Đồ án tốt nghiệp cảng biển

Trị số lớn nhất của thành phần nằm ngang Q và của thành phần lực dọc N củalực nằm ngang do sóng tác động lên ụ nổi hoặc bến phao có tàu đang neo cập ở bếnphái xác định theo công thức sau

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢNG BIỂN

1

1

Bến cầu tầu đài mềm hệ dầm bản cọc bê tông cốt thép

1.1. Loại tầu thiết kế Tầu chở dầu

Tải trọng do thiết bị và phơng tiện vận

tải Trọng tải do hàng hoá (KN/m 2 ) Cần cẩu cổng đoàn tàu KN/m Ô tô q 1 q 2 q 3

-3 Số liệu về địa chất công trình.

Nền đất gồm 3 lớp có các chỉ tiêu cơ lí nh sau :

H0 = Hct + Z4 (m)

Trong đó :

Hct - Là chiều sâu chạy tàu , Hct = T + Z0+ Z1+ Z2+ Z3

T - Mớn nớc khi tàu chở đầy hàng

Z0 - Mức dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hoá lên tàukhông đều và do hàng hoá bị xê dịch

Z1 - Độ dự phòng chạy tàu tối thiểu tính với an toàn lái tàu

Z2 - Độ dự phòng do sóng, theo bài ra trớc bến không có sóng

Z3 - Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nớc của tàu khi chạy

so với mớn nớc của tàu neo đậu khi nớc tĩnh

2 Chiều dài tuyến bến.

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

-m - Độ dốc ổn định của -mái đất dới gầ-m cầu tàu, -m = cotgα

α - Góc nghiêng của mái đất ổn định so với mặt nằm ngang α = 190

Với chiều dài bến là : Lb = 120 (m)

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

4.4 Giả định tờng chắn đất.

Với các số liệu ban đầu nh trên ta giả định tờng chắn đất nh sau:

5

5

– Thành phần lực ngang: W q =73.6 10x −5xA xV x q q2 ξq

Trong đó:

Vn = 15 (m/s)

Vq = 5 (m/s)

Aq, An - Diện tích cản gió theo hớng ngang tàu và dọc tàu

Vq, Vn - Vận tốc gió theo hớng ngang tàu và hớng dọc tàu

ξq ,ξn - Hệ số lấy theo bảng 26 (theo 22TCN222-95/ trang 521) →ξn =0.97 ; ξq = 0.6

Kết quả thê hiện ở bảng sau :

-Không hàng 270 1030 2.89 1.14

2 Tải trọng sóng.

Trị số lớn nhất của thành phần nằm ngang Q và của thành phần lực dọc N củalực nằm ngang do sóng tác động lên ụ nổi hoặc bến phao có tàu đang neo cập ở bếnphái xác định theo công thức sau:

l

A h g

Q= χ γ1 ρ

t

A h g

Qω = và

2 59

Trong đó :

Al, At - Diện tích chắn nớc theo hớng ngang và dọc tàu (m2)

Vl, Vt - Vận tốc dòng chảy theo hớng dọc và ngang tàu (m/s)

-4 Tải trọng tựa tàu.

Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dới tác dụnggió đợc xác định theo công thức sau :

1,1. t 1,1. q

Q q

Ta tính đợc Ld cho trờng hợp tàu đầy hàng và không hàng nh sau:

tải trọng va tàu đợc xác định thông qua động năng cập tàu

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

2 2

-Theo sơ đồ Hình 33 (22TCN222-95/Tr.524) ,thành phần lực tác dụng theo

ph-ơng vuông góc với mép bến do lực va của tàu gây lên là :

– Số lợng đệm tàu trên một phân đoạn là 13 chiếc

Thiết bị đệm tàu bằng cao su à = 0.5 → Thành phần lực song song với mépbến

Fn = à.Fq = 0,5.12 = 6 (T)

6 Tải trọng neo tàu.

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

Xác định theo mục 5.11 [22TCN222-95] Lực neo S (KN) tác dụng lên mộtbích neo đợc xác định theo công thức sau :

β

α cos sin

α , β - Góc nghiêng của dây neo, phụ thuộc vào loại tàu và trạng thái tàu

(hình vẽ sau) , đợc lấy theo bảng 32(22TCN222-95/Tr.526)

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

Hình3: Sơ đồ tính toán lực neo.

9

9

β sin

7 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 làcấp II, với các số liệu tải trọng dới bảng sau đây :

Cấp tải

trọng khai

thác trên

bến

Tải trọng do thiết bị và phơng tiện vận

tải Trọng tải do hàng hoá (KN/m 2 ) Cần cẩu cổng đoàn tàu KN/m Ô tô q 1 q 2 q 3

Cần cẩu cổng

10

10

* Tải trọng của dầm vòi voi.

Tải trọng của dầm vòi voi đợc tính một cách tơng đối và quy về thành tải trọngtập trung tại các đầu cọc nh sau:

C

D1 D2

Hình5: Sơ đồ tính toán chiều dài cọc.

Ta có chiều dài tính toán của cọc đợc xác định theo phơng pháp kinh nghiệm nhsau:

ltt = l0 + η.d

Trong đó:

l0 - chiều dài tự do của cọc ( là khoảng cách từ trục trung hoà của dầm tớimặt đất ) đợc xác định dựa vào mặt cắt địa chất, cao độ đặt bến và khoảng cáchgiữa mỗi hàng cọc

η - Hệ số kinh nghiệm đợc lấy trong khoảng từ (5 ữ 8), trong đồ ánnày ta chọn η = 6

x H

H

y H

Trong đó :

∑H ix; ∑H iy là tổng phản lực do chuyển vị ngang đơn vị của các cọctheo phơng x và phơng y

xi, yi - Toạ độ đầu cọc thứ i đối với gốc toạ độ ban đầu

∑H ix y i , ∑H 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 ngangHix và Hiy của cọc đơn đợc xác định nh lực cắt Q gây ra do các chuyển vị đơn vịtheo các công thức của cơ học kết cấu :

– Mô men quán tính của cọc :

Đối với hàng cọc đầu tiên ngoài cùng và hàng cọc thứ t tính từ ngoài cùng vào

do có một nút chụm đôi với hai cọc nghiêng so với phơng thẳng đứng một góc α

nên phản lực ngang H ix và H iy của cọc đơn đợc xác định theo công thức sau :

H ix=

2 2

1 2

2

iy Sin H

α α

= +

Trong đó: k1, k2 - Các hệ số lún đàn hồi đợc xác định theo công thứcsau : EF

Xét một số trờng hợp cầu tàu chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng theo phơng

ngang và chọn ra trờng hợp nguy hiểm nhất để tính toán

* Các tr ờng hợp tính toán:

– 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 trờng

hợp tàu đầy hàng và không hàng thì trờng hợp tàu đầy hàng có tải trọng neo lớn hơn do

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

Xét hai trờng hợp neo tàu sau:

Ta sÏ tÝnh to¸n cho trêng hîp thø 2.

– CÇu tµu chÞu lùc va tµu:

XÐt hai trêng hîp va tµu sau:

SVTH : L£ V¡N TIÕN MSSV: 7305.52 LỚP : 52CB1

18

– CÇu tµu chÞu lùc tùa tµu:

Tµu tùa vµo bÕn cÇu tÇu coi nh g©y ra mét t¶i ph©n bè q

SVTH : L£ V¡N TIÕN MSSV: 7305.52 LỚP : 52CB1

19

Sau khi quy về lực tập trung ta thấy lực này đi qua tâm đàn hồi C.

Cầu tàu trong đồ án này là cầu tàu liền bờ nên sẽ không xảy ra tr ờng hợp cầu tàuchịu đồng thời các tải trọng ngang trên Ta thấy trờng hợp cầu tàu chịu lực neo và lực va

là lớn nhất nên sẽ kiểm tra hai trờng hợp này để chọn ra trờng hợp nguy hiểm nhất đểtính toán

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

Kết quả tính toán nh bảng sau :

– Tổ hợp 1: Tải trọng bản thân cầu tàu + tải do hàng hoá xếp trên bến + tải do

cần cẩu + tải do neo tàu

– Tổ hợp 2: Tải trọng bản thân cầu tàu + tải do hàng hoá xếp trên bến + tải do

cần cẩu + tải do va tàu

– Tổ hợp 3: Bao gồm tải trọng của 2 tổ hợp trên

* Sơ đồ hình học , biểu đồ nội lực và các trờng hợp tải trọng( phần phụ lục)

IV. Giải cầu tầu

1. Giải nội lực khung ngang cầu tầu

– Sau khi giải khung bằng phần mềm SAP2000 với trờng hợp tải trọng : Neo +

Va 2, ta có nội lực lớn nhất cho dầm ngang và cọc thể hiện qua bảng sau :

– Kiểm tra sức chịu tải của cọc :

• Sức chịu tải của cọc tính theo vật liệu chế tạo cọc :

Ta có :

Pvl = mb(RnFb + RaFa )

Trong đó :

Rn - Cờng độ chịu nén tính toán của bê tông

Fb - Diện tích làm việc của tiết diện bê tông

Ra - Cờng độ chịu nén tính toán của cốt thép

Fa - Diện tích làm việc của cốt thép

mb - Hệ số điều kiện làm việc Lấy m = 1

Cọc làm bằng bê tông mác 300# có Rn = 135 (KG/cm2) cốt thép A-II có Ra = 2700(KG/cm2)

Ta có :

Pvl = 1 x (135 x 1580.37 + 2700 x 19.63 ) = 266.35 (T )

Pvl = 266.35 (T) > Nmax = 53.33 (T) → Cọc đủ sức chịu tải theo vật liệu

• Sức chịu tải của cọc theo nền đất

Sức chịu tải của cọc theo đất nền đợc xác định theo phơng pháp thống kê :

Công thức : Pđ = m.(α1.Ri.F +α2.Σ ui.τi.li)

Trong đó :

m - Hệ số điều kiện làm việc, m = 1

α1 - Hệ số kể đến ảnh hởng của phơng pháp hạ cọc đến ma sát giữa đất vàcọc

α2 - Hệ số kể đến ảnh hởng của phơng pháp hạ cọc đến sức chị tảI của đất

d-ới mũi cọc Lấy α1 = α2 = 1 (Cọc lăng trụ hạ bằng phơng pháp đóng ép)

R - Cờng độ chịu tải của đất dới mũi cọc, R = 32 (T/m2)

F - Diện tích mặt cắt ngang của cọc, F = 0.4 x 0.4 = 0.16 (m2)

ui - Chu vi tiết diện cọc ui = 4 x 0.4 = 1.6 (m)

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

1 Sét dẻo mềm, IS = 0,7 Đất yếu bỏ qua

5.3.3 Tính toán cọc trong quá trình thi công :

Chọn chiều dài cọc lc = 32(m) Chia làm 2 đoạn, mỗi đoạn dài 16 (m)

+ Trờng hợp cẩu một điểm:

a

p

Hình16 : Trờng hợp cẩu để thi công

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

a = 0.294xlcọc =0.294x16= 4.7 (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 :

SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LỚP : 52CB1

27

Hình17 : Sơ đồ tính toán cọc cẩu một điểm.

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

Lực cắt lớn nhất Qmax = q.a = 0.6x4.7=2.82 (T)

+ Trờng hợp cẩu 2 điểm:

– T¶i träng hµng ho¸ t¸c dông lªn d¶i b¶n lµ: q = 2 T/m

– T¶i träng b¶n th©n cña d¶i b¶n :

-1.13 Tm 3500

1.58 Tm 1.58 Tm

2

1 l l l

2 ( M +M I +M I l

+ 2 , 5 2 , 5 ) 3 , 5 2

- sử dụng phần mềm slope/w để tính toán ra hệ số ổn định

3.2 Kết quả

SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LỚP : 52CB1

30

Nhận thấy: Kôđ = 4.599 > [Kôđ] = 1,15

Kết luận: Công trình thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể

V. Tính toán cấu kiện cầu tầu

1. Dầm ngang

Dầm ngang khi tính toán coi là dầm liên tục đặt trên các gối tựa là các cọc Xétmột nhịp dầm tại đó có nội lực lớn nhất : Qmax = 24.48 (T) ; Mmax = 25.66 (Tm) cốt thépcủa dầm đợc tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4116 – 85

1,15 1 25.66 101,15 135 60 113

A0 = ξR(1 - 0.5ξR) = 0.6x(1-0.5x0.6)= 0.42(Đối với cốt thép A-II, mác bê tông M300 thì ξR = 0.60 , bảng 17/ tr108-TCVN4116-85)

A0 = 0.42 > A = 0.045Tra bảng ta có : ξ = 0.025, ς =0.985

Vậy ta không cần phải tính Fa’ mà đặt cốt đối xứng :

Fa = Fa’ =

5

0

1,15 1 25.66 10 1,1 2700 0.985 113

k

a

bd a

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

σa - ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì đợc xác định

Z =h − =h −ξ = − ì = cm

2 25,66 10

Ta thấy vết nứt tính toán đợc gần giá trị vết nứt cho phép đối với cấu kiện nên giá trị về

sỗ lợng thanh và đờng kính đã chọn là tơng đối hợp lý

* Tính toán cốt đai :

Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông :

Lớp bả vệ của thép lớp trên lấy = 7cm , lớp dới láy = 7cm ta có

abv = 14 cm

Suy ra h0 = h – abv = 120 – 14 = 106(cm)

Ta có :

Q n

k n c = 1.15 x 1 x 24.48 = 28.15 (T)

0

bh R

km b k = (0.5 + 2x0.025) x 1.15 x 10 x 60 x 106 = 40227 (Kg)=40.23(T)Thấy k n n c Q < km b R k bh0 → không cần phải tính toán cốt đai, đặt cốt đai theocấu tạo, chọn đai φ8 a200, 2 nhánh

Hình 13: Sơ đồ bố trí thép dầm.

2. Dầm dọc

Dầm dọc khi tính toán coi là dầm liên tục đặt trên các gối tựa là các cọc, giải nộilực ta có nhịp dầm tại đó có nội lực lớn nhất : Qmax = 10.58 (T) ; Mmax 6.91 (Tm) cốtthép của dầm đợc tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4116 – 85

Ta thấy nội lực trong dầm dọc nhỏ hơn trong dầm ngang nhiều Vì vậy ta cũngchọn thép dọc cho dầm dọc là 6φ30 để đảm bảo về nứt , thép đai chọn φ8 a200, 2nhánhh

3. Cọc

Cọc đợc tính toán là cấu kiện BTCT có tiết diện vuông chịu mô men uốn

Nội lực tính toán đợc lấy trong trờng hợp thi công cẩu lắp : M = 6.63 (Tm)

⇒ Fa =

5 0

1,15 1 6.63 10 1,1 2700 0, 95 36

k

a

bd a

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

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

σa - ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì đợcxác định nh sau :

h x

Z =h − =h −ξ = − ì

= 34(cm)

5 6.63 10 39.26 34

=> Thỏa mãn độ nứt giới hạn cho phép.

Vậy ta bố trí thép cọc là 8∅25 và cốt đai ∅8a200

* Tính toán cốt thép làm móc cẩu.

Lực kéo của móc cẩu trong trờng hợp cẩu lắp cọc : Fk = q.l

Suy ra lực kéo ở một nhánh gần đúng :

( )' 0,6.16

1.77 2700

k a a

n c

b n

k n M A

1.15 1 1.58 101.1 2700 0.992 27

5.4 Tính toán dầm vòi voi.

Dầm vòi voi là dầm lắp ghép Phần phía dới tiết diện thu nhỏ dần từ bề rộng 0,8 mxuống 0.5 m, dài 1(m)

Dầm vòi voi chịu tác dụng của lực tựa tàu và va tàu Phần trên của dầm vòi voiliên kết với dầm ngang, truyền tải trọng vào dầm ngang và chủ yếu chịu lực nén nênkhông cần thiết phải tính toán mà chỉ tính toán với phần dầm bên dới nh dầm Consonchịu uốn dới tác dụng của lực tựa và lực va tàu Ta tính toán với trờng hợp có lực tựa q

= 1.84 (T/m) và lực va giá trị của lực va theo phơng vuông góc với mép bến là F = 12(T)

+ Tr ờng hợp chịu lực tựa:

Lực tác dụng lên dầm trong trờng hợp tựa là :

F = 1.84 x 3.5 = 6.44 (T)

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

M = 6.44 x 1= 6.44 (Tm)

+ Tr ờng hợp chịu lực va:

Lực tác dụng lên dầm trong trờng hợp va là :

F = 12 (T)

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

M = 12 x 1 = 12 (Tm)

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

và tính toán cho cấu kiện chịu uốn có tiết diện b x h = 100 x 80 cm

Ta có :

M = 12 (Tm) ; Q = F= 12 (T)Chọn abv = 5 cm suy ra h0 = h - abv = 80– 5 = 75 (cm)

Fa =

5

0

1,15 1 12 10 1,1 2700 0.992 75

E C

k

a

bd a

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

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

σa - ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì đợcxác định nh sau :

h x

Vậy ta bố trí thép dầm vòi voi là 6∅20

k n c = 1,15 x 1 x 12 = 13,8 (T)

0

bh R

km b k = (0.5 + 2 x 0.016) x 1.15 x 10 x 100 x 75=45.88 (T) Thấy k n n c Q < km b R k bh0 Không phải tính toán cốt đai mà chỉ bố trí theo cấu tạo

Ta chọn cốt đai ∅8 a200

SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LỚP : 52CB1

39