THUYẾT MINH đồ án CẢNG BIỂN

Với nhiệm vụ thiết kế của đồ án ta đã chọn cấp tải trọng khai thác trên bến là cấp III, với các số liệu tải trọng dưới bảng sau đây : CÊp t¶i träng khai th¸c trªn bÕn T¶i träng do thiÕt

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN

I. Các số liệu đầu vào.

4 Số liệu về địa chất công trình.

Nền đất gồm 4 lớp có các chỉ tiêu cơ lý nh sau :

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Cao trình mặt bến được xác định theo 2 tiêu chuẩn

+) Theo tiêu chuẩn chính: - Các thiết bị trên mặt bến làm việc bình thường ∇CTMB = ∇MNCTK P50% + 2 (m)

→ Chọn ∇CTMB = 6.2(m).

1.2. Chiều sõu trước bến

+) Chiều sâu trớc bến là độ sâu nớc tối thiểu sao cho tàu cập bến không

bị vớng mắc Trong đó có kể đến mớn nớc của tàu khi chứa đầy hàng theo quy định

và các độ sâu dự phòng khác

Ta có công thức xác định độ sâu trớc bến nh sau:

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

Trong đó :

T - Mớn nớc khi tàu chở đầy hàng

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

Z1 - Độ dự trữ an toàn dưới lườn tàu

Z2 - Độ dự trữ 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

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

Chiều cao trớc bến đợc xác định nh sau:

cỏc thao tỏc bốc dỡ hàng húa,tựy thuộc vào mỗi loại kết cấu Do đõy là kết cấu bến cầu tàu nờn chiều rộng bến tớnh theo cụng thức sau:

Bb = m.H

Trong đó: +) m : - mỏi dốc ổn định của mỏi đất dưới gầm cầu tàu, m = cotgα

α - Góc nghiêng của mái đất ổn định so với mặt nằm ngang α = 250

Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn, mỗi phân đọan dài 36 (m).

Phần dới dài 1m, tiết diện thu nhỏ dần từ 60 xuống 30 (cm)

d. Giả định tờng chắn đất.

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

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ chọn ra một phân đoạn để tính toán

III. Xỏc định cỏc loại tải trọng, tổ hợp tải tỏc dụng lờn cầu tàu

1 Tải trọng giú tỏc dụng lờn tàu.

0 A doc V doc

Nω =

(KN)Trong đó :

Angang, Adoc - Diện tích chắn nớc theo hớng ngang và dọc tàu (m2)

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

Ta có :

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

3 Tải trọng tựa tàu.

Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dới tác

dụng của gió đợc xác định theo công thức sau :

1,1.Q t 1,1.W ngang Q q

ω +

2

V D

Trong đó : ∆đ ; Eđệm : do nhà sản xuất cung cấp.

∆b ; Ebến : phụ thuộc vào độ cứng của kết cấu công trình bến

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Ta coi biến dạng của bến là nhỏ, có thể bỏ qua, nên E = Eđệm = Eq = 30.94KJ

Tra bảng để tìm loại đệm Ta được loại đệm SA 800H, có những đặc tính sau : +/ Vật liệu bằng cao su

Khi đó : Tải trọng va tàu theo phương vuông góc mép bến là: 12T

Và tải trọng va tàu theo phương song song với mép bến:

Fn = μ Fq = 0.5x18.5 = 9.25T

μ: hệ số ma sát, phụ thuộc vào vật liệu lớp mặt thiết bị đệmtàu

μ = 0.5 ( đệm cao su )

éỆM TÀU

SA 800H

5. Tải trọng neo tàu.

Xác định theo mục 5.11(22TCN222-95 [1]) Lực neo S (KN) tác dụng lên mộtbích neo đợc xác định theo công thức sau :

β

α cos sin

n

Q

Trong đó :

n - Số lợng bích neo chịu lực, chọn n = 3 (với Lt = 97m < 150m)

α , β - Góc nghiêng của dây neo (xem hình dới đây), đợc lấy theo bảng32[1, Tr.526]

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

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

S

β

sin

CHI TIẾT BÍCH NEO HW20

Từ bảng tải trọng trên ta xác định đợc các đặc điểm cấu tạo của bích neo theobảng 11 - 3 [2] Chọn loại bích neo HW20 có các kích thớc và sơ đồ liên kết đợc

thể hiện trong bản vẽ

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

6 Tải trọng thiết bị và hàng hóa bốc xếp trên cảng.

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

CÊp t¶i

träng khai

th¸c trªn bÕn

T¶i träng do thiÕt bÞ vµ ph¬ng tiÖn vËn t¶i Träng t¶i do hµng ho¸ (KN/m 2 )

CÇn cÈu cæng ®oµn tµu

Theo chiều rộng bến, tải trọng được phân thành các vùng như hình sau đây :

• Sơ đồ tải trọng khai thác cảng biển( dựa vào hàng hóa và phương tiện bốcxếp)

7 Tải trọng bản thõn.

Bao gồm trọng lượng của bản, dầm ngang, dầm dọc Để tớnh toỏn nội lực củabến ta cẳt một dải bản song song với dầm ngang cú chiều rộng bằng khoảng cỏchgiữa hai hàng cọc là 3.5m

* Tải trọng bản thõn do dầm ngang :

Tải trọng bản thân của dầm ngang là tải trọng phân bố đợc tính nh sau:

qdầm ngang = a t γbtTrong đó:

qdầm ngang - Tải trọng bản thân do dầm ngang

Pdầm dọc = (3,5 - 0,6) 0,6 1 2,5 = 4.35 (T)

* Tải trọng vũi voi :

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

Pvòi voi = 2.27 (T)

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Hình4: Sơ đồ tớnh toỏn chiều dài tự do của cọc.

Trờn mỏi dốc m = 2.1, ta cú chiều dài tớnh toỏn của cọc được xỏc định theo phươngphỏp kinh nghiệm như sau:

ltt = l0 + η.d

Trong đú :

l0 - Chiều dài tự do của cọc ( là khoảng cỏch từ trục trung hũa của dầm tới mặt đất ) được xỏc định dựa vào mặt cắt địa chất, cao độ đặt bến và khoảng cỏch giữa mỗi hàng cọc

η - Hệ số kinh nghiệm được lấy trong khoảng từ (5 ữ 7), trong đồ ỏn này thỡ

H

x H

H

y H

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

đơn vị theo các công thức của cơ học kết cấu : Bảng 6.6 trang 208(sỏch CTBC)

ix H

=

iy H

= Q =

3

12

i l EJ

– Mô men quán tính của cọc :

iy H

của cọc đơn đợc xác định theo công thức sau :

1 =

O xy

Hình5: Sơ đồ mụ tả vị trớ sơ bộ của tõm đàn hồi.

Từ các công thức đó ta thành lập bảng tính tải trọng ngang đầu cọc với tất cả các cọc nh sau:

BẢNG XÁC ĐỊNH CÁC THễNG SỐ ĐỂ TÍNH TÂM ĐÀN HỒI

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Từ đó ta có tạo độ của tâm đàn hồi C so với hệ tọa độ chọn ở hình vẽ là:

C ( xo;yo ) = (17.5m;16.36m)

*Mặt bằng thể hiện vị trí của tâm đàn hồi :

3500 3500

3500

3500 3500

3500 3500

MÉP B? N

BÍCH NEO

TN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

C17500

2 Xác định lực xô ngang lên một hàng cọc.

Xét một số trường hợp cầu tàu chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng theo phương ngang và chọn ra trường hợp nguy hiểm nhất để tính toán

* Cầu tàu chịu lực neo tàu :

Lực neo tàu tác động lên từng phân đoạn của cầu tàu thông qua lực căng dâyneo Thành phần lực ngang của dây neo này là: Sq và Sn đã tính toán ở trên Tronghai trờng hợp tàu đầy hàng và không hàng thì trờng hợp tàu đầy hàng có tải trọngneo lớn hơn do đó lấy tải trọng neo trong trờng hợp này để tính toán.

C C

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

ix

X x

sau:

) ( i' ϕ

ix

ix H x y

H = ∆ ±

) ( i' ϕ

iy

H = ∆ ±Trong đó:

- 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 tổng hợp sau :

Xỏc định tổng lực ngang lờn từng khung

Khung dọc sau khi phõn phối lực neo:

H

∑

Vậy, theo kết quả trên ta chọn lực do neo tàu theo phương ngang và phương dọc

lần lượt là khung 11 và khung G để tính toán.

BẢNG TÍNH PHÂN PHỐI LỰC NGANG TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG NEO TÀU

Hµng

ix H

(T/m )

iy H

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

* Cầu tàu chịu lực va tàu :

Tải trọng do va tàu : Giả thiết va tàu tại tâm đệm tàu Trường hợp đệm tàu ở vị

trí mép bến( tức là đệm tàu ở ngoài cùng của phân đoạn) là trường hợp nguy hiểm

nhất( do gây ra mômen lớn nhất), do đó ta dùng trường hợp này để tính toán

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

ix

X x

) ( i' ϕ

ix

ix H x y

H = ∆ ±

) ( i' ϕ

iy

H = ∆ ±Trong đó:

- 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 tổng hợp sau :

BẢNG TÍNH PHÂN PHỐI LỰC NGANG TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG VA TÀU

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Xác định tổng lực ngang lên từng khung.

Khung dọc sau khi phân phối lực va:

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Vậy, theo kết quả trên ta chọn lực do va tàu theo phương ngang và phương dọc

lần lượt là khung 1 và khung G để tính toán.

* Cầu tàu chịu lực tựa tàu :

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

thẳng tàu, tính tải trọng tựa tàu cho một phân đoạn, quy về lực tập trung thì lực này

có phương đi qua tâm C và không có mômen

ix

X x

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

Lực phõn bố theo cả hai phương cho cọc thứ “ i” được xỏc định theo cụng thức

sau:

) ( i' ϕ

ix

ix H x y

H = ∆ ±

) ( i' ϕ

iy

H = ∆ ±Trong đó:

- 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 tổng hợp sau :

BẢNG TÍNH PHÂN PHỐI LỰC NGANG TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG TỰA TÀU

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Khung dọc sau khi phân phối lực tựa tàu:

Kết cấu dùng để tính toán là hệ khung dầm phẳng Lựa chọn dải bến cắt ra sao

cho có một hàng cọc ở giữa( dải tính toán là một bước cọc) Kích thước các cấu

kiện như sau:

4. Sơ đồ các loại tải trọng.

-Đối với tải trọng ở bản thì ta quy về lực tập trung ở dầm( ở đây dải tính toán

có chiều rộng là một bước cọc L = 3.5m)

Sơ đồ các loại tải trọng tác dụng lên một hệ khung dầm phằng :

1.75T/m Tĩnh tải do bản

1.5T/m Tĩnh tải do dầm ngang

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Tĩnh tải do vòi voi

Hoạt tải do hàng hóa

2.63T/m 5.25T/m

7T/m

Trong sơ đồ hoạt tải do hàng hóa, thì vùng A là vùng để hàng tạm thời sau khi bốc xếp hàng từ trên tàu xuống Vùng B là vùng hoạt động cảu các phương tiện bốc xếp và vận tải để hàng tạm( vận chuyển hàng từ vùng A) Vùng C là vùng

chuyển tiếp, hàng hóa sau khi vận chuyển từ vùng A sẽ được để tại vùng C Vùng D là vùng xếp hàng

Các vùng A,B,C,D đã được nêu ở phần trên

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

0.61T

Hình 2: Sơ đồ tính toán với tổ hợp tải trọng 2.

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

6. Kết quả tính toán nội lực.

Được sự chỉ thị của thầy hướng dẫn là chỉ phải tính toán với 1 tổ hợp do không

có thời gian nên em chọn tổ hợp 1 để tính toán.

Sau khi tính toán bằng phần mềm SAP2000 ta có nội lực lớn nhất và nhỏ nhấttrong các dầm ngang và cọc như sau:

Bảng giá trị max, min của nội lực của tổ hợp 1:

theo tiªu chuÈn thiÕt kÕ TCVN 4116 – 85

Lấy cốt thép dầm dọc như của dầm ngang

TÝnh to¸n cèt däc :

* Ta cã :

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

bh R m

M n k n b

c n

Trong đó :

kn - Hệ số độ tin cậy, với công trình cấp III lấy kn = 1.2

nc - Hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp cơ bản lấy nc = 1.0

mb - Hệ số điều kiện làm việc của bê tông, lấy mb = 1.15

αm =

5

2

1, 2 1 21,87399.10 1,15 130 60 95

ì ì

= 0.037

αR = ξR(1 - 0.5ξR) (Đối với cốt thép A-II, mác bê tông M300 thì ξR = 0.65)

αR = 0.439 > αm = 0.037Tra bảng ta có : ξ = 0.0385 ; γ = 0.981

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

Fa = Fa’ =

5

0

1, 2 1 21.87399 10 0,9 2800 0.981 95

m

= 0.9)

Ta chọn sơ bộ 3Φ 25 có Fa = 14(cm2)

Hàm lượng cốt thộp :

min

14 100% 0.26% 0.05% 60.95

a o

F bh

• V ới mụmen dương M max = 10.42902Tm

αm =

2 0

bh R m

M n k n b

c n

Trong đó :

kn - Hệ số độ tin cậy, với công trình cấp III lấy kn = 1.2

nc - Hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp cơ bản lấy nc = 1.0

mb - Hệ số điều kiện làm việc của bê tông, lấy mb = 1.15

αm =

5

2

1, 2 1 10.42902.10 1,15 130 60 95

ì ì

= 0.017

αR = ξR(1 - 0.5ξR) (Đối với cốt thép A-II, mác bê tông M300 thì ξR = 0.65)

αR = 0.439 > αm = 0.017Tra bảng ta có : ξ = 0.0285 ; γ = 0.993

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

Fa = Fa’ =

5

0

1, 2 1 10.42902 10 0,9 2800 0.993 95

m

= 0.9)

Ta chọn sơ bộ 2Φ 20 có Fa = 6.3(cm2)

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Hàm lượng cốt thép :

min

6.3 100% 0.12% 0.05%

60.95

a o

F bh

Đặt theo cấu tạo : Chọn số nhánh cốt đai là n=2, ∅14a200mm

60.95

a o

F bh

C k

a

bd a

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

định nh sau :

σa = F Z

M a

Trong đó Z là cánh tay đòn nội ngẫu lực

60.95

a o

F bh

Thay giỏ trị này lại ta thấy chiều rộng vết nứt tớnh toỏn đó thỏa món chiều rộng

vết nứt cho phộp

2. Tớnh toỏn bản sàn.

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

Chọn bản chịu tải trọng hàng hóa lớn nhất để tính toán, ở đây chọn bản chịutải trọng hàng hóa qh = q2 = 7 (T/m2)

* Sơ đồ tính bản :

Ta có : 1

2

l l

M'-I

Hỡnh 3’: Sơ đồ phõn bố của cỏc mụmen trong bản.

* Sơ đồ tính mô men:

Do ta chọn phơng án tính toán cho cốt thép đặt đều nên:

=

−

12

) 3 ( 2 1

2

1 l l l

'

2 ( M +M I +M I l

MI = 2.268 Tm M’II = 2.268 Tm

Ta có biểu đồ nội lực dùng để tính toán thép bản nh sau :

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

100 15

a F

100 01 2

cm

F a= =

= 1.2 x 1 x 13.3 = 16 T

0

bh R

= (0.5 + 2 x 0.01) x 1.15 x 10 x 100 x 15= 13T ThÊy

Q n

> 0

bh R

víi

0

0.112 15 15

h x

Z = − = −h h ξ = − ×

= 14.16 cm

→σa =

5 2.268 10 10.05 14.16

×

×

= 1193.7 Kg/cm2

σbd = 0; µ = 0.4%; d = 16mm; Ea = 2.1 x 106 Kg/cm2

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

Hỡnh 5: Sơ đồ bố trớ thộp trong bản.

3. Tớnh toỏn và kiểm tra cọc.

a. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

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.

Pvl = 262.41 (T) > Nmax = 51.877 (T) → Cọc đủ sức chịu tải theo vật liệu

b. Sức chịu tải của cọc theo nền đất:

Sức chịu tải của cọc theo đất nền đợc 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 hởng của phơng pháp hạ 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 = 310 (T/m2), tớnh an toàncho cọc ngoài cựng, độ sõu chụn cọc là vào lớp 3 khoảng 3.5m, tra bảng 5-6trang 149 giỏo trỡnh “Nền và Múng”

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,tra bảng trang 101, giỏo trỡnh “ Nền và Múng”

li – Chiều dày lớp đất được chia nhỏ

Bộ môn: Cảng – Đường Thủy

Với mỗi lớp đất ta chia nhỏ thành nhiều phân lớp để tính sực chịu tải, chọn cọc

có nội lực lớn nhất để kiểm tra, và tính toán đối với cọc ngoài cùng

⇒ Pgh > Nmax = 51.8T Vậy chọn chiều dài cọc sau khi gia công là 17m là sẽ thỏa mãn sức chịu tải theođiều kiện đất nền

Chúng ta không thể để chiều dài của cọc là 17m để vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi thi công được mà ta phải cắt cọc thành từng đoạn để vận chuyển và thi công Trong quá trình thi công đóng cọc ta tiến hành nối các đoạn đó lại để đảm

bảo cọc cú chiều dài như thiết kế Trong đõy ta chia cọc thành 2 đoạn, mỗi đoạn cúchiều dài là 8,5m.

c. Tớnh toỏn cọc trong quỏ trỡnh thi cụng:

• Trờng hợp cẩu một điểm:

a

p

Hình6 : Trờng hợp cẩu để thi công

Điểm đặt móc cẩu đợc xác định sao cho nội lực trong cọc có trị số mô men

d-ơng lớn nhất bằng trị số mô men âm lớn nhất khi cẩu Ta có:

Hình 7 : Sơ đồ tính toán cọc cẩu một điểm.

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

q = n γ F = 1,2 2,5 0,4 x 0,4 = 0,48 (T/m)

Khi đó:

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

Lực cắt lớn nhất Qmax = q.a = 0,48.1,8 = 0,9 (T)

• Trường hợp neo 2 điểm:

Giá trị nội lực dùng để tính toán là :

M = M1 = 0,8 (Tm)

p

Q = Q1 = 0,9 (T) Cọc đợc tính toán là cấu kiện BTCT có tiết diện vuông chịu mô men uốn.Chọn lớp bảo vệ cốt thép của cọc là 4 cm => h0 = 40 – 4 = 36 cm

= 1.2 x 1 x 0,9 = 1.08 T

0

bh R

= 0,6 x 1,15 x 10 x40 x 36 = 11194 (kG) = 11.19 (T)

Thấy

Q n

< 0

bh R

Bộ mụn: Cảng – Đường Thủy

at =

7 (4 )

a bd d

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 trọngtác dụng lâu dài, lấy Cd = 1.3

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

đ-ợc xác định nh sau :

σa =

Z F

M a

36 088 0 36 2

2

0 0 0

=> Thỏa mãn độ nứt giới hạn cho phép

Vậy ta bố trí thép cọc là 8∅18 và cốt đai ∅8a200