ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN 2 ( ĐẠI HỌC THỦY LỢI )

I. C¸c sè liÖu ®Çu vµo. 1. KÕt cÊu bÕn. BÕn cÇu tµu ®µi mÒm trªn nÒn cäc èng BTCT ®­êng kÝnh D = 60 ( cm ) 2. Th«ng sè cña tµu . D (T) P (T) KÝch th­íc (m) DiÖn tÝch c¶n giã (m2) Lt Lw Bt Ht Td Tk Ld Lk Aqd Aqk And Ank 5000 3300 103 96 15 6,3 5,4 2,4 37 23 610 1030 200 270 Tµu chë dÇu cã c¸c th«ng sè nh­ sau: 3. Sè liÖu vÒ thuû v¨n. Mùc n­íc ( m ) Vgiã (m s ) Vdc ( m s ) MNCTK MNTTK MNTB Vgdt Vgnt Vdcdt Vdcnt +2,7 0,6 1,1 5 14 1,6 0.1 4. Sè liÖu vÒ ®Þa chÊt c«ng tr×nh. NÒn ®Êt gåm 4 líp cã c¸c chØ tiªu c¬ lÝ nh­¬ sau : Líp ®Êt Tªn ®Êt ChiÒu dµy m , ®é , Tm3 c, Tm2 1 Bïn sÐt ch¶y 9 5 1,56 1,5 2 SÐt gÇy lÉn c¸t 10 8 1,75 1,3 3 C¸t h¹t trung 8 20 1,82 4 C¸t h¹t th« RÊt dµy 29 1,95 5. §Æc tr­ng vËt liÖu. Bª t«ng m¸c M300 cã c¸c ®Æc tÝnh sau :  C­êng ®é chÞu kÐo : Rk = 10 (kGcm2).  C­êng ®é chÞu nÐn : Rn = 135 (kGcm2).  M« ®un ®µn håi : E = 2,9 .106 (kGcm2). Cèt thÐp AII cã : Ra = R a’ = 2800 (kGcm2).  Ra® = 2150 (kGcm2). II. X¸c ®Þnh kÝch th¬­íc c¬ b¶n cña kÕt cÊu bÕn. 1. Cao tr×nh mÆt bÕn. Cao tr×nh mÆt bÕn ®­îc x¸c ®Þnh : +). ÑCTMB = ÑMNTB + a a §é cao d¬ù tr÷ . Ta lÊy a = 2,0 (m).  ÑCTMB = 1,1 + 2,0 = 3,1 (m). +). ÑCTMB = ÑMNCTK + a a §é cao d¬ù tr÷. Ta lÊy a = 1,0 (m).  ÑCTMB = 2,7 + 1,0 = 3,7 (m).  Chän ÑCTMB = 3,7 (m) 2. ChiÒu s©u tr­íc bÕn. ChiÒu s©u tr­íc bÕn lµ ®é s©u n­íc tèi thiÓu sao cho tµu cËp bÕn kh«ng bÞ v­íng m¾c. Trong ®ã cã kÓ ®Õn mín n­íc cña tµu khi chøa ®Çy hµng theo quy ®Þnh vµ c¸c ®é s©u dù phßng kh¸c. Ta cã c«ng thøc x¸c ®Þnh ®é s©u tr­íc bÕn nh­ sau: H0 = T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3 + Z4 (m). Trong ®ã : T Mín n­íc khi tµu chë ®Çy hµng. Z0 Møc n­¬íc dù tr÷ cho sù nghiªng lÖch tµu do xÕp hµng ho¸ lªn tµu kh«ng ®Òu vµ do hµng ho¸ bÞ xª dÞch. Z1 §é dù phßng ch¹y tµu tèi thiÓu tÝnh víi an toµn l¸i tµu. Z2 §é dù tr÷ do sãng, theo bµi ra tr­íc bÕn kh«ng cã sãng. Z3 §é dù phßng vÒ tèc ®é tÝnh tíi sù thay ®æi mín n¬­íc cña tµu khi ch¹y so víi mín n¬­íc cña tµu neo ®Ëu khi n­¬íc tÜnh. Z4 §é dù phßng cho sa båi.

+2,7 -0,6 1,1 5 14 1,6 0.1

4 Số liệu về địa chất công trình.

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

-II Xác định kích thớc cơ bản của kết cấu bến.

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

H0 = 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 tàu không

5 Chiều dài tuyến bến.

Chiều dài tuyến bến đợc xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu Lt và khoảng cách dựphòng 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

HÀO CÔNG NGHỆ BÍCH NEO HW5

III TÝnh to¸n t¶i träng t¸c dơng lªn cÇu tµu

Angang, Adoc - DiƯn tÝch c¶n giã theo ph¬ng ngang tµu vµ ph¬ng däc tµu

Vnang, Vdoc - VËn tèc giã theo ph¬ng ngang tµu vµ ph¬ng däc tµu

ngang ,doc - HƯ sè lÊy theo b¶ng 26 ( 22 TCN 222-1995 )

 doc = 1,0; ngang = 0,65

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

Vngang, Vdoc - Vận tốc dòng chảy theo hớng 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 dới tác dụng củagió , dòng chảy đợc xác định theo công thức sau :

1,1 tot 1,1 ngang

Q q

E q  Trong đó :

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 đợc :

Eb = q 2

1.E 2

l

k ( kJ ) ; Δb = Fq

K ( m )

Trong đó :

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

K - Hệ số cứng của công trình bến theo hớng nằm ngang vuông góc với mépbến , kN/ m

Theo bảng 2.5 / CTBC ta có :

Đồ áN Cảng Biển

K = 12 .EI n3

l

EI - Độ cứng của cọc bếnE- Modul đàn hồi của vật liệu cọc , E =2,9.106 ( T /m2 )

I - Moomen quán tính của tiết diện cọc

* Dung năng biến dạng Eq = 30,9 ( kJ )

* Phản lực vuông góc bến Fq = 180 ( kN )

* Thiết bị đệm tàu bằng cao su  = 0,5  Thành phần lực song song với mép bến

Fn = .Fq = 0,5.180 = 90 (kN )

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 đợc xác địnhtheo công thức sau :

.sin cos

tot

Q S

Trong đó :

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

 ,  - Góc nghiêng của dây neo đợc lấy theo bảng 32[1, Tr.526]

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

Q S n





 cos cos

S

S n 

 sin

S

S v Trờng hợp   n Qtot , kN S, kN Sn, kN Sq, kN Sv, kN

Đầy hàng 30 20

4 60,26 32,06 26,09 15,1 10,97Không hàng 30 40 97,94 63,93 42,4 24,5 41,1

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

11 - 3 ( CTBC ) Chọn loại bích neo HW5 có các kích thớc và sơ đồ liên kết đợc thể hiệntrong 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 dới bảng sau đây :

Theo chiều rộng bến , tải trọng đợc phân thành các vùng nh hình vẽ sau :

-Tải trọng bản thân do dầm dọc là đợc quy về thành tải trọng tập trung tại các đầucọc và đợc xác định nh sau:

Pdầm dọc = (b - a) a t bt = (4 - 0,8) 0,8 (1,2 - 0,3) 2,5 = 5,76 (T)

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

Tải trọng của dầm vòi voi và dầm tựa tàu đợc tính một cách tơng đối và quy vềthành tải trọng tập trung tại các đầu cọc nh sau:

* Hệ số độ tin cậy của tải trọng:

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

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

Chiều dài tính toán của cọc đợc xác định theo phơng pháp kinh nghiệm nh sau:

ltt = l0 + .d

Trong đó:

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

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

 - Hệ số kinh nghiệm đợc lấy trong khoảng từ (5  7), ta chọn  = 6

* Xác định toạ độ tâm đàn hồi :

Gọi toạ độ tâm đàn hồi là C( xC, yC)

Toạ độ tâm đàn hồi C đợc tính theo công thức sau :







iy i iy C

H

x H

H

y H

 , 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 ngang Hix vàHiy của cọc đơn đợc xác định nh lực cắt Q gây ra do các chuyển vị đơn vị theo các côngthức của cơ học kết cấu :

ix

H =H iy= Q =123

i

EI l

 Mô men quán tính của cọc :

 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 trờnghợp tàu đầy hàng và không hàng thì trờng hợp tàu đầy hàng có tải trọng neo lớn hơn do đólấy tải trọng neo trong trờng hợp này để tính toán

C

4,24

X Y

4,24

 Cầu tàu chịu lực va tàu:

C

18

X Y

đồ án cảng biển

 Cầu tàu chịu lực tựa tàu:

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

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

Lx, Ly là cánh tay đòn của điểm đặt Y, X so với tâm đàn hồi (m)

Ta có:

Mo = X Ly + Y Lx (Tm)

)

(m H

X x

Y y

M

2 2

x H y



Lực ngang phân bố theo cả hai phơng cho cọc thứ i đợc xác định theo công thức sau :

)



i ix

iy H y x

15

-Trong đó:

'

i

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 tổng hợp sau :

KhungNgang 1

-Khungdäc F

T¶i träng neo tµu ( dÇm ngang )

19

0,24 0,4

0,74 1,36

0,15 0,25

0,46 0,85

125

T¶i träng tùa tµu ( dÇm ngang )

-Cấu kiện Dầm ngang Cọc Dầm dọc

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)

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

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

Để bảo đảm điều kiện phá hoại dẻo thì mr( ≤ r )

n c m

k n M

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

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

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

23

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

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

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

n c m

k n M

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

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

- tgβ =

21

o

M Qh

266,61

38, 2.1,13

 = 0,79

25

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

27

 12

) 3 ( 2 1

2 ( M M I M I l

Ta cã : r = r.(1-0,5r ) = 0,5 (1- 0,5.0,6) = 0,42

(r = 0,5 tra b¶ng 17 - TCVN 4116 - 85 )

đồ án cảng biển

0

n c m

b n

k n M

1,15.1.1, 51,15.1350.1.0,27 = 0,015 < r = 0,42

1,15.1.1,5.101,1.2800.0,99.27

- tgβ =

21

o

M Qh

3

21,12.101

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

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

M a

Z h  h     = 26,8( cm )

29

- a =

5

1,5.1010,05.26,8= 557 ( Kg/cm

Vậy thỏa mãn điều kiện về nứt của bê tông

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 đợc xác định:

Rg = F.  u  h it iTrong đó :

σ - Cờng độ chịu tải của đất dới mũi cọc,

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

4 D



= 0,624



= 0,283 (m2)

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

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

Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau :

Lớp Loại đất hi ( m ) i (T/m2) u.ii.hi (T)

 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 )

p

Trờng hợp cẩu để thi công

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

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 :

31

-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  nội lực trong cọc trong trờng hợp cẩu một điểm là nguy hiểmnhất Ta lấy nội lực trong trờng hợp này để tính toán thiết kế cho trờng hợp thi công.Giá trị nội lực dùng để tính toán là :

M = M1 = 9,5 (Tm)

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

12ỉ16 vuứng neựn

-ho = h1 + 40 = 13,4 + 30 = 43,4 ( cm )Kiểm tra cốt thép đủ khả năng chịu lực :

M a

Z h  h     = 39 (cm)

 a =

5

9,5.1022,9.39 = 1064 (Kg/cm

=> Thỏa mãn độ nứt giới hạn cho phép

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

5.4 Tính toán dầm vòi voi

Dầm vòi voi có tiết diện thay đổi phần dới 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 liênkết với dầm ngang, truyền tải trọng vào dầm ngang và chủ yếu chịu lực nén nên khôngcần thiết phải tính toán mà chỉ tính toán với phần dầm bên dới nh dầm Conson chịu uốndới tác dụng của lực tựa và lực va tàu Ta tính toán với trờng hợp có lực tựa q = 0,5 T/m vàlực va giá trị của lực va theo phơng vuông góc với mép bến là F = 18 T

+ Trờng hợp chịu lực tựa:

Lực tác dụng lên dầm trong trờng hợp tựa là :

đồ án cảng biển

F = 0,5 4 = 2 (T)

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

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

+ Trờng hợp chịu lực va:

Lực tác dụng lên dầm trong trờng hợp va là :

1,15.1.37,8.101,1.2800.0,96.65

Vậy ta bố trí thép dầm vòi voi là 828

VI. Kiểm tra ổn định tổng thể.

6.1 Xác định các tâm trợt

Khi tính toán ổn định trợt, các qui phạm thờng giả thiết hai hình dạng mặt trợt: Mặt trợtcung tròn và mặt trợt dạng mặt phẳng gẫy khúc, trong đó mặt trợt dạng cung tròn đợc sửdụng phổ biến

Giả thiết đất trợt theo dạng cung tròn có tâm 0, chia khối trợt thành một số phần nhỏbằng các đờng thẳng đứng

Rg: Tổng các lực hoặc mô men giữ cho kết cấu khỏi trợt

Rtr: Tổng các lực hoặc mô men gây trợt cho kết cấu

nC = 1: Hệ số tổ hợp tải trọng

n = 1,25 : Hệ số vợt 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 trợt

Với tâm trợt cung tròn nguy hiểm nhất ta có:

Mtr = R gi.sini + wi.zi

Mg = R ( gi.cosi.tgi + Ci.li + Qci )Trong đó:

R: bán kính cung trợt

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

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

li: Chiều dài đoạn cung ở đáy cột thứ i

M Q

z

c

4

 Trong đó:

Mc : Mô men uốn trong cọc ở dới mặt trợt đợc 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 dới mặt trợt một đoạn

25 , 1

n z

z c a p c

t l

i i

n i i

i i

n i i

Nếu p < a thì ta lấy Mc = 0

37

- Xác định vị trí tâm trợt nguy hiểm

Xét tỷ số : t

H =

19,710,8= 1,82 > 1

 Lấy tọa độ tâm ban đầu O1 có x

Ta có O1 (4,43 ; 5,7 )  R = 36,9 ( m )

Mg = 22260,1 ( Tm ) , Mtr = 10748 ( Tm )

1

g n

m M k K

n n m M

1,15.22260,11,15

đồ án cảng biển

18 2

g n

m M k K

n n m M

1,15.240901,15

-Mg = 23626 ( Tm ) , Mtr = 8854,68 ( Tm )

3

g n

m M k K

n n m M

1,15.236261,15

2 Thèng kª vËt liÖu cho toµn bÕn

CÊu kiÖn Khèi lîng bª t«ng 1

ph©n ®o¹n ( m3 )

Khèi lîng thÐp 1ph©n ®o¹n ( T )

đồ án cảng biểnTổng khối lợng bê tông toàn bến là : 3342,3 m3

Tổng khối lợng thép toàn bến là : 447,6 T

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

41