Đồ án công trình bến: Công trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCT

Công trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCTCông trình cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi BTCT

G5MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ _11.1: Số liệu địa chất công trình _11.2: Số liệu về khí tượng , hải văn 11.3: Tàu thiết kế _1CHƯƠNG 2: <Tiêu đề> 12.1: <Tiêu đề> 12.1.1: <Tiêu đề> 12.1.1.1: <Tiêu đề> _1

CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ

1.1: Số liệu về địa chất công trình

Ngangtầu

Dọctầu

Ngangtầu

+ Tiêu chuẩn thiết kế :

+ Hct: Chiều sâu chạy tầu

+ Tc: Mớn nước đầy hàng của tầu tính toán lớn nhất

+ Z0: Độ dự phòng do sự nghiêng lệch tầu vì xếp hàng hóa không đều bị xê dịch (bảng 6/22TCN207-92)

+ Z1: Độ dự phòng chạy tàu tối thiểu (bảng 3/22TCN207-92)

+ Lmaxt : Chiều dài tầu thiết kế

+ d : khoảng cách an toàn giữa các tàu – lấy d = 25m

- Bước cọc trong vùng cần trục cổng Bc= 5.25 m

- Mặt bằng bố trí cọc được thể hiện trên hình vẽ

1.3 Giả định về hệ dầm bản

- Kết cấu đài bến là hệ dầm bản BTCT

- Bản BTCT dày 40 cm, được thi công đổ tại chỗ bằng bê tông mác300.

- Dầm ngang và dầm dọc tiết diện 100x150 cm chưa kể bản, được chếtạo từ bê tông mác 300 và cốt thép AII

1.4 Giả định tường chắn đất

- Phía tuyến sau bến dùng tường chắn để giữ ổn định mái đất

- Cấu tạo tường chắn đất và vòi voi như hình vẽ

Tải trọng bản thân bản:

Tải trọng bản thân của bản được xác định:

Gb= hb bb γb = 0,4 4,8 2,5 = 4,8 (T/m)

Tải trọng bản thân dầm ngang:

Tải trọng bản thân do dầm ngang được xác định:

Tải trọng bản thân vòi voi:

Tải trọng bản thân của vòi voi được tính một cách tương đối và thiên về an toàn,códạng tập trung đặt tại đầu dầm và có giá tri : Gvv=8.25 (T)

3.2 Tải trọng thiết bị hàng hóa

Cấp tải trọng khai thác trên bến:

Đoàn tầu(KN/m)

Sơ đồ tải trọng hình 2-8 a (trang 41 công trình bến cảng).

Tính toán với bề rộng 4,8 m ta có:

q1 = 4,8 40 = 192 (KN/m) q2 = 4,8 60 = 288 (KN/m) q3 = 4,8 100 = 480 (KN/m)

Tải trọng do cần trục giàn tác dụng lên cầu tầu có dạng tập trung đặt tại chân củacần trục

Áp lực cho mỗi chân cần trục là 120 T

3.3 Tải trọng gió tác dụng lên tầu:

Theo mục 5.2/22TCN222-95 ta có thành phần ngang Wq và thành phần dọc Wn củatải trọng gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức :

Wq = 73,6.10-5.Aq.vq2.ξ

Wn = 49.10-5.An.vn2.ξTrong đó :

Aq và An - Diện tích cản gió theo hướng ngang và hướng dọc tàu.(m2)

Vq và vn – Thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió cósuất đảm bảo 2% (m/s)

ξ - Hệ số lấy theo Bảng 26/22TCN222-95

Kết quả tính toán tải trọng gió được thể hiện ở bảng sau:

Al và At – Tương ứng là diện tích chắn nước theo hướng ngang vàhướng dọc tàu,m2.Ta có : Al = Lw.T ; At = Bt.T

( Với : Lw = 213m , Bt = 28.5m )

vl và vt – Thành phần ngang và thành phần dọc của vận tốc dòngchảy với suất đảm bảo 2%,m/s

Kết quả tính toán tải trọng dòng chảy được thể hiện trong bảng sau:

w

wkNĐầy hàng 10.8 2300.4 307.8 0.4 2.0 217.16 726.4

Chưa hàng 5 1065 142.5 0.4 2.0 100.54 336.3

3.5 Tải trọng neo tầu:

Tải trọng tác dụng lên công trình do lực kéo của dây neo:

Xác định theo mục 5.11 trang 525-22TCN222-95.Lực neo S(kN) tác dụng lên 1bích neo xác định theo công thức sau:

S

tQ

=n.sinα.cosβ

Trong đó:

n - Số lượng bích neo chịu lực.Theo bảng 31/22TCN222-95,lấy n =6

α,β - Góc nghiêng của dây neo,được lấy theo bảng 32/22TCN222-95

S = n

(kN)

nS(kN)

vS(kN)Đầy

3.6 Tải trọng tựa tầu:

Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu tựa lên công trình dưới tác dụng của sóng

Trong đó :

Qt - Lực ngang do tác động tổng hợp của gió,dòng chảy và sóng, kN

Ltx - Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình, m

Kết quả tính toán tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau:

3.7 Tải trọng va tầu :

Động năng của tàu được xác định theo công thức sau:

Eq=ψ

2D.ν

2 (kJ)Trong đó:

D - Lượng rẽ nước của tàu tính toán D=50000T

ν - Thành phần vuông góc (với mặt trước công trình) của tốc độ cậptàu,m/s

Theo bảng 29/22TCN222-95 ta có : với tàu biển D = 50000 (T) → ν

= 0,098 (m/s)

ψ - Hệ số,phụ thuộc kết cấu công trình bến và loại tàu Theo bảng 30/22TCN222-95:

Khi tàu đầy hàng : ψ = 0, 55

Khi tàu chưa có hàng : ψ = 0, 47Kết quả tính toán động năng va của tàu được thể hiện ở bảng sau:

(kJ)

Ta thấy Eq khi tàu đầy hàng lớn hơn Eq khi tàu chưa có hàng.Vậy ta dùng Eq khi tàuđầy hàng để tính toán

Ed-Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm,kJ

Eb-Năng lượng biến dạng của công trình bến,kJ

∆z - Biến dạng tổng của toàn bộ hệ thống.m

∆d - Biến dạng của thiết bị đệm,m.(Phụ thuộc loại đệm)

∆b - Biến dạng của công trình bến,m

Eb và ∆b có thể tính trực tiếp dựa vào độ cứng của kết cấu công trìnhbến:

K (m)Trong đó:

K - Hệ số độ cứng của công trình bến theo hướng nằm ngang vuônggóc với mép bến,kN/m

K = 3

12.EI.n lEI- Độ cứng của cọc bến

E - Modul đàn hồi của vật liệu cọc.Bêtông Mác 400,lấy:

E = 3,1.106 (T/m2)

I - Mômen quán tính của tiết diện cọc Đối với cọc khoan nhồi tiếtdiện tròn D = 1m ,ta có :

I = = 0.049 (m4)

n - Số lượng cọc.Xét cho 1phân đoạn bến: n = 10 x 7 = 70 (cọc)

l - Chiều dài tính toán của cọc ltt = 20.75 m

Phản lực vuông góc với bến: Fq= 1400 (kN)Tải trọng va tầu theo phương song song với mép bến:

Fn= μ Fq = 0,5 1400 = 700 (kN)

Bố trí đệm tàu mỗi phân đoạn có 5 đệm tàu dọc theo tuyến mép bến (xemhình vẽ chi tiết ở bản vẽ A1)

3.8 Xác định sức chịu tải của cọc

Đối với bất kì loại cọc nào thì sức chịu tải của cọc cũng được tính toán theo 2 nhóm :+ Theo sức chịu tải nền đất

Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định:

Pđ = m.(1.Ri.F +2. ui.i.li)Trong đó :

m - Hệ số điều kiện làm việc, m = 1

1 ; 2 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc

Lấy 1 = 2 = 1

R - Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, R = 4300 (T/m2)

F - Diện tích mặt cắt ngang của cọc, F = 0.785 (m2)

ui - Chu vi tiết diện cọc ui = 3.14 (m)

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

 Pđ = 4300 0.785 = 3375.5 ( T )

+ Theo sức chịu tải của vật liệu

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được xác định :

Pvl = φ (m1 m2 Rb.Fb + Ra.Fa )Trong đó :

Với cọc khoan nhồi : m1 = 0,85 ; m2 = 0,7

� ; yc ixix i

H y

=H

xi,yi - Tọa độ của đầu cọc thứ i đối với gốc tọa độ ban đầu

ΣHix.yi ,ΣHiy.xi –Mômen tổng cộng của các phản lực ứng với trục y vàtrục x

Các phản lực ngang Hix ,Hiy

ở đầu cọc đơn được tính như lực cắt Q gây ra docác chuyển vị đơn vị theo các công thức của Cơ học kết cấu.Xem các cọc đơnđược ngàm chặt cả 2 đầu,tra bảng 6.6/Công trình bến cảng ta có :

H (kN/m)

ixH(kN/m)

iyH(kN/m)

ix i

H y(kN)

iy i

H x (kN)

Do đó tọa độ tâm đàn hồi là : ; (m)

4.2 Phân bố lực ngang cho lực neo ( tính trên 1 phân đoạn )

a) Xét một số trường hợp cầu tàu chịu lực tác dụng của tải trọng tác dụng theo phương ngang

- Trường hợp 1:

Trường hợp 2 :

(21,6;14,68)

Trường hợp 3 :

-Nhận xét : Trong 3 trường hợp trên ta thấy trường hợp 3 là nguy hiểm nhất Do đó ta sẽchọn trường hợp 3 để tính toán

Đưa lực neo về tâm C theo công thức:

∑X = -3 Sn = -3 129,94 = - 389,82 (kN)

∑Y = - 3 Sq = - 3 75,02 = - 225,06 (kN)

M0 = = 3 129,94 (14,68 + 1,75 ) – 75,02 21,6 – 75,02 (21,6 – 19,2)+75,02 ( 38,4 – 21,6 ) = 5864,6 (KN)

Các thành phần chuyển vị :

= 12712616,83

iy x 2 i = 2 7.(2040,256.21,6 2 + 2040,256.16,82 + 2040,256.122 + 2040,256.7,22 + 2040,256.2,42 ) = 27146830,23

Vậy :

= - 0,002795 (m)

∆y = = - 0,001576 (m)0,000147 (rad)

- Lực ngang phân bố theo cả hai phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng biểu thức:

Theo phương trục y : đơn vị kN

C (21,6;14,68)

Fq Fn

4.3 Phân bố lực ngang cho lực va tàu ( tính trên 1 phân đoạn )

Theo tính toán ở phần tải trọng va tàu, trên mỗi phân đoạn bến ta bố trí đệm tàu dọctheo tuyến mép bên Tuy nhiên trường hợp nguy hiểm nhất là khi toàn bộ năng lượng

va tàu chỉ tập trung tại 1 đệm tàu nằm ở vị trí ngoài cùng của phân đoạn bến

Ta có 2 thành phần tính toán tải trọng va tàu:

Thành phần vuông góc với tuyến mép bến: Fq = 1400 kNThành phần song song với tuyến mép bến : Fn = 700 kNChuyển các lựcvề tâm đàn hồi ta có:

∑X = Fn = 700 (kN)

∑Y = Fq = 1400 ( kN)

Mo = -700 (14,68 + 2,75) + 1400 21,6 = 18039 (kNm)Các chuyển vị thành phần:

= = 0,000452 (rad)

= = 0,0049 (m) = = 0,0098 (m)Lực ngang phân bố lên các cọc theo 2 phương được xác định theo côngthức sau :

Hix = ix( Δx  yi  )

Hiy = iy( Δy  xi  )Kết quả tính toán ở bảng sau :Theo phương trục x : đơn vị kN

4.4 Phân bố lực ngang cho lực tựa tàu

Tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên đoạn chiều dài tiếp xúc giữ thân tàu và bến

Xét cho 1 phân đoạn bên ở giữa thì tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên toàn bộ

chiều dài phân đoạn bên đó

Chuyển các lực về tâm đàn hồi:

∑X = Fn = 0 (kN)

∑Y = q l = 6,84 48 = 328,32(kN)

Mo = 0 (kN m)Các thành phần chuyển vị: Các

= = 0 (rad)

= = 0 (m) = = 0,0023 (m)Lực ngang phân bố lên các cọc theo 2 phương được xác định theo côngthức sau :

Hix = ix( Δx  yi ) Hiy = iy( Δy  xi  )

Theo phương trục y : đơn vị kN

Tổng lực tác dụng lên khung ngang và khung dọc theo phương x và y: đơn vị kN

Lực

Khung

ngang

Lực neo Lực va Lực tựa Lực neo Lực va Lực tựa

Gb=4.8T/m

Gdn=2.75T/m

Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T Gdd=10.45T

2 Tải trọng hàng hóa

48T/m

3 Tải trọng cần trục

P=120T P=96T

4.Tải trọng neo tàu

S=6.78T

bản thân hàng

hóa

cầntrục

Coc 8 Coc 9 Coc 10 C0c 11 Coc 12 Coc 13 Coc 14

2.Tổ hợp 2

Coc 8 Coc 9 Coc 10 C0c 11 Coc 12 Coc 13 Coc 14Q=3.28T

P=120T P=96TF=27.94T 9.6T/m 19.2T/m

Bảng tính :

Fram

e Station OutputCas e CaseType P V2 V3 T M2 M3

CHƯƠNG 5 : GIẢI CẦU TÀU

1 Giải nội lực trong khung ngang cầu tầu

- Hệ phương trình chính tắc theo phương pháp Antonov :

Sơ đồ kết cấu khung ngang gồm 7 nút:

1 2 3 4 5 6 7

8 9

10 11

12 13

r1.11 + r1.22 + r1.33 + r1.44 + r1.55 + r1.66 + r1.77 + r1.88 + r1.99 + r1.1010 + r1.1111 +

r1.1212 + r1.1313 + r1.1414 + r1.1515 +r14 = 0

r1.11 + r1.22 + r1.33 + r1.44 + r1.55 + r1.66 + r1.77 + r1.88 + r1.99 + r1.1010 + r1.1111 +

r1.1212 + r1.1313 + r1.1414 + r1.1515 +r15 = 0

- Sử dụng phần mềm SAP2000 để giải nội lực: Biểu đồ và số được thể hiện ở phụ lục

- Thống kê kết quả cực trị của dầm ngang và cọc

I

M2

MI I

Tính toán bản kê 4 cạnh theo sơ đồ khớp dẻo Giả thiết cốt thép đặt đều theo phương l1, l2

và các mép biên đều xuất hiện khớp dẻo.Cân bằng công khả dĩ của ngoại lực và nội lực tađược biểu thức :

= 3.

Giả thiết a0 = 3cm suy ra chiều cao làm việc của bản : ho = 40 -3 =37 cm.

Đối với cấu kiện được chế tạo từ bê tông cốt thép cấp độ bền B25 ( Mác 300 ) , nhóm cốt thép chịu lực AII và hệ số điều kiện làm việc  ta có các hệ số: R = 0,632 , R

=0,32

μ = 100% = 100% = 0,521 % > 0,05 %Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép.

+ k : Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện, với cấu kiện chịu uốn k = 1

+ Cd : Hệ số xét đến tính chất của tải trọng tác dụng , với tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời là 1,2

+  : Hệ số kể đến loại thép sử dụng , với cốt thép thanh AII có gờ lấy là 1

+ a : Ứng suất trong cốt thép chịu kéo không kể đến cường độ bê tông vùng chịu kéo

của mặt cắt , với cấu kiện chịu uốn thì a xác định theo công thức : a a.

x là chiều cao vùng nén của bê tông Gần đúng có thể lấy: x =  h0

 0 : Ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, với kết cấu khô 0 = 0

 Ea : Mô đun đàn hồi của thép: Ea = 2,1x106 (kG/cm2 )

  : Hàm lượng cốt thép trong tiết diện: 100%

a o

F x bh

 

 d : Đường kính cốt thép

 Thỏa mãn độ nứt cho phép khi: ab < 0,08 mm

Thay các số liệu vào ta có :

M = 5,439 (T.m); d = 16 (mm); As = 14,07 (cm2); h0 = 37 (cm);  =0,521%;

 Thỏa mãn điều kiện vết nứt cho phép

3 Kiểm tra cọc

Ta có : Ntt = n N

Trong đó : n – hệ số vượt tải Chọn n = 1,2

N – Lực dọc lớn nhất tính được trong biểu đồ mômen N = 239.55 T

 Ntt = 1,25 239,55 = 299,44 T < [Rn] = 542.25 T

Do thép được bố trí đối xứng nên ta chỉ kiểm tra đối với 10 thanh

Ta xác định chiều cao làm việc

Trong đó: : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến trục trung hòa

: Số thanh thép có cùng khoảng cách đến trục trung hòa

Vậy cọc đảm bảo điều kiện vết nứt

4 Kiểm tra dầm ngang

4.1 Với tiết diện chịu mômen âm: Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua.Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 100 x 150 (cm)

Ta tính cốt thép cho dầm ngang với:

Ta có nội lực tính toán là :Mtt = -115,86 T.mLấy ho = h – a với a = 7cm => h0 = 150-7 = 143 (cm)

Với cốt thép chịu lực AII , bê tông B25 và hệ số điều kiện làm việc b2 = 0,9 ta có R = 0,632 ; R = 0,432

Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép:

Diện tích cốt thép dọc cần thiết tại gối:

•k :Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện.Với dầm ngang chịu uốn lấy k= 1.0

• η:Hệ số kể đến loại cốt thép.Với thép AII có gờ thì lấy η =1.0

•Cg :Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng.Xem cấu kiện chịu tác động của tải trọng lâu dài lấy Cg = 1,2

•σa :Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại tiết diện xuất hiện khe nứt.Đối với cấu kiện chịu uốn thì σa được xác định như sau :



•σo :Ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do trương nở bêtông.Đối với kết cấu nằm trên khô thì σo=0.

•µ : Hàm lượng cốt thép trong tiết diện

•d : Đường kính cốt thép thanh (d = 25 mm)

•Ea :Môdun đàn hồi của thép.Ea = 2,1.106 (kG/cm2)=2,1.107T/m2

Thay các số liệu vào ta có: M = 115,86 (Tm) ;d = 25 (mm) ;As = 78,55 (cm2) ;ho =

4.1.2 Tính toán cốt thép đai:

Tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất là tiết diện có lực cắt Qmax = 127,63 T

Điều kiện chịu cắt của bêtông khi không đặt cốt xiên:

1,25 Qmax < [Qchống cắt ] = 0,6Rbt.bho

Trong đó:

Qmax : Lực cắt lớn nhất tại tiết diện tính toán

[Q ] : Khả năng chống cắt cho phép của Bêtông

Nhận xét : Qmax =1,25 127,63 = 159,54 Tấn > [Qchống cắt ] = 90,09 (Tấn)

Do đó bản thân bêtông sẽ bị phá hủy bởi ứng suất kéo chính Vậy phải tính toán cốt thép chịu lực cắt Cốt đai được tính toán với cấu kiện dầm chịu tải trọng phân bố đều có Q = 159,54 Tấn

Ta so sánh :

với Q

Trong đó:

Mb = φb2 Rbtb ho = 2 105 1 1,432 = 429,429 Tm( với φb2 = 2 với bêtông nặng)

Qb1=2 (Mb q1)0.5 =2 (429,429 21,95)0.5 =194,17 T (T)

(T)> Qmax= 159,54 (T)

Ta có:

(T)

Ta chọn cốt đai Φ14 cốt đai có 2 nhánh: ta có khoảng cách giữa các cốt đai là:

Khoảng cách giữa các lớp cốt đai theo tính toán :

(m)

Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai yêu cầu là:

(m)Khoảng cách cốt thép theo cấu tạo là:

+ Không lớn hơn h/3 = 1500/3 = 500mm

+ Trên các phần còn lại của nhịp thì ko lấy lớn hơn = 500cm

Vậy chọn khoảng cách giữa các cốt đai là: s<=min( stt;smax;sct ) =500mm

Vậy ta chọn cốt đai Φ12a200

4.2 Với tiết diện chịu mômen dương: Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua.Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật bxh = 100 x 150 (cm).

Ta tính cốt thép cho dầm ngang với:

Ta có nội lực tính toán là

Mtt = 62,63 Tm Lấy ho = h – a với a = 7cm  h0 = 150-7 = 143cm

Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép: