Cầu tàu cừ trước thuyết minh

Nội dung của đồ án này thể hiện qua 7 chương : Chương 1 : Số liệu đầu vào ; Chương 2 : Tính toán các kích thước cơ bản và đề xuất giải pháp kết cấu bến; Chương 3 : Tính toán tải trọng tá

Lêi nãi ®Çu

Đồ án Công Trình Bến Cảng là một trong những môn học chuyên ngành của sinh viên ngành công trình biển Để hiểu và vận dụng kiến thức của môn học Công Trình Bến Cảng có hiệu quả thì sinh viên buộc phải làm đồ án này Đồ án Công Trình Bến Cảng là sự vận dụng lý thuyết của Công Trình Bến dạng cầu tàu Kết cấu cầu tàu là kết cấu có rất nhiều ưu điểm, hiện nay loại kết cấu này đang được sử dụng rộng rãi ở rất nhiều nước trên thế giới Nó thích hợp với điều kiện địa chất yếu như ở Việt Nam, đặc biệt nó có kết cấu nhẹ, dễ thi công, chịu tải trọng lớn Muốn làm đồ án thành công ngoài việc nắm bắt các lý thuyết quan trọng về bến cầu tàu sinh viên cần phải nắm vững những quy trình, quy phạm về Công Trình Bến

Đồ án của em được giao nhiệm vụ thiết kế kết cấu bến cầu tàu cừ trước

Nội dung của đồ án này thể hiện qua 7 chương :

Chương 1 : Số liệu đầu vào ;

Chương 2 : Tính toán các kích thước cơ bản và đề xuất giải pháp kết cấu bến;

Chương 3 : Tính toán tải trọng tác động lên cầu tàu;

Chương 4 : Phân phối lực ngang và tổ hợp tải trọng;

Chương 5 : Phân tích kết cấu bến cầu tàu;

Chương 6 : Tính toán cấu kiện;

Chương 7 : Kết luận và kiến nghị

Vì trình độ có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi những khiếm khuyết , rất mong được các thày giúp đỡ và chỉ bảo cho em có thể hoàn thành đồ án được tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cảng - Đường thuỷ Trường Đại Học Xây Dựng , đặc biệt là thầy hướng dẫn Đồ án PGS.TS.Đỗ Văn Đệ đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn

1. Kết cấu bến:

Bến cầu tàu cừ trước

2. Thông số của tàu:

Trọng tải tàu: 5000 DWT;

Chiều dài tàu : Lt= 108 (m);

Chiều rộng tàu: Bt= 15 (m);

Lượng dãn nước: 7200 Tấn;

Mớn nước đầy tải: Tđ= 6,5 (m)

3. Số liệu thủy văn:

MNCT

4. Số liệu địa chất công trình:

(độ) (T/mc 2)

Ghi chú: Lớp đất 1 đước tính từ đỉnh bến xuống dưới qua đáy bến một độ sâu h 1

5. Đặc trưng vật liệu:

Bê tông mác M300 có các đặc tính sau:

Cường độ chịu kéo: Rk = 10 (kG/cm2)Cường độ chịu nén: Rn = 135 (kG/cm2)

2. Chiều sâu trước bến:

Chiều sâu trước bến là độ sâu nước tối thiểu sao cho tàu cập bến không bị vướng mắc Trong đó có kể đến mớn nước của tàu khi đầy hàng theo quy định và các độ sâu dựphòng khác

Ta có công thức xác đinh độ sâu trước bến như sau:

H0 = T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3 + Z4 (m)Trong đó:

T – mớn nước khi tàu chở đầy hàng

đều và do hàng hóa bị xê dịch

Z1 – độ dự phòng chạy tàu tối thiểu tính với an toàn lái tàu

H0 = 6,5 + 0,39 + 0,39 + 0 + 0,15 + 0,5 = 7,93 (m)Lấy H0 = 7,93 (m)

3. Cao trình đáy bến:

Cao trình đáy bến được xác định như sau:

∇CTĐB = 0,7 – 7,93 = – 7,23 (m)

4. Chiều cao trước bến:

Chiều cao trước bến được xác định như sau:

H = ∇CTMB – ∇CTĐB

H = 5,5 + 7,23 = 12,73 (m)

5. Chiều dài tuyến bến:

phòng d theo công thức sau:

Lb = Lt + dTrong đó d được lấy theo bảng 1-3[2] lấy d = 15 (m)

Với chiều dài bến là Lb = 124 (m)

Ta chia bến thành 4 phân đoạn, mỗi phân đoạn dài 31 m

Giữa các phân đoạn bố trí các khe lún có bề rộng 2 cm

Cọc:

bằng cọc được thể hiện chi tiết trong bản vẽ

Chọn bước cọc theo phương ngang : 4 (m)Chọn bước cọc theo phương dọc : 4 (m)Tường cừ trước: Thép

Kết cấu đài bến là hệ dầm bản BTCT dày 30 (cm) được thi công đổ tại chỗ bằng BTmác 300

Dầm ngang: b x h= 60 x 90 (cm)Dầm dọc: b x h= 60 x 90 (cm)

Chương III: Tính toán tải trọng tác động lên cầu tàu

Vngang , Vdọc – Vận tốc gió theo phương ngang tàu và phương dọc tàu.

ξngang , ξdọc– Hệ số lấy theo bảng 26 (22 TCN 222-1995)

Lt – Chiều dài tàu

T – Mớn nước của tàu

3. Tải trọng tựa tàu:

Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên côn trình dươi tác dụng của

gió, dòng chảy được xác định theo công thức sau:

D – Lượng rẽ nước của tàu D = 7200 (T)

V – Thành phần vuông góc với mép bến của tốc độ tàu lấy theo bảng 29

Ta thấy Eq khi tàu đầy hàng > Eq khi tàu chưa hàng

Vậy ta dùng giá trị Eq khi tàu đầy hàng để tính toán

µ - Hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu lớp mặt của thiết bị đệm tàu.

Lấy µ = 0,5 với bề mặt cao su hoặc bê tông

Do vậy thành phần song song với mép bến do lực va gây nên là:

Fn = 0,5.18 = 9 (T)

5. Tải trọng neo tàu:

Tải trọng tác dụng lên công trình do lực kéo của dây neo

Lực neo tác dụng lên một bích neo được xác định theo công thức sau:

tot

QS

α, β - Góc nghiêng của dây neo được lấy theo bảng 32:

Qt = Wngang + Qω - Tải trọng ngang do gió, dòng chảy tác động lên tàu

S q

S

β α

S n

S v

Sơ đồ tính toán lực neo

Ta xét bích neo đặt tại mép bến

Lực tác dụng lên công trình theo 2 phương: phương vuông góc và song song với mépbến, được xác định theo công thức sau:

tot q

QS

Theo chiều rộng bến tải trọng được phân bố các vùng như hình vẽ:

TH1 x x x

Trọng lượng riêng của cấu kiện tàu: 1,05Tải trọng do phương tiện bốc xếp: 1,2Tải trọng do hàng hóa: 1,3

ϕ - Góc ma sát trong của lớp đất đổ sau cừ

Và cường độ áp lực đất tính như bình thường, đoạn dưới là một hằng số

4000 4000

γi - Trọng lượng riêng của lớp đất phân tố.

hi – Chiều dày lớp đất phân tố

+5,5m +2,6m

-7,23m -11,03m -14,53m

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3

1,8 T/m

13,15 T/m 20,5 T/m

31,34 T/m 39,79 T/m 41,53 T/m -15,53m

10. Tính toán chiều sâu chôn cừ:

Đa giác lực và đa giác dây thể hiện trong bản vẽ:

1343

1360

0

1 2 3 4 5 6

7 8 9

10 11 12 13 14

15

16

17 18 19

+5,5m+2,6m

-7,23m-11,03m

0,27 0,9 1,5 1,8

1,73 5,19 8,65 15,655 22,48 25.575

1,215

-12,26m

1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8

Bằng phương pháp đồ giải ta xác định được các đại lượng sau:

t0 = 12,26 (m)

Ep’= 63,71 (T)

Ra= 11,67 (T/m)Gia số độ sâu của tường mặt

11. Tính toán nội lực cừ:

Chọn cừ Larssen IV có momen kháng uốn tiết diện :W=2200(cm3)

Với các thông số kỹ thuật sau:

Chiều cao: h=180 (mm)

Chiều rộng b=400 (mm)

• Tính nội lực mômen uốn:

Giá trị mômen ở nhịp trong một cấu kiện tường mặt được xác định theo công thức:

η - Khoảng cách cực trong đa giác lực

y1 – Khoảng cách lớn nhất ở nhịp đa giác dây

mc – Hệ số xét đến sự phân bố lại áp lực đất lên tường cừ

Theo 22 TCN 207-92 lấy mc = 0,85

khi cập bến Tính cho mặt cắt ở cao trình có tung độ lớn nhất của đa giác dây

12. Xác định sức chịu tải của cọc

• Xác định sức chịu tải của cọc theo nền đất

Sức chịu tải giới hạn : Pg = F σ +U.∑hi.τiTrong đó:

hi : Chiều sâu của lớp đất thứ i.

⇒ Pg =0,16.450+1,6.(3,5.2,3+17,7.6,8) ⇒ Pg = 277,5 (T)

Trong thực tế khung của cầu tàu bao giờ cũng có cọc chịu nén và cọc chịu kéophải xác định sức chịu tải cho phép riêng biệt cho cọc chịu kéo và cọc chịu nén

Đối với cọc chịu nén:

[Pn] = Pg /Ƞ= 277,5/1.6=173,4 (T)

• Xác định sức chịu tải theo vật liệu làm cọc

Ta có công thức xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc như sau:

Pvl = m.(Rbt.Fbt + RaFa)Trong đó:

Rbt – Cường độ chịu nén tính toán của bê tông

Fbt – Diện tích làm việc của bê tông

Ra – Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép

Fa – Diện tích làm việc của cốt thép

mb – Hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1

Cọc làm bằng bê tông mác 300# có: Rn = 130 (KG/cm2), cốt thép A-II có Ra = 2800(KG/cm2)

Chương IV: Phân phối lực ngang và tổ hợp tải trọng

1. Xác định chiều dài cọc:

Chiều dài tính toán của cọc là khoảng cách từ đầu tự do của cọc đến điểm ngàm của

Sơ đồ tính toán chiều dài cọc:

Chiều dài tính toán của cọc:

l = l0 +η.d

Trong đó:

l0-Chiềudài tự do của cọc (là khoảng cách từ trục trung hoà của dầm tới mặt đất) được xác định dựa vào mặt cắt địa chất, cao độ đặt bến và khoảng cách giữa mỗi hàng cọc

η - Hệ số kinh nghiệm được lấy trong khoảng từ (5 ÷ 7), trong đồ án này ta chọn

η = 6

d - Đường kính cọc, d =0,4 m

Ta có bảng số liệu tính toán chiều dài cọc dưới bảng sau:

2. Giải bài toán phân bố lực ngang:

Mục đích của bài toán phân bố lực ngang là đưa bài toán không gian về bài toán phẳng theo 2 chiều ngang và dọc của phân đoạn cầu tàu

Để phân bố lực ngang lên 1 khung ngang hoặc khung dọc của cầu tàu ta dựa vào phương pháp tâm đàn hồi với giả thiết đài tuyệt đối cứng EJ = ∞

Bến có chiều dài 123 m; rộng 24 m chia làm 4 phân đoạn,3 phân đoạn dài 31 m và 1 phân đoạn dài 30 m Ta sẽ tính toán cụ thể cho phân đoạn 1 có chiều dài 31 m

• Xác định tâm đàn hồi:

Toạ độ tâm đàn hồi C (xC , yC) được xác định theo công thức:

i iy c

iy

H xx

H

=∑

∑

i ix c

ix

H yy

H

=∑

∑Trong đó:

H x

∑

,

i ix

897.435 9

104.4696 3

3589.74

4 417.87852

897.435 9

104.4696 3

7179.48

7 417.87852

897.435 9

104.4696 3

10769.2

3 417.87852

5 16 4 10.32 12.72 26.117407 897.435 104.4696 14358.9 417.87852

9 3 7

897.435 9

104.4696 3

17948.7

2 417.87852

897.435 9

104.4696 3

21538.4

6 417.87852

897.435 9

104.4696 3

1002.95

35.26889 4

1002.95

5 141.07557 20059.1 564.3023 401182.1

35.26889 4

413.5465

51.6933 2

413.5465 8

206.773

3 3308.3727 827.0932

51.6933 2

413.5465 8

413.546

6 3308.3727 3308.373

51.6933 2

413.5465 8

620.319

9 3308.3727 7443.839

51.6933 2

413.5465 8

827.093

2 3308.3727 13233.49

51.6933 2

413.5465 8

1033.86

6 3308.3727 20677.33

51.6933 2

413.5465

8 1240.64 3308.3727 29775.35

51.6933 2

413.5465 8

1447.41

3 3308.3727 40527.57

99.84325 3

99.8432

5 1198.119

1198.11 9

14377.42

9 14377.43

99.84325 3

99.8432

5 1198.119

1597.49 2

14377.42

9 25559.87

99.84325 3

99.8432

5 1198.119

1996.86 5

14377.42

9

99.84325 3

99.8432

5 1198.119

2396.23 8

14377.42

9 57509.71

99.84325 3

99.8432

5 1198.119

2795.61 1

3715.405 9

928.851 5

59446.49

4 3715.406

232.212 9

3715.405 9

1857.70 3

59446.49

4 14861.62

232.212 9

3715.405 9

2786.55 4

59446.49

4 33438.65

232.212 9

3715.405 9

3715.40 6

59446.49

4 59446.49

232.212 9

3715.405 9

4644.25 7

59446.49

4 92885.15

232.212 9

3715.405 9

5573.10 9

59446.49

4 133754.6

232.212 9

3021.28 8

6042.57 6

9063.86 4

12085.1 5

15106.4 4

18127.7 3

21149.0 2

H x

∑

= 342647

i ix

Xét một số trường hợp cầu tầu chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng theo phươngngang và chọn ra trường hợp nguy hiểm nhất để tính toán.

Các trường hợp tính toán:

Lực neo tàu tác động lên từng phân doạn của cầu tàu thông qua lực căng dây neo Thành phần lực căng ngang của dây neo này là Sq và Sn đã tính toán ở trên Trong hai trường hợp tàu đầy hàng và không hàng thì trường hợp tàu không hàng có tải trọng neo lớn hơn do đó lấy tải trọng neo trong trường hợp này để tính toán

Lực tựa tàu coi như là lực phân bố.

X C

∑

là tổng hợp các tải trọng tác dụng theo phương ngang và phương đứng

X, Y là tọa độ của các điểm đặt lực

X

∑, Y

H

∑

(m)

xi , yi– Tọa độ của cọc thứ i đối với hệ tọa độ mới có gốc tại tâm đàn hồi C.

Kết quả tính toán tổng hợp trong bảng sau:

Phân bố lực ngang cho lực neo Chuyển lực neo về tâm đàn hồi

D

0.30220442

4

0.98942576

5

1.32557424

6

1.66172272

Như vậy khung dọc nguy hiểm nhất là khung F, khung ngang nguy hiểm nhất là khung 1.Lấy tải trọng phân bố trên các đầu cọc tại khung ngang 1 để tính toán nội lực như một bài toán phẳng:

ngang

Chương V: Phân tích kết cấu bến cầu tàu

1. Các tổ hợp tải trọng

Tổ hợp 1: Tĩnh tải + hàng hóa + neo của cừ + bản thân + cần trục

Tổ hợp 2: Tĩnh tải + hàng hóa + neo của cừ + bản thân + neo+ cần trục

Tổ hợp 3: Tĩnh tải + hàng hóa + neo của cừ + bản thân + va+ cần trục

Tổ hợp 4: Tĩnh tải + hàng hóa + neo của cừ + bản thân + tựa+ cần trục

Tổ hợp 5: Tĩnh tải + hàng hóa +neo của cừ+ bản thân+ neo

Tổ hợp 6: Tĩnh tải + hàng hóa +neo của cừ+ bản thân+ va

Tổ hợp 7: Tĩnh tải + hàng hóa +neo của cừ+ bản thân+ tựa

Trọng lượng riêng của cấu kiện tàu: 1,05Tải trọng do phương tiện bốc xếp: 1,2Tải trọng do hàng hóa: 1,3

Tải trọng do tàu: 1,2

2. Giải cầu tàu

Sử dụng phần mềm tính toán Sap2000 để giải khung cầu tàu:

Bảng tổng hợp kết quả nội lực:

Chương VI: Tính toán cấu kiện

1. Tính toán cốt thép cho dầm ngang

Dầm ngang khi tính toán coi là dầm liên tục đặt trên gối tựa là các cọc, tính toán cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4116-85

Nội lực tính toán lấy theo công thức:

Mtt = kn.nc.n.mđ.MTrong đó:

n – hệ số vượt tải lấy n = 1,25

nc – hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp cơ bản chọn nc = 1

mđ – hệ số điều kiện làm việc lấy mđ = 0,9

2

b n a

Fbh

= 0,0012

64,71.10 1351,7(kG / cm )61,2.(85 0,5.13,55)

Vậy chọn 10φ28 a 200 có Fa= 61,2 (cm2)

Ta có:

Mtt = 39,14 (Tm)Tiết diện dầm: b x h = 60 x 90 (cm)

Chọn abv = 5 (cm)

h0 = 85 (cm)Chiều cao vùng bê tông chịu nén:

2

b n a

Fbh

39,14.10 2561,9(kG / cm )18,85.(85 0,5.7,9)

−

Do đó ta tính cốt thép theo điều kiện mở rộng vết nứt:

Chọn thép d = 25 (mm) Ta có :

[ ]t a

a 0

a E M

F (h − 0,5x) k.c.n.7.(4 100 ) d= − µ



a a

• Tính toán cốt đai

Kiểm tra khả năng chịu lực cắt của bê tông:

Lớp bảo vệ của thép lớp trên lấy = 5 cm, lớp dưới lấy = 5cm ta có:

k n c

= 1,2.1.79,78 = 95,7 (T)

0

bh R

km b k

= 0,6.1,15.10.60.80 = 33.1(T)Thấy

Q n

k n c

bh R

với u: khoảng cách cốt thép

4 d

- Tải trọng hàng húa : qh = 24 (T/m2)

- Tải trọng bản thõn của bản: qb = 0,3.2,5 = 0,75 (T/m2)Tải trọng tỏc dụng lờn bản: qh+ qb= 24 + 0,75= 24,75 (T/m2)Cụng thức xỏc định nội lực của bản như sau:

=

−

12

)3

2

1 l l l

;

=1

M

M I

=1

'

M

M I

=1

M

M II

4,1

24 2 (2M1+1,4.M1+1,4.M1)ì4+ (2M1+1,4.M1+1,4M1)ì4

Từ đó ta có :

Tính theo trường hợp tiết diện hình chữ nhật h=30(cm), b=100(cm)

Chọn khoảng cách từ tâm cốt thép đến mép tiết diện là a=5(cm)

Fbh

= 0,008

Kiểm tra theo điều kiện mở rộng vết nứt:

Vậy chọn 10φ16 a 100 có Fa= 20,11 (cm2)

3. Tính toán cọc

• Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc

Cọc được sử dụng là cọc BTCT có tiết diện 40x40 (cmxcm)

Tải trong tính toán của cọc được xác định theo công thức:

Ntt = n.nc.mđ.N

Trong đó: n - là hệ số vượt tải, n=1,25

nc - là hệ số tổ hợp, với tổ hợp cơ bản, nc=1

mđ - hệ số điều kiện làm việc, mđ=1

N - tải trọng cọc lấy từ biểu đồ giải cầu tàu

Tải trọng của cọc chịu nén lớn nhất theo biểu đồ là 135,92T

 Ntt=1,25.1.1.135,92= 169,9 (T)

Ta sử dụng tải trọng tính toán Ntt= 169,9 (T) để kiểm tra sức chịu tải của cọc

=>Ntt < Pt= 173,4 (T)

Do đó cọc đủ khả năng chịu lực

• Tính toán cọc trong quá trình thi công

Chọn chiều dài cọc lc = 22 (m) Chia làm 2 đoạn, mỗi đoạn dài 11 (m)

+ Trường hợp cẩu 1 điểm:

a

p

Hình : Trường hợp cẩu để thi công.

Điểm đặt móc cẩu được xác định sao cho nội lực trong cọc có trị số mô men dương lớn nhất bằng trị số mô men âm lớn nhất khi cẩu

Hình12 : Sơ đồ tính toán cọc cẩu 1 điểm.

Tải trọng tác dụng lên cọc là tải trọng bản thân cọc:

q0 = n γ F = 1,2.2,5.0,4.0,4 = 0,48 (T/m)

=>q = 1,2.q0 = 1,2.0,48 = 0,528 (T/m)

Khi đó:

cẩu hai điểm.

Tương tự trường hợp trên ta có:

Như vậy chỉ cần tính cốt đơn :

Diện tích cốt thép yêu cầu là :

2

b n a

26,39

2 a

5,49.10 863,2(kG / cm )19,63.(35 0,5.5,2)

Vậy chọn 8φ25 cho toàn bộ tiết diện cọc có Fa= 39,26 (cm2)

• Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:

Với h0 = 35 cm

Ta có :

Q n

k n c

= 1,2.1.2,55 = 3.06 T0

bh R

km b k

= 0,6.1,15.10.40.35 = 9660 (kG) = 9,66 (T)

Thấy

Q n

k n c

bh R

km b k

→ Không phải tính toán cốt đai mà chỉ bố trí theo cấu tạo.Ta chọn cốt đai ∅8a200 Bố trí cốt đai dày hơn về 2 phía đầu cọc ∅8a100

4. Tính toán dầm vòi voi

Dầm vòi voi là dầm lắp ghép Phần dưới tiết diện thu nhỏ dần từ bề rộng 0,8m xuống0,5m, dài 1m

Dầm vòi voi chịu tác dụng của lực va tàu Phần trên của dầm vòi voi liên kết với dầmngang, truyền tải trọng vào dầm ngang và chủ yếu chịu lực nén nên không cần thiết phảitính toàn mà chỉ tính toán với phần dầm bên dưới như dầm Conson chịu uốn dưới tácdụng của lực va tàu Ta tính toán với trường hợp lực va theo phương vuông góc với mépbến là F= 18T

Trường hợp chịu lực va :

Lực tác dụng lên dầm trong trường hợp va là : F= 18(T)

Để an toàn xem như lực này đặt tại vị trí cách mép ngàm là 1,5(m)

M= 18.1,5 = 27 (Tm)

Ta thấy trường hợp chịu lực va là nguy hiểm nhất nên tính toán theo trường hợp này

và tính toán cho cấu kiện chịu uốn có tiết diện b x h = 100 x 80 cm

Ta cã :