tải trọng và các tổ hợp tải trọng tính toán phương án 2

tải trọng và các tổ hợp tải trọng tính toán phương án 2

Chương 5

Tải trọng và các tổ hợp tải

trọng tính toán nội lực phương án 2

1 Giới thiệu kết cấu phương án 2.

Kết cấu cầu chính gồm có 5 phân đoạn,giữa mỗi phân đoạncó khe lún 2 cm

Cọc sử dụng là cọc BTCT 45cmx45cm,dài 40 m gồm 3 đoạn

Bước khung ngang là 3 m,bước khung dọc là 4 m

Kích thước cầu chính là 55x31m

Bố trí cọc BTCT như sau:

 Tại vị trí trụ tựa bố trí 1 cọc thẳng vá 2 cọc xiên không gian

 Tại vị trí dầm cần trục phía trong bố trí 2 cọc xiên không gian

 Tại vị trí các dầm ngang bố trí 1 cọc thẳng

Cầu chính gồm có:

 Hệ thống dầm trong 1 phân đoạn cầu chính bao gồm:

 14 dầm ngang DN tiết diện 60x80cm

 8 dầm dọc DD có tiết diện 60x60cm

 2 dầm cần trục DCT có tiết diện 60x80cm.Trên dầm cầntrục bố trí hệ thống cọc ray, ray A100 hoặc loại ray phù hợpvới yêu cầu của Nhà cung cấp cẩu

 Trụ tựa tàu:

Toàn bến có 70 trụ tựa (mỗi phân đoạn có 14 trụ), cao trình đáytrụ là +2.19m, kích thước trụ 2.0x3.05x3.0m.Đệm tựa tàu được bốtrí cách 1 trụ treo một đệm, tổng số đệm sử dụng cho bến 1a là

35 đệm và 10 bích neo tàu đượïc bố trí tại 10 trụ

 Bản mặt cầu chính:

Kích thước 1 phân đoạn bản mặt cầu là 55.0x31m riêng vị trítiếp giáp cầu dẫn rộng 31.5m, chiều dày bản mặt cầu 35 cm,trên bản có bố trí các lỗ thoát nước D60 Trên mặt bản bố trígờ chắn xe bằng BTCT, giữa các phân đoạn là khe lún rộng 2cmvà khớp chống chuyển vị ngang

2 Tải trọng tác dụng lên bến (tính cho 1 phân đoạn).

2.2 Tải trọng do cần trục.

Cần trục sử dụng trên bến là cần trục SSG 40T

Cần trục có 4 chân mỗi chân 8 bánh,theo số liệu của cần trụcthì khi cẩu hàng

 Aùp lực lên 8 bánh trước là:31.80 T/1bánh

 Aùp lực lên 8 bánh sau là:24.92 T/1bánh

Cần trục trong trường hợp cẩu hàng vào giữa thì áp kực lêncác bánh xe là đều nhau và bằng 31.29 T/1bánh

Khoảng cách giữa các bánh là 1.2m

2.3 Tải trọng ôtô.

Ô tô sử dụng trên cảng là H-30 có tải trọng như hình vẽ

2.4 Tải trọng xe nâng.

Xe nâng sử dụng trên bến là xe nâng RSD 40T

2.5 Tải trọng do tàu

2.5.1 Diện tích chắn gió & lực gió tác dụng lên tàu

a) Theo phương ngang tàu

 Diện tích chắn gió theo phương ngang tàu :

Aq = L2

t,max (TCVN 222- 95) Tra bảng Lt ,max = 218 m => khi đầy hàng = 0.078

khi không có hàng =0.1036

 Diện tích khi đầy hàng :

b) Theo phương dọc tàu

 Diện tích chắn gió :

An = αn B 2 (TCVN 222- 95)

 Khi tàu đầy hàng αn = 0.95 => An = 0.95x 30.22 = 866.44 m2

 Khi không có hàng αn =1.2 => An = 1.2x 30.22 = 1094.45

m2

 Tải gió theo phương dọc tàu :

Wn = 49 x 10-5 x An x Vn x 

Hệ số  lấy theo bảng ứng với B = 30.2m =>  = 0.96

 Khi tàu đầy hàng : Wn = 49 x 10-5 x866.44 x 37.52 x0.96 =573.15 KN

723.98 KN

Vận tốc gió : Vn = 25 m/s ứng với suất đảm bảo là 20% Hệ số  lấy theo bảng ứng với B = 30.2m =>  = 0.96

 Khi tàu đầy hàng : Wn = 49 x 10-5 x866.44 x 252 x0.96 = 254.6KN

KN

2.5.2 Tải trọng do dòng chảy

a) Theo phương ngang tàu ,

Q = 0.59 x At x V2

t

Vận tốc dòng chảy : Vt = 0.1m/s

Khi đầy hàng : At = 218 x 11.1 x 0.9 =2177.82 m2

Khi không có hàng : At = 218 x 6.95 x 0.9 = 1363.6 m2

Tải trọng do dòng chảy theo phương ngang tàu

 Khi đầy hàng: Qw = 12.85 KN

b) Theo phương dọc tàu

N = 0.59 x At xV2

t

Vận tốc dòng chảy : Vt = 1.0 m/s

Khi đầy hàng : At =30.2 x 11.1 x 0.9 = 301.7 m2

Khi không có hàng : At = 30.2 x 6.95 x 0.9 = 188.9 m2

Tải trọng do dòng chảy theo phương dọc tàu

 Khi đầy hàng:

Qtot : Tổng lực ngang do gió, sóng và dòng chảy

Khi đầy hàng : Qtot = Wq + Q =1918.3 + 12.85 = 1931.2KN

Khi không có hàng : Qtot = Wq + Q =2547.9 + 8.05 = 2555.95KN

Khi đầy hàng : Qtot = Wq + Q =852.38 + 12.85 = 865.23KN

Khi không có hàng : Qtot = Wq + Q =1132.3 + 8.05 = 1140.3 KN

lt : Chiều dài đoạn thẳng thành tàu

Khi đầy hàng : 86m

Khi không có hàng : 65 m

Lực tựa tàu :

Khi đầy hàng : q = 24.69 KN/mKhi không có hàng : q = 43.25 KN/m

Khi đầy hàng : q = 10.06 KN/mKhi không có hàng : q = 19.29 KN/m

2.5.4 Tính toán lực va tàu

 Động năng va của tàu :

Trong đó :

D = 42800 T : Lượng rẽ nước tính toán của tàu

V = 0.15(m/sec) : Thành phần vuông góc (với mặt

trước công trình) của tốc độcập tàu m/s tra bảng TCVN 222-95

 = 0.65 : Hệ số tra bảng

thiết bị đệm (vật liệu là polyethylene)

2.5.5 Tính toán lực neo tàu :

neo) :

Lực neo tác động lên một bích neo :

n: Số bích neo bằng 6Tàu neo tại mép bến : Đầy hàng :  = 30o,  = 200

Không chứa hàng :  = 30o,  = 400

 Lực neo tác động lên một bích neo :

 Khi tàu đầy hàng

Khi tàu đầy hàng : Qtot = 852.38 + 12.85 = 856.23 KN

n: Số bích neo bằng 6Tàu neo tại mép bến : Đầy hàng :  = 30o,  = 200

Không chứa hàng :  = 30o,  = 400

 Lực neo tác động lên một bích neo :

 Khi tàu đầy hàng

Vậy lực tác dụng lên bến do tàu là:

Vận tốc gió : Vn = 37.5 m/s ứng với suất đảm bảo là 2%

Lực neo khi không hàng: S q = 42.6 T

Lực neo khi không hàng: S q = 19 T

S n = 32.19 T

S v = 31.88 T

Lực neo khi có hàng: S q = 11.4 T

S n = 24.97 T

S v = 10.49 T

Lực va: F q = 83.2T

F n = 43.1T

3 Tính sức chịu tải thẳng đứng của cọc.

Theo tiêu chuẩn về móng cọc TCXD 205 : 1998 – MÓNG CỌC –TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

3.1 Sức chịu tải theo vật liệu

Qv = (Rn.Fb + Ra.Fa)

Fb : Diện tích tiết diện ngang của cấu kiện Fb = 0.450.45 = 0.2025m2

Với thép AIIl thì Ra = 3400KG/cm2

Fa : Diện tích cốt thép trên tiết diện ngang của cọc chọn:820 (Fa = 25.12cm2)

Qv = .(Rn.Fb + Ra.Fa)

3.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Sức chịu tải của cọc được kiểm tra theo sức chịu tải của đấtnền Tính cho cọc ngoài cùng, độ sâu cọc cắm vào lớp đất 5a :với cọc BTCT có tiết diện 450cmx450 cm ,L=40m

Chiều

a Tính theo chỉ tiêu cơ lí đất nền.

Sức chịu tải của cọc theo cơ lí của đất nền được tính là sứcchịu tải của một cọc do ma sát và phản lực mũi cọc gây ra: Sức chịu tải tính toán ( cho phép) của cọc đơn theo đất nền :

Trong đó :

ktc: hệ số an toàn lấy ktc = 1.4 ( do sức chịu tải đượcxác định bằng tính toán , kể cả theo thử độngcọc mà không kể đến biến dạng đàn hồi củađất)

đơn

Qa : Sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo đất nền

 Chịu tải nén :

Qtc = m[mrApqp + U(mffsili )]

Trong đó :

m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất ,lấy m = 1

mr : Hệ số xét đến mở rộng mũi cọc, lấy mr = 1

mf : Hệ số xét đến ma sát đất với mũi cọc, lấy mf

= 1

Ap : Diện tích tiết diện ngang(của cọc ) :

U : Chu vi cọc :

Cọc 4545cm : u = 40.45 = 1.8 m

li : Chiều dày lớp đất mà cọc đi qua (m)

qp : Sức chịu tải của đất nền dưới mũi cọc

fsi : Lực ma sát của lớp đất thứ i tác dụng lên cọc

cọc đơn

Sức chịu tải của mũi cọc qp được tra bảng phụ thuộc vào độ

sâu và loại đất: (TCXD 205 : 1998 – MÓNG CỌC – TIÊU CHUẨN

THIẾT KẾ ) Ta có cọc 4545 cm được thiết kế đóng sâu 25.81 m

, mũi cọc cắm vào lớp 5a: 14.11m , là lớp cát bột,hạt trung, đôi chỗ lẫn ít sỏi sạn laterit , kết cấu chặt vừa- chặt , do

Tính lực ma sát của lớp đất tác dụng lên cọc:

QS = ASfS = u

Tính toán lực ma sát được thể hiện như sau :

Xác định fsi :

tuyến tính gần đúng (TCXD 205 : 1998 – MÓNG CỌC – TIÊU CHUẨN

THIẾT KẾ ) ta được :

fsihi= (2.3x2.35+3.6x2) + (2.42x1.35) + (2.53+2.63+2.71)x2 +

(4.87x2.11) + (5.08+5.281+5.481+5.681+5.881+6.081)x 2 = 108T

Từ số liệu đó ta thế vào công thức:

ktc: hệ số an toàn lấy ktc = 1.4

 Chịu tải nhổ :

Với cọc có tiết diện ngang 4545cm : mumf.fi.li =1.8 108 =194 T

b Tính theo chỉ tiêu cường độcủa đất nền

Sức chịu tải cho phép của cọc :

Qa = Trong đó :

As diện tích xung quanh cọc As= Lp  U ( )

Lp: chiều dài cọc đi qua lớp đất (m)

’hi : ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc vớimặt bên cọc, T/

’hi = i’hi(1-sini)

fs i = i’hi(1-sini) tgai + Cai Trong đó :

i’ : trọng lượng đất đẩy nổi của lớp i

hi : bề dày lớp đất thứ i

C : lực dính của đất,  : góc nội ma sát của đất ;

Cai : lực dính giữa đất và cọc, ai : góc ma sát của cọc và đất

Đối với cọc BTCT ta có :

Lực ma sát có các kết quả tính toán được trình bày sau đây:

Ap : Tiết diện ngang của mũi cọc

 = 1 T/ : Trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũicọc.

dp = 0.45m: đường kính mũi cọc ( cạnh cọc )

độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất, T/

Nc , Nq , N : Hệ số sức chịu tải , phụ thuộc vào góc

ma sát trong của đất (), hình dạng mũi cọc và phươngpháp thi công cọc

chịu tải của Terzaghi ( Giáo trình nền móng – Đại Học Bách Khoa

c Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên động chuẩn: ( SPT)

Công thức tính sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm

xuyên động chuẩn được tính theo công thức (Meyerhof (1956) ,

TCXD 205 : 1998 ).

Qu = K1  NAp + K2NtbAs Trong đó:

K1 = 400 : Hệ số cho cọc đóng

N là chỉ số SPT trung bình của đất trong khoảng 1D =

0.45 m dưới mũi cọc là N = 31 và 4D = 4 0.45 = 1.8 mtrên mũi cọc là N = 31 vì cọc cắm vào lớp đất 5alà 14.91 m Như vậy, N =31

Ap = F ( m2 ): tiết diện ngang của cọc

K2 = 2 : Hệ số lấy cho cọc đóng

Ntb=21 : Chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm

vi lớp đất rời

As: diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời

Vậy sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả thí nghiệm

xuyên động chuẩn là:

Sức chịu tải tiêu chuẩn :

k = 2,5 : Hệ số an toàn

Vậy để thiên về an toàn ,ta thiết kế sơ bộ sẽ lấy sức

chịu tải của cọc P c =143 T Để kiểm chứng kết quả tính

toán lý thuyết cần tiến hành công tác thử cọc tại hiện

trường để xác định sức chịu tải sau cùng của cọc.

3.3 Chiều dài tính toán của cọc.

3.3.1 Chiều dài chịu uốn của cọc.

Lu = Lo + d

Lu = Lo + 10x 0.45 = Lo + 4.5 m

Ta có độ dốc tự nhiên của bến với mái dốc là m=3, từ đó

xác định được chiều dài tự do của cọc

F: diện tích cắt ngang cọc F= 0.2025m2

P: sức chịu tải của cọc theo đất nền

4 Tổ hợp tải trọng.

Từ những tải trọng tác dụng lên kết cấu công trình ta tổ hợpcác trường hợp có thể gây nguy hiểm cho công trình như sau:

4.1 Tĩnh tải + Hàng Hóa +Neo:

4.2 Tĩnh tải + Hàng Hóa +Va:

4.3 Tĩnh tải + Hàng Hóa +Neo + Cần trục:

4.4 Tĩnh tải + Hàng Hóa + Va + Cần trục:

4.5 Tĩnh tải + Neo:

4.6 Tĩnh tải + Va:

Bảng tổ hợp tải trọng

5 Giải sơ đồ kết cấu tìm nội lực

Kết cấu bến là khung không gian gồm cọc,dầm,bản.Sơ đồkhung không gian được giải bằng phần mềm Sap 2000

Tải trọng bản thân được gán trực tiếp vào dầm,bản.Lực neo,va được gắn lên khung.

Tải trọng cần trục là tải trọng di động nên được gán nhiều trường hợp lên dầm cầu trục:bánh xe cầu trục

di chuyển từng nấc 1m bằng khoảng cách giữa 2 bánh xe kề nhau cho đến khi cần trục di chuyển đến giữa dầm.

Dùng tổ hợp tải trọng để tìm ra nội lực nguy hiểm nhất cho kết cấu công trình.

5.1 Sơ đồ các trường hợp đặt tải

5.1.1 Hàng hóa

5.1.2 Lực va.

5.1.3 Lực neo.

5.1.4 Cần trục.

5.2 Các kết quả nội lực

Lực dọc trong cọc lớn nhất

Mômen trong cọc lớn nhất

Lực cắt âm trong dầm cần trụclớn nhất (Biểu đồ bao) .

Lực cắt dương trong dầm cần trục lớn nhất (Biểu đồ bao)

Lực cắt âm trong dầm dọc lớn nhất (Biểu đồ bao)

Lực cắt dương trong dầm dọc lớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen âm trong dầm dọc lớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen dương trong dầm dọc lớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen dương trong dầm cần trụclớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen âm trong dầm cần trục lớn nhất (Biểu đồ bao)

Lực cắt dương trong dầm ngang lớn nhất (Biểu đồ bao)

Lực cắt âm trong dầm ngang lớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen dương trong dầm ngang lớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen âmtrong dầm ngang lớn nhất (Biểu đồ bao)

Mômen âm M 11 theo phương cạnh ngắn

Mômen dương M 11 theo phương cạnh ngắn

Mômen dương M 22 theo phương cạnh dài

Mômen âm M 22 theo phương cạnh dài

Chuyển vị tại đầu cọc ngoài cùng lớn nhất (Biểu đồ bao)