Bến cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi

Bến cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi

Mục lục

Chương 1 Số liệu thiết kế 3

1.1 Kết cấu công trình bến 3

1.1.2 Loại tàu thiết kế 3

1.1.3 Số liệu về tàu 3

1.2 Tải trọng hàng hóa, phương tiện và thiết bị 3

1.3 Số liệu địa chất 3

1.4 Số liệu thủy văn 4

Chương 2 Các kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến 5

2.1 Các cao trình bến 5

2.1.1 Cao trình mặt bến (CTMB) 5

2.1.2 Chiều sâu trước bến 5

2.1.3 Cao trình đáy bến 5

2.1.4 Chiều cao trước bến 6

2.2 Chiều dài bến 6

2.3 Chiều rộng bến 6

2.4 Giả định kết cấu bến 7

2.4.1 Hệ kết cấu bến 7

2.4.2 Phân đoạn bến 7

2.4.3 Giả định về kết cấu 7

2.4.4 Tường chắn đất 7

2.4.5 Vật liệu 7

Chương 3 Tải trọng và tổ hợp tải trong tác dụng lên bến cầu tàu 9

3.1 Tải trọng gió tác dụng lên tàu 9

3.2 Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu 9

3.3 Tải trọng dòng chảy tác dụng lên tàu 10

3.4 Tải trọng tựa tàu 11

3.5 Tải trọng va tàu 11

3.6 Tải trọng neo tàu 12

3.7 Tải trọng thiết bị 13

3.8 Tải trọng bản thân 13

3.9 Đưa bài toán về khung phẳng 14

3.9.1 Xác định tâm đàn hồi 14

3.9.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc 15

3.9.3 Sơ đồ tải trọng 18

3.10 Giải cầu tàu 19

3.10.1 Tổ hợp nội lực 19

3.10.2 Biểu đồ bao nội lực 19

3.10.3 Nội lực bản sàn 20

Chương 4 Tính toán cấu kiện 21

4.1 Đặc trưng vật liệu 21

4.2 Tính toán cấu kiện 21

4.2.2 Tính toán cốt thép bản 21

4.2.3 Tính toán cốt thép dầm ngang và dầm dọc 23

4.2.4 Tính toán cốt thép vòi voi 26

4.2.5 Tính cốt thép cọc 28

4.3 Tính toán sức chịu tải của cọc 30

4.3.1 Sức chịu tải theo vật liệu 30

4.3.2 Sức chịu tải theo đất nền 31

Chương 5 Tính toán ổn định trượt sâu của công trình 35

Tài liệu tham khảo 38

Phụ lục 39

Bảng tính xác định tâm đàn hồi 39

Bảng tính xác định lực ngang lên đầu cọc 41

Tải trọng neo 41

Tải trọng va 43

CHƯƠNG 1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Cầu tàu đài mềm hệ dầm bản cọc bê tông cốt thép

1.1.2 Loại tàu thiết kế

bé nhất trước bến,

m

Chiều dài

B Hm

Mớn nước

Chiều dài đoạn thẳng tàu

Trong đồ án ta chọn cấp tải trọng khai thác trên bến là cấp II

Bảng 2: Tải trọng hàng hóa, phương tiện và thiết bị

bánh xích

Đoàn tàu

Bảng 3: Số liệu địa chất

Các thông số đề bài

Tên lớp đất Lớp đất số

1 Mô tả lớp đất á cát dẻo mềm á cát dẻo chặt Sét nửa cứng

2 Độ sâu đáy lớp đất (tính từ đáy

biển trở xuống) h1 = 5.0 m h2 = 10.0 m h3 = 

Bảng 4: Số liệu thủy văn

Mực nước Vận tốc gió dòng chảy Vận tốc Thông số sóng MNCTK MNTTK MNTB Vgdt Vgnt Vdcdt Vdcnt hsdt dt hsnt nt

CHƯƠNG 2 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN – GIẢ ĐỊNH KẾT CẤU BẾN

a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng háo và quá trình bốc dỡ; a = 12 m

2.1.2 Chiều sâu trước bến

Chiều sâu bến tính toán hay thiết kế của bể cảng là chiều sâu của khu nước cần đảm bảo cho tầu neo đậu và ra vào cảng an toàn trong quá trình bốc xếp hàng hóa

 Độ sâu chạy tàu

 T – Mớn nước tàu chở đầy hàng

 Z0 – Độ dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hóa lên tàu khong đều và

2.1.4 Chiều cao trước bến

Chiều cao trước bến tính theo công thức

CTMB (m)

T (m)

Z1(m)

Z2(m)

Z3(m)

Z4(m)

Z0(m)

H0(m)

CTĐB (m)

H (m) 3.40 1.20 1.10 4.50 8.60 0.52 0.09 0.15 0.5 0.53 10.50 -9.30 13.80

 Ltmax – Chiều dài tàu tính toán lớn nhất

 d – Khoảng cách an toàn giữa các tầu, tầu với bờ

Bảng 6: Chiều dài bến

Ltmax(m)

d (m)

Lb(m)

Chiều rộng bến xác định theo công thức:

B m (Hh)Trong đó:

 B –là chiều rộng bến

 m = cotgφ (φ là góc ma sát trong của nền đất) Ta lấy φ = φ2 = 200

 H – Chiều cao bến

 h – chiều cao tường chắn đất

Ta chọn chiều cao của tường chắn đất là 2.5 (m)

Bảng 7: Chiều rộng bến

H (m)

htchắn(m)



(độ) (m) m

B (m)

 Ta chia bến ra làm 3 phân đoạn, chiều dài mỗi phân đoạn là l = 59 m

 Khe lún phân đoạn 4cm

 Mỗi phân đoạn ta bố trí 3 bích neo, 2 phân đoạn cạnh nhau chung 1 bích neo

 Tại mỗi đầu dầm ngang ta tăng tiết diện của dầm lên: b x h = 1000  2300 mm

 Vòi voi ta chọn tiết diện thay đổi từ 10001500 mm xuống 1000800 mm là mép dưới của vòi voi

 Cốt thép nhóm AII: Ra = 2800 (KG/cm2), E = 2,1.108 (KN/m2)

 Bê tông M300: Rn = 130 (KG/cm2), Rk = 10 (KG/cm2), E = 2,9.107(KN/m2)

 Hệ số: γ = 0.9

CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRONG TÁC DỤNG LÊN

BẾN CẦU TÀU

Xác định tải trọng gió theo tài liệu [2]

 Tải trọng gió theo phương ngang tàu

 W , W :q n Là tải trọng gió theo phương ngang và phương dọc tầu

 A Aq, n: Là diện tích cản gió theo phương ngang và phương dọc tầu

 : Là hệ số phụ thuộc vào gió (tra bảng)

Xét với 2 trương hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng

Tải trọng sóng tác dụng lên tầu theo phương ngang và phương dọc tầu được xác

định theo [2]

 Tải trọng sóng theo phương ngang tầu:

1 . l

 Q, N: là tải trọng sóng theo phương ngang và dọc tầu

 : Hệ số lấy từ đồ thị hình 32 tài liệu [2]

 1: Hệ số lấy ở bảng 27 tài liệu [2]

 A Al, t: Diện tích chắn nước theo phương ngang và phương dọc

 ρ: Khối lượng riêng của nước biển Lấy ρ = 1.025 (t/m3)

Tải trọng dòng chảy tác dụng lên tầu được xác định theo tài liệu [2]

 Tải trọng dòng chảy theo phương ngang:

 A Al, t: Diện tích chắn nước theo phương ngang và phương dọc

 Vl, Vt: Vận tốc theo phương ngang và phương dọc của dòng chảy

Xét với 2 trương hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng

Sử dụng các công thức và ta có bảng kết quả:

Bảng 11: Tải trọng dòng chảy

0.2 1350 31.86 0.3 173.7 9.22 0.2 471 11.12 0.3 60.6 3.22

Tải trọng phân bố do tầu tựa vào bến được xác định theo công thức:

W1,1 ngang 1,1 w

Ld là chiều dài tiếp xúc giữa tầu và công trình ( Chiều dài đoạn thẳng tàu)

Xét với 2 trường hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng

Bảng 12: Tải trọng tựa tàu

Tải trọng va tầu được xác định theo tài liệu [2]

Động năng va tầu được xác định theo công thức:

2.2

q

DV

E 

Trong đó:

 D: lượng rẽ nước của tầu

 V: Vận tốc theo phương ngang Lấy theo bảng 29 tài liệu [2]

  : Hệ số tra bảng 30 tài liệu [2]

Xét với 2 trường hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng

 Tải trọng neo tầu được xác định theo công thức:

.sin cos

tot Q S



Trong đó:

 n : Số bích neo chịu lực

 α, β: Góc của dây neo

 Qtot = Wngang + Q: Tải trọng do gió và dòng chảy tác dụng lên neo

 Tải trọng của lực neo tầu chiếu lên các phương:

 Phương vuông góc với bến: tot

q

Q S n



 Phương song song: Sn  S c os os  c 

 Phương thẳng đứng: Sv  S sin 

Bảng 14: Tải trọng neo tàu

Ta lựa chọn cấu khai thác trên bến là cấp II

Bảng 15: Tải trọng thiết bị và hàng hóa

Cấp tải

trọng khai

thác trên

bến

Tải trọng do thiết bị và phương tiện

vận tải Tải trọng do hàng hóa KN/m2 Cẩu cổng

Hình 1: Sơ đồ tải trọng

Chương trình Sap2000 tự tính tải trọng bản thân

Do trong đồ án ta chỉ giải 1 khung nguy hiểm nhất (khung ngang) nên ta chỉ cần tính tải trọng bản thân của bản và dầm dọc truyền vào cột

Đối với kết cấu bê tông, góc phân tải từ sàn vào dầm dọc và dầm ngang là 45 độ Kết quả tính thể hiện ở trong Sap2000

3.9 ĐƯA BÀI TOÁN VỀ KHUNG PHẲNG

3.9.1 Xác định tâm đàn hồi

 Giả sử độ sâu ngàm giả định là 6D = 6x1000 = 6000 (mm) = 6.0 (m)

Bảng chiều dài kích thước cọc:

Bảng 16: Chiều dài cọc tính toán

 Xác định tọa độ tâm đàn hồi:

Gọi tọa độ tâm đàn hồi là C( xC, yC) Công thức xác định tậm đàn hồi:

iy i C

iy

H x x

ix

H y y

H



Trong đó:

 H ix, H iy là tổng phản lực ngang do chuyển vị đơn vị gây ra

 xi, yi : là tọa độ đầu cọc thứ i

Với cọc BTCT #300 kích thước D = 1 m ta xác định được:

Bảng tính toán chi tiết được trình bày trong phần Phụ lục

3.9.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc

a) Cầu tầu chịu lực neo tầu

Các trường hợp tính toán:

 Trường hợp 1:

 Trường hợp 2:

Ta tính cho trường hợp nguy hiểm là trường hợp 2

b) Cầu tầu chịu lực va

 Trường hợp 1:

 Trường hợp 2:

Ta tính cho cả 2 trường hợp

c) Phương pháp tính:

Quy tải trọng về tâm đàn hồi C

 Hc   X V ; c   Y là tổng lực theo phương x và theo phương y quy về tâm C

 M  P R là tổng momen quy về tâm C

3.10 GIẢI CẦU TÀU

3.10.2 Biểu đồ bao nội lực

Biểu đồ bao nội lực bao gồm biểu đồ bao momen, lực cắt và lực dọc

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CẤU KIỆN

 Ta cắt ra một dải bản dài b = 1 (m) để tính toán:

 Tính theo tiết diện hình chữ nhật bxh=100x40 (cm)

b) Tính cốt thép dọc:

 Giả thiết a = 0.05 (m) => ho = h - a = 0.4 – 0.05 = 0.35 (m)

 Với M = 91.41 (KN/m)

2 0

.

m b

M

R b h

0.05114500.1.0,35 

s s

 k: Đối với bản chịu uốn lấy δ = 1.0

 : Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì  = 1.0

 Cg: Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn lấy φl = 1

 a: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được xác định như sau :

 a =

Z F

 0: Ứng suất kéo ban đầu trong bê tông do sự trương nở Lấy 0 = 0

Thay vào công thức ta được at  0,067 mm  acp  0,08 mm => thỏa mãn

 Vậy phải tính toán cốt đai:

 Chọn đai đơn Φ8-a250 với Aws = 3.210-4 (m2)

 qws = Rws.Aws/Sw = (0,8.280000).3,2.10-4/0.35 = 204.8 (KN)

 Mb = φb2.(1+φf+φn).Rk.b.h02 = 2.1.1000.1.0,352 = 245 (KN.m)

 q1 = g + 0,5.p = 10 + 0,5.60 = 40 (KN/m)

0 w

245

1.1( ) 204.8

b s

180 ≤ 434.7 (thỏa mãn) Vậy ta bố trí thép đai Φ8-a250, bản đủ chịu cắt

4.2.3 Tính toán cốt thép dầm ngang và dầm dọc

Từ kết quả nội lực ta xác định được momen nguy hiểm nhất:

 Mmin   849 (KN ); m

.

m b

 k: Đối với dầm chịu uốn lấy δ = 1.0

 : Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì  = 1.0

 Cg: Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn lấy φl = 1

 a: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được xác định như sau :

a =

Z F

 0: Ứng suất kéo ban đầu trong bê tông do sự trương nở Lấy 0 = 0

Thay vào công thức ta được at  0,15( mm )  acp  0,08( mm ) => không thỏa mãn

 Chọn lại 9Φ25 với As = 44.18(cm2) Khi đó at = 0.053 (mm) < acp = 0.08 (mm)

Với momen dương: Mmax  560 (KN ); m

 Tiết diện chữ Tê:

 k: Đối với dầm chịu uốn lấy δ = 1.0

 : Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì  = 1.0

 Cg: Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn lấy φl = 1

 a: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được xác định như sau :

a =

Z F

 0: Ứng suất kéo ban đầu trong bê tông do sự trương nở Lấy 0 = 0

Thay vào công thức (20) ta được at  0,094( mm )  acp  0,08( mm ) => không thỏa mãn

 Chọn lại 9Φ25 với As = 44.18 (cm2) Khi đó at = 0.053 (mm) < acp = 0.08 (mm)

Vậy không phải tính toán cốt đai Ta đặt cốt đai theo cấu tạo Φ10-a200

Đối với dầm dọc chịu tải trọng nhỏ hơn nên thiên về an toàn ta bố trí thép giống dầm ngang để giảm bớt khối lượng tính toán và dễ dàng trong thi công

4.2.4 Tính toán cốt thép vòi voi

Dầm vòi voi là dầm lắp ghép Phần phía dưới tiết diện thu nhỏ dần từ bề rộng b = 1.5 (m) xuống 0,8 m, dài l = 2 (m)

Dầm vòi voi chịu tác dụng của lực tựa tàu và va tàu Phần trên của dầm vòi voi liên

kết với dầm ngang, truyền tải trọng vào dầm ngang và chủ yếu chịu lực nén nên không cần thiết phải tính toán mà chỉ tính toán với phần dầm bên dưới như dầm Conson chịu uốn dưới tác dụng của lực tựa và lực va tàu Ta tính toán với trường hợp có lực tựa q = 32.21 KN/m và lực va giá trị của lực va theo phương vuông góc với mép bến là F =

470 KN

 Trường hợp chịu lực tựa:

 Lực tác dụng lên dầm trong trường hợp tựa là :

F = 32.21  5,6 = 180.4 (KN)

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

M = 180.4  2= 360.8 (KN.m)

 Trường hợp chịu lực va:

 Lực tác dụng lên dầm trong trường hợp va là :

 k: Đối với dầm chịu uốn lấy δ = 1.0

 : Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì  = 1.0

 Cg: Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn lấy φl = 1

 a: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được xác định như sau :

a =

Z F

 0: Ứng suất kéo ban đầu trong bê tông do sự trương nở Lấy 0 = 0

Thay vào công thức (20) ta được at  0,13 ( mm )  acp  0,08 ( mm ) => không thỏa mãn

Chọn lại 9Φ25 với As = 44.18 (cm2) Khi đó at = 0.053 (mm) < acp = 0.08 (mm)

a) Thông số tính toán của cọc:

 Chiều dài cọc L = 9.531 (m)

 Cọc tròn đường kính D = 1.0 (m)

 Cọc số 12 có lực dọc lớn nhất là: N = 2107 (KN) và momen tương ứng là M = 513 (KN.m)

 Chuyển sang tiết diện chữ nhật tương đương: b x h = 0.873 x 0.9 (m)

 Chiều dài tính toán: L0 = 0,7L = 6.67 (m)

 Độ mảnh: λ = L0/h = 6.67/0.9 = 7.41 < 16 nên ta có thể lấy hệ số uốn dọc η = 1

 Giả thiết a = a’ = 8 (cm) = 0.08 (m)

Cột đủ khả năng chịu lực nén vậy nên ta đặt cốt thép theo cấu tạo

 Bố trí 20Φ16 phân bố đều trên tiết diện tròn của cọc với As = 32.16 (cm2)

7854

s c

A F

 Kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt:

 k: Đối với dầm chịu uốn lấy δ = 1.0

 : Hệ số kể đến loại cốt thép Với thép A-II có gờ thì  = 1.0

 Cg: Đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn lấy φl = 1

 a: Ứng suất trong cốt thép chịu kéo Đối với cấu kiện chịu uốn thì được xác định như sau :

Thép đai bố trí theo cấu tạo: Φ10-a200

Bảng tổng hợp kết quả tính cốt thép cấu kiện:

Bảng 22: Kết quả tính cốt thép cấu kiện

Nội lực Cốt thép bản Cốt thép

Dầm

Cốt thép vòi voi

Cốt thép cọc

4.3.1 Sức chịu tải theo vật liệu

Công thức xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu:

vl b b a a

P  m R F  R F

Trong đó:

 Pvl: Sức chịu tải theo vật liệu

 M: Hệ số điều kiện làm việc Lấy m = 1

 R Ra, b: Cường độ tính toán của thép và bê tông

Vâỵ cọc đủ khả năng chịu lực theo vật liệu

4.3.2 Sức chịu tải theo đất nền

a) Các lớp đất có các đặc trưng như sau :

Bảng 23: Số liệu địa chất

Các thông số đề bài

Tên lớp đất Lớp đất số 1 Lớp đất số 2 Lớp đất số 3

1 Mô tả lớp đất á cát dẻo mềm á cát dẻo chặt Sét nửa cứng

2 Chiều dày lớp đất h1 = 5.0 m h2 = 10.0 m h3 = Vô hạn

b) Tính toán sức chịu tải của cọc

 Sức chịu tải của cọc bao gồm hai thành phần: ma sát bên và sức chống mũi cọc

Qu = Qs + Qp

Qu = As fs + Ap qpTrong đó:

 Qu: Sức chịu tải cực hạn của cọc

 Qs: Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên

 Qp: Sức chịu tải cực hạn dưới mũi cọc

 fs: Ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất

 qp: Cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc

 As: Diện tích mặt bên cọc

 Ap: Diện tích mũi cọc A p = 0.785 (m2)

 Ma sát trên đơn vị diện tích mặt bên cọc fs tính theo công thức:

fs = ca + δvKstanφ Trong đó:

 cu: Cường độ kháng nén không thoát nước của nền

 Nc: Hệ số sức chịu tải của nền Theo tài liệu [4] lấy N c = 6

Hệ số an toàn:

 Hệ số an toàn tổng thể: FS = 2.5

 Hệ số an toàn sức chịu tải ma sát: FSs = 2.5

 Hệ số an toàn sức chịu tải chống mũi: FSp = 3.0

c) Kết quả:

 Cường độ chịu tải đơn vị của đất ở mũi cọc (mũi cọc được đặt vào lớp thứ 3):

 Sức chịu tải cực hạn dưới mũi cọc: Qp = 7200.785 = 565.2 (KN)

 Sức chịu tải cực hạn dưới mũi cọc:[Qp] = 565.2/3 = 188.4 (KN)

Q Q

 Từ đó ta chọn được độ sâu chôn cọc là 20.9 (m) kể từ mặt lớp đất thứ 2 tức là H =

34.7 (m) kể từ mặt đất, lấy tròn H = 38 (m) Với độ sâu chôn cọc này ta có thể xác

định được sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền là:

4811 565.2

2112.8 ( )

p s u

Q Q

 Hệ số an toàn sức chịu tải tổng thể của cọc :

4811 565.2

2.74 2.51959