Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000

Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000, Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000 Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000 Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000 Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000 Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000 Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000 Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 7

I.1 SƠ ĐỒ TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG TẢI TRỌNG BẾN CẦU TÀU 7

I.1.1 Sơ đồ tính bến cầu tàu 7

I.1.2 Đặc trưng tải trọng bến cầu tàu 7

I.2 KHUNG TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN 8

I.3 KÍCH THƯỚC TÀU THIẾT KẾ 10

I.4 TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU 10

I.5 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỌC 11

I.5.1 Chiều dài chịu uốn của cọc 11

I.5.2 Chiều dài chịu nén của cọc 14

I.5.3 Chiều dài chịu xoắn của cọc 14

I.6 TẢI TRỌNG DO TÀU 15

I.6.1 Tải trọng va 15

I.6.1.1 Năng lượng va tàu 15

I.6.1.2 Thiết kế đệm 17

I.6.1.3 Khoảng cách đệm 17

I.6.2 Tải trọng neo 18

I.6.2.1 Lực neo do gió 18

I.6.2.1.1 Lực neo do gió theo BS 6349-1:2000 18

I.6.2.1.2 Lực neo do gió theo OCIMF 1997 19

I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy 23

I.6.2.2.1 Lực neo do dòng chảy theo BS 6349-1:2000 23

I.6.2.2.2 Lực neo do dòng chảy theo OCIMF 1997 27

I.6.2.3 Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu 28

I.6.2.4 Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy 29

I.6.2.5 Phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng lên bích neo 30

I.7 TẢI TRỌNG DO CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ 33

I.8 TẢI TRỌNG DO ĐỘNG ĐẤT 34

I.9 TẢI TRỌNG DO SÓNG TÁC DỤNG LÊN CỌC 38

I.9.1.2 Tính toán cho cọc đơn 40

I.9.1.3 Tính toán cho nhóm cọc 41

I.9.1.4 Cọc xiên 42

I.10 TẢI TRỌNG DO DÒNG CHẢY TÁC DỤNG LÊN CỌC 43

I.11 TẢI TRỌNG DO GIÓ 45

I.11.1 Áp lực gió tác dụng lên công trình 45

I.11.2 Áp lực gió tác dụng lên cọc 48

I.12 TẢI TRỌNG HOẠT TẢI XE VÀ HÀNG HÓA 49

I.13 TẢI TRỌNG HOẠT TẢI CẦN CẨU CONTAINER 49

I.14 QUY ĐỊNH VỀ VẬT LIỆU 50

I.14.1 Theo BS 5400:3-2000 và BS 5400:4-1990 50

I.14.2 Theo TCVN5575-1991 & TCVN4116:1985 51

I.15 TẢI TRỌNG DO ÁP LỰC ĐẤT 55

I.16 PHỤ LỤC 55

I.16.1 Số liệu tàu thiết kế 55

I.16.1.1 Công thức quy đổi 55

I.16.1.2 Thông số tàu thiết kế 56

I.16.2 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc theo SPM 1984 VOL.II 63

PHẦN II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẾN CẦU TÀU 65

II.1 TRÌNH TỰ GIẢI MỘT BÀI TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU BẰNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) 65

II.2 CÁC LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH CÁC BƯỚC ĐỂ GIẢI CÔNG TRÌNH BẾN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 66

II.2.1 Bước 1: Tạo sơ đồ tính 66

II.2.2 Bước 2: Gán vật liệu và tiết diện 67

II.2.3 Bước 3: Gán tải trọng và tổ hợp tải trọng 67

II.2.4 Bước 4: Giải kết cấu 67

II.2.5 Bước 5: Xuất kết quả theo BS 8110-1997 67

II.3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 68

II.3.1 Vẽ kết cấu nền cọc, hệ thống dầm trên Autocad 3D 68

II.3.2 Xuất sang file *.DXF 68

II.3.3 Load file *.DXF từ Acad sang SAP2000 69

II.3.4 Tạo hệ bản sàn cho kết cấu 69

II.3.5 Khai báo liên kết 69

II.3.6 Khai báo đặc trưng vật liệu 70

II.3.7 Khai báo các loại tiết diện cọc, dầm, bản 71

II.3.8 Khai báo tiết diện cho từng cấu kiện 72

II.3.9 Khai báo các trường hợp tải trọng 72

II.3.10 Gán các trường hợp tải trọng 75

II.3.10.1 Tải trọng bản thân 75

II.3.10.2 Hoạt tải trên bến 75

II.3.10.3 Tải trọng do va tàu 75

II.3.10.4 Tải trọng do neo tàu 76

II.3.10.5 Tải trọng do nhiệt độ 76

II.3.10.6 Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên cọc 76

II.3.10.7 Tải trọng do thiết bị trên bến 76

II.3.10.8 Tải trọng do động đất (động đất do bản thân và do cần trục) 80

II.3.10.9 Tải trọng do gió tác dụng lên công trình 81

II.3.10.10 Tải trọng do sóng tác dụng lên cọc 81

II.3.10.11 Tải trọng do áp lực đất 81

II.3.11 Tổ hợp các trường hợp tải trọng 81

II.3.11.1 Trường hợp tới hạn ULS 81

II.3.11.2 Trường hợp làm việc SLS 81

II.3.12 Giải bài toán: 82

II.3.13 Xuất kết quả 82

II.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng I.1 Khung tiêu chuẩn tính toán thông số đầu vào 8

Bảng I.2 Tuổi thọ kinh tế trung bình của công trình bến cầu tàu 10

Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K 13

Bảng I.4 Xác định vận tốc của tàu khi cập bến (m/s) trường hợp có tàu lai dắt 16

Bảng I.5 Xác định hệ số CB 17

Bảng I.6 Hệ số ma sát 17

Bảng I.7 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa 10s và hệ số gió giật 19

Bảng I.8 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa trong 1 giờ và hệ số gió giật 19

Bảng I.9 Xác định hệ số CTWforward, CTWaft, CLW trong trường hợp ballast 21

Bảng I.10 Xác định hệ số CTWforward, CTWaft, CLW trong trường hợp đầy tải 22

Bảng I.11 Xác định hệ số CTCforward, CTCaft, CLC, CCT, CCL 26

Bảng I.12 Xác định hệ số CYFC, CYAC, CXC 27

Bảng I.13 Chiều cao sóng có nghĩa Hs tác dụng lên tàu neo bến tại vùng của biển 28

Bảng I.14 Chiều cao sóng có nghĩa Hs tác dụng lên tàu neo bến tại vùng nước sâu 29

Bảng I.15 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy 29

Bảng I.16 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy 31

Bảng I.17 Kết quả phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy 32

Bảng I.18 Quan hệ giữa hệ số Kh và cấp động đất M 35

Bảng I.19 Mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất 35

Bảng I.20 Quan hệ lý thuyết sóng tuyến tính 39

Bảng I.21 Xác định hệ số CD và CM 44

Bảng I.22 Giá trị áp lực gió trên bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam 45

Bảng I.23 Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình 46

Bảng I.24 Xác định hệ số k 48

Bảng I.25 Tải trọng hoạt tải xe và hàng hóa 49

Bảng I.26 Mức độ ăn mòn của kết cấu thép 50

Bảng I.27 Môđun đàn hồi của bê tong (BS 5400:4-1990) 51

Bảng I.28 Cường độ của cốt thép (BS 5400:4-1990) 51

Bảng I.29 Các đặc trưng vật lý của vật liệu cho kết cấu thép 51

Bảng I.30 Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông thủy công 52

Bảng I.31 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của bê tông 52

Bảng I.32 Mô đun đàn hồi ban đầu của cốt thép 53

Bảng I.33 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của cốt thép 54

Bảng I.34 Kích thước tàu 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình I.1 Đặc trưng các tải trọng tác dụng lên bến cầu tàu 7

Hình I.2 Định nghĩa kích thước tàu 10

Hình I.3 Độ sâu ngàm tương đương 13

Hình I.4 Góc cập tàu và khoảng cách đệm tàu 18

Hình I.5 Đồ thị dùng để xác định hệ số CTCforward, CTCaft, CCL 24

Hình I.6 Đồ thị dùng để xác định hệ số CCT 25

Hình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số CCL 25

Hình I.8 Sơ đồ bố trí dây neo 30

Hình I.9 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu đầy hàng 30

Hình I.10 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu ballast 31

Hình I.11 Sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu trên một bích neo 31

Hình I.12 Nhiệt độ cực đại tuyệt đối và cực tiểu tuyệt đối của không khí 33

Hình I.13 Bản đồ vùng chấn động với tần suất lặp lại Bi  0.002 36

Hình I.14 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực đại Imax 37

Hình I.15 Xác định hệ số CD 38

Hình I.16 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc đứng 40

Hình I.17 Sự biến thiên của lực sóng từ sự biến thiên của vận tốc và gia tốc trong 1 chu kỳ 41

Hình I.18 Mặt bằng nhóm cọc 42

Hình I.19 Tính toán tải trọng sóng tác dụng lên cọc xiên 42

Hình I.20 Xác định hệ số CD 43

Hình I.21 Bản đồ phân vùng áp lực gió 47

Hình I.22 Xác định hệ số Cx 48

Hình I.23 Kích thước loại cẩu container 50

Hình I.24 Xác định hệ số Kim 64

Hình I.25 Xác định hệ số KDm 64

Hình II.1 Tính toán kết cấu bằng phần mềm phần tử hữu hạn 66

LỜI MỞ ĐẦU

Với chính sách chất lượng “PHÁT HUY NỘI LỰC VƯƠN RA THỊ TRƯỜNG QUỐC TẾ” thì việc tìm hiểu các thông tin có liên quan đến những tiêu chuẩn quy phạm của nước ngoài đã trở thành nhu cầu hết sức cần thiết Ngôn ngữ trong quy phạm nói chung hết sức cô đọng và bao hàm nhiều vấn đề có liên quan Do đó, trong quá trình tìm hiểu và chuyển tải những nội dung của quy phạm nước ngoài như BS, ACI, AASHTO, PIANC, OCDI chúng tôi đã cố gắng cụ thể hóa các điều khoản trong quy phạm thông qua kinh nghiệm tính toán các công trình bến đã thực hiện Đặc biệt trong công tác tư vấn đầu tư và xây dựng cho các công trình bến có vốn đầu tư nước ngoài Qua các công trình bến mà công

ty đã tham gia thực hiện như Thiết kế chi tiết Cảng xuất sản phẩm - Nhà máy lọc dầu Dung Quất, thiết kế chi tiết Cảng Quốc tế Cái Mép – Thị Vải, thiết kế cơ sở Cảng container trung tâm Sài Gòn, thiết kế cơ sở Cảng container Quốc tế SSA, thiết kế cơ sở Cảng Tổng hợp và Container Cái Mép hạ…chúng tôi đã thống kê các mục, các điều khoản hoặc các nội dung tính toán được sử dụng nhiều trong thực tế Do vậy, với sự chỉ đạo của Ban Tổng Giám đốc

và Kỹ sư Trưởng, tài liệu Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu này được biên soạn

nhằm mục đích thống nhất phương pháp và nội dung tính toán công trình bến cầu tàu

Với mục đích chính như trên, tài liệu Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu này

gồm 2 phần:

- Phần I: Tính toán các thông số đầu vào Xác định chiều dài tính toán cọc, các tải

trọng tác dụng (do tàu, do nhiệt độ, do động đất, do sóng, do dòng chảy, do gió, do

áp lực đất), số liệu tàu thiết kế, các bảng biểu, đồ thị cần thiết cho việc tính toán

- Phần II: Tính toán kết cấu bến cầu tàu Trong đó hướng dẫn chi tiết tính toán

kết cấu bằng chương trình SAP2000 – khung không gian với các bước: tạo sơ đồ tính, gán vật liệu và tiết diện, gán tải trọng và tổ hợp tải trọng, giải kết cấu và xuất kết quả

Tài liệu được tập thể phòng Quản lý Chất lượng kết hợp cùng phòng Công trình biên soạn bước đầu với sự chỉ đạo của Kỹ sư trưởng TS Trương Ngọc Tường Trong quá trình biên soạn đã được Lãnh đạo công ty, TS Trần Minh Quang, TS Phan Dũng và các Trưởng, Phó phòng cùng các anh chị em kỹ sư trong công ty đóng góp nhiều ý kiến giá trị

Tài liệu này được biên soạn với sự cố gắng rất nhiều, tuy nhiên do thời gian và kiến thức có hạn nên không tránh khỏi những điều sai sót và nhiều vấn đề chưa hoàn chỉnh, do vậy trong quá trình vận dụng đề nghị anh em Kỹ sư nhiệt tình góp ý để Tài liệu hướng dẫn này ngày càng hoàn chỉnh hơn Mọi góp ý xin vui lòng gửi về phòng QLCL

PHẦN I: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ

ĐẦU VÀO

I.1 SƠ ĐỒ TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG TẢI TRỌNG BẾN CẦU TÀU

I.1.1 Sơ đồ tính bến cầu tàu

Tính toán kết cấu bến cầu tàu thộc bài toán không gian chính là kết hợp đồng thời hai bài toán: cơ học đất và cơ học kết cấu Cầu tàu đài cao có chiều cao lớn >5m nên nó chứa đựng đầy đủ khía cạnh móng sâu Do vậy phải xét đến ứng suất đất nền xung quanh cọc, sức chống của đất, ma sát giữa cọc và đất, điểm ngàm của cọc trong đất, sức chịu tải theo đất nền Xét về mặt kết cấu, cầu tàu có thể phân thành hai loại cấu kiện: các thanh đứng (cọc) và các thanh ngang (đài) nên nó sẽ là khung không gian siêu tĩnh làm nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng ngoài truyền vào nền đất

Mục đính chính của giải cầu tàu là tìm biến dạng chuyển vị và nội lực ở mọi mặt cắt của tất

cả cấu kiện Vì vậy cần phải chuyển đổi bài toán kết hợp chuyển đổi giữa bài toán cơ đất và bài toán cơ học kết cấu thành bài toán cơ học kết cấu thuần túy Giả thiết cọc ngàm chặt trong đất làm tăng mômen chân cọc, chiều dài tính toán của cọc trong đất sẽ bao gồm: chiều dài chịu uốn Lu, chiều dài chịu nén Ln, chiều dài chịu xoắn Lx

I.1.2 Đặc trưng tải trọng bến cầu tàu

Tải trọng thiết kế theo tải trọng tới hạn với tổ hợp bất lợi nhất, tăng tải trọng tới hạn bằng hệ

số an toàn Tải trọng tới hạn ULS: được dung xác định nội lực của phần tử kết cấu: Mômen, lực cắt và lực dọc trục đảm bảo độ bền của kết cấu (tính theo độ bền vật liệu) đủ để chịu các tải trọng đó Tải trọng làm việc SLS: được dung xác định chuyển vị, xác định vết nứt cho phép

Theo Port Designer’s Handbook tải trọng tác dụng lên bến cầu tàu chia làm 3 đặc trưng: tải trọng phía khu nước, tải trọng trên bến cầu tàu, đặc trưng tải trọng phía bờ (Hình I.1)

Hình I.1 Đặc trưng các tải trọng tác dụng lên bến cầu tàu

I.2 KHUNG TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG TÍNH TOÁN

Bộ Xây dựng (theo các Thông tư số 12/BXD-KHCN ngày 24-4-1995 và 78/BXD-KHCN ngày 17-7-1995) đã chấp thuận, cho phép áp dụng các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO và của các nước Anh, Đức, Mỹ, Nhật, Pháp, Úc, không thuộc các lĩnh vực dưới đây:

 Số liệu: khí hậu xây dựng, địa chất thủy văn

 Phòng chống cháy nổ, gió bão, sét

 Vệ sinh môi trường

 An toàn công trình dưới tác động khí hậu địa phương

 An toàn lao động

Khi áp dụng tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn nước ngoài vào Việt Nam phải đảm bảo sự đồng

bộ của tiêu chuẩn được áp dụng Khung tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán thông số đầu vào của công trình bến cầu tàu trong tài liệu này theo bảng I.1

Bảng I.1 Khung tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán thông số đầu vào

Stt Các hạng mục tính toán

Tiêu chuẩn áp dụng

Sách chuyên khảo

Mã hiệu Tên tiêu chuẩn

Handbook

Handbook

3 Chiều dài tính toán cọc

- Chiều dài chịu uốn của cọc

- Chiều dài chịu nén của cọc

- Chiều dài chịu xoắn của

Zavriev &

G.K.Shpiro Thiết

kế móng sâu trụ cầu., Maxcơva,

Port Designer ’s Handbook

Stt Các hạng mục tính toán

Tiêu chuẩn áp dụng

Sách chuyên khảo

Mã hiệu Tên tiêu chuẩn

5 Tải trọng chênh lệch nhiệt độ BS 6349-1:1994

TCVN-4088:1985

British Standard

Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng

6 Tải trọng động đất 22TCN-272-95

AASHTO LRFD

Tiêu chuẩn thiết kế cầu– Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông Tập VIII

7 Tải trọng do sóng tác dụng

lên cọc

Recommendations

of Committee for Waterfront Structures Habours and Waterways EAU

10 Tải trọng hoạt tải xe và hàng

hóa

Port Designer ’s Handbook

11 Tải trọng hoạt tải cần cẩu

container

BS 6349-1: 2000 British Standard

12 Quy định về vật liệu BS 5400:3-2000

BS 5400:4-1990 TCVN4116:1985

TCVN5575-1991

British Standard British Standard Kết cấu bê tông và

bê tông cốt thép thủy công TCTK

Kết cấu thép Tiêu chuẩn thiết kế

13 Tải trọng do áp lực đất BS 6349:1-2000

22 TCN 207-92

British Standard Công trình bến cảng Biển

I.3 KÍCH THƯỚC TÀU THIẾT KẾ

Theo Port Designer ’s Handbook kích thước tàu thiết kế trong bến cầu tàu bao gồm các thông số:

 Giới hạn độ tin cậy (Phụ lục I.16.1 Số liệu tàu thiết kế)

 Kích thước tàu (hình I.2)

Định nghĩa các loại tàu:

- Tàu nhỏ : DWT < 140.000 T

- Tàu lớn : 140.000 T < DWT < 400.000 T

- Tàu rất lớn : DWT > 400.000 T

Hình I.2 Định nghĩa kích thước tàu

I.4 TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU

Theo Port Designer ’s Handbook tuổi thọ kinh tế trung bình công trình bến cầu tàu phụ thuộc vào mức độ duy tu bảo dưỡng và tỷ lệ chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm (Bảng I.2)

Bảng I.2 Tuổi thọ kinh tế trung bình của công trình bến cầu tàu

Length between perps

≈ 0.95 *Length overall

I.5 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỌC

Tính toán chiều dài cọc theo Tiêu chuẩn Móng cọc 20 TCN 21-86, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998

Người sử dụng cần lưu ý, số liệu cần thiết trong phần tính toán chiều dài cọc để nhập vào trong chương trình tính kết cấu Sap 2000 là:

 Chiều dài chịu uốn Lu

 Diện tích quy đổi F’

 Momen xoắn tính đổi J'x

Do các chiều dài Lu, Ln, Lx không đồng nhất nhau, nên phải quy đổi tiết diện cọc và mômen xoắn tính đổi

I.5.1 Chiều dài chịu uốn của cọc

Khi tính toán cọc, cọc ống và cọc trụ theo độ bền vật liệu, cọc (cọc ống và cọc trụ) được xem như là một thanh ngàm cứng trong đất tại tiết diện nằm cách đáy đài một khoảng Lu, xác định theo công thức sau: (Hình I.3)

e o

u l l

bd o

L : Chiều dài của cọc thiết kế, m

Lu : Chiều dài cộc chịu uốn, m

lo : Chiều dài tự do của cọc (có tính đến chiều dày lớp bùn sét), m

bd : Hệ số biến dạng, 1/m

5

I E

b K

b

c

bd 



K : Hệ số tỷ lệ, T/m4, được lấy tuỳ thuộc vào loại đất xung quanh cọc theo bảng I.3

bc : Chiều rộng quy ước của cọc, m

Đối với cọc ống, cọc nhồi có đường kính  0,8m: bc = d + 1m

Đối với các loại cọc khác : bc = 1,5D + 0,5m

D : Đường kính ngoài của cọc tiết diện tròn, cạnh của tiết diện cọc vuông hoặc chữ nhật theo mặt phẳng vuông với tải trọng tác dụng, m

Eb : Mođun biến dạng ban đầu của vật liệu cọc khi nén và kéo, T/m2,

I : Momen quán tính tiết diện ngang cọc, m4

D: Đường kính ngoài của cọc tiết diện tròn, m

 : Chiều dày thành cọc tiết diện tròn, m

b, h : Bề rộng của cọc tiết diện vuông, m

Hình I.3 Độ sâu ngàm tương đương Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K

Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó

Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó

Hệ số tỷ lệ K (T/m 4 ) cho cọc Đóng Nhồi, cọc ống

và cọc cột

đất sét và hệ số rỗng e của đất cát được ghi trong dấu ngoặc đơn, còn giá trị lớn của hệ

số K tương ứng với giá trị nhỏ của Is và e Đối với các loại đất có những đặc trưng Is

và e ở khoảng trung gian thì hệ số K được xác định theo phép nội suy

2 Hệ số K đối với cát chặt phải lấy cao hơn 30% so với giá trị trong bảng trên của hệ số k cho loại đất đang xét

I.5.2 Chiều dài chịu nén của cọc

Tính theo Zavriev và G.K.Shpiro Thiết kế móng sâu trụ cầu Nhà xuất bản Xây dựng vận tải, Maxcơva, 1975

o o

n

EF L

L





 7.103Trong đó:

Lo : Chiều dài tự do của cọc, m

o : Sức chịu tải của cọc, T, ( lay ntn)? Theo vat lieu hay theo dat nen?

E : Mođun biến dạng của vật liệu cọc, T/m2

F : Diện tích tiết diện ngang cọc, m2

Diện tích quy đổi

+ Độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương ứng chiều dài chịu nén LN :

N N

F'  .



I.5.3 Chiều dài chịu xoắn của cọc

Tính theo Zavriev và G.K.Shpiro Thiết kế móng sâu trụ cầu Nhà xuất bản Xây dựng vận tải, Maxcơva, 1975

Xác định chiều dài chịu uốn L4 của cọc khi chịu M hoặc chuyển vị xoay đơn vị:



4 4

a L

Độ cứng chống xoắn của đầu cọc: 5 0.2x4(T.m)

Mô men xoắn (Jx) và mô đuyn trượt (G) của vật liệu xác định như sau:

)(.0

2 J m4

J x  u

)/(6.2

2

m T

x  Tính đổi giữa Lx và Lu dựa vào Jx và J'x (mô men xoắn tính đổi):

x

u x

x

L

L J

J

'

Từ công thức trên suy ra momen xoắn tính đổi J'x

I.6 TẢI TRỌNG DO TÀU

I.6.1 Tải trọng va

I.6.1.1 Năng lượng va tàu

Năng lượng va của tàu lên công trình bến được tính toán theo Port Designer’s Handbook:

E = 0.5 x Md x V2 xC Trong đó:

E Năng lượng va (kN.m)

Md Lượng giãn nước của tàu (T)

V Vận tốc của tàu khi cập bến (m/s), Bảng I.4

C Hệ số va tàu, C = CH.CE.CC.CS

r i

i Bán kính định khuynh của tàu, m Với i = (0.2 – 0.25)Lbp

Lbp Chiều dài tàu tính giữa hai đường vuông góc (m)

CB Hệ số khối, CB tính theo công thức



*

*

*B D L

M C

bp

d

B  hoặc tra Bảng I.5

 Trọng lượng riêng của nước biển  = 10.3 KN/m3

r Khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến trọng tâm tàu (m) Bến liền bờ: r *L OA

LoA Chiều dài tàu (m)

Lượng giản nước (T) Điều kiện

thuận lợi

Điều kiện bình thường

Điều kiện khó khăn Dưới 10 000 0.20 - 0.16 0.45 - 0.30 0.60 - 0.40

10 000 – 50 000 0.12 - 0.08 0.30 - 0.15 0.45 - 0.22

50 000 – 100 000 0.08 0.15 0.20

- Thành phần của phản lực tác dụng vuông góc với bến: RX (T)

- Thành phần của phản lực tác dụng song song với bến: RY = RX.f (T), với f là hệ số ma sát, phụ thuộc vào vật liệu lớp mặt của thiết bị đệm (Bảng I.6)

2

h B

L h

B h

Trong đó : 2 l : Khoảng cách đệm (m)

L : chiều dài của tàu tính toán (m)

B : Chiều rộng của tàu tính toán (m)

h : Chiều cao đệm khi chịu năng lượng va tàu (m)

Hình I.4 Góc cập tàu và khoảng cách đệm tàu I.6.2 Tải trọng neo

Tải trọng do neo tàu được tính toán theo tài liệu Port Designer’s Handbook và BS 1:2000

6349-I.6.2.1 Lực neo do gió

I.6.2.1.1 Lực neo do gió theo BS 6349-1:2000

Lực do gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau :

2 4

10

).

.(

10

W L LW LW

W L TWaft TWforward

TW

V A C

F

V A C

C F

FTW : Lực do gió theo phương ngang tàu tác dụng mũi tàu và đuôi tàu (KN)

FLW : Lực do gió theo phương dọc tàu (KN)

VW : Vận tốc gió tính toán tại chiều cao 10m trên mực nước, tính toán cho trường hợp neo với vận tốc gió có nghĩa trong 1 phút (m/s)

Xác định VW theo Bảng I.7 và bảng I.8,

AL : Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m2)

CTWforward : Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu

CTWaft : Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu

CLW : Hệ số cản gió theo phương dọc tàu

 : Mật độ không khí, Kg/m3,  = 1.1703 Kg/m3 tại 30oC

 = 1.3096 Kg/m3 tại 0oC

Hệ số CTWforward, CTWaft, CLW xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10

AL lấy theo tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20 hoặc xem mục I.16.1 Số liệu tàu thiết kế

I.6.2.1.2 Lực neo do gió theo OCIMF 1997

(Phần tính toán này áp dụng cho tàu dầu)

Lực do gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau :

2012

2012 ).

(

2

2

W T W XW XW

W L W YFW YAW

YW

V A C

F

V A C

C F

FYW : Lực do gió theo phương ngang tàu (KN)

FXW : Lực do gió theo phương dọc tàu (KN)

AL : Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m2)

AT : Diện tích chắn gió theo phương ngang tàu phần nằm trên mặt nước (m2)

CYFW : Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu

CYAW : Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu

CXW : Hệ số cản gió theo phương dọc tàu

A : Mật độ không khí, Kg/m3, a = 1.223 Kg/m3 tại 20oC

VW : Vận tốc gió tính toán tại chiều cao 10m trên mực nước, tính toán cho

trường hợp neo với vận tốc gió trung bình 30s, m/s, lấy theo Bảng I.7 và bảng I.8

2012 : Hệ số chuyển đổi vận tốc từ đơn vị knot/s sang m/s

Hệ số CYAW, CYFW, CXW xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10

AL, AT lấy theo tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20 hoặc xem mục I.9.1 Số liệu tàu thiết kế

Chu kỳ gió có nghĩa Hệ số gió giật

3s 1.35 10s 1.30 15s 1.27 30s 1.21

Chu kỳ gió có nghĩa Hệ số gió giật

3s 1.56 10s 1.48

1 giờ 1.00 Người sử dụng lưu ý khi sử dụng Bảng I.7 và bảng I.8:

- Bảng I.7 áp dụng cho vận tốc gió thổi trong thời gian 10 phút

- Bảng I.8 áp dụng cho vận tốc gió thổi trong thời gian 1 giờ

Bảng I.9 Xác định hệ số C TWforward , C TWaft , C LW trong trường hợp ballast

Bảng I.10 Xác định hệ số C TWforward , C TWaft , C LW trong trường hợp đầy tải

I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy

I.6.2.2.1 Lực neo do dòng chảy theo BS 6349-1:2000

Lực neo do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau :

2 4

10

).

.(

10

C m bp CL LC LC

C m bp CT TCaft TCforward

TC

V d L C C F

V d L C C C

FTC : Lực dòng chảy theo phương ngang tàu (KN)

FLC : Lực dòng chảy theo phương dọc tàu (KN)

Vc : Vận tốc dòng chảy trung bình (m/s )

dm : Mớn nước của tàu (m)

Lbp : Chiều dài tàu giữa hai thành cong (m)

CTCforward : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía mũi tàu theo phương ngang tàu

CTCaft : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía đuôi tàu theo phương ngang tàu

CLC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu

CCT : Hệ số lực cản dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu

CCL : Hệ số lực cản dòng chảy theo phương dọc tàu

 : Dung trọng của nước, kg/m3

Đối với nước biển  = 1025 kg/m3

Đối với nước ngọt  = 1000 kg/m3

Hệ số CTCforward, CTCaft, CLC xác định dựa vào Hình I.5

Hệ số CCT xác định dựa vào Hình I.6

Hệ số CCL xác định dựa vào Hình I.7

Hình I.5 Đồ thị dùng để xác định hệ số C TCforward , C TCaft , C LC

Bảng I.11 Xác định hệ số C TCforward , C TCaft , C LC , C CT , C CL

I.6.2.2.2 Lực neo do dòng chảy theo OCIMF 1997

(Phần tính toán này áp dụng cho tàu dầu)

Lực neo do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau :

2012

2012 )

(

2

2

C bp W XC XC

C bp W YAC YFC YC

V L D C

F

V L D C

C F

FYC : Lực dòng chảy theo phương ngang tàu (KN)

FXC : Lực dòng chảy theo phương dọc tàu (KN)

Vc : Vận tốc dòng chảy trung bình (m/s )

D : Mớn nước của tàu (m)

Lbp : Chiều dài tàu giữa hai thành cong (m)

CYFC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía mũi tàu theo phương ngang tàu

CYAC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía đuôi tàu theo phương ngang tàu

CXC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu

  W : Dung trọng của nước biển W = 1025 kg/m3

2012 : Hệ số chuyển đổi vận tốc từ đơn vị knot/s sang m/s

Hệ số CYFC, CYAC, CXC xác định dựa vào Bảng I.12

I.6.2.3 Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu

Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu tính theo tài liệu Port Designer’s Handbook (Spanish Standard ROM 0.2-90)

10.sin C  H2 D' 2

C

F Twave  fw dw w des

10.cos C  H2 D' 

C

F Lwave  fw dw w des

Với: D' L bp.sinB.cos

Trong đó:

FTwave Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu theo phương ngang tàu (KN)

FLwave Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu theo phương dọc tàu (KN)

Cfw Hệ số cản nước, phụ thuộc vào chiều dài sóng Lw tại vị trí tính toán

và mớn nước D của tàu

Hdes Chiều cao sóng có nghĩa thiết kế (m)

Đối với loại kết cấu bến: Hdes/Hs = 1.8  2.0

Hs Chiều cao sóng có nghĩa (m)

 Góc giữa trục dọc của tàu, xét từ mũi tàu đến đuôi tàu và hướng

sóng tác dụng

D’ Chiều dài chắn sóng của tàu theo hướng sóng tác dụng (m)

Lbp Chiều dài tàu tính toán (m)

B Chiều rộng của tàu tính toán (m)

Theo PIANC Bullertin No.56, Mr H.Velsink chiều cao sóng có nghĩa tại vùng cửa biển theo bảng I.13 Đây là chiều cao sóng có nghĩa bất lợi Hs nhất tác dụng lên tàu neo tại bến

Trong trường hợp xuất hiện sóng vùng nước sâu chu kỳ sóng dao động từ 7-12s và có xét

đến hướng sóng tác dụng lên tàu neo tại bến thì chiều cao sóng có nghĩa bất lợi nhất Hs lấy

theo bảng I.14

I.6.2.4 Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy

Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy cho trường hợp: tàu đầy tải và tàu không tải (Bảng

Lực theo phương dọc (KN) Tổng

hợp (KN)

Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full

0 F TW F TW F Tc F Tc F Twave F Twave F x F TW F TW F Tc F Tc F Twave F Twave F Y

180 F TW F TW F Tc F Tc F Twave F Twave F x F TW F TW F Tc F Tc F Twave F Twave F Y

Tổng lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu:

(KN F

F F

F X  LW  LC  LWaveTổng lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu:

)(KN F

F F

F Y  TW  TC TWave

I.6.2.5 Phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng lên bích neo

Đối với trường hợp neo 6 điểm neo, lực tác dụng lên bích neo có giá trị bằng 1/3 tổng lực tác dụng (Hình I.8)

Đối với trường hợp neo 2 điểm neo, lực tác dụng lên bích neo có giá trị bằng ½ tổng lực tác dụng

Lực ngang do sóng, gió và dòng chảy phân phối lên các điểm neo có xem xét đến các điều kiện làm việc của tàu và cao độ mực nước (Hình I.9 và hình I.10)

Hình I.10 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu ballast

Lực theo phương ngang sẽ tác dụng lên lên neo mũi, neo lái và neo hông, lực tác dụng theo phương dọc sẽ tác dụng lên dây neo giằng (BS 6349-4:1994)

Giá trị của các thành phần lực được lấy theo các công thức trong Bảng I.16

Y Z

Y Z

Y Z

S

HZ

HY

HX

H Lực do sóng, gió & dòng chảy tác dụng lên phương nằm ngang tại một điểm

neo, theo phương song song với tuyến bến (KN)

Y

H Lực do sóng, gió & dòng chảy tác dụng lên phương nằm ngang tại một điểm

neo, theo phương vuông góc với tuyến bến (KN)

Z

H Lực do sóng, gió & dòng chảy tác dụng lên phương thẳng đứng tại một điểm

neo, theo phương vuông góc với mặt bến (KN)

S Lực căng dây neo,  2 2 2

Z Y

H

 Góc nghiêng dây neo theo phương nằm ngang

 Góc nghiêng dây neo theo phương thẳng đứng

X Phương dọc theo tuyến bến

Y Phương vuông góc với tuyến bến

Z Phương thẳng góc với mặt bến

Kết quả phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy trình bày theo bảng I.17

Góc tính

Full + H.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - -

Ballast + L.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - -

Ballast + H.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - -

Dựa vào kết quả tính toán cho ở bảng bên trên, chọn loại bích neo phù hợp

Người sử dụng lấy kết quả tính toán tải trọng do neo tàu HX, HY, HZ để nhập vào chương trình Sap2000

I.7 TẢI TRỌNG DO CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ

Tải trọng do nhiệt độ được tính theo BS6349-1:2000

Người sử dụng cần thu thập đầy đủ số liệu khí tượng, thủy hải văn tại khu vực xây dựng Sau khi có đầy đủ các số liệu, chọn biên nhiệt độ tính toán cho phù hợp Nếu trong trường hợp số liệu thu thập chưa phù hợp có thể lấy theo tiêu chuẩn TCVN 4088:1985: Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng (Hình I.12)

Ví dụ: Tại khu vực xây dựng của dự án A có:

Nhiệt độ bình quân cao nhất : 34oC

Nhiệt độ bình quân thấp nhất: 18oC

Phạm vi thay đổi nhiệt độ trong khoảng = 34oC - 18oC = 16 oC

Vậy chọn biên nhiệt độ tính toán là  8 oC

Người sử dụng cần lấy kết quả biên độ tính toán nhập vào chương trình Sap2000

I.8 TẢI TRỌNG DO ĐỘNG ĐẤT

Tải trọng động đất được tính toán theo 22 TCN-272-95 ( AASHTO)

Tải trọng động đất tác dụng lên công trình bao gồm:

1) Tải trọng động đất đối với trọng lượng bản thân kết cấu như dầm, bản, trụ, cọc 2) Tải trọng động đất đối với trọng lượng khối nước kèm theo

3) Tải trọng động đất đối với trọng lượng bản thân thiết bị (nếu có)

Tải trọng động đất sẽ được xác định bằng phương pháp hệ số gia tốc chấn rung

Người sử dụng lấy kết quả tính toán tải động đất để nhập vào chương trình Sap2000, tải trọng động đất vào công trình gồm hai thành phần tác dụng động thời như sau:

 Thành phần tác dụng theo phương chính = 1.0 x Tải động đất

 Thành phần tác dụng theo phương phụ = 0.3 x Tải động đất phương chính

Theo OCDI tải trọng động đất xác định theo công thức sau:

F = Kh.m.g Với

m: Khối lượng của kết cấu và khối nước

Theo Dynamics of Marine Structures publish by the Underwater Engineering Group tính khối nước động phần cọc ngập trong nước xác định:

w A L

A: diện tích mặt cắt ngang cọc ngập trong nước, (m2)

Lwpile : chiều dài cọc ngập trong nước, (m)

γ: trọng lượng riêng nước, (T/m3)

g: Gia tốc trọng trường, (m/s2)

Kh: Hệ số gia tốc nằm ngang khi chấn rung, xác định theo cấp động đất (Bảng I.18)

Bảng I.18 Quan hệ giữa hệ số K h và cấp động đất M

Ghi chú: Cấp động đất xem Hình I.13 và Hình I.14

Tham khảo mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất theo tài liệu “Cơ sở tính toán cầu chịu tải trọng của động đất” của PGS.TS Nguyễn Viết Trung & ThS Nguyễn Thanh Hà (Bảng I.19)

K h : Hệ số gia tốc nằm ngang khi chấn rung

* a max trong thang MM tương ứng với giới hạn trên của a max trong thang MSK-64

Hình I.13 Bản đồ vùng chấn động với tần suất lặp lại Bi  0.002

(Chu kỳ T1  500 năm – xác suất xuất hiện chấn động P  0.1 trong khoảng thời gian 50

năm)

Hình I.14 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực

đại Imax

I.9 TẢI TRỌNG DO SÓNG TÁC DỤNG LÊN CỌC

Tải trọng sóng tác dụng lên cọc theo tài liệu Recommendations of Committee for Waterfront Structures Habours and Waterways EAU 2004

Tải trọng do sóng tác dụng lên toàn bộ chiều dài cọc ngập trong nước được xác định theo công thức bên dưới, áp dụng cho trường hợp tính toán bước thiết kế kỹ thuật thi công

Người sử dụng lấy giá trị lực p để nhập vào chương trình Sap2000

I.9.1.1 Tải trọng do sóng tác dụng lên 1m dài cọc theo công thức Morison

Với điều kiện 0,05

p

M

W D M

pM Lực quán tính trên một đơn vị chiều dài cọc (KN/m)

pD Lực cản do tốc độ phân tử nước tạo ra trên một đơn vị chiều dài(KN/m)

p Tổng lực tác dụng trên 1m dài cọc (KN/m)

CM Hệ số lực quán tính, CM = 2.0

CD Hệ số lực cản, lấy theo Hình I.15

w Dung trọng nước biển: w = 10.3KN/m3

g Gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2

D Đường kính cọc (m)

A Diện tích mặt cắt ngang của cọc tính toán cản sóng (m2)

u Vận tốc phân tử nước tại vị trí cọc tính toán (m/s), lấy theo Bảng I.20

2.05 2.20

1.16

C =D 1.98

Bảng I.20 Quan hệ lý thuyết sóng tuyến tính

g T

g T c

g H

)sinh(

)]

(cosh[

d z k H

)sinh(

)]

(sinh[

d z k H

u 



)sinh(

)]

(cos[

2

2

kd

d z k H

t

)sinh(

)]

(sinh[

2

2

kd

d z k H

w 





Trong Bảng I.20, với:

kx t

T

t L

k    

,

2,

x : toạ độ theo phương trục x của điểm khảo sát (m) (theo phương truyền sóng)

z : toạ độ theo phương trục z của điểm khảo sát (m) (theo phương thẳng đứng)

I.9.1.2 Tính toán cho cọc đơn

Thành phần tải trọng sóng lớn nhất pD và pM xảy ra không cùng pha Vì vậy, phải tính toán các góc pha khác nhau và xác định tải lớn nhất từ đường bao của thành phần vận tốc và gia tốc của hạt nước.Trong trường hợp tính toán cho cọc đơn theo lý thuyết sóng tuyến tính, thành phần gia tốc lệch pha 90o so với thành phần vận tốc (Hình I.16)