CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG TRONG NHÀ máy ĐÓNG tàu và sửa CHỮA tàu THỦY

Chương 1 CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG TRONG NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU VÀ SỬA CHỮA TÀU THỦY 1.1 Yêu cầu. Thiết kế hệ thống các công trình thủy công dạng triền tàu cho cơ sở đóng tàu kết hợp với sửa chữa tàu thủy loại nhỏ và vừa. 1.2 Tài liệu xuất phát. - Thứ tự phương án: 29

Chương 1

CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG TRONG NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU VÀ SỬA CHỮA TÀU THỦY

1.2.1.1 Chủng loại và kích thước tàu

Bảng 1.1 Chọn kích thước các loại tàu

Loại I Loại II Loại III

Trọng lượng hạ thủy của tàu, T 300 450 600

1.2.1.2 Kế hoạch sửa chữa và đóng mới hàng năm (bảng 2)

Bảng 1.1 Kế hoạch sửa chữa và đóng mới hàng năm

Hình thức sửa

chữa đóng mới

Số lượng

Số ngày trên bệ

Số lượng

Số ngày trên bệ

Số lượng

Số ngày trên bệ

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền

3 Khối lượng thể tích khô c g/cm3 1.73 1.61 1.61

15 áp lực tính toán qui ước R0 kG/cm2 0.56 0.82

16 Môđun biến dạng tổng quát E0 kG/cm2 13.02 18.29

17 Chiều dày trung bình lớp h m 0.5 – 1 2 - 5 > 15

1.3 Nội dung thiết kế:

1.3.1 Phần qui hoạch chung:

1

-/ Lựa chọn, tính toán nhu cầu kế hoạch sửa chữa, đóng mới hàng năm (dựa vàobảng 1 và 2);

-/ Xác định số lượng bệ tàu cần thiết cho các loại tàu điển hình;

-/ Xác định số lượng bến cần thiết cho mỗi loại tàu điển hình;

-/ Chọn số lượng bệ và bến;

-/ Xác định các kích thước cơ bản cho các loại bệ và bến tàu;

-/ Lựa chọn loại đường triền (ngang, dọc) và hình thước chuyển tàu tương ứng;-/ Xác định các thông số và các kích thước cơ bản của các bộ phận triền tàu;

-/ Dự kiến bố trí mặt bằng tổng thể và ướm thử lên bình đồ theo tỷ lệ phù hợp vàđiều chỉnh cho thích hợp với mặt bằng tự nhiên tại nơi xây dựng

1.3.2 Thiết kế kết cấu công trình:

-/ Lựa chọn và tính toán sơ bộ kích thước kết cấu các bộ phận của triền tàu;

Hòn D u n m 1984-1994ấu năm 1984-1994 ăm 1984-1994

Đỉnh Triều tTTtriều

Chân triều

Trung bìnhGiờ

Đường tần suất luỹ tích trạm Hòn Dấu năm 1984 - 1994

-/ Lập bản vẽ mặt bằng tổng thể, mặt cắt dọc, ngang và một số mặt cắt điển hình thểhiện được ý đồ thiết kế các bộ phận kết cấu;

-/ Sơ bộ xác định kích thước xe các loại, số lượng bánh xe, số tầng (khi cần thiết),xác định áp lực bánh xe và thành lập đoàn tải trọng tác động lên các bộ phận khác nhaucủa triền tàu;

-/ Tiến hành tính toán các bộ phận kết cấu về độ bền và biến dạng theo yêu cầu củacác trạng thái giới hạn 1 và 2 Hiệu chỉnh kích thước của chúng khi không bảo đảm cácyêu cầu của các trạng thái giới hạn;

-/ Tính toán lực cản kéo, chọn tời, cáp và tính toán puly;

-/ Lập sơ đồ thao tác kéo tàu: lên - xuống, ra - vào bệ;

-/ Xác định lực tác dụng lên các bệ tời và bệ puly các loại cho các trường hợp làmviệc khác nhau;

-/ Tính toán bệ puly và bệ tời cũng như các bộ phận khác

(khuyến khích tham khảo các tài liệu qui trình, qui phạm hiện hành, khi áp dụngcần ghi rõ lấy theo tài liệu nào)

1.4.1 Thuyết minh:

Trình bày đầy đủ, rõ ràng nội dung bao gồm các hình vẽ minh hoạ (khuyến khíchchế bản trên máy vi tính):

- Nêu nhiệm vụ được giao và toàn bộ tài liệu xuất phát của phương án được giao;

- Phân tích yêu cầu nhiệm vụ và điều kiện tự nhiên nơi dự kiến xây dựng công trình

và khả năng có thể sử dụng hình thức, phương án công nghệ chuyển tàu có thể;

- Tính toán nhu cầu bệ và bến phục vụ công tác sản xuất của nhà máy;

- Đề xuất phương án mặt bằng, tính toán thông số kích thước các bộ phận chủ yếu;

- Lựa chọn hình thức kết cấu, tính toán thiết kế cụ thể tất cả các bộ phận;

- Tính toán công nghệ kéo tàu, bố trí tời, puly, cáp

Chương 2

PHẦN QUI HOẠCH CHUNG

Bảng 1.1 Nhu cầu sửa chữa đóng mới hàng năm.

Hình thức sửa chữa

đóng mới

Số lượng

Số ngày trên bệ

Thời gian

Số lượng

Số ngày trên bệ

Thời gian

Số lượng

Số ngày trên bệ

Thời gian

Tổng thời gian tàu trên bệ là: 1525 (ngày)

Để đơn giản trong thiết kế và phục vụ cho sửa chữa, đóng mới cho 3 loại tàu

ta chỉ cần tính cho 2 loại tàu III và (I,II)

Tổng thời gian tàu loại I,II trên bệ là: 765(ngày)

Tổng thời gian tàu loại III trên bệ là: 760 (ngày)

Số ngày khai thác bệ trong năm là 300 ngày

Số lượng bệ cho tàu loại I,II là: Nbệ = 845 2,8

300 bệ

Số lượng bệ cho tàu loại III là: Nbệ = 775 2,6

300 bệ

=> chọn số bệ là 6 bệ

Tính bệ phục vụ cho đóng mới cả 3 loại tàu trong đó sẽ có 3 bệ loại II và 3 bệ loại

III vì vậy ta chỉ tính cho bệ loại III và bệ loại II thì sẽ đảm bảo cho cả 3 loại tàu

- Thời gian tàu nằm trên bến lấy bằng 1

3thời gian tàu nằm trên bệ:

Tt :Số ngày cần bến trong năm

Tot : Số ngày làm việc của bến trong năm (300 ngày)

Kkd : Hệ số không đều lấy Kkd =1.5

Chọn 6 bệ gồm: 3 bệ loại III và 3 bệ loại II

Chọn 3 bến gồm : 3 bến loại III ( Chọn 3 Chọn 6 bệ gồm: 3 bệ loại III và 3 bệ loại IIbến cho tàu loại III thì các tàu loại I, II đều có thể sử dụng được)

2.5.1 Xác định các kích thước cơ bản của bệ

Lt: Chiều dài của tàu tính toán được đóng trên bệ

l: Khoảng cách dự trữ hai đầu của bệ (310 m) Chọn l = 5 m

Bt: chiều rộng tàu tính toán

b: Bề rộng dự trữ hai bên mạn tàu để dựng dàn giáo khi sửa chữa (lấy bằng 2-3m).Chọn b = 2 m

2.5.1.4 Cao trình mặt bệ

Để việc vận chuyển liên hệ giữa các bộ phận trong xưởng thuận tiện, cao trình mặt

bệ lấy bằng cao trình mặt xưởng

Theo tiêu chuẩn thiết kế công trình cảng biển, cao trình mặt xưởng xác định theohai tiêu chuẩn sau:

- Chọn kết cấu bệ dạng tà vẹt trên nền đá răm,phía trên lát bản bê tông cốt thép

2.5.2 Xác định các kích thước cơ bản của bến trang trí.

Kích thước bến lấy theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 207-92

2.5.2.1 Chiều dài bến

-Chọn hình thức tàu đậu song song với bến

Lb= Lt + d

Trong đó:

Lt: Chiều dài lớn nhất của tàu tính toán (Lt= 50 m)

d: Khoảng cách dự phòng giữa các tàu trong bến, d = 10 (m) tra bảng 8(Trang 14)/22TCN 207-92

 Lb = 50 + 10 = 60 (m)

-Chiều dài tuyến bến xác định theo công thức:

L   N L

: Hệ số kể đến hiện tượng không sử dụng thường xuyên các dự trữ an toàn (chọn

Để tiện liên hệ việc giao thông trong nhà máy lấy cao trình mặt bến bằng cao trìnhmặt xưởng là +4,3 m

2.5.2.4 Độ sâu trước bến

4

Z H

H B  CT 

Trong đó:

HCT: Chiều sâu chạy tàu, HCT = Z1 + Z2 + Z3 + T

T: Mớn nước của tàu tính toán, T = 2,5 m

Z1, Z2, Z3, Z4: Các độ sâu dự phòng được xác định theo 22TCN 207-92

Z1: Dự trữ độ sâu đảm bảo cho tàu quay trở tự do, đảm bảo cho sự làm việc hữuhiệu của chân vịt và an toàn cho cỏ tàu Phụ thuộc vào địa chất (bảng 3)

2.5.2.5 Mực nước thấp thiết kế (Mực nước hạ thủy)

Theo cách lấy mực nước thấp thiết kế (MNTTK) cho các công trình, công trình bêncảng lấy theo HP=95-98% của đường tần suất lũy tích trung bình trong nhiều năm quan trắc.Với tần suất này thì số lần suất hiện sẽ nhiều nhưng đối với các công trình thủy công việc

sử dụng mực nước với tần suất này gây ra nhiều lãng phí, trong 1 năm sử dụng mực nướcnày rất ít gây khó khăn trong thi công Vì vậy ta lấy MNTTK = MNHT dựa vào kế hoặchsửa chữ đóng mới hàng năm

- Tiểu tu: 37 tàu

- Trung tu: 23 tàu

- Đại tu: 10 tàu

- Đóng mới: 7 tàu

Vậy tổng số lượt cần kéo và hạ thuỷ là: (37 + 23 + 10).2 + 7= 147 (lần)

 Mỗi năm làm việc 300 ngày thì số lần kéo trung bình 1 ngày là: 147

300= 0,49 (lần)

Giả sử mỗi lần kéo sử dụng 4 giờ thì mực nước hạ thủy lấy với tần suất:

1-Kiểm tra: Ta thấy trong 1 kỳ triều cường có 3 lần mực nước  2,4 m và thời giangiữ mực nước này  8h (đủ thời gian thực hiện 2 lần kéo tàu) Trong 1 tháng có 2 kì triềucường,vậy có 6 lần mực nước  2,4 m Vậy trong 1 năm có thể thực hiện được số lầnkéo tàu là: 6x2x12=144 (lần) Vậy MNHT = 2,4 m đảm bảo được số lần có nước cầnthiết trong năm,ta chọn: MNHT = 2,4 m

2.5.2.6 Cao trình đáy bến.(CTĐB)

Cao trình đáy bến được xác định theo công thức:

CTĐB = MNHT - HB = + 0,6 – 3,25 = -2,65 (m)

Do MNTTK của bến phải lấy bằng Hp=95-98% = 0,6 m

- Loại triền: Ngang

- Hình thức chuyển tàu:Dùng xe giá nghiêng 2 tầng xe

tàu.

2.7.1 Các kích thước cơ bản của bộ phận triền tàu (Mặt đứng)

2.7.1.1 Chiều sâu mút đường triền

a a"

a

MNC MNT

l

T

H

H O P

Hm = T + k + Hk + a + a’ + a’’ + lx i

Trong đó:

T: Mớn nước của tàu hạ thủy, T = 2,5 m

k: Độ sâu dự trữ đệm tàu và đáy tàu (k = 0,20,3 m) Chọn k= 0,2 m

Hk: Chiều cao đệm sống tàu (Hk= 0)

a: Chiều cao đầu trên xe giá nghiêng, khoảng 0,51m chọn a= 0,6m

a’:chiều cao của tầng xe giữa Vì xe 2 tầng nên a’= 0

a’’:chiều cao của tầng xe trên cùng , khoảng 0,6-1m chọn a’’=0,8m

lx:chiều dài xe chở tàu lx = (0,6-0,8)Bt Chọn lx= 0,7 10 = 7(m)

i : độ dốc đường trượt i=1:10

 Hm = 2,5 + 0,2 + 0,6+0,8+7.0,1= 4,8 (m)

2.7.1.2 Chiều dài hình chiếu đường trượt

Xác định chiều cao của đường trượt:

tr

H tg

L

Chiều dài hình chiếu của đường trượt là:

 L tr 10.H 10.6,1 61( ) m

2.7.1.3 Chiều rộng xe đường triền

Xe đường triền là xe chạy trên đoạn nghiêng Vì hướng đi của xe chở tàu cùnghướng với xe đường triền nên ta chọn xe phân đoạn Chiều rộng xe được lấy như sau: Bxe= a + 2a

Trong đó:

a: Khoảng cách giữa 2 bánh xe (2,43)m, chọn a = 3m

a: Khoảng cách từ bánh xe đến mép ngoài thành xe.(0,61)m, chọn a = 1m

ê1 ê2 ê 2 60 55 40 10 165

2.7.2.3 Kết cấu đường hào

Kết cấu đường hào cũng chọn kết cấu tà vẹt trên nền đá dăm, tường hào bằng đáhộc xây vữa xi măng cát, chiều cao tường bằng chiều cao xe đường hào

km': Tỷ số giữa trọng lượng 1 m dài của xe chở tàu so với trọng lượng 1 m dài tàu,chọn '

n’: số bánh của 1 xe ( n’ = 20 bánh )

k’’: Hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các bánh xe Với kết cấu BTCT, xegiá nghiêng 2 trục có máy hãm bánh xe k’’ = 1,3

3.1.3 Kiểm tra khả năng chịu tải của 1 bánh.

Khả năng chịu tải của 1 bánh xe được xác định theo công thức:

P 2R.b 

Trong đó:

R: Bán kính của 1 xe, lấy bằng 25 cm

br: Chiều rộng bộ phận công tác của đỉnh ray thường bằng 67 cm, lấy br = 7 cm

  : Ứng suất cho phép của vật liệu làm bánh xe, với bánh xe làm bằng thép CT5tra bảng 5-6/125/ (sách "Công trình thủy công ") ta tra được   = 65 (kg/cm2)

 [Px] = 2.25.7.65 = 22750 (kG) = 22,75 (T) > PK = 14,625 (T)

Vậy thoả mãn điều kiện áp lực bánh xe

3.1.4 Thành lập đoàn tải trọng tác động lên các bộ phận của triền tàu:

Thành lập đoàn tải trọng tác động lên triền tàu phụ thuộc vào cách lựa chọn xeđường triền.Với xe phân đoạn có chiều dài 8,6m và số bánh xe tác dụng lên mỗi ray là 10bánh ta có thể bố trí như hình vẽ:

3.1.5 Tính toán kết cấu đường triền trên nền cọc ( triền nghiêng ):

3.1.5.1 Kích thước sơ bộ:

- Dầm dọc: Tiết diện chữ nhật bxh = 60x80 (cm)

- Giằng ngang: Tiết diện chữ nhật bxh = 40x40(cm)

- Cọc BTCT 40x40, M300

Chọn bước cọc 3m theo phương dọc đường triền

3.1.5.2 Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên đầu mỗi cọc:

3.1.5.3 Xác định sức chịu tải của cọc:

Giả định chiều sâu chôn cọc là 17m

 Sức chịu tải giới hạn của cọc xác định theo điều kiện đất nền:

+ m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, với cọc có d  0,8m thì m = 1+ mR, mfi: Hệ số điều kiện làm việc của đất, kể đến ảnh hưởng của phương phápthi công cọc đối với cường độ tính toán của đất dưới chân cọc và xung quanh cọc.Các giá trị này được tra theo bảng 5.4 giáo trình “Nền và Móng” của Trường ĐHKiến Trúc Hà Nội (mR, mfi = 1 ).

+ li - Chiều dày lớp đất thứ i mà mũi cọc đi qua

+ fi - Ma sát giữa cọc và đất của lớp đất thứ i Tra bảng 5.3 giáo trình “Nền vàMóng”

Lớp đất thứ nhất có chiều dày trung bình 1m, lớp thứ 2 dày trung bình 4m

Vậy cọc hoàn toàn đủ khả năng chịu lực

3.1.6 Tính toán kết cấu dầm trên nền cọc:

3.1.6.1 Tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất

 Xác định đặc tính đàn hồi của dầm theo công thức:

0

4 0

Jd: Mô men quán tính tính đổi của tiết diện dầm BTCT đối với trục quán tính chínhtrung tâm chung, lấy bằng mômen quán tính của phần diện tích bê tông cộng vớidiện tích của cốt thép chủ sau khi đã nhân với tỷ số giữa môdun đàn hồi của thépvới bê tông lấy đối với trục quán tính chung;

Diện tích CT quy đổi được tính theo công thức:

48.2,1.10

347,59( )2,9.10

Sx = Fb.y1 + Faqđ.y2: Tổng mô men tĩnh với hệ trục ban đầu X’O’Y

y1: Khoảng cách từ trọng tâm dầm đến O’, y1 = 40 cm

y2: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến O’

S

59,5147

9,195475

Vì hệ đối xứng, nên ta tiến hành tính toán cho 1/2 hệ

Sử dụng mô hình biến dạng cục bộ của Wincler để tính toán:

1 (sin cos )

8

kx k

kx k

kx k

6

7380.0,6

0,379( )4.2,1.10 0,0256

Trong quá trình tính toán, cần chú ý:

- Lực cách mặt cắt đang xét lớn hơn 3 m thì không xét ảnh hưởng của nó tới mặt cắtđang xét

- Gốc toạ độ luôn lấy ở điểm đặt lực

Kết quả tính toán được lập thành bảng:

Bảng 1.1 Bảng tính toán nội lực phần đường triền nghiêng.

1.349 0.769 1.285

32.634 31.142 31.401

29.413 29.094

26.445 25.385 21.918 19.973 15.571 12.661 9.224 7.250 4.697 3.541

=>  = 0.419 cm  gh = 0,5 cm, thoả mãn điều kiện

3.2.1 Tính toán xe chở tàu

Lấy số xe phân đoạn bằng 4 xe ( Vì số phân đoạn xe chở tàu bằng số phân đoạn

xe triền (tức là số tổ ray triền)

Tỉ số giữa trọng lượng của xe so với của tàu, lấy bằng 0,06

Vậy tải trọng truyền xuống 1 xe phân đoạn: Q’ = ( 1 + 0,06)150 = 159 T

Với trường hợp dùng 4 xe phân đoạn thì áp lực bánh xe tác dụng lên ray đường triềnđược tính theo công thức (số bánh xe trong 1 xe n = 16)

Trong đó:

[PK] : Khả năng chịu tải của một bánh xe

R : Bán kính của một bánh xe, lấy bằng 25 cm

br : Chiều rộng bộ phận công tác của đỉnh ray, lấy bằng 7 cm

[] : ứng suất cho phép của vật liệu làm bánh xe

Với bánh xe làm bằng thép đúc có [ ] =60 (kG/cm2)

Thay số vào công thức có:

[PK] = 2.25.7.60 = 21000 kG = 21(T) Như vậy:

Pk = 14,9(T) < [PK] = 21(T)  Thoả mãn điều kiện áp lực bánh xe

3.2.2 Thành lập đoàn tải trọng tác động lên triền tàu

Thành lập đoàn tải trọng tác động lên triền tàu phụ thuộc vào cách lựa chọn xeđường triền Với xe có chiều dài 7m và số bánh xe tác dụng lên mỗi ray là 8 bánh ta cóthể bố trí như hình vẽ:

Hình 1.1 Xe chở tàu trên nền ta vẹt đá dăm

3.2.3 Tính toán kết cấu đường triền

3.2.3.1 Tính toán chuyển vị và biến dạng ray đường triền

Để tính toán ray đường triền ta dùng mô hình nền biến dạng cục bộ (mô hìnhWincler) để tính toán với các công thức sau:

3

1

8

14

x: Là khoảng cách đặt lực tới mặt cắt đang xét.

l: Chiều dài của tà vẹt, l = 100cm

C: Hệ số tầng đệm, phụ thuộc lại nền tra trong bảng 5-7/128/(sách "Công trìnhthủy công " của T.S Phạm Văn Thứ), Nền ba lát C = 6 kG/cm3

d: Khoảng cách giữa tim các tà vẹt, d = 50 cm

6

300

0,013( )4.2,1.10 1223

Để tính toán biến dạng và chuyển vị của ray ta chú ý 1 số nguyên tắc:

- Nếu lực nào cách mặt cắt đang xét lớn hơn 3 m thì không xét tới ảnh hưởng của nótới mặt cắt đó

- Để đảm bảo độ chính xác nên lấy các mặt cắt tương đối dày

- Gốc tọa độ luôn lấy ở điểm đặt lực

Ta có sơ đồ tải trọng tác dụng lên ray:

245 3.19 -0.0431 0.03831

105 1.37 0.30008 0.1977

35 0.46 0.84522 -0.28746

35 0.46 0.84522 -0.28746

105 1.37 0.30008 0.1977Tổng ảnh hưởng: 2.2475 -0.1413 0.7419 40474

13

280 3.64 -0.0356 0.0106

210 2.73 -0.0335 0.08596

140 1.82 0.11736 0.1968Tổng ảnh hưởng: 0.04831 0.29334 0.0159 -84053

175 2.28 0.01128 0.1442Tổng ảnh hưởng: 0.01128 0.14424 0.0037 -41330

280 3.64 -0.0356 0.0106

0,5442 0,3675 0,2024 0,0886 0,0159 0,0037

0,011 0,0142 0,0117

208342 135533

101352 14456

162250 40474

M W

Trong đó:

Mmax: Là mômen uốn thớ dưới lớn nhất phát sinh trong ray dưới tác dụng ngoại tải

Từ biểu đồ M vừa tìm được ta có Mmax = 186880 (kG.cm)

Mmin: Là mômen uốn thớ trên lớn nhất phát sinh trong ray dưới tác dụng ngoại tải

Từ biểu đồ M vừa tìm được ta có Mmin = 208342 (kG.cm)

Wx: Mômen kháng uốn của ray

Với thớ trên Wxtrên = 181,95 cm3

Với thớ dưới Wxdưới = 180,29 cm3

 max = 1036,55 ( kG/cm2) < [] = 2850 ( kG/cm2)

min = 1145,05 ( kG/cm2)< [] = 2850 ( kG/cm2)

Ray ta chọn P38 đủ độ bền

3.2.4.1 Lực tập trung tác dụng lên tà vẹt theo công thức:

P =μ.d.ymax

d: Khoảng cách giữa các tim tà vẹt, l = 50 cm

ymax: Độ võng lớn nhất của ray dưới tác dụng của ngoại tải, ymax = 0,7419 cm

 P = 300.50 0,7419 = 11128,5 (kG) = 11,13(T)

3.2.4.2 Tính toán ứng suất cục bộ tác dụng lên tà vẹt:

Ứng suất cục bộ tác dụng lên ray xác định theo công thức:

3.2.4.3 Tính toán nội lực và độ võng của tà vẹt

- Nhận thấy tà vẹt là kết cấu có độ cứng lớn và chiều dài nhỏ nên việc tính toán tàvẹt phải tiến hành như với dầm có chiều dài hữu hạn

- Để tính toán tà vẹt ta dùng phương pháp Ximvulidi I.A

Pk =11,13 T

Chọn chiều cao của tà vẹt là 20cm

Ở trên ta đã chọn chiều rộng tà vẹt là 25cm, chiều dài là 100cm

Eb = 290.104 T/m2 với bê tông M300

EbJ = 290.104.0,000167 = 484,3(T.m2) là độ cứng chống uốn của tà vẹt

C: Hệ số nền của lớp đá dăm (= 6 kG/cm3 = 6000T/m3 )

: Hệ số Poison của nền đá dăm (= 0,3)

1 0,5

0,51

x l

p 1,6915 1,3182 1,0276 0,82 0,6955 0,6542

Q 0 0,1494 0,2663 0,3582 0,4331 0,5

M 0 0,008 0,02914 0,05929 0,09986 0,1464Xác định phản lực, lực cắt và Mômen theo công thức: