phương án kết cấu

phương án kết cấu

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

Đối với 1 công trình bến cảng có thể sử dụng các kết cấu bến khác nhau như : bến trọng lực, bến tường cừ, bến mái nghiêng, bến cầu tàu Khi thiết kế ta phải dựa vào điều kiện cụ thể của công trình mà đề xuất phương án kết cấu thích hợp cho công trình Trong điều kiện cụ thể của cảng nhà máy thép Phú Mỹ thì về địa chất : lớp số1 là bùn sét hữu cơ nhão có bề dày khoảng 12.2m, là lớp đất yếu khá dày do đó không thích hợp cho kiểu bến trọng lực

Với tính toán ở chương 2 thì chiều cao tự do của bến là 19.3 m, cộng với lớp đất yếu bên trên khá dày nên không thích hợp cho kiểu bến tường cừ ( bến tường cừ không thích hợp cho khu vực nước sâu mà lớp đất yếu khá dày )

Riêng đối với bến mái nghiêng thì không thích hợp vì cảng nhà máy thép Phú Mỹ tiếp nhận tàu biển ( mớn nước lớn )

⇒Trong trường hợp này công trình bến kiểu cầu tàu đài cao là loại kết cấu thích hợp để làm công trình bến

3.1 BẾN TÀU 50.000DWT

3.1.1 PHƯƠNG ÁN 1 : dùng cọc ống BTCT ứng suất trước

Cọc ống BTCT ứng suất trước M500

Đường kính ngoài : 700mm

Độ dày thành : 110mm

Khả năng chịu nén ( Axial working load ) P≥273T

Moment uốn nứt ( cracking moment ) Mcr≥39.25Tm

Chiều dài: 38 m

Ứng suất cho phép: σ =630 T/m2

a Cầu chính: (dài 196m chia làm 4 phân đoạn )

- Theo phương ngang : Bố trí 8 hàng cọc gồm 6 hàng cọc thẳng, 2 hàng cọc chụm tại

2 chân cần trục là hàng thứ 2 và hàng thứ 6 tính từ ngoài mép bến vào

Khoảng cách giữa các cọc: 150- 450- 450- 450- 450-450-450cm

- Theo phương dọc: Bố trí 10 hàng cọc

Khoảng cách giữa các cọc: 500cm

Vậy tổng số cọc cho 1 phân đoạn là 10x8+10x2=100 cọc

⇒ Tổng số cọc của cả 4 phân đoạn: 400 cọc

b Cầu dẫn : ( dài 79m )

( Dùng cọc ống D700 )

- Theo phương ngang : bố trí 4 hàng cọc đối với nhịp biên Các nhịp còn lại bố trí 3 hàng cọc và khoảng cách giửa các hàng cọc la 3.5 m.

- Theo phương dọc: bố trí 14 hàng cọc gồm:

+ Hai hàng cọc sát cầu chính có4 cọc khoảng cách giữa 2 hàng cọc: 600cm

+ 12 hàng cọc còn lại mỗi hàng có 3 cọc khoảng cách giữa các hàng: 600cm

Vậy Số cọc cho 1 cầu dẫn: 14x3+2=44 cọc

⇒ Tổng số cọc cho cả hai cầu dẫn: 88 cọc

⇒ Tổng số dầm cho cả 4 phân đoạn : 24 dầm

- Dầm dọc cần trục : Dầm BTCT tiết diện 1000x1500mm, M300, dài 49m được bố trí (tại vị trí hai hàng cọc chụm) 2 dầm cho mỗi phân đoạn

⇒ Tổng số dầm cho cả 4 phân đoạn:8 dầm

4 Bản mặt cầu:

Bản mặt cầu BTCT, M300, cầu chính dày 350mm, cầu dẫn dày 250mm

5 Trụ va tàu:

Gồm 10 trụ va BTC, M300 tiết diện 3x3x3m cho mỗi phân đoạn

- Cầu thang: bố trí cầu thang lên xuống ở 2 bên cầu chính, mỗi cầu thang rộng 0.6m, dài 4.30m các bậc thang được làm bằng thépΦ32AII, cách nhau 30cm và được làm theo phương thẳng đứng

- Gờ chắn xe: bố trí ở 2 mép cầu chính và dọc cầu dẫn bằng BTCT được sơn vàng và đen

- Bích neo: sử dụng bích neo định hình chế tạo sẵn loại R100, hay loại tương đương

- Đệm tàu: sử dụng loại đệm LMD 400H-2000L(CLO1) của Nhật hay loại tương đương

- Kè bảo vệ: được thiết kế bao quanh khu vực bố trí tuyến đường song song với bến

7 Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu chính:

a Sức chịu tải của cọc ( tính sức chịu tải theo cường độ đất nền )

Qtc = m(mR qpAp +U∑mffi i )

Trong đó:

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

qp (T/m2): Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc:

+ Độ sâu hạ mũi cọc: 35.5- 16.5 = 19m

+ Đất dưới mũi cọc: Cát hạt trung thô vừa, trạng thái chặt vừa

mR, mf: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọc.Tra bảng 3.19 trang 201- Nền móng ( Châu Ngọc Ẩn )

⇒ mR = 1, mf = 1, sức kháng mũi ở bảng dưới

U : Chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc

U= 3,14x0,7= 2,198 (m)

F : Diện tích chống của cọc lên đất

F = 0,352x3,14= 0,385 (m2)

li : Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

fI : Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên mặt hông cọc

Sức chịu tải tính toán của cọc là:

Qtc =252.3T: Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Ktc = 1,4 : Hệ số tin cậy

T

2.180P

b Tổng tải đứng cho 1 phân đoạn

Tổng tải đứng bao gồm : + Tải trọng bản thân

+ Tải trọng hàng hóa+ Thiết bị bốc xếp

 Tải trọng bản thân:

- Lớp phủ bản mặt cầu dày 6 cm

- Dầm dọc thường : Gồm 6 dầm, tiết diện 700x1100

 Thiết bị bốc xếp :

- Cần trục SSG40, trọng lượng cần trục là 1200 (T)

cua Succhiutai

g Tongtaidun coc

2.180

3.109085

,1

=

⇒ Ncọc< Số lượng cọc đã chọn là 100 cọc

( Vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn là tương đối hợp lý )

8 Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu dẫn

Qtc = m(mR qpAp +U∑ mffi i )

Trong đó:

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

qp (T/m2) : Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc :

+ Độ sâu hạ mũi cọc : 29-13.5=15.5m

+ Đất dưới mũi cọc : Cát hạt trung thô vừa, trạng thái chặt vừa

mR, mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọc.Tra bảng 3.19 trang 201- Nền móng ( Châu Ngọc Ẩn )

⇒ mR = 1, mf = 1, sức kháng mũi ở bảng dưới

U : Chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc

U= 3.14x0.7 = 2.198(m)

F : Diện tích chống của cọc lên đất

F = 3.14x0.352= 0.385 (m2)

li : Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

fI : Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên mặt hông cọc

Vì cầu dẫn tải chủ yếu là xe H30 di chuyển nên ta tính toán như sau:

G0=10x30x1.2=360(T)Tải trọng bản thân của cầu dẫn

• Tải trọng bản mặt cầu:

 Tải trọng 2dầm sát cầu chính:

Q

P =

Trong đó:

Qtc =93.4 (T) : Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Ktc = 1,4 : Hệ số tin cậy

)(5.93P

1.12735

,1

cua Succhiutai

g Tongtaidun coc

⇒ Ncọc< Số lượng cọc đã chọn là 44 cọc

( Vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn tương đối hợp lý )

3.1.2 PHƯƠNG ÁN 2

1 Nền cọc

a Cầu chính : Chọn kích thước cọc : Cọc 450x450mm, M300,

- Theo phương ngang : Bố trí 8 hàng cọc gồm :

+ 6 hàng cọc thẳng+ 2 hàng cọc chụm ( gồm 2 cọc xiên, 1 cọc thẳng ) tại 2 chân cần trục là hàng thứ 2 và hàng thứ 7 tính từ ngoài mép bến vào

Khoảng cách giữa các cọc : 150- 450- 450- 450- 450- 450- 450 cm

- Theo phương dọc : Bố trí 10 hàng cọc, khoảng cách các cọc : 9x500

Vậy tổng số cọc cho 1 phân đoạn là =10x8+10x4= 120 cọc

⇒ Tổng số cọc của cả 4 phân đoạn : 480 cọc

b Cầu dẫn :Dùng cọc ống D700

Theo phương ngang bố trí 4 hàng cọc khoảng cách hai hàng cọc là 5.5m ngoài ra còn có 2 hàng cọc nhánh gồm có 2 cọc

Theo phương dọc bố trí 14 hàng cọc khoảng cách hai hàng cọc là 600cm

+ Hai hàng cọc sát cầu chính có 6 cọc khoảng cách:600cm

+ 12 hàng cọc còn lại có 4 cọc khoảng cách: 600cm

2 Dầm ngang

Dầm ngang BTCT M300 có tiết diện 800x1000cm bố trí 14 dầm cho mỗi cầu dẫn

+ 2 dầm sát cầu cầu chính dài 29.5m

+ 12 dầm còn lại dài 18.5m

3 Dầm dọc

a Cầu chính:

- Dầm dọc ngoài ray cần trục:

Dầm BTCT tiết diện 700x1100mm, M300, dài 49m được bố trí 6

dầm cho mỗi phân đoạn bến

⇒ Tổng số dầm cho cả 4 phân đoạn: 24 dầm

- Dầm dọc cần trục:

Dầm BTCT tiết diện 1000x1500mm, M300, dài 49m được bố trí

(tại vị trí hai hàng cọc chụm) 2 dầm cho mỗi phân đoạn bến

⇒ Tổng số dầm cho cả 4phân đoạn: 8 dầm

b Cầu dẫn:

Dầm dọc BTCT tiết diện 800x1000cm dài 79m BT M300 bố trí 4 dầm cho cầu dẫn Ngoài ra còn có2 dầm dọc nhánh cầu dẫn dài 8 m

- 10 trụ va BTCT, M300 tiết diện 3000x3000x3000mm

6 Các chi tiết khác

- Cầu thang : bố trí cầu một thang lên xuống ở bên trái cầu chính, cầu thang rộng 0.6m, dài 4.30m các bậc thang được làm bằng thépΦ32AII, cách nhau 30cm và được làm theo phương thẳng đứng

- Gờ chắn xe : bố trí ở 2 mép cầu chính và dọc cầu dẫn bằng BTCT được sơn vàng và đen

- Bích neo: sử dụng bích neo định hình chế tạo sẵn loại R100, hay loại tương đương

- Đệm tàu: sử dụng loại đệm LMD 400H-2000L(CLO1) của Nhật hay loại tương đương

- Kè bảo vệ: được thiết kế bao quanh khu vực bố trí tuyến đường song song với bến

7 Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu chính

a Sức chịu tải của cọc ( Tính sức chịu tải theo cường độ đất nền )

Qtc = m(mR qpAp +U∑ mffi i )

Trong đó:

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

qp (T/m2): Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc:

+ Độ sâu hạ mũi cọc: 29 -16 = 13m+ Đất dưới mũi cọc: Cát hạt trung thô vừa, trạng thái chặt vừa

mR, mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọcTra bảng 3.19 trang 201- Nền móng ( Châu Ngọc Ẩn )

⇒ mR = 1, mf = 1

U: Chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc

U= 4x0.45= 1.8 (m)F: Diện tích chống của cọc lên đất

F = 0,452= 0,2025 (m2)

li: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

fI : Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên mặt hông cọc

+ Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

Pvl=km(RaFa+RbFb)

Trong đó :

- k=0.7 : hệ số đồng nhất

- m=1 : hệ số điều kiện làm việc

- Ra : chọn 8 cọc AII φ22 có Ra=2800kG/cm2

Pđn = 209.5 (T): Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền

Ktc = 1,4: Hệ số tin cậy

)(6.149P

b Tổng tải đứng cho 1 phân đoạn

Tổng tải đứng bao gồm : + Tải trọng bản thân

+ Tải trọng hàng hóa+ Thiết bị bốc xếp

 Tải trọng bản thân:

- Lớp phủ bản mặt cầu dày 6 cm

 Thiết bị bốc xếp :

- Cần trục SSG40, trọng lượng cần trục là 1200 (T)

3.109085

,1

cua Succhiutai

g Tongtaidun coc

⇒ Ncọc < Số lượng cọc đã chọn là 120 cọc

( vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn tương đối hợp lý )

8 tính toán sơ bộ cọc cầu dẫn:( chọn cọc D700)

• Kích thước và một số đặc tính cơ bản của cọc:

• Cọc ông BTCT ứng suất trước M500

• Đường kính ngoài: 700mm

• Độ dày thành: 110mm

• Khả năng chịu nén: (Axial working load ) P ≥ 273T

• Moment uốn nứt: ( Rracking moment) Mmr≥ 39.25T

• Ưùng suất cho phép: σ=630 (T/m2)

a Sức chịu tải của cọc: (theo cường độđất nền)

Qtc = m(mRAP+UΣmffili)

Trong đó:

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

qp (T/m2): Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc vào

+ độ sâu hạ mũi cọc:

+ đất dưới mũi cọc:

mR,mf: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền dưới mũi cọc, xung quanh cọc Tra bảng 3.19 trang 201- Nền Móng ( Châu Ngọc Aån )

Ta có: mR=mf= 1, Sức kháng mũi ở bảng dưới

U: Chu vi ngoài của thiết diện cọc

U=πD = 3.14x0.7=2.198m

F: Diện tích của cọc chống trong đất nền

F=π(D2/4)= 3.14x0.72/4= 0.385m2

li: Chiều dài lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

fi: Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên hông cọc

Sức chịu tải tính toán của cọc:

Qtc=130.9T: Sức chịu tải của cọc theo đất nền

Ktc =1.4: hệ số tin cậy

b Tổng tải đứng cho cầu dẫn:

Vì cầu dẫn tải chủ yếu là xe H30 di chuyển nên ta tính toán như sau:

G0=15x30x1.2=540(T)Tải trọng bản thân của cầu dẫn

• Tải trọng bản mặt cầu:

G1=Ga+ Gb= hb.Lb2.Bb2.γb.n+hbLb1Bb2γbn

= 0.25x29.5x8x2.5x1.05 + 0.25x18.5x71.4x2.5x1.05 = 1021.72T

• Tải trọng lớp nhựa đường:

G2=hn.Ln2.Bn2.γn.n+hn.Ln1.Bn1.γn.n=0.06x2.4x1.05x(29.5x8+71.4x18.5) =235.40T

• Tải trọng dầm dọc:

G3=4.(hd-hb).Bd.Ld1.γd.n +2 (hd-hb).Bd.Ld2.γd.n

=(1-0.25)x2.5x1.05x0.8x(4x79+2x8)=522.9T

• Tải trọng dầm ngang:

 Tải trọng 2dầm sát cầu chính:

32.30195

,1

cua Succhiutai

g Tongtaidun coc

⇒ Ncọc < Số lượng cọc đã chọn là 60 cọc

(vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn tương đối hợp lý )

3.2 BẾN XÀ LAN : ( dùng cọc BTCT )

a Cầu chính xà lan: (dài 33m, rộng 12m )

- Theo phương ngang: bố trí 4 hàng cọc gồm: 3 hàng cọc thẳng và 1 hàng cọc xiên là hàng thứ 2

Khoảng cách giữa các cọc: 180-400-400 cm

- Theo phương dọc: Bố trí 6 hàng cọc

Khoảng cách giữa các cọc: 5x620cm

Vậy tổng số cọc cho 30 cọc

b Cầu dẫn xà lan: ( dài 27m, rộng 8 m )

- Theo phương ngang: bố trí 3 hàng cọc

Khoảng cách giữa các cọc: 2x350cm

Ngoài ra còn bố trí 2 hàng cọc nhánh ở gần cầu chính, các cọc cách nhau: 5.12m

- Theo phương dọc: bố trí 6 hàng cọc

- Gồm có: 2 hàng cọc sát cầu dẫn khoảng cách: 5.12m

4 hàng cọc còn lại khoảng cách giữa các cọc: 5.12m

2 Dầm ngang xà lan

a Cầu chính xà lan:

Dầm ngang BTCT tiết diện 800x1000mm, M300, dài 9m được bố trí 6 dầm khoảng cách các dầm: 6.2m

b Cầu dẫn xà lan:

Dầm ngang BTCT tiết diện 800x1000mm, M300, được bố trí 6 dầm gồm khoảng cách giữa các dầm: 5.12m

+ 2 dầm sát bờ và sát bến dài 15m

+ 4 dầm dài 8m

3 Dầm dọc xà lan

a Cầu chính xà lan:

Dầm dọc BTCT tiết diện 800x1000mm, M300, dài 33m, gồm 4 dầm Khoảng cách dầm: 220-400-400

b Cầu dẫn xà lan:

Dầm dọc BTCT tiết diện 600x800mm,M300, dài 27m, gồm 3 dầm Ngoài ra còn có

2 dầm dọc biên khoảng cách 3.5m dài 6.82m

Bản mặt cầu BTCT, M300 dày 250mm

Gồm 6 trụ va BTCT, M300 tiết diện bao gồm: 2 trụ ở mép ngoài có kích thước 2.5x3x3m 4 trụ còn lại có kích thước: 3x3x3m

- Cầu thang: Bố trí cầu thang lên xuống ở hai bên cầu chính, mỗi cầu thang rông 0.6m dài 4.3m, các bậc thang được làm bằng thép φ32AII, cách nhau khoảng 30

cm và được làm theo phương thẳng đứng

- Gờ chắn xe: Bố trí ở hai mép cầu chính và dọc cầu dẫn được làm bằng BTCT được sơn vàng và đen

- Bích neo: Sử dụng bích neo hình chế tạo sẳn loài H15, hay loại tương đương

- Đệm tàu: Sử dụng loại đệm ∆400 hay loại tương đương

- Kè bảo vệ: được thiết kế bao quanh khu vực bố trí tuyến đướng song song với bến

7 Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu chính xà lan

a sức chịu tải của cọc:( tính theo cường độ đầt nền)

Qtc = m(mRAP+UΣmffili)

Trong đó:

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

qp (T/m2): Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc vào

+ độ sâu hạ mũi cọc:

+ đất dưới mũi cọc:

mR,mf: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền dưới mũi cọc, xung quanh cọc Tra bảng 3.19 trang 201- Nền Móng ( Châu Ngọc Aån )

Ta có: mR=mf= 1, Sức kháng mũi ở bảng dưới

U: Chu vi ngoài của thiết diện cọc

U=πD = 3.14x0.7=2.198m

F: Diện tích của cọc chống trong đất nền

F=π(D2/4)= 3.14x0.72/4= 0.385m2

li: Chiều dài lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

fi: Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên hông cọc

b Tổng tải đứng của bến xà lan

Tổng tải đứng bao gồm : + Tải trọng bản thân

+ Tải trọng hàng hóa+ Thiết bị bốc xếp

 Tải trọng bản thân:

- Lớp phủ bản mặt cầu dày 5 cm

 Thiết bị bốc xếp:

- 2 cần trục ô tô(MAK-10M), trọng lượng là 14.6(T)

⇒G7 = 2x14.6 = 29.2(T)Vậy tổng tải đứng tác dụng lên 1 phân đoạn là :

23.17175

,1

cua Succhiutai

g Tongtaidun coc

⇒ Ncọc < Số lượng cọc đã chọn là 30 cọc

(Vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn tương đối hợp lý)

8 Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu dẫn xà lan

(chọn cọc vuông 45x45)

a sức chịu tải của cọc:( tính theo cường độ đầt nền)

Qtc = m(mR qpAp +U∑ mffi i )

Trong đó:

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

qp (T/m2) : Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc:

+ Độ sâu hạ mũi cọc + Đất dưới mũi cọc

mR, mf : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọc.Tra bảng 3.19 trang 201- Nền móng ( Châu Ngọc Ẩn )

⇒ mR = 1, mf = 1, sức kháng mũi ở bảng dưới

U : Chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc

U= 4x0.45= 1.8(m)

F : Diện tích chống của cọc lên đất

F = 0.45x0.45= 0.2025 (m2)

li : Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

fI : Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên mặt hông cọc

Sức chịu tải tính toán của cọc là:

Ktc = 1,4: Hệ số tin cậy

b Tổng tải đứng của bến xà lan

Vì cầu dẫn tải chủ yếu là xe H30 di chuyển nên ta tính toán như sau:

G0=4x30x1.2=144(T)Tải trọng bản thân của cầu dẫn

• Tải trọng bản mặt cầu:

• Tải trọng dầm ngang:

Tải trọng dầm biên sát cầu chính và sát bờ:

Ga=2.(hd-hb)BdLdγd.n =2.(1-0.25)x0.8x15x2.5x1.05=47.25T Tải trọng của 4 dầm ngang còn lại:

Gb=4.(hd-hb)BdLdγd.n = 4x(1-0.25)x0.8x8x2.5x1.05 = 50.4T

⇒ G4= Gb+ Ga =47.25+50.4=97.65T

Vậy tải trọng bản thân của cầu dẫn:

G= G0+ G1 +G2 +G3 +G4 =144+173+33.2+81.95+97.65=529.8 T

c Số lượng cọc

Số lượng cọc của cầu dẫn xà lan được tính sơ bộ như sau:

)(135,162

8.5295

,1

cua Succhiutai

g Tongtaidun coc

⇒ Ncọc< Số lượng cọc đã chọn là 20 cọc

( Vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn tương đối hợp lý)