Đồ Án Xưởng Đóng Tàu – Công Trình Ụ Tàu Khô

Tính toán nội lực phần bản đáy dới đệm lờn tàu * Nội lực trong bản đáy đợc tính theo sơ đồ bản dầm trên nền đàn hồi, áp dụng bàitoán biến dạng phẳng theo phơng pháp của B.N.. Tính toán n

đồ án

xởng đóng tàu(công trình ụ tầu khô)

Giáo viên hớng dẫn : trần quang vinh

Sinh viên thực hiện :

Lớp : 43C1

Mssv :6130-43

Hà Nội

mở đầu

Đồ án môn học Xởng đóng tàu là một trong những đồ án chuyên ngành quan

trọng của sinh viên ngành Cảng-Đờng thủy Nhiệm vụ chính của đồ án là thiết kế kỹthuật một công trình thủy công trong nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu nh: ụ khô,triền tàu, đà tàu,

Với số liệu đã cho của thầy hớng dẫn, nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là:

1- Thiết kế kỹ thuật công trình ụ khô phục vụ cho việc sửa chữa tàu

2- Kết quả tính toán thể hiện trong một cuốn thuyết minh dày 43 trang vàmột bản vẽ khổ A1.

Với việc thiết kế ụ tầu khô này,nó giúp cho sinh viên ngành Cảng-Đờng thuỷ

đợc làm quen với công trình thuỷ công cơ bản và các công việc chủ yêú trong nhàmáy đóng mới và sửa chữa tàu thuỷ

Tác giả đồ án xin chân thành cảm ơn thầy giáo trần quang vinh và các

bạn sinh viên lớp 43Cảng 1 trờng Đại học Xây dựng đã nhiệt tình giúp đỡ để đồ án

đ-ợc hoàn thành đúng tiến độ

- Kế hoạch sản xuất: 12 tàu/năm

- Số ngày tàu trên bệ: 40 ngày/tàu

- Tổng số ngày sửa chữa cần thiết: 12 x 40 = 480 ngày

- Số ngày làm việc trong năm: 300 ngày

Tàu đến sửa chữa đợc bốc dỡ hết hàng tại bến trang trí của nhà máy, sau đó

đ-ợc đa vào ụ để sửa chữa theo trình tự sau:

- Giả sử ụ đang khô nớc, cửa ụ đóng kín, cung cấp nớc cho ụ bằng hệ thống cấp nớc

tự chảy cho đến khi mực nớc trong và ngoài ụ bằng nhau (bằng mực nớc hạ thủy)

- Kéo cửa ụ ra ngoài (với trờng hợp cửa phao)

- Đa tàu vào ụ bằng hệ thống tời đặt ở cửa ụ và hai bên thành ụ

- Cố định tàu trong ụ bằng hệ thống neo, đệm tàu

- Thoát nớc trong ụ ra ngoài bằng hệ thống máy bơm

- Làm khô ụ, tiến hành các bớc chuẩn bị cần thiết

- Sửa chữa tàu

- Sửa chữa xong tiến hành cung cấp nớc cho ụ giống nh trên

- Tháo hệ thống neo giữ, đa tàu ra bến trang trí

- Hoàn thiện công tác sửa chữa tàu tại bến trang trí

TiÕn hµnh söa ch÷a

Cung cÊp n íc cho ô

Th¸o cöa vµ kÐo ra ngoµi

Ltmax = 143m; Ltđoạn giữa hai đờng vuông góc = 131m;

Lt = 143m : chiều dài tàu tính toán

l 1 + l 2:Khoảng hở 2 đầu từ tàu đến cửa ụ và mép tờng cuối ụ

Bt = 19.2m : chiều rộng lớn nhất của tàu tính toán

∆b1 = 4ữ6m : khoảng cách an toàn cần thiết hai bên lờn tàu

B = 23.2ữ25.2m

Chọn B = 25 m

c Chiều rộng cửa buồng ụ

Bc = Bt + ∆b2

Bt = 19.2m : chiều rộng lớn nhất của tàu tính toán

∆b2 = 2ữ4m : khoảng cách an toàn cần thiết hai bên lờn tàu

Bc = 21.2ữ23.2mChọn Bc = 22m

d Chiều sâu buồng ụ

H = T + h + a

T = Tlái

h = 1.2m : chiều cao đệm sống tàu

Chiều rộng tờng ụ phía trên: b0 = 3m; b'0 = 1.5m

Chiều rộng tờng ụ chỗ giáp với đáy: b = 0.3 Ht = 0.3 x 8.5 = 2.55m

Chiều dày bản đáy: d = 1.5 (m) (chiều dày bản đáy lấy theo kinh nghiệm khi ụ có hệ thống thoát nớc ngầm)

2.3 Giả định kết cấu ụ tàu

Kết cấu chung: ụ tàu khô có hệ thống thoát nớc

Bản đáy ụ tàu bằng BTCT đổ tại chỗ đợc chia thành hai phần:

Phần dầm dới sống tàu tiết diện 3m x 2.5m, dài 35m

Phần bản hai bên đổ theo từng phân đoạn có kích thớc 11.5m x 35m x 1.0m.Tờng hai bên ụ dạng tờng góc bản chống đổ tại chỗ có bề rộng bản đáy là 7m

Nối tiếp giữa các phần của bản đáy có các lá đồng chống thấm nớc

Hệ thống thoát nớc đáy ụ bao gồm các đờng ống dọc và ngang bố trí dới đáy ụ

Hệ thống tờng cừ phía dới tờng góc bản chống có nhiệm vụ chống thấm nớc

Hệ thống máy bơm đợc bố trí phía đầu ụ bao gồm:

Bơm thoát nớc khi tàu vào ụ

Bơm thoát nớc đọng và nớc ngấm vào trong ụ

Hệ thống neo, hào công nghệ bố trí ngay trên đỉnh ụ

2.4 Giả định vật liệu các cấu kiện chính

- Cừ chống thấm Larsen V dài 10m.

- ống thoát nớc bằng nhựa PVC, đờng kính 10cm

Các kích thớc cơ bản và kết cấu ụ tàu thể hiện trên hình 3,4,5

ch

ơng 3

xác định các tải trọng

3.1 Tải trọng bản thân các cấu kiện

- Trọng lợng một tờng góc bản chống lắp ghép bao gồm trọng lợng tờng mặt, bản đáy

và bản chống:

G = G tm + bđ + Gbc

= 2.5ì4ì[3ì1.5 + (1.5+2.5)/2 ì 6.9 + 1.7 ì 7] + 2.5ì0.5ì(1.5+4)/2 ì 6.9 ≈ 325.72(t)

- Trọng lợng bản đáy tính theo lực phân bố:

q1 = γbì h1ì1m = 2.5 ì 1.0 ì 1.5 = 3.75 (t/m2)

(khi tính toán, cắt theo chiều dọc ụ những đoạn 1m thì q = 2.5 t/m)

q2 = γbì h2ì1m = 2.5 ì 3 ì 1 = 7.5 (t/m2)

3.2 áp lực đất lên tờng góc bản chống

- áp lực đất chủ động đợc tính nh sau:

Giả thiết mặt phá hoại là mặt phẳng, nghiêng với phơng đứng một góc β= 450- ϕ/2.Trong đó, ϕ là góc ma sát trong của lớp đất tơng ứng với các khoảng tính áp lực.Khi đó, công thức chung tính áp lực chủ động nh sau:

Lt/3 Lt/3 Lt/3

Lt/3

0.075 Lt 0.075 Lt

40%Q

14.5%Q 20%Q

Hình 7 - Phân bố trọng lợng tàu theo phơng ngang

Các sơ đồ tải trọng và các tổ hợp tải trọng đợc thể hiện ở bảng 1 và bảng 2

ụ, trọng lợng tàu sửa

chữa đợc truyền qua các

đệm

3 Trêng hîp söa ch÷a ô,

Kết cấu buồng ụ đợc tính toán theo tổ hợp tải trọng thứ hai (tàu đang đợc sửa chữatrong buồng ụ)

4.1 Tính toán nội lực phần bản đáy dới đệm lờn tàu

* Nội lực trong bản đáy đợc tính theo sơ đồ bản dầm trên nền đàn hồi, áp dụng bàitoán biến dạng phẳng theo phơng pháp của B.N Jêmôskin

* Tải trọng tác dụng lên bản đáy (hình 10a):

- Chia dầm thành 5 đoạn cách đều nhau những khoảng c = 2.3m và coi trên mỗi

đoạn, phản lực đất phân bố đều

- Giả thiết giữa dầm và nền đàn hồi có đặt các thanh liên kết, cách đều nhau nhữngkhoảng = c (hình 10b) Có 5 liên kết thanh nh vậy

- Các số liệu tính toán nh sau:

+ Mô đun biến dạng của nền: tính cho lớp đất thứ hai có

E0 = 150 kG/cm2 = 1500 t/m2

+ Mô đun đàn hồi của bản dầm E = 2,1.106 t/m2

+ Hệ số Poatxông của nền à0 = 0,05 (đất sét pha)+ Hệ số Poatxông của dầm à = 0,167 (dầm bê tông)

+ Mô men quán tính của tiết diện dầm: 0 (m )

12

1x1.012

b.h

0,167-1

2,1.10-

<2> Lập hệ cơ bản và phơng trình chính tắc cho bài toán

- Hệ cơ bản: Loại bỏ các liên kết thanh, thay thế vào đó là các phản lực Xi , đặtngàm vào đầu dầm và giải bài toán theo phơng pháp hỗn hợp (hình 10c)

+ phơng trình 6 biểu thị hình chiếu của tất cả các lực lên phơng đứng = 0

+ phơng trình 7 biểu thị tổng mô men tất cả các lực tại ngàm = 0

+ Xk : phản lực tại vị trí k

δki : chuyển vị đơn vị theo phơng Xk do Xi = 1 gây nên

∆kP : chuyển vị đơn vị theo phơng Xk do tải trọng ngoài gây ra

y0 : chuyển vị tại điểm đặt ngàm

ϕ0 : góc xoay tại điểm đặt ngàm

ak : khoảng cách từ điểm k tới vị trí đặt ngàm

ΣP : tổng tải trọng ngoài tác dụng theo phơng đứng

ΣMP: tổng mô men do tải trọng ngoài tác dụng tại ngàm.

+ Quy ớc dấu nh sau:

3.2)

3.14x1500x-

6D(1

E

à

+ Fki là hàm số phụ thuộc tỷ số x/c với x là khoảng cách từ điểm đặt tải trọng đến

điểm tính lún Hàm Fki biểu thị độ lún đơn vị của nền

+ ωki là hàm số phụ thuộc tỷ số ak/c và ai/c, là khoảng cách từ điểm k và i đến vị trí

đặt ngàm Hàm ωki biểu thị độ võng đơn vị của dầm

+ Fki và ωki đợc tra theo bảng I và IV (trang 258 và 262 cuốn “Các phơng pháp thựchành tính dầm và bản móng trên nền đàn hồi” – Giáo s B.N Jêmôskin; Giáo s A.P.Xinhitxn – Hồ Anh Tuấn và Hồ Quang Diệu dịch)

(Mk)

2.5 2.5m

(sơ đồ tải trọng 2)

1p 1.15 -0.0742 2p 3.45 -0.4334 3p 5.75 -0.8143 4p 8.05 -1.1953 5p 10.35 -1.5762

Từ biểu đồ áp lực đất ta xác định đợc mô men uốn và lực cắt tác dụng lên bản

đáy (hình 10e,f)

Mô men lớn nhất trong bản đáy: M = 17.27 tm

Lực cắt lớn nhất trong bản đáy : Q = 12.84 t

P = 15.63 t

q = 2.5 t/m

11.5m 2.5m

12.01 6.93 2.22

17.27 14.71

M tm

12.84

Hình 10 - Tính toán bản đáy trên nền đàn hồi

4.2 Tính toán nội lực phần dầm đáy dới đệm sống tàu

* Nội lực trong dầm đáy dới đệm sống tàu đợc tính theo sơ đồ bản dầm trên nền

đàn hồi, áp dụng bài toán nửa không gian đàn hồi theo phơng pháp của B.N Jêmôskin

* Cách giải bài toán hoàn toàn tơng tự nh trên

* Tải trọng tác dụng lên bản đáy chỉ tính lực do tàu truyền xuống(hình 11a):

Lực tác dụng của trọng lợng tàu truyền qua đệm sống tàu xem nh lực phân bố cócờng độ : q = PS/1.5m = 41.67/1.5 = 27.78 (t/m)

* Lập sơ đồ tính:

23

- Xét dầm có kích thớc 3m x 2.5m x 35m Khi đó dầm đợc tính toán theo bài toánnửa không gian đàn hồi, b/c = 3/1.5 = 2

- Chia dầm thành 11 đoạn có c = 1.5m (hình 11b)

- Các số liệu tính toán nh sau:

12

3x2.512

b.h

0,167-1

2,1.10-

* Hệ cơ bản và phơng trình chính tắc cho bài toán

- Hệ cơ bản: Loại bỏ các liên kết thanh, thay thế vào đó là các phản lực Xi , sửdụng tính đối xứng của hệ, đặt ngàm ở giữa dầm và giải bài toán theo phơng pháphỗn hợp (hình 11c)

0))

1.53.14x1500x-

38.134 38.240 38.476 38.849 39.294 39.823 40.431 41.090 41.917 43.094 44.865 61.005 q=KQ/c 25.42 25.49 25.65 25.90 26.20 26.55 26.95 27.39 27.94 28.73 29.91 34.86

202.53 201.88 196.67 186.49 171.80 153.21 131.46

107.40 81.9656.27 31.82 10.84

15.42

0 8.39 5.19 1.76

11.21 13.58

16.67 17.25 17.01

12.39 15.59

Q t

tm M

Hình 11 - Tính toán dầm đáy trên nền đàn hồi

1.1 Tính toán bố trí thép cho bản đáy

Các cấu kiện BTCT đều đợc tính theo TCVN 4116-85 _ "Thiết kế kết cấu bêtông và bê tông cốt thép công trình thủy công"

- Công thức tính vết nứt: d

E C

k a

a

bd a d

T = ησ −σ 7(4−100à) (mm)trong đó:

k = 1 : cấu kiện chịu uốn

Cd = 1.3 : tính với tải trọng thờng xuyên

η = 1 : cốt có gờ

σbđ = 0 : thi công khô, bỏ qua sự trơng nở của bê tông

Ea = 2.1x106 kG/cm2

d : đờng kính cốt thép (mm)

à = Fa/(bh0) : hàm lợng cốt thép trong tiết diện chịu lực

σa : ứng suất trong cốt thép chịu kéo

)/(

2

cm kG z F

M

a

a =σ

M : mô men tiêu chuẩn

Fa : diện tích tiết diện cốt thép chịu kéo (cm2)

z: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến tâm vùng bê tông chịu nén

z = h0 - x/2x: giới hạn vùng chịu nén

b R m

M n k h

h x

n b

c n

2

2 0

0 − −

=

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 10

Bảng 10- Tính toán cốt thép phần đáy theo điều kiện MRVN

b (cm)

(cm)

x (cm)

Z (cm)

b Tính toán cốt đai

* Kiểm tra điều kiện ép vỡ bê tông:

Tiết diện chọn thoả mãn điều kiện bê tông không bị ép vỡ khi:

k n n c Q ≤ 0,25 m b R p bh 0 (1)

* Kiểm tra điều kiện không phải tính cốt đai:

27

k n n c Q ≤ m b k.R p bh 0 tgβ (2)

trong đó:

np

a a

R bh

R F k

0

.25

0

.1

2

h Q M tg

tt

tt

+

=β

Kết quả kiểm tra thể hiện ở bảng 11

Bảng 11- Kiểm tra điều kiện tính cốt đai ở bản đáy

Q (t)

b (cm)

Nh vậy trong bản đáy không cần bố trí cốt đai

Bố trí lới thép chịu lực ở phía dới theo tính toán ở trên

Bố trí lới thép cấu tạo φ14 a300 ở phía trên

1.2 Tính toán tờng góc bản chống

Tính toán tờng góc bản chống gồm các phần sau:

Bản đáy: tính toán theo bản tuyệt đối cứng chịu nén uốnBản mặt: tính toán theo bản ngàm 3 cạnh

Tờng chống: bố trí cấu tạoTải trọng tác dụng lên tờng góc bản chống nh ở hình 12

2.15 7.40 9.55

1.23 1.9 1.27 0.67

áp lực đất áp lực n ớc áp lực tổng cộng Pct

7m

Hình 12 - Tải trọng tác dụng lên tờng góc bản chống

28

a Tính toán nội lực ở bản đáy của tờng góc

- Nội lực ở bản đáy tính theo bản tuyệt đối cứng chịu nén uốn, phạm vi tính toánnằm trong đoạn dới tờng chống có bề rộng 4m

- Lực thẳng đứng tác dụng lên bản đáy(gồm tải trọng cần trục, các cấu kiện, đất):

min

max

74

53.991674

94.871

Ư

6

ì+

M l b

N W

M F

A

7m 4m

Hình 13 - Tính toán bản đáy tờng góc

b Tính toán nội lực ở bản mặt của tờng góc

29

- Trong khoảng chiều cao h = 1.5a = 1.5x4 = 6m từ dới lên, sơ đồ tính toán là bảnngàm 3 cạnh: một cạnh ngàm với bản đáy, hai cạnh bên ngàm với hai tờng chống kềbên.

- Kết quả mô men trong bản mặt đợc tra theo các bảng đợc lập sẵn

- Theo các bảng đó, mô men lớn nhất trong bản nh sau: xem hình 14 và bảng 12

ε1

α β γ

à δ

β γ α ε1

x - x

Hình 14 - Tính toán bản mặt tờng góc Bảng 12- Kết quả tính toán nội lực bản mặt tại các điểm

c Tính toán bố trí cốt thép cho tờng góc

Cốt thép trong tờng góc đợc bố trí theo điều kiện MRVN Kết quả tính toán thểhiện ở bảng 13

Bảng 13- Tính toán cốt thép tờng góc theo điều kiện MRVN

b (cm)

(cm)

x (cm)

Z (cm)

2.17 4.62 3φ 14 100 190 0.065 189.97 247.25 0.0243 0.016 thoả mãn

Nh vậy nội lực trong bản mặt rất nhỏ, có thể bố trí thép theo cấu tạo mà vẫnthoả mãn điều kiện MRVN

Cốt thép ở tờng chống bố trí cấu tạo dạng lới thép φ14a250

Đối với cốt đai, do lực cắt trong cấu kiện không lớn (Q = 14.33t), tiết diệnchịu lực lại rất lớn nên các điều kiện để không phải tính cốt đai tơng tự nh phần trên

ơng 5

Tính toán hệ thống cấp thoát nớc buồng ụ

5.1 Hệ thống cấp nớc

- ụ đợc cung cấp nớc dới hình thức tự chảy

- Hệ thống cấp nớc đợc bố trí một bên thành phía đầu ụ, bao gồm:

+ Hệ thống đờng ống cấp nớc đờng kính D=1200+ Van điều tiết

+ Hệ thống cửa lấy nớcXem thêm hình vẽ tổng thể

+ Hệ thống thoát nớc đáy ụ bằng ống nhựa PVC có đờng kính D = 10cmcũng đợc nối trực tiếp vào bể tụ

- Thể tích nớc cần thoát:

W = Vbuồng ụ = B ì L ì H = 25 ì 158 ì 6.5 = 25675 (m3)

- Thời gian thoát nớc:

Thời gian thoát nớc buồng ụ không đợc quá ngắn để tránh hiện tợng tàu bịnghiêng khi có dòng nớc chảy mạnh

32

Chän thêi gian tho¸t níc: t = 5h.

ơng 6

thống kê vật liệu cho buồng ụ

6.1 Bê tông

Khối lợng bê tông thống kê cho toàn ụ đợc thể hiện trong các bảng 14,15,16

Bảng 14- Khối lợng bê tông cho từng cấu kiện

(m)

Mác bê tông

Bảng 16- Khối lợng bê tông theo biện pháp thi công

6.2 Cốt thép

Thống kê cốt thép theo các bảng 17,18,19

Bảng 17- Thống kê cốt thép cho từng cấu kiện

(mm)

l (mm)

n (số thanh)

(kg/m)

∑ m (kg)

∑ m (kg)

35

Khối lợng vật liệu đắp đợc thống kê trong bảng 20

Bảng 20-Bảng tính vật liệu đắp cho toàn ụ

Một số cấu kiện khác của ụ đợc thống kê theo bảng 21

Bảng 21-Bảng thống kê một số cấu kiện phụ trợ của ụ tàu

1 Tời điện Trục đứng 4 bố trí đầu và cuối ụ

2 Tời điện Trục ngang 4 bố trí hai bên thành ụ

3 Bích neo HW20 14 T=20t; bu lông số hiệu 7

4 Đệm tàu ∆ 400 110 ống cao su đờng kính 400mm, treo bằng dây xích

5 Cầu thang sắt 2 có thể đa lên xuống đợc, kích thớc bậc 25x20cm

1 Xác định quy mô nhà máy và công nghệ sửa chữa tàu trong ụ (xem chơng 1)

2 Xác định kết cấu ụ: ụ khô đáy rời có hệ thống thoát nớc đáy ụ, hai bên thành ụ làtờng góc bản chống (xem xhơng 2)

3 Tính toán kết cấu buồng ụ:

+ tính toán tải trọng và các sơ đồ tải trọng (xem chơng 3)

+ tính toán nội lực trong các cấu kiện (xem chơng 4)

+ tính toán và bố trí cốt thép cho các cấu kiện (xem chơng 4)

+ tính toán hệ thống cấp thoát nớc buồng ụ (xem chơng 5)

+ thống kê vật liệu cho các cấu kiện (xem chơng 6)

4 Đa kết quả tính toán ra một thuyết minh dày 40 trang và một bản vẽ khổ A1

Do thời gian,tài liệu, trình độ và kinh nghiệm có hạn nên đồ án vẫn còn cónhiều thiếu sót nh:

- Vẫn cha tính toán phần kết cấu cửa ụ một cách chính xác

- Cha thiết kế đợc kết cấu cửa phao và hệ thống đờng ống cấp thoát nớc cho buồngụ

- Cha thiết kế hệ thống dầm bê tông cọc BTCT dới đờng ray cần trục…

Rất mong đợc sự thông cảm của thầy

Hà Nội tháng 5 năm 2000

38

Tài liệu tham khảo

1 Tập thể tác giả

Công trình thủy công trong xởng đóng tàu

Bộ môn Cảng - trờng Đại học xây dựng 1971

2 PTS phạm văn thứ

th.s nguyễn văn ngọc

Công trình thủy công trong nhà máy đóng tàu thủy và sửa chữa tàu thủy

Trờng Đại học hàng hải 1999

nguyễn phấn tấn

Kết cấu bê tông cốt thép (phần cấu kiện cơ bản)

Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - Hà Nội 1998

39