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

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.

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 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

-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:

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

Đỉnh triều

Chân triều

Trung bình

Giờ

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

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

- 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

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: 1039 (ngày)

Tổng thời gian tàu loại III trên bệ là: 727(ngày)

Số ngày khai thác bệ trong năm là 310 ngày

Số lượng bệ cho tàu loại I,II là: Nbệ = 1039 3, 46

300  bệ

Số lượng bệ cho tàu loại III là: Nbệ = 593 1,97

300 bệ

Định mức thời gian gian tàu ở trên bến bằng 1/3 thời gian tàu nằm trên bệ Nên thờigian tàu đỗ ở bến trang trí là:

K0: Hệ số phân bổ công việc không đều theo thời gian, lấy: K0 = 1,2

T0: Số ngày khai thác của bến trong năm, lấy: T0 = 300 ngày

Nên: Nbến =

0

544 1, 2

2300

2.4 Chọn số lượng bệ và bến

Với số lượng bệ và bến cần thiết cho mỗi loại tàu như trên ta chọn số lượng bệ vàbến như sau:

Chọn 6 bệ gồm: 4 bệ loại II và 2 bệ loại III

Chọn 2 bến gồm : 1 bến loại II và 1 bến loại III

2.5.1 Xác định các kích thước cơ bản của bệ

Với tàu loại II: Lb = 45 + 2.5 = 55 m

Với tàu loại III: Lb = 50 + 3.5 = 60 m

2.5.1.2 Chiều rộng bệ

Chiều rộng bệ được xác định theo công thức sau :

Bb = Bt + 2bb: bề rộng dữ trữ 2 bên để dựng giàn giáo cho công nhân làm việc ( lấy 2 – 3m)chọn b = 2m

Trong đó:

Bt: Chiều rộng của tàu tính toán,

Với tàu loại II : Bbệ = 6+ 2.2 = 10 m

Với tàu loại III : Bbệ = 10 + 2.2 = 14 m

2.5.1.3 Khoảng cách giữa các bệ

Khoảng cách giữa các bệ được xác định phụ thuộc vào các thiết bị cần trục phục vụ

bệ Trong nhà máy nhỏ sử dụng loại cần trục bánh lốp, khoảng cách giữa các bệ 6-10 m

Ở đây, ta chọn khoảng cách là 8m

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:

- Tiêu chuẩn chính:

- Chọn kết cấu bệ dạng tà vẹt trên nền đá dăm,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

Chiều dài bến trang trí phải đảm bảo đủ yêu cầu sản xuất, tránh tình trạng tàu đóngxong không có bến để tiếp tục công việc sau khi hạ thuỷ, hoặc không có chỗ cập tàu đểsửa chữa

Ở đây, như đã tính ở trên có 3 bến trang trí, nên chiều dài của bến (Lb) lấy đối vớituyến bến Theo 22TCN 207-92, Bảng 8 trang 14:

Lb = Lt + d

Trong đó:

Lt: Chiều dài của tàu tính toán, Lt = 50 m

Khoảng dự trữ an toàn của các tàu, với Lt < 100 m thì d = 10 m

2.5.2.2 Chiều rộng bến.

Chiều rộng bến nhằm phục vụ thao tác phần còn lại của công đoạn trang trí cuốicùng của công tác hạ thủy, với yêu cầu như trên ta chọn bề rộng bến trang trí là 14 (m).2.5.2.3 Cao trình mặt bến

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

2.5.2.4 Độ sâu trước bến

4

Z H

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 phòng chạy tàu tối thiểu (đảm bảo an toàn và độ lái tốt của tàu khi chuyểnđộng Phụ thuộc vào địa chất (bảng 2)

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

Mực nước thấp thiết kế( Mực nước hạ thuỷ, HTTK) là một thông số quan trọng vàảnh hưởng nhiều đến giá thành xây dựng cũng như điều kiện khai thác của công trình.Khi chọn mực nước hạ thuỷ cần phải căn cứ vào kế hoạch sản xuất hàng năm củanhà máy, từ đó chọn ra HTTK cho phù hợp

Theo kế hoạch sản xuất của nhà máy ở trên, ta có:

- Cứ mỗi chiếc cần sửa chữa thì cần 1 lần kéo lên và 1 lần kéo xuống

- Cứ mỗi chiếc đóng mới thì cần 1 lần kéo xuống

Tính tổng ta có :

- Tiểu tu: 45 tàu

- Trung tu: 35 tàu

- Đại tu: 17 tàu

- Đóng mới: 3 tàu

Vậy tổng số lượt cần kéo và hạ thuỷ là: (45 + 35 + 17).2 +3 = 197 (lần)

 Mỗi năm làm việc 300 ngày thì số lần kéo trung bình 1 ngày là: 197

300= 0,65 (lần)

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

- 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

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

Kích thước này được tính gộp vào xe chở 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 xe tầng trờn cựng,bằng khoảng (0,6-1)m, ở đõy lấy a” = 0,8 m.

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)

Từ đõy xỏc định cao độ mỳt triền

MDT = MNHT – Hm = 2,4 – 4,8= -2,4m

2.7.1.2 Chiều dài hỡnh chiếu đường trượt

Xỏc định chiều cao của đường trượt:

tr

H tg

L

Chiều dài hỡnh chiếu của đường trượt là:

 L tr 10.H 10.6, 2 62( ) m

2.7.1.3 Chiều rộng đường triền

Ta tớnh cho tàu lớn nhất Lt = 50m, thỡ Btriền = 0,8.Lt =40(m)

2.7.1.4 Kết cấu đường triền

Theo yêu cầu thiết kế công trình phục vụ tàu nhỏ và vừa Mặt khác để hạ giá thành xây dựng, tận dụng vật liệu địa phơng và rút ngắn thời gian xây dựng ta chọn kết cấu đ-ờng triền là kết cấu tà vẹt trên nền đá dăm gồm tà vẹt BTCT M300, tiết diện bhl = 2520100 cm, khoảng cách giữa các tà vẹt là 50 cm, hệ số tầng đệm C=6 (kG/cm3) Với kết cấu dới nớc chọn là kết cấu dầm trên móng cọc, chọn cọc sử dụng BTCT M300 tiết diện 0,40,4 m

B: khoảng cỏch từ triền ngang tới mộp bệ,lấy = 10m

2.7.2.3 Kết cấu đường hào

Kết cấu đường hào cũng chọn kết cấu tà vẹt trờn nền đỏ dăm, tường hào bằng đỏhộc xõy vữa xi măng cỏt, chiều cao tường bằng chiều cao xe đường hào

2.7.2.4 Xe hào

Là xe giá bằng

2.7.3 Bệ buly và tời.

Bệ puli và bệ tời : Bằng BTCT toàn khối đổ tại chỗ

Chương 3

THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

3.1.1 Tính số xe phân đoạn và số tổ đường ray

Vậy ta có 4 tổ đường ray ,mỗi tổ ray có 2 đường ray đặt cách nhau 2m

Chọn khoảng cách giữa tim các tổ đường ray là 11,5m

Tải trọng do tàu truyền xuống 1 xe là : Q’= 600 150( )

3.1.3 Kiểm tra khả năng chịu tải của 1 bánh.

Theo yêu cầu ta có :

[Pk] = 15(T) Vậy Pk = 14,625 (T) 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:

Đoàn tải trọng tác động vào các bộ phận của triền phụ thuộc vào cách lựa chọn xeđường triền Số bánh xe tác dụng lên mỗi ray là 10 bánh ta có thể bố trí như hình vẽ:

700 350

7000

Hình 1.1 Xe đường triền

700 700 700 700 700 700 700 700 700

P k P k P k P k P k P k P k P k P k P k

Hình 1.2 Sơ đồ tải trọng tác động lên đường triền

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 35x35, M300

Chọn bước cọc 3m theo phương dọc đường triền

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

700 700 700 700 700 700 700

0.883 0.65

0.417 0.183

Q = P yi = 14,625.2.(0,183+0,417+0,65+0,883)= 62,4T

 Tổng tải trọng thẳng đứng tác động lên đầu cọc:

N= 62,4 +0,6+3,6 = 66,6 T

3.1.5.3 Xác định sức chịu tải của cọc:

Giả định chiều sâu chôn cọc là 16 m

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

+ R - Sức chống tính toán ở mũi cọc

Giá trị này được tra bảng theo bảng 5.2 giáo trình “Nền và Móng” của Trường ĐHKiến Trúc Hà Nội

Tra bảng với độ sâu hạ mũi cọc là 16 m ta có R = 2960 Kpa =296 (T/m2)

+ F – Diện tích tiết diện cọc (F= 0,35.0,35 = 0,1225(m2)

+ U : Chu vi cọc (= 4.0,35 = 1,4m)

+ 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

Lớp đất I Độ sâu chôn cọc

Tọa độ trọng tâm từng mảnh

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:

: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào đất nền ( = 0,5 kG/cm3 với đất sét)

0

0,5.140.1560

6,07( / ) 18000

B0: Độ cứng quy đổi của dầm được tính như sau

B0 = Kd.Eb.Jtd

Kd: Hệ số xét đến biến dạng dẻo và tính chất từ biến của bê tông dầm (Kd = 0,7)

Eb: Môđun đàn hồi của bê tông dầm ( Với BT Mác 300: Eb = 2,9.105 kG/cm2 )

Jtd: Mô men quán tính tính đổi của dầm BTCT và ray

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;

48.2,1.10

347,59( )2,9.10

aqd

 Ta tính toán kết cấu như dầm dài vô hạn trên nền đàn hồi

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:

3

1 (sin cos )

8

kx k

kx k

kx k



Với:

4

4

C b k

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 B

Từ kết quả trong ta vẽ được biểu đồ nội lực:

26.7 27.9

29.7 29.6 29.4 29.53 29.40.201

=>  = 0,498 cm  gh = 0,5 cm, thoả mãn điều kiện

3.2.1 Tính toán xe chở tàu

Số phân đoạn xe là 4 phân đoạn như đã tính toán ở trên

Tổng trọng lượng của tàu và xe

m0 = (k’ + k’m).mTrong đó:

m: Trọng lượng tàu, m = 600 T

k’: Hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các xe, k’ = 1

k’m: Tỉ số giữa trọng lượng của xe so với của tàu, lấy k’m = 0,07

123, Công trình thuỷ công trong NMĐT và SCTT), với kết cấu nền tà vẹt dá dăm, xe giábằng 2 trục, có: k” = 1,0

Như vậy:

Pk = 13,375 (T) < [PK] = 15 (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:

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

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 PGS.TS Phạm Văn Thứ), Nền ba lát C = 6 kG/cm3

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

9

300

0,01307( )4.7, 4508.10

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

Do kết cấu đối xứng nên ta chỉ xét cho một nửa phần còn lại lấy đối xứng.

0.22 0.931

min x

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 = 168919.2 (kG.cm)

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

Từ biểu đồ M vừa tim dược ta có Mmin = 86914.7688 (kG.cm)

Wx: Mômen kháng uốn của ray

Với thớ trên Wxtrên =181,95 cm3

Với thớ dưới Wxdưới = 180,29 cm3

P =μ.d.ymax

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

ymax: Độ võng lớn nhất của ray dưới tác dụng của ngoại tải, ymax = 0,573 cm

 P = 300.50.0,573 = 8595 (kG) = 8,595 (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

8,595

Chọn chiều cao của tà vẹt là 20cm

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

4 0, 25.0, 2

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

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