Đồ án công trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCT

Tải trọng tựa tầu: Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu tựa lên công trình dưới tác dụng của sónggió,dòng chảy được xác định theo công thức sau: q = 1,1... Kết quả tính toán tải trọn

Đồ án: Công trình cầu tàu đài mềm cọc

khoan nhồi BTCT

G5MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ

1.1: Số liệu về địa chất công trình

Ngangtầu

Dọctầu

Ngangtầu

1.4: Tải trọng hàng hóa , thiết bị

+ Tiêu chuẩn thiết kế :

▼CTMB = ▼MNTB(P50%) + 2 m = 0,3 + 2 = 2,3 m

+ Tiêu chuẩn kiểm tra:

+ ctH : Chiều sâu chạy tầu

+ cT : Mớn nước đầy hàng của tầu tính toán lớn nhất

+ 0Z : Độ dự phòng do sự nghiêng lệch tầu vì xếp hàng hóa không đều bị xê dịch (bảng

+ Lmaxt : Chiều dài tầu thiết kế

+ d : khoảng cách an toàn giữa các tàu – lấy d = 25m

2.4: Giả định kết cấu bến

a Kết cấu bến

- Bến cầu tầu đài mềm cọc khoan nhồi BTCT1.1 Phân đoạn bến

- Với chiều dài bến bL = 240 m chia chiều dài bến thành 5 phân đoạn mỗi

phân đoạn dài 48 m

- Khoảng cách khe lún giữa các phân đoạn là 2 cm

- Phía tuyến sau bến dùng tường chắn để giữ ổn định mái đất

- Cấu tạo tường chắn đất và vòi voi như hình vẽ

hn : chiều cao dầm ngang trừ đi chiều dày bản.

Tải trọng bản thân dầm dọc:

Tải trọng bản thân do dầm dọc được xác định:

Gdd = (b – bn ) bd hd γbt = (4,8 – 1) 1 (1,5 – 0,4) 2,5 = 10,45 (T)

Tải trọng bản thân vòi voi:

Tải trọng bản thân của vòi voi được tính một cách tương đối và thiên về an toàn,códạng tập trung đặt tại đầu dầm và có giá tri : Gvv=8.25 (T)

3.2 Tải trọng thiết bị hàng hóa

Cấp tải trọng khai thác trên bến:

Cấp tải

trọng khai

thác trên

bến

Tải trọng do phương tiện và thiết bị

Cần cẩugiàn

Đoàn tầu(KN/m)

Áp lực cho mỗi chân cần trục là 120 T

3.3 Tải trọng gió tác dụng lên tầu:

Theo mục 5.2/22TCN222-95 ta có thành phần ngang Wq và thành phần dọc Wn củatải trọng gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức :

Wq = 73,6.10-5.Aq.vq ξ

Wn = 49.10-5.An.vn2.ξTrong đó :

Aq và An - Diện tích cản gió theo hướng ngang và hướng dọc tàu.(m2)

Vq và vn – Thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió cósuất đảm bảo 2% (m/s)

Kết quả tính toán tải trọng dòng chảy được thể hiện trong bảng sau:

3.5 Tải trọng neo tầu:

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

Xác định theo mục 5.11 trang 525-22TCN222-95.Lực neo S(kN) tác dụng lên 1bích neo xác định theo công thức sau:

S

t

Q

= n.sinα.cosβ

Trong đó:

n - Số lượng bích neo chịu lực.Theo bảng 31/22TCN222-95,lấy n =6

α,β - Góc nghiêng của dây neo,được lấy theo bảng 32/22TCN222-95

t

Q = Wq + Qw :tải trọng ngang do gió và do dòng chảy tác dụng lên

tàu

S = n

3.6 Tải trọng tựa tầu:

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

q = 1,1.

t tx

Q

L (kN/m)

Trong đó :

Qt - Lực ngang do tác động tổng hợp của gió,dòng chảy và sóng, kN

Ltx - Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình, m

Kết quả tính toán tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau:

D - Lượng rẽ nước của tàu tính toán D=50000T

ν - Thành phần vuông góc (với mặt trước công trình) của tốc độ cậptàu,m/s

Theo bảng 29/22TCN222-95 ta có : với tàu biển D = 50000 (T) → ν

= 0,098 (m/s)

ψ - Hệ số,phụ thuộc kết cấu công trình bến và loại tàu Theo bảng 30/22TCN222-95:

Khi tàu đầy hàng : ψ = 0, 55

Khi tàu chưa có hàng : ψ = 0, 47Kết quả tính toán động năng va của tàu được thể hiện ở bảng sau:

(kJ)

Ta thấy Eq khi tàu đầy hàng lớn hơn Eq khi tàu chưa có hàng.Vậy ta dùng Eq khi tàuđầy hàng để tính toán

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

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

∆z - Biến dạng tổng của toàn bộ hệ thống.m

∆d - Biến dạng của thiết bị đệm,m.(Phụ thuộc loại đệm)

∆b - Biến dạng của công trình bến,m

Eb và ∆b có thể tính trực tiếp dựa vào độ cứng của kết cấu công trìnhbến:

K - Hệ số độ cứng của công trình bến theo hướng nằm ngang vuônggóc với mép bến,kN/m

Theo bảng 2.5/công trình bến cảng, ta có :

12.EI.n l

n - Số lượng cọc.Xét cho 1phân đoạn bến: n = 10 x 7 = 70 (cọc)

l - Chiều dài tính toán của cọc ltt = 20.75 m

3.8 Xác định sức chịu tải của cọc

Đối với bất kì loại cọc nào thì sức chịu tải của cọc cũng được tính toán theo 2 nhóm :+ Theo sức chịu tải nền đất

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

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

m - Hệ số điều kiện làm việc, m = 1

α1 ; α2 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc

Lấy α1 = α2 = 1

R - Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, R = 4300 (T/m2)

F - Diện tích mặt cắt ngang của cọc, F = 0.785 (m2)

ui - Chu vi tiết diện cọc ui = 3.14 (m)

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

 Pđ = 4300 0.785 = 3375.5 ( T )

+ Theo sức chịu tải của vật liệu

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được xác định :

Pvl = φ (m1 m2 Rb.Fb + Ra.Fa )Trong đó :

Với cọc khoan nhồi : m1 = 0,85 ; m2 = 0,7

φ – Hệ số uốn dọc Lấy φ = 0,9

Fa – Diện tích phần cốt thép Fa = 0,8% 0,785 = 0,00628 m2

Fb – Diện tích phần bê tông Fb = 0,785 – 0,00628 = 0,77872 m2

Với thép loại II R = 28000 ( T/m2 )

Với Bê tông mác 400 Rb = 1700 ( T/m2 )

 Pvl = 0,9 ( 0,85 0,7 0,77872 1700 + 0,00628 28000 ) = 867,16 T

Ta thấy Pvl < Pđ => Dùng Pvl để tính toán sức chịu tải cho cọc

Đối với cọc chịu nén :

H x

= H

∑

∑ ; yc

ix i ix

H y

= H

∑

∑ Trong đó :

ΣHix ,ΣHiy - tổng các giá trị phản lực do chuyển vị ngang đơn vị củacác cọc trong phân đoạn cầu tàu theo phương x và y

xi,yi - Tọa độ của đầu cọc thứ i đối với gốc tọa độ ban đầu

ΣHix.yi ,ΣHiy.xi –Mômen tổng cộng của các phản lực ứng với trục y vàtrục x

Các phản lực ngang Hix,Hiyở đầu cọc đơn được tính như lực cắt Q gây ra do

các chuyển vị đơn vị theo các công thức của Cơ học kết cấu.Xem các cọc đơn

được ngàm chặt cả 2 đầu,tra bảng 6.6/Công trình bến cảng ta có :

ix

H (kN/m)

iy

H (kN/m)

ix i

H y (kN)

iy i

H x (kN)

4.2 Phân bố lực ngang cho lực neo ( tính trên 1 phân đoạn )

a) Xét một số trường hợp cầu tàu chịu lực tác dụng của tải trọng tác dụng theo phương ngang

- Trường hợp 1:

= 12712616,83

Σ Hiy x2

i = 2 7.(2040,256.21,62 + 2040,256.16,82 + 2040,256.122 + 2040,256.7,22 + 2040,256.2,42 ) = 27146830,23

Vậy :

= - 0,002795 (m)

∆y = = - 0,001576 (m)0,000147 (rad)

- Lực ngang phân bố theo cả hai phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng biểu thức:

4.3 Phân bố lực ngang cho lực va tàu ( tính trên 1 phân đoạn )

Theo tính toán ở phần tải trọng va tàu, trên mỗi phân đoạn bến ta bố trí đệm tàu dọc

theo tuyến mép bên Tuy nhiên trường hợp nguy hiểm nhất là khi toàn bộ năng lượng

va tàu chỉ tập trung tại 1 đệm tàu nằm ở vị trí ngoài cùng của phân đoạn bến

Ta có 2 thành phần tính toán tải trọng va tàu:

Thành phần vuông góc với tuyến mép bến: Fq = 1400 kNThành phần song song với tuyến mép bến : Fn = 700 kNChuyển các lựcvề tâm đàn hồi ta có:

∑X = Fn = 700 (kN)

∑Y = Fq = 1400 ( kN)

Mo = -700 (14,68 + 2,75) + 1400 21,6 = 18039 (kNm)Các chuyển vị thành phần:

= = 0,000452 (rad)

= = 0,0049 (m) = = 0,0098 (m)Lực ngang phân bố lên các cọc theo 2 phương được xác định theo côngthức sau :

4.4 Phân bố lực ngang cho lực tựa tàu

Tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên đoạn chiều dài tiếp xúc giữ thân tàu và bến

Xét cho 1 phân đoạn bên ở giữa thì tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên toàn bộ

chiều dài phân đoạn bên đó

Chuyển các lực về tâm đàn hồi:

∑X = Fn = 0 (kN)

∑Y = q l = 6,84 48 = 328,32(kN)

Mo = 0 (kN m)Các thành phần chuyển vị: Các

= = 0 (rad)

= = 0 (m) = = 0,0023 (m)Lực ngang phân bố lên các cọc theo 2 phương được xác định theo côngthức sau :

Hix = Hix( Δx  yiϕ )

Hiy = Hiy( Δy  xiϕ )

Theo phương trục y : đơn vị kN

Gb=4.8T/m

Gdn=2.75T/m

Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T

2 Tải trọng hàng hóa

48T/m

3 Tải trọng cần trục

P=120T P=96T

4.Tải trọng neo tàu

S=6.78T

5 Tải trọng va tàu

Tải trọngneo tàu Tải trọngva tàu Tải trọngtựa tàu

Coc 8 Coc 9 Coc 10 C0c 11 Coc 12 Coc 13 Coc 14

2.Tổ hợp 2

Q=3.28T

Bảng tính :

Fram

P=120T P=96T F=27.94T 9.6T/m 19.2T/m

Bảng tính :

Fram

P=120T P=96TQ=3.28T 9.6T/m

Bảng tính :

Fram

CHƯƠNG 5 : GIẢI CẦU TÀU

1 Giải nội lực trong khung ngang cầu tầu

- Hệ phương trình chính tắc theo phương pháp Antonov :

Sơ đồ kết cấu khung ngang gồm 7 nút:

1 2 3 4 5 6 7

8 9

10 11

12 13

- Sử dụng phần mềm SAP2000 để giải nội lực: Biểu đồ và số được thể hiện ở phụ lục

- Thống kê kết quả cực trị của dầm ngang và cọc

Tính toán bản kê 4 cạnh theo sơ đồ khớp dẻo Giả thiết cốt thép đặt đều theo phương l1, l2

và các mép biên đều xuất hiện khớp dẻo.Cân bằng công khả dĩ của ngoại lực và nội lực tađược biểu thức :

= 3.

3,5 m

2 1

M1 = 3,626 (Tm); M2 = 2,5382 (Tm); MI = MI’ = 5,439 (Tm); MII = MII’ = 3,8073 (Tm)

Biểu đồ để tính cốt thép cho bản :

Giả thiết a0 = 3cm suy ra chiều cao làm việc của bản : ho = 40 -3 =37 cm

Đối với cấu kiện được chế tạo từ bê tông cốt thép cấp độ bền B25 ( Mác 300 ) , nhóm cốt thép chịu lực AII và hệ số điều kiện làm việc γ=0,9 ta có các hệ số: ξR = 0,632 , αR

As = 14,07 cm2

Suy ra hàm lượng cốt thép:

μ = 100% = 100% = 0,521 % > 0,05 %Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép

+ k : Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện, với cấu kiện chịu uốn k = 1

+ Cd : Hệ số xét đến tính chất của tải trọng tác dụng , với tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời là 1,2

+ η : Hệ số kể đến loại thép sử dụng , với cốt thép thanh AII có gờ lấy là 1

+ σa : Ứng suất trong cốt thép chịu kéo không kể đến cường độ bê tông vùng chịu kéo

của mặt cắt , với cấu kiện chịu uốn thì σa xác định theo công thức : a .

a

M

F Z

Z là cánh tay đòn nội lực, theo kết quả tính toán mặt cắt về độ bền: Z = h0 – x/2

x là chiều cao vùng nén của bê tông Gần đúng có thể lấy: x = ξ h0

+ σ0 : Ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, với kết cấu khô σ0

= 0

+ Ea : Mô đun đàn hồi của thép: Ea = 2,1x106 (kG/cm2 )

+ µ : Hàm lượng cốt thép trong tiết diện: a 100%

o

F x bh

µ =

+ d : Đường kính cốt thép

 Thỏa mãn độ nứt cho phép khi: ab < 0,08 mm

Thay các số liệu vào ta có :

M = 5,439 (T.m); d = 16 (mm); As = 14,07 (cm2); h0 = 37 (cm); µ =0,521%;

 Thỏa mãn điều kiện vết nứt cho phép

3 Kiểm tra cọc

Ta có : Ntt = n N

Trong đó : n – hệ số vượt tải Chọn n = 1,2

N – Lực dọc lớn nhất tính được trong biểu đồ mômen N = 239.55 T

 Ntt = 1,25 239,55 = 299,44 T < [Rn] = 542.25 T

=> Cọc đủ chịu tải theo vật liệu

Chọn 20 Ф 20 bố trí cho cọc As = 62,82 cm2

35 41

Do thép được bố trí đối xứng nên ta chỉ kiểm tra đối với 10 thanh

Ta xác định chiều cao làm việc

Trong đó: : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến trục trung hòa

: Số thanh thép có cùng khoảng cách đến trục trung hòa

=0.044 (mm) < [ ]=0,08 (mm)

Vậy cọc đảm bảo điều kiện vết nứt

4 Kiểm tra dầm ngang

4.1 Với tiết diện chịu mômen âm: Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua.Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 100 x 150 (cm)

Ta tính cốt thép cho dầm ngang với:

Ta có nội lực tính toán là :Mtt = -115,86 T.mLấy ho = h – a với a = 7cm => h0 = 150-7 = 143 (cm)

Với cốt thép chịu lực AII , bê tông B25 và hệ số điều kiện làm việc γb2 = 0,9 ta có ξR = 0,632 ; αR = 0,432

Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép:

4.1.1 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt:

Chiều rộng vết nứt an vuông góc với trục dầm được xác định theo tiêu chuẩn 4116-85 như sau :

Trong đó :

•k :Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện.Với dầm ngang chịu uốn lấy k= 1.0

• η:Hệ số kể đến loại cốt thép.Với thép AII có gờ thì lấy η =1.0

•Cg :Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng.Xem cấu kiện chịu tác động của tải trọng lâu dài lấy Cg = 1,2

•σa :Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại tiết diện xuất hiện khe nứt.Đối với cấu kiện chịu uốn thì σa được xác định như sau :

Với Z1 là cánh tay đòn của nội ngẫu lực tại tiết diện có khe nứt (khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến trọng tâm vùng nén)

Thay các số liệu vào ta có: M = 115,86 (Tm) ;d = 25 (mm) ;As = 78,55 (cm2) ;ho =

4.1.2 Tính toán cốt thép đai:

Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất là tiết diện có lực cắt Qmax = 127,63 T

Điều kiện chịu cắt của bêtông khi không đặt cốt xiên:

1,25 Qmax < [Qchống cắt ] = 0,6Rbt.bho

Trong đó:

Qmax : Lực cắt lớn nhất tại tiết diện tính toán

[Qchống cắt ] : Khả năng chống cắt cho phép của Bêtông

Rbt : Cường độ chịu kéo của Bêtông

Ta có : [Qchống cắt ] =Qbmin= 0,6Rbt.bho = 0,6 105 1 1,43 = 90,09 (Tấn)

Nhận xét : Qmax =1,25 127,63 = 159,54 Tấn > [Qchống cắt ] = 90,09 (Tấn)

Do đó bản thân bêtông sẽ bị phá hủy bởi ứng suất kéo chính Vậy phải tính toán cốt thép chịu lực cắt Cốt đai được tính toán với cấu kiện dầm chịu tải trọng phân bố đều có Q = 159,54 Tấn.

Ta so sánh :

với Q

Trong đó:

Mb = φb2 Rbtb ho2 = 2 105 1 1,432 = 429,429 Tm( với φb2 = 2 với bêtông nặng)

Qb1=2 (Mb q1)0.5 =2 (429,429 21,95)0.5 =194,17 T (T)

(T)> Qmax= 159,54 (T)

Ta có:

(T)

Ta chọn cốt đai Φ14 cốt đai có 2 nhánh: ta có khoảng cách giữa các cốt đai là:

Khoảng cách giữa các lớp cốt đai theo tính toán :

(m)

Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai yêu cầu là:

(m)Khoảng cách cốt thép theo cấu tạo là:

+ Không lớn hơn h/3 = 1500/3 = 500mm

+ Trên các phần còn lại của nhịp thì ko lấy lớn hơn = 500cm

Vậy chọn khoảng cách giữa các cốt đai là: s<=min( stt;smax;sct ) =500mm

Vậy ta chọn cốt đai Φ12a200

4.2 Với tiết diện chịu mômen dương: Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua.Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 100 x 150 (cm).

Ta tính cốt thép cho dầm ngang với:

Ta có nội lực tính toán là

Mtt = 62,63 Tm Lấy ho = h – a với a = 7cm  h0 = 150-7 = 143cm

Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép:

Với As= 31,05 cm2 sau khi kiểm tra thì không thoả mãn điều kiện vết nứt.Vậy chọn lại diện tích cốt thép!!!.Ta chọn bố trí 17φ25 (1lớp As = 83,47 cm2)

5.2.3 Với tiết diện chịu mômen dương:

Bố trí như 12Ф25

5.2.4 Bố trí cốt đai

Bố trí như cốt đai của dầm ngang

CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BẾN

6.1 Xác định các tâm trượt

Khi tính toán ổn định trượt, các qui phạm thường giả thiết hai hình dạng mặt trượt:Mặt trượt cung tròn và mặt trượt dạng mặt phẳng gẫy khúc, trong đó mặt trượt dạng cungtròn được sử dụng phổ biến

Giả thiết đất trượt theo dạng cung tròn có tâm 0, chia khối trượt thành một số phầnnhỏ bằng các đường thẳng đứng

6.2 Trình tự xác định tâm trượt nguy hiểm nhất:

+ Trên mái nghiêng lấy trung điểm M

+ Từ điểm M kẻ đường thẳng d1 vuông góc với mái nghiêng

+ Kẻ tiếp 1 đường thẳng d2 qua M vuông góc với mặt bến

+ Từ điểm M kẻ phân giác d3 của d1 và d2

+ Kẻ d4 song song với mặt bến và cách 1 khoảng từ 0,2-0,5H

+ Giao của d3 và d4 chính là tâm O0 Từ O0 ta xác định đc thêm các tâm trượt

O1,O2 ,O3 như hình vẽ

O1 O3 O O2

Bùn sét pha d?o ch?y

R :Bán kính cung trượt

gi :Tổng trọng lượng của lớp đất thứ i và các cấu kiện công trình trong phạm vi đó

αi : Góc nghiêng với đường nằm ngang của đường tiếp tuyến với cung trượt ở giao điểm cung trượt và đường tác dụng lực gi

ri : Khoảng cách theo đường nằm ngang từ tâm O1 đến đường tác dụng lực gi

ϕI,Ci : góc nội ma sát và lực dính của lớp đất thứ i

li : Chiều dài đoạn cung ở đáy cột thứ i

wi =0: áp lực thủy động tăng thêm

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

Qci: Lực kháng trượt của cọc thứ i

Với tz nửa chiều dài đoạn cọc bị uốn giữa 2 mặt phẳng ngàm;

tz = Với : tn- Khoảng cách từ mặt trượt tới chân cọc