Tiêu chuẩn kỹ thuật và chú giải đối với các công trình cảng - Phần Các điều kiện thiết kế - Chương 2 docx

Kích thước của tàu mục tiêu Điều 21 Thông báo Các kích thước chính của tàu mục tiêu phải được xác định theo phương pháp sau đây: 1 Trường hợp tàu mục tiêu đã được xác định, dùng các kí

Phần 2 - Chương 2 1

Chương 2 Tàu

2.1 Kích thước của tàu mục tiêu (Điều 21 Thông báo)

Các kích thước chính của tàu mục tiêu phải được xác định theo phương pháp sau đây:

(1) Trường hợp tàu mục tiêu đã được xác định, dùng các kích thước chính của tàu đó

(2) Trường hợp không thể xác định được tàu mục tiêu, dùng các kích thước chính thích hợp xác

định bằng phương pháp thống kê (Chú thích kỹ thuật)

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Điều 1 khoản 2 của Pháp lệnh quy đinh “tàu mục tiêu” là tàu có trọng tải tổng cộng lớn nhất trong số các tàu dự kiến sử dụng các công trình cảng và bến đang xem xét Theo đó, trưòng hợp tàu mục tiêu đã xác định được, sử dụng các kích thước chính của tàu đó

(2) Trường hợp không xác định được tàu mục tiêu, như trường hợp công trình cảng và bến dùng cho công cộng, các kích thước chính của tàu mục tiêu có thể xác định theo Bảng T.2.1.1, trong bảng này trọng tải tàu (thường là trọng tải bì hoăc trọng tải hàng) được sử dụng như những chỉ số đại diện

(3) Bảng T.2.1.1 liệt kê các “kích thước chính của tàu trong trưòng hợp tàu mục tiêu không thể xác định được” theo

mức độ trọng tải Các giá trị này có được bằng các phương pháp như phân tích thống kê 1),2), và chúng đại diện chủ yếu cho 75% các giá trị của các tầu cho mỗi loại trọng tải Do đó, với mỗi loại trọng tải, sẽ có một số tầu có các kích thước chính vượt quá các giá trị trong bảng Cũng có các tàu có trọng tải lớn hơn trọng tải của tàu mục tiêu ghi trong bảng, nhưng lại có kích thước nhỏ hơn kích thước của tàu mục tiêu

(4) Bảng T.2.1.1 có được là do sử dụng các số liệu của “Tin tức Hàng hải của Lloyd tháng 6/ 95” và “Nihon Senpaku

Meisaisho” (Danh mục chi tiết các tàu Nhật bản , 1995) Định nghĩa các kích thước chính của tàu, xem trong

Bảng T.2.1.1

(5) Vì các kích thước chính của các phà đường dài chạy quá 300 km có xu hướng mang những đặc điểm khác với các phà chạy đường gần và trung bình, nên các kích thước chính được ghi riêng cho “phà đường xa” và “phà đường gần và trung bình”

(6) Vì các kích thước chính của tàu khách Nhật có xu hướng mang những đặc điểm khác với các tàu khách ngoại quốc, các kích thước chính được ghi riêng cho “Tàu khách Nhật” và tàu khách ngoại quốc”

(7) Chiều cao cột thay đổi đáng kể ngay đối với các tàu cùng loại và cùng trọng tải, do đó khi thiết kế các công trình như cầu vượt qua các tuyến hàng hải, cần phải khảo sát về chiều cao cột của tàu mục tiêu

(8) Trường hợp tàu mục tiêu được biết là một tàu hàng nhỏ, nhưng lại không thể xác định một cách chính xác kích

thước của tàu, các kích thước chính của tàu hàng nhỏ có thể xác định theo Bảng T.2.1.2 Các giá trị của Bảng T.2.1.2 cũng có được bằng cách sử dụng cách thức như với Bảng T.2.1.1, nhưng với tàu hàng nhỏ, có các biến

động lớn về kích thước chính nên phải đặc biệt cẩn thận khi dùng Bảng T.2.1.2

(9) Trọng tải

Định nghĩa của các loại trọng tải như sau:

(a) Trọng tải bì:

Trọng tải đo lường của các khoang đóng kín của một con tàu được quy định trong “Pháp lệnh liên quan đến việc

đo trọng tải tầu” Trọng tải bì được dùng như một chỉ số đại diện cho kích cỡ của một con tàu trong hệ thống tàu

hàng hải Nhật Bản Tuy nhiên cũng cần biết là cũng có “Trọng tải bì quốc tế”, cũng được sử dụng như một chỉ số

đại diện cho kích cỡ của một con tàu, phù hợp với các điều khoản của các hiệp ước vv , nhưng chủ yếu là cho các tàu chạy đường biển quốc tế Giá trị của “trọng tải bì” và “ trọng tải bì quốc tế” có thể khác nhau, quan hệ giữa

chúng được quy định trong Điều 35 của “Các điều bổ sung đối với Pháp lệnh liên quan đến việc đo trọng tải tàu” (Pháp lệnh số 47, 1981)

(10) Để cho nhất quán, phương trình (2.1.1) cho mối quan hệ giữa trọng tải hàng (DWT) và trọng tải bì (GT) đối với các loại tàu

sử dụng trọng tải hàng làm chỉ số đại diện 1) Với mỗi loại tàu, có thể sử dụng phương trình nếu trọng tải nằm trong phạm

(11) Các bảng từ T.2.1.3 đến T.2.1.6 liệt kê sự phân bố theo tần số các kích thước chính của các tàu hàng bách hoá, tàu hàng

rời, tàu hàng container, và tàu dầu, chúng được phòng thí nghiêm các hệ thống của Viên nghiên cứu Cảng và bến (PHRI – Port and Harbour Research Institute) phân tích theo các dữ liệu lấy từ bản “Tin tức hàng

(MNTN)

(MNTN)

Chiều dài giữa hai trụ

Hình T-2.1.1 Định nghĩa các kích thước chính của tàu

Phần 2 - Chương 2 3

3 Phµ

3-A Phµ ®−êng gÇn vµ trung b×nh (cù ly nhá h¬n 300km)

Phần 2 - Chương 2 5

7 Tµu dÇu

B¶ng T-2.1.2 KÝch th−íc chÝnh cña tµu hµng nhá

B¶ng T-2.1.3 Ph©n bæ tÇn su©t c¸c kÝch th−íc chÝnh cña tµu hµng b¸ch ho¸

B¶ng T-2.1.4 Ph©n bæ tÇn suÊt c¸c kÝch th−íc chÝnh cña tµu chë hµng rêi

(a) DWT – Tæng chiÒu dµi

(b) DWT – BÒ réng

(c) DWT – Mín ®Çy hµng

(a) DWT – Tæng chiÒu dµi

Phần 2 - Chương 2 7

(b) DWT – BÒ réng

(c) DWT – Mín ®Çy hµng

B¶ng T-2.1.5 Ph©n bè tÇn suÊt c¸c kÝch th−íc chñ yÕu cña tµu chë container

(a) DWT – Tæng chiÒu dµi

(b) DWT – BÒ réng

(c) DWT – Mín ®Çy hµng

Phần 2 - Chương 2 9

B¶ng T-2.1.6 Ph©n bè tÇn suÊt c¸c kÝch th−íc chÝnh cña tµu dÇu

(a) DWT – Tæng chiÒu dµi

(b) DWT – BÒ réng

2.2 Các ngoại lực do tầu gây ra

2.2.1 Tổng quát

Các ngoại lực tác động lên các công trình neo đậu khi một tàu cập bến hoặc neo đậu được xác định bằng cách sử dụng một phương pháp thích hợp, có xét đến kích thước của tàu mục tiêu, phương pháp cập bến và tốc độ cập bến, kết cấu của công trình neo tàu, phương pháp neo buộc và các tính chất của hệ thống neo, cùng với ảnh hưởng của gió, sóng và dòng thuỷ triều

[Chú giải]

(1) Phải xét đến các tải trọng tác động lên các công trình neo đậu dưới đây khi một tàu cập bến hoặc neo đậu: (a) Tải trọng do tàu cập bến

(b) Tải trọng do các chuyển động của một tàu đã neo buộc

Khi thiết kế công trình neo tàu, trước hết phải xét đến lực cập bến, sau đó là các lực xung kích và lực kéo lên công trình neo buộc do các chuyển động của tàu đã neo, các chuyển động này do lực sóng, lực gió và dòng chảy gây ra

Đặc biệt, trong trường hợp công trình neo buộc trong các cảng và bến đối mặt với biền khơi dự đoán sẽ có các con sóng chu kỳ dài, các công trình nằm ngoài biển khơi hoặc các lối vào bến như các bến ngoài khơi, và các công trình neo buộc trong các bến ở đó các tầu tìm chỗ trú ẩn khi có bão, ảnh hưởng của lực sóng tác động lên tàu là lớn, do đó phải xét đoán nghiêm túc đến lực sóng

(2) Như một quy tắc chung, các lực cập bến tác động lên công trình neo buộc phải được tính toán dựa trên năng lượng cập bến của tàu và sử dụng các đường đặc trưng tải trọng - độ võng của các thanh chống va

(3) Như một quy tắc chung, các lực kéo và lực xung kích do các chuyển động của một tàu đã neo gây ra phải tính

đựoc bằng cách làm mô hình số các chuyển động của tàu có xét đến lực tác động lên tàu, lực gió, lực dòng chảy,

và đặc trưng tải trọng - độ võng của hệ thống neo

(c) DWT – Mớn đầy hàng

Không rõ

Phần 2 - Chương 2 11

V : tốc độ cập bến của tàu (m/s)

Ce : hệ số lệch tâm

Cm : hệ số khối lượng ảo

Cs : hệ số độ mềm (giá trị tiêu chuẩn là 1,0)

Cc : hệ số hình thể của bến (giá trị tiêu chuẩn là 1,0)

[Chú giải]

Ngoài phương pháp động năng nói trên, cũng có các phương pháp khác để ước tính năng lượng cập bến của tàu: ví dụ, phương pháp thống kê, phương pháp sử dụng các thí nghiệm mô hình thuỷ lực, và phương pháp sử dụng mô hình động chất lỏng 3) Tuy nhiên, với các phương pháp này, các dữ liệu cần thiết cho việc thiết kế không đầy đủ và các giá trị của các hằng số sử dụng trong tính toán có thể chưa được hiểu biết đầy đủ Vì vậy thường sử dụng phương pháp động năng

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Nếu giả định một con tàu khi cập bến chỉ chuyển động theo hướng ngang sườn, động năng E s bằng (M s V 2 )/2 Tuy nhiên,

khi một tàu cập vào một cọc buộc tàu, một tường bến hoặc một dầm cập tàu có trang bị các thanh chống va, năng lượng bị các thanh chống va hấp thụ (nghĩa là năng lượng cập tàu Ef của tàu) sẽ là E s x f có xét đến các nhân tố ảnh hưởng khác nhau, f= C e C m C s C c

(2) Khối lượng của tàu M s lấy bằng trọng tải choán chỗ (DT) của tàu mục tiêu Trường hợp không thể xác định được tàu mục tiêu có thể sử dụng phương trình (2.2.2) 1) để có quan hệ giữa trọng tải hàng (DWT) hoặc trọng tải bì (GT) và trọng tải choán chỗ (DT)

Tàu hàng (dưới 10.000 DWT): log(DT) = 0,550 + 0,899 log(DWT)

Tàu hàng (10.000 DWT hoặc hơn):log(DT)= 0,511 + 0,913 log(DWT)

Tàu container: log(DT)= 0,365 + 0,953 log(DWT)

Phà (đường xa): log(DT)= 1,388 + 0,683 log(GT)

Phà (đường gần và trung bình): log(DT)= 0,506 + 0,904 log(GT) (2.2.2)

Tàu cho xe lên xuống được: log(DT)= 0,657 + 0,909 log(DWT)

Tàu khách (Nhật): log(DT)= 0,026 + 0,981 log(GT)

Tàu khách (ngoại quốc): log(DT)= 0,341 + 0,891 log(GT)

Tàu chở ô tô: log(DT)= 1,915 + 0,588 log(GT)

Tàu chở dầu: log(DT)= 0,332 + 0,956 log(DWT)

trong đó :

DT : trọng tải choán chỗ (lượng nước, tính bằng tấn, bị tàu choán chỗ khi chở đầy)

GT : trọng tải bì

DWT : trọng tải hàng

(3) Hệ số Cs đại diện cho tỉ lệ lượng năng lượng cập tàu còn lại sau khi năng lượng bị hấp thụ do vỏ tàu bị biến dạng

so với năng lượng cập tàu ban đầu Thường giả định rằng không có năng lượng nào bị hấp thụ do đó giá trị của Csthường lấy bằng 1,0

(4) Khi một tàu cập bến, lượng nước nằm giữa tàu và công trình neo đậu không thoát ra được và tác động như có một cái đệm đặt ở khoảng cách đó Do đó, năng lượng mà thanh chống va phải hấp thụ sẽ giảm đi ảnh hưởng này

được xét đến khi xác định hệ số hình thể C c của bến ảnh hưởng này phụ thuộc vào các vấn đề như góc cập bến, hình dạng vỏ tàu, khoảng trống dưới sống tàu, và tốc độ cập bến, nhưng việc nghiên cứu này chưa nhiều

[2] Tốc độ cập bến

Tốc độ cập bến của một tàu phải xác định dựa trên sự đo đạc tại chỗ hoặc số liệu đã có của các lần đo đạc tương tự, có xét đến loại tàu mục tiêu, mức độ chất tải của tàu, vị trí và kết cấu của công trình neo buộc, các điều kiện thời tiết và hải dương học, và khả năng có hoặc không có tàu lai dắt và kích thước của chúng

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Quan sát cách mà một tàu hàng lớn và tàu dầu lớn cập bến, ta thấy các tàu đó tạm thời dừng lại, tàu nằm song song với tường bến ở một khoảng cách nào đó Sau đó, chúng được các tàu lai đẩy nhẹ vào cho tới khi chúng tiếp xúc với bến Khi có cơn gió mạnh thổi vào bến, các tàu này có thể cập vào bến trong khi thực sự chúng bị các tàu lai kéo ra Khi chấp nhận phương pháp cập bến này, thông thường vận tốc cập bến có thể lấy bằng 10 – 15 cm/s dựa theo các ví dụ thiết kế trước đây

(2) Các tàu đặc biệt như phà, tàu cho xe chạy lên chạy xuống được, và các tàu hàng nhỏ cập bến bằng năng lượng của bản thân mà không cần đến tàu lai Nếu có một cầu dốc ở mũi hoặc đuôi tàu, tàu có thể đứng vuông góc với bến Trong các trường hợp này, có thể sử dụng một phương pháp cập bến khác phương pháp dùng cho các tàu lớn hơn mô tả trong (1) Khi đó cần xác định cẩn thận tốc độ cập bến dựa vào các giá trị đo thực tế, chú ý đến loại phương pháp cập bến sử dụng cho tàu mục tiêu

(3) Hình T.2.2.1 cho quan hệ giữa các điều kiện thao tác tàu và tốc độ cập bến theo cỡ tàu 4) , hình này được lập ra dựa trên các số liệu thu thập được qua kinh nghiệm Hình này cho thấy tàu càng lớn, tốc độ cập bến càng thấp, hơn nữa, tốc độ cập bến phải lấy cao nếu công trình neo buộc không có đê chắn sóng bảo vệ

(4) Theo các kết quả khảo sát về tốc độ cập bến 5),6), tốc độ cập bến thường nhỏ hơn 10 cm/s đối với các tàu chở hàng

bách hoá, nhưng có một số ít trường hợp nó vượt trên 10 cm/s (xem Hình T.2.2.2) Tốc độ cập bến chỉ thỉnh thoảng vượt quá 10 cm/s đối với tàu dầu lớn sử dụng các bến ngoài khơi (xem Hình T.2.2.3) Ngay đối với các

phà cập bến bằng chính năng lượng của chúng, phần lớn chúng cập bến với tốc độ nhỏ hơn 10 cm/s Tuy nhiên,

có số ít trường hợp tốc độ cập bến trên 15 cm/s và khi đó phải cẩn thận khi thiết kế các bến phà (xem Hình T.2.2.4) Từ các kết quả khảo sát nói trên cũng rõ ràng là mức độ chất tải của tàu ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ cập tàu Nói cách khác, nếu một tàu chất tải đầy, có nghĩa là khoảng trống dưới sống tàu nhỏ, khi đó tốc độ cập bến có xu hướng hạ thấp, trong khi nếu tàu chở nhẹ, có nghĩa là khoảng trống dưới sống tàu lớn, khi đó tốc độ cập bến có xu hướng cao hơn

Tốc độ cập tàu (cm/s)

Hình T-2.2.1 Quan hệ giữa các điều kiện cập tàu và tốc độ cập tàu theo kích thước tàu 4)

Khó khăn không được che chắn Cập tàu thuận lợi không được che chắn

Cập tàu dễ dàng không được che ch ắn Cập tàu khó khăn

được che chắn Cập tàu thuận lợi

Theo khảo sát của Moriya, tốc độ cập bến trung bình đối với tàu hàng, tàu container, và tàu chuyên dụng chở xe ô tô

được liệt kê trong Bảng T.2.2.1 Mối quan hệ giữa trọng tải hàng và tốc độ cập bến được cho trong Hình T.2.2.5

Khảo sát này cũng cho thấy tàu càng lớn, tốc độ cập bến có xu hướng càng thấp Tốc độ cập bến cao nhất quan sát

được là khoảng 15 cm/s đối với tàu dưới 10.000 DWT và khoảng 10 cm/s đối với tàu 10.000 DWT hoặc lớn hơn

Bảng T.2.2.1 Trọng tải hàng và tốc độ cập bến trung bình

Tốc độ cập bến (cm/s) Trọng tải

(DWI) Tầu hàng Tàu container Tàu chở ô tô Tất cả các tàu cấp 1.000

- 7,8 7,2 4,9 4,1 3,4

-

- 4,6 4,7 4,4

-

8,1 7,2 5,3 4,6 4,1 3,4

(5) Hình T.2.2.6 cho sự phân bổ tần suất của tốc độ cập bến có được từ các ghi chép đo đạc thực tế ở các bến ngoài khơi cho

các tàu dầu lớn khoảng 200.000 DWT sử dụng Có thể thấy tốc độ cập bến cao nhất đo được là 13 cm/s Nếu các số liệu

được giả định theo sự phân bố Weibull, khi đó xác suất tốc độ cập bến dưới 13 cm/s sẽ là 99,6% μ trung bình là 4,41 cm/s

và độ lệch chuẩn s là 2,08 cm/s Việc áp dụng sự phân bổ Weibull cho ta hàm mật độ xác suất f(v) biểu thị trong phương trình (2.2.3)

) exp(

8 , 0 )

(7) Trong các trường hợp mà phương pháp cập bến thận trọng như mô tả trong (1) không được sử dụng, hoặc trong trường hợp các tàu kích thước cỡ nhỏ hoặc trung bình cập bến có chịu ảnh hưởng của dòng chảy, cần xác định tốc độ cập bến dựa trên các số liệu đo đạc thực tế, có xét đến tốc độ trôi giạt của tàu do dòng chảy gây ra

Hình T-2.2.5 Quan hệ giữa trọng tải

hàng và tốc độ cập bến

Hình T-2.2.6 Phân bổ tần số cập bến10)

Tàu hàng Tàu container Tàu chở ôtô

Phân bổ Poisson m=3 Phân bổ Poisson m=4 Phân bổ Weibull Phân bổ chuẩn tắc

Phần 2 - Chương 2 15

l : khoảng cách từ điểm mà tàu chạm vào công trình neo đậu tới trọng tâm của tàu đó dọc theo

đường mặt của công trình neo đậu (m)

r : bán kính quay xung quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm của tàu (m)

[Chỉ dẫn kỹ thuật]

(1) Khi một tàu đang ở giữa thao tác cập bến, nó không nằm hoàn toàn dọc theo đường mặt của bến Điều đó có nghĩa là sau khi tàu chạm vào công trình neo đậu (thanh chống va), tàu bắt đầu quay và chòng chành Vấn đề này dẫn đến kết quả là một số động năng của tàu đã bị tiêu hao Lượng năng lượng đã bị tiêu hao do chòng chành thì nhỏ so với năng lượng do quay và có thể bỏ qua Do đó phương trình (2.2.4) chỉ xét đến lượng năng lượng được sử dụng do quay tàu

(2) Bán kính quay r liên quan đến L pp là một hàm số của hệ số khối C b của tàu và có thể có được từ Hình T.2.2.7 8) Một cách khác , có thể sử dụng phép tính gần đúng tuyến tính cho trong phương trình (2.2.5)

trong đó:

r : bán kính quay; nó liên quan đến mô men quán tính Iz xung quanh trục thẳng đứng của tàu theo quan hệ I z = M s r 2

L pp : chiều dài giữa các đường thẳng đứng (m)

C b : Hệ số khối; C b = ∇/(L pp Bd) (∇: thể tích nước do tàu choán chỗ (m3), B: chiều rộng thân tàu(m), d: mớn nước(m) )

(3) Như đã phác hoạ trong Hình T.2.2.8 khi một tàu tiếp xúc với tấm chống va F1 và F2 với điểm của tàu gần tường bến nhất là

điểm P, khoảng cách l từ điểm tiếp xúc tới trọng tâm tàu đo song song với công trình neo đậu được cho trong phương trình (2.2.6) hoặc (2.2.7); l được lấy bằng L1 khi k < 0,5 và L2 khi k > 0,5; Khi k = 0,5, l được lấy theo L1 hoặc L2 tuỳ theo khoảng cách nào cho giá trị Ce cao hơn trong phương

trình (2.2.4)

Hệ số khối C b

Hình T-2.2.7 Quan hệ giữa bán kính quay quanh Hình T-2.2.8 Tàu cập bến

trục thẳng đứng và hệ số khối (Myers, 1969) 7)

θ

5 ,

(

trong đó:

L1: khoảng cách từ diểm tiếp xúc tới trọng tâm tàu đo song song với công trình neo đậu khi tàu tiếp xúc với thanh chống va F1

L2: khoảng cách từ diểm tiếp xúc tới trọng tâm tàu đo song song với công trình neo đậu khi tàu tiếp xúc với thanh chống va F2

θ : góc cập bến (giá trị của θ được chọn như một điều kiện thiết kế; nó thường được chọn trong phạm vi 0 ~100 )