng trường hợp này để tính toán

- Tải trọng va tàu quy về tâm đàn hồi C :

±

Trong đó Xi và Yi là toạ đọ của cọc thứ i trong hệ toạ độ mới XCY

Kết quả tính toán thể hiên dưới bảng 3.7-3.8-3.9

v Tải trọng do tựa tàu : Tàu tựa vào bến ngây ra lực phân bố q trên chiều dài

thành tàu Quy về lực tập trung thì lực này có phương qua tâm đàn hồi C:

- Tải trọng va tàu quy về tâm đàn hồi C :

6,67.10 42364,08

Y

iy

Y H

±

±

Trong đó Xi và Yi là toạ đọ của cọc thứ i trong hệ toạ độ mới XCY

Kết quả tính toán thể hiên dưới bảng 3.10-3.11

3.3.2 Tổ hợp tải trọng

v Tải trọng tác dụng lên bến gồm 3 loại:

- Tải trọng thường xuyên: Tải trọng bản thân công trình

- Tải trọng tạm thời dài hạn: Tải trọng hàng hoá và cần trục

- Tải trọng tạm thời ngắn hạn: Tải trọng neo tàu, va tàu, tựa tàu

v Tổ hợp tải trọng bao gồm tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt

- Tổ hợp cơ bản :TT thường xuyên + TT tạm thời dài han + một trong số các tải trọng tạm thời ngắn hạn

- Tổ hợp đặc biệt : TT thường xuyên + TT tạm thời (dài hạn hoặc ngắn hạn có thể đồng thời sảy ra) + 1 tải trọng đặc biệt

Tuy nhiên trong phạm vi đồ án không xét đến tải trọng đặc biệt Do đó ta chỉ xét trường hợp tổ hợp cơ bản

3.4 Tính toán bố trí cốt thép

3.4.1 Tính toán bố trí cốt thép cho dam ngang

Từ kết quả chạy sap2000 ta có:

Tính momen dương lớn nhất: Mmax=19,86 (t.m )

Tính momen âm lớn nhất: Mmin=37,74( t.m )

m R b

-Trong đó:

ã mb=1 là hệ số điều kiện làm việc của bê tông

ã Rnp=135kg/cm2 là cường độ chịu nén dọc của bê tông

x

R m

b R m F

a a

np b

.

.

Trong đó:

ã ma : hệ số điều kiện làm việc của thép , ma = 1,1

ã Ra : cường độ chịu kéo của cốt thép , Ra = 2700 (kg/cm2)

k

a

bd a

h - Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì h = 1.0

Cd - Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng Xem tải trọng tác

dụng lâu dài, lấy Cd = 1.3

sa - ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được

xác định như sau :

sa =

Z F

m R b

-Trong đó:

ã mb=1 là hệ số điều kiện làm việc của bê tông

ã Rnp=135kg/cm2 là cường độ chịu nén dọc của bê tông

x

R m

b R m F

a a

np b

.

.

Trong đó:

ã ma : hệ số điều kiện làm việc của thép , ma = 1,1

ã Ra : cường độ chịu kéo của cốt thép , Ra = 2700 (kg/cm2)

a

bd a

d ´ ´ - ´ ´ - ´

Trong đó :

k - Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện Với cọc chịu uốn lấy bằng 1.0

h - Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì h = 1.0

Cd - Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng Xem tải trọng tác dụng lâu dài, lấy Cd = 1.3

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

= 0,068 mm < 0,08 mm Thỏa mãn độ nứt giới hạn cho phép

ã Tính toán thép cốt đai cho dầm

* Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:

- Kiểm tra điều kiện đảm bảo bêtông không bị phá hoại trên tiết diện nghiêng:

Điều kiện kiểm tra : k n n c Q < 0, 25m R bh b3 np 0

Q=1,15.1.1,25.1.37,19=53,46 T

+)k n n c Q= 1,15 1 53,46 =61,48 (T)

+)0, 25m R bh b3 np 0= 0,25 x 1,15 x 135x10-3 x60 x 92 = 214,245(T)

Thấy k n n c Q < 0, 25m R bh b3 np 0 đThoả mãn

- Kiểm tra điều kiện bêtông đủ khả năng chịu cắt:

Điều kiện kiểm tra : k n n c Q Ê mb.k R b h .k 20

t t

53, 46.92 + =1.98-> lấy tgb=1,5 -> C=92/1,5=61,33

k=0,5 + 2.x=0,5+

0

2 .

a a np

a Tính toán bố trí cốt thép cho bản theo phương cạnh ngắn

Từ kết quả chạy sap2000 ta có:

Tính momen âm lớn nhất: Mmin=-2.8( t.m )

m R b

-Trong đó:

ã mb=1 là hệ số điều kiện làm việc của bê tông

ã Rnp=135kg/cm2 là cường độ chịu nén dọc của bê tông

b R m F

a a

np b

.

.

Trong đó:

ã ma : hệ số điều kiện làm việc của thép , ma = 1,1

ã Ra : cường độ chịu kéo của cốt thép , Ra = 2700 (kg/cm2)

k

a

bd a

d ´ ´ - ´ ´ - ´

Trong đó :

k - Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện Với cọc chịu uốn lấy

bằng 1.0

h - Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì h = 1.0

Cd - Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng Xem tải trọng tác

dụng lâu dài, lấy Cd = 1.3

sa - ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được

xác định như sau :

sa =

Z F

= 0,071 mm < 0,08 mm Thỏa mãn độ nứt giới hạn cho phép

Tính momen dương lớn nhất: Mmax=6,53( t.m )

ã Tính thép chịu momen dương:

Mtt = 1,15 1 1,25 1 6,53 =9.39 (t m)

Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của cốt thép chịu kéo a= 6cm, khi đó h0=30 - 6=24cm

Tính chiều cao vùng chịu nén

m R b

-Trong đó:

ã mb=1 là hệ số điều kiện làm việc của bê tông

ã Rnp=135kg/cm2 là cường độ chịu nén dọc của bê tông

b R m F

a a

np b

.

.

Trong đó:

ã ma : hệ số điều kiện làm việc của thép , ma = 1,1

ã Ra : cường độ chịu kéo của cốt thép , Ra = 2700 (kg/cm2)

k

a

bd a