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
Trang 1MỤC 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
Trang 2I.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
Trang 3II.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
Trang 4DANH 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
Trang 5DANH 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
Trang 6LỜI 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
Trang 7PHẦN 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
Trang 8I.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
Trang 9Stt 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
Trang 10I.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
Trang 11I.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
Trang 125
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
Trang 13Hình 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
Trang 14Loại 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
7.103Trong 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:
Trang 15
4 4
a L
Độ cứng chống xoắn của đầu cọc: 5 0.2x4(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
Trang 16r 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
Trang 17- 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)
Trang 18Hình 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
Trang 19I.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
Trang 20Chu 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
Trang 21Bảng I.9 Xác định hệ số C TWforward , C TWaft , C LW trong trường hợp ballast
Trang 22Bảng I.10 Xác định hệ số C TWforward , C TWaft , C LW trong trường hợp đầy tải
Trang 23I.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
Trang 24Hình I.5 Đồ thị dùng để xác định hệ số C TCforward , C TCaft , C LC
Trang 26Bảng I.11 Xác định hệ số C TCforward , C TCaft , C LC , C CT , C CL
Trang 27I.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
Trang 28I.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.sinB.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
Trang 29Trong 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:
Trang 30(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)
Trang 31Hình 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
Trang 32H 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
Trang 33I.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)
Trang 34Ví 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)
Trang 35Bảng 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
Trang 36Hình 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)
Trang 37Hình I.14 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực
đại Imax
Trang 38I.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
Trang 39Bảng 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
Trang 40Trong 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)