đồ án cảng biển cọc ống d60

Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 1 - I. Các số liệu đầu vào. 1. Kết cấu bến. Bến cầu tàu đài mềm trên nền cọc ống BTCT đ ờng kính D = 60 ( cm ) 2. Thông số của tàu . Tàu chở dầu có các thông số nh sau: 3. Số liệu về thuỷ văn. Mực n ớc ( m ) V gió (m /s ) V dc ( m /s ) MNCTK MNTTK MNTB V gdt V gnt V dcdt V dcnt +2,7 -0,6 1,1 5 14 1,6 0.1 4. Số liệu về địa chất công trình. Nền đất gồm 4 lớp có các chỉ tiêu cơ lí nh sau : Lớp đất Tên đất Chiều dày m j, độ g, T/m 3 c, T/m 2 1 Bùn sét chảy 9 5 1,56 1,5 2 Sét gầy lẫn cát 10 8 1,75 1,3 3 Cát hạt trung 8 20 1,82 4 Cát hạt thô Rất dày 29 1,95 5. Đặc tr ng vật liệu. Bê tông mác M300 có các đặc tính sau : * C ờng độ chịu kéo : R k = 10 (kG/cm 2 ). * C ờng độ chịu nén : R n = 135 (kG/cm 2 ). Kích th ớc (m) Diện tích cản gió (m2) D (T) P (T) L t L w B t H t T d T k L d L k A qd A qk A nd A nk 5000 3300 103 96 15 6,3 5,4 2,4 37 23 610 1030 200 270 Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 2 - * Mô đun đàn hồi : E = 2,9 .10 6 (kG/cm 2 ). Cốt thép A II có : * R a = R a = 2800 (kG/cm 2 ). * R ađ = 2150 (kG/cm 2 ). II. Xác định kích th ớc cơ bản của kết cấu bến. 1. Cao trình mặt bến. Cao trình mặt bến đ ợc xác định : +). ẹCTMB = ẹMNTB + a a - Độ cao dự trữ . Ta lấy a = 2,0 (m). đ ẹCTMB = 1,1 + 2,0 = 3,1 (m). +). ẹCTMB = ẹMNCTK + a a - Độ cao dự trữ. Ta lấy a = 1,0 (m). đ ẹCTMB = 2,7 + 1,0 = 3,7 (m). đ Chọn ẹCTMB = 3,7 (m) 2. Chiều sâu tr ớc bến. Chiều sâu tr ớc bến là độ sâu n ớc tối thiểu sao cho tàu cập bến không bị v ớng mắc. Trong đó có kể đến mớn n ớc của tàu khi chứa đầy hàng theo quy định và các độ sâu dự phòng khác. Ta có công thức xác định độ sâu tr ớc bến nh sau: H 0 = T + Z 0 + Z 1 + Z 2 + Z 3 + Z 4 (m). Trong đó : T - Mớn n ớc khi tàu chở đầy hàng. Z 0 - Mức n ớc dự trữ cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hoá lên tàu không đều và do hàng hoá bị xê dịch. Z 1 - Độ dự phòng chạy tàu tối thiểu tính với an toàn lái tàu. Z 2 - Độ dự trữ do sóng, theo bài ra tr ớc bến không có sóng. Z 3 - Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn n ớc của tàu khi chạy so với mớn n ớc của tàu neo đậu khi n ớc tĩnh. Z 4 - Độ dự phòng cho sa bồi. Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 3 - * Xác định các độ dự phòng Z 0 , Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 . (Đ ợc lấy trong tiêu chuẩn 22-TCN-207-92[3]) Z 0 = 0,017 . B t = 0,017 . 15 = 0,255 (m). Z 1 = 0,04 . T = 0,04 . 5,4 = 0,216 (m). Z 2 = 0 (m). Z 3 = 0,15 (m). Z 4 = 0,5 (m). Vậy, thay vào công thức trên với các giá trị nh trên ta có độ sâu n ớc tr ớc bến là: H 0 = 5,4 + 0,255 + 0,216 + 0,15 + 0,5 = 6,5 (m). 3. Cao trình đáy bến. Cao trình đáy bến đ ợc xác định nh sau: ẹCTĐB = ẹMNTTK - H 0 ẹCTĐB = -0,6 - 6,5 = - 7,1 (m). 4. Chiều cao tr ớc bến. Chiều cao tr ớc bến đ ợc xác định nh sau: H = ẹCTMB - ẹCTĐB H = 3,7 - (- 7,1 ) = 10,8 (m). 5. Chiều dài tuyến bến. Chiều dài tuyến bến đ ợc xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu L t và khoảng cách dự phòng d theo công thức sau: L b = L t + d Trong đó d đ ợc lấy theo bảng 1-3 [2] lấy d = 15 (m). Suy ra L b = 103 + 15 = 118 (m). 6. Chiều rộng bến. Chiều rộng bến cầu tàu (có kể đến chiều cao t ờng chắn đất) dọc bờ đ ợc xác theo công thức sau [2]: B = m.H Trong đó: H - Chiều cao bến. H = 10,8 (m). m - Độ dốc ổn định của mái đất d ới gầm cầu tàu, chọn m = 2,5 Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 4 - => B = 10,8 . 2,5 = 10,8 . 2,5 = 27 ( m ). Chọn B = 24 (m). 7. Kết cấu bến. a. Hệ kết cấu bến. Bến cầu tàu đài mềm trên nền cọc ống BTCT đ ờng kính D = 60 cm b. Phân đoạn bến. Với chiều dài bến là : L b = 118 (m). Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn, mỗi phân đọan dài 40 (m). Vậy chiều dài bến L b = 120 (m). Giữa các phân đoạn bố trí các khe lún có bề rộng 2 cm. c. Kích th ớc cọc, bản, dầm. * Cọc: Chọn cọc ống bê tông cốt thép M300 # đ ờng kính D= 60 (cm ) ,bề dày t =15 (cm ) đóng thẳng đứng , bố trí mặt bằng cọc đ ợc thể hiện chi tiết trong bản vẽ Chọn b ớc cọc theo ph ơng ngang 4 (m). Chọn b ớc cọc theo ph ơng dọc 4 (m). * Bản: Bản bê tông cốt thép M300 # dày 30 ( cm ) * Dầm: Dầm BTCT M300 # có kích th ớc nh sau : - Dầm dọc : 80 x 120 (cm) ( có kể bản BTCT ) - Dầm ngang : 80 x 120 (cm). ( có kể bản BTCT ) d. T ờng chắn đất. T ờng chắn đất đ ợc chi tiết trong bản vẽ . 8. Mặt bằng tổng thể bến. Trong phạm vi đồ án này ta chỉ chọn ra một phân đoạn để tính toán. Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 5 - I II III HAỉO CONG NGHE BCH NEO HW5 III. Tính toán tải trọng tác dụng lên cầu tàu. 1. Tải trọng do gió. Theo 22 TCN 222 95 (trang 520): * Thành phần lực dọc: 52 49.10 docdocdocdoc WAV x - = * Thành phần lực ngang: 52 73,6.10 ngangngangngangngang WAV x - = Trong đó: V doc = 5 (m/s). V ngang = 14(m/s). A ngang , A doc - Diện tích cản gió theo ph ơng ngang tàu và ph ơng dọc tàu. V nang , V doc - Vận tốc gió theo ph ơng ngang tàu và ph ơng dọc tàu. x ngang ,x doc - Hệ số lấy theo bảng 26 ( 22 TCN 222-1995 ) đ x doc = 1,0; x ngang = 0,65 Tr ờng hợp A doc , m 2 A ngang ,m 2 W doc, KN W ngang , KN Đầy hàng 200 610 2,45 57,198 Không hàng 270 1030 3,31 96,58 Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 6 - 2. Tải trọng do dòng chảy. Theo 22 TCN 222 - 95 (trang 521): Thành phần ngang Q w và thành phần dọc N w của tải trọng do dòng chảy tác động lên tàu đ ợc xác định theo công thức: 2 0,59 ngangngang QAV w = và 2 0,59 docdoc NAV w = Trong đó : A ngang , A doc - Diện tích chắn n ớc theo h ớng ngang và dọc tàu (m 2 ). V ngang , V doc - Vận tốc dòng chảy theo h ớng ngang và dọc tàu (m/s). Ta có : V ngang = 0,1 (m/s); V doc = 1,6 (m/s). A ngang = T.L w L w - Chiều dài hai đ ờng vuông góc. T - Mớn n ớc của tàu. A doc = T.B t B t - Bề rộng tàu. Tr ờng hợp A ngang, m 2 A doc, m 2 Q w , KN N w , KN Đầy hàng 518,4 81 3,059 122,34 Không hàng 230,4 36 1,37 54,37 3. Tải trọng tựa tàu. Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình d ới tác dụng của gió , dòng chảy đ ợc xác định theo công thức sau : 1,1.1,1. ngang tot d d WQ Q q L L w + == L d - Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu với công trình L d = 37 ( m ), L k = 23 (m) Tr ờng hợp Q tot , KN q, KN/ m Đầy hàng 60,257 1,79 Không hàng 97,94 4,68 Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 7 - 4. Tải trọng va tàu. Động năng của tàu đ ợc xác định theo công thức sau : 2 . . 2 VD E q y = Trong đó : D - L ợng rẽ n ớc của tàu D = 5000 (T ) V - Thành phần vuông góc với mép bến của tốc độ tàu cập lấy theo bảng 29 [1 - Tr.523]; V = 0,15 (m/s) y - Hệ số lấy theo bảng 30 (22TCN222-95, Tr.523 ) với bến liền bờ trên nền cọc có mái dốc d ới gầm bến . Khi tàu đầy hàng y = 0,55 , khi tàu không hàng y lấy giảm đi 15 % ,y = 0.4675 Tr ờng hợp D, Tấn V , m/s y E q ,kJ Đầy hàng 5000 0,15 0,55 30,94 Không hàng 5000 0,15 0,4675 26,3 Ta thấy E q khi tàu đầy hàng > E q khi tàu ch a hàng .Vậy ta dùng giá trị E q khi tàu đầy hàng để tính toán Ta lại có : Động năng tàu cập bến bằng tổng động năng biến dạng toàn bộ hệ thống tàu - đệm tàu - công trình bến , bỏ qua năng l ợng biến dạng tàu ta có : E q = E d + E b ( kJ ) Z = d + b ( m ) E d - Năng l ợng biến dạng của thiết bị đệm , kJ E b - Năng l ợng biến dạng của công trình bến , kJ Z - Biến dạng tổng thể của toàn bộ hệ thống , m d - Biến dạng của thiết bị đệm , m b - Biến dạng của công trình bến , m Trong đó xác định đ ợc : E b = q 2 1 .E. 2 l k ( kJ ) ; b = q F K ( m ) Trong đó : F q - Thành phần vuông góc với mép bến của lực va tàu , kN Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 8 - K - Hệ số cứng của công trình bến theo h ớng nằm ngang vuông góc với mép bến , kN/ m Theo bảng 2.5 / CTBC ta có : K = 3 12 EIn l EI - Độ cứng của cọc bến E- Modul đàn hồi của vật liệu cọc , E =2,9.10 6 ( T /m 2 ) I - Moomen quán tính của tiết diện cọc I = 44 (1) 64 d p a - (m 4 ) Vậy I = 44 0,15 .0,6.(1()) 640,6 p - = 0,0063 ( m 4 ) n - Số l ợng cọc , n = 60 ( cọc ) l - Chiều dài tính toán của cọc, l= H +hd l =10,05 +6 .0,6 = 13,65 ( m ) Từ đó ta có : K = 6 3 12.2,9.10.0,0063.60 13,65 = 5172 ( kN/ m ) Thay các giá trị ta tính đ ợc : E b = q 2 1 .E. 2 l k = 2 113,65 .30,9. 25172 = 7,88.10 -6 ( kJ ) Ta nhận thấy năng l ợng biến dạng của công trình bến là rất nhỏ nên E q = E d = 30,9 ( kJ ) Theo hình 3- 22 TCN 222-1995 trang 563 ta chọn loại đệm D 800 có : * Dung năng biến dạng E q = 30,9 ( kJ ) * Phản lực vuông góc bến F q = 180 ( kN ) * Thiết bị đệm tàu bằng cao su m = 0,5 đ Thành phần lực song song với mép bến F n = m.F q = 0,5.180 = 90 (kN ). 5. Tải trọng neo tàu. Tải trọng tác dụng lên công trình do lực kéo của dây neo. Xác định theo mục 5.11 [1]. Lực neo S (KN) tác dụng lên một bích neo đ ợc xác định theo công thức sau : .sin.cos tot Q S n ab = Trong đó : n - Số l ợng bích neo chịu lực, chọn n = 4 (với L t = 103 < 150 (m ) ). a , b - Góc nghiêng của dây neo đ ợc lấy theo bảng 32[1, Tr.526] Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 9 - Q t = W ngang + Q w - Tải trọng ngang do gió, dòng chảy tác động lên tàu. a b Sơ đồ tính toán lực neo. Ta xét bích neo đặt tại vị trí mép bến. Lực tác dụng lên công trình theo 2 ph ơng: Ph ơng vuông góc và ph ơng song với mép bến, đ ợc xác định theo công thức sau: tot q Q S n = b a cos.cos.SS n = b sin.SS v = Tr ờng hợp a b n Q tot , kN S, kN S n , kN S q , kN S v , kN Đầy hàng 30 20 60,26 32,06 26,09 15,1 10,97 Không hàng 30 40 4 97,94 63,93 42,4 24,5 41,1 Từ bảng tải trọng trên ta xác định đ ợc các đặc điểm cấu tạo của bích neo theo bảng 11 - 3 ( CTBC ). Chọn loại bích neo HW5 có các kích th ớc và sơ đồ liên kết đ ợc thể hiện trong bản vẽ. 6. Tải trọng thiết bị và hàng hoá bốc xếp trên cảng. Với nhiệm vụ thiết kế của đồ án ta đã chọn cấp tải trọng khai thác trên bến là cấp II, với các số liệu tải trọng d ới bảng sau đây : Tải trọng do thiết bị và ph ơng tiện vận tải Trọng tải do hàng hoá (KN/m 2 ) Cấp tải trọng khai thác trên bến Ô tô q 1 q 2 q 3 III H-100 15 20 20 Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 10 - Theo chiều rộng bến , tải trọng đ ợc phân thành các vùng nh hình vẽ sau : 0,5 q1 q1 q2 q3 275 1000 1125 Sơ đồ tải trọng phân bố trên bến. Tính toán với một dải bến có bề rộng 4 m ta có : q 1 = 15 . 4 = 60 KN/m = 6 (T/m) q 2 = 20 . 4 = 80 KN/m = 8 (T/m) q 3 = 20 . 4 = 80 KN/m = 8 (T/m) 7. Tải trọng bản thân. Bao gồm trọng l ợng của bản, dầm ngang, dầm dọc. Để tính toán nội lực của bến ta cắt một dải bản song song với dầm ngang có chiều rộng bằng khoảng cách giữa hai hàng cọc. * Tải trọng bản thân của bản: Tải trọng bản thân của bản đ ợc xác định: q bản = b . h . g bt Trong đó: b - Khoảng cắt để tính toán ,b = 4 ( m). h - Chiều cao bản. g bt - Khối l ợng riêng của bê tông. Vậy ta có: q bản = 4 .0,3 .2,5 = 3 (T/m). * Tải trọng bản thân do dầm ngang: Tải trọng bản thân của dầm ngang đ ợc xác định nh sau: q dầm ngang = a . t . g bt Trong đó: a - Bề rộng dầm ngang. t - Khoảng cách từ mép d ới dầm ngang đến mép d ới bản, hay bằng chiều cao [...]... nhánh * Bố trí cốt thép : Cốt thép dầm ngang được bố trí như sau: SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 27 - đồ án cảng biển 2 Dầm dọc Bảng tính toán cốt thép M(T) Mtt ( T ) Fa ( cm2 ) 25,6 33,1 10,8 Số thanh m(%) 7 f22 Fa = 26,6 ( cm2 ) at ( mm ) 0,29 0,07 Bố trí cốt thép dầm dọc SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 28 - đồ án cảng biển 3.Tính toán bản sàn Với l2 = 1 nên tính toán... lớn nhất khi cẩu Ta có: SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 33 - đồ án cảng biển a = 0,209.l =0,29.15 = 4,35 m Sơ đồ tính toán của cọc có thể xem là dầm đơn giản có gối tựa tại điểm móc cẩu và điểm tiếp xúc với đất : q mi mi Hình17 : Sơ đồ tính toán cọc cẩu một điểm Tải trọng tác dụng lên cọc là tải trọng bản thân cọc : q = n g F = 1,5 2,5 p ( 0, 62 - 0,152 ) = 1 (T/m) 4 ( n -hệ số động... tàu : 1,2 SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 11 - Đồ áN Cảng Biển IV Tính toán nội lực kết cấu 1 Xác định toạ độ tâm đàn hồi * Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc và chiều dài tự do của cọc: Chiều dài tính toán của cọc được xác định theo phương pháp kinh nghiệm như sau: ltt = l0 + h.d Trong đó: l0 - chiều dài tự do của cọc ( là khoảng cách từ trục trung hoà của dầm tới mặt đất ) được... phân lớp rồi tính toán sức chịu tải của cọc, chọn cọc có nội lực lớn nhất để kiểm tra SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 32 - đồ án cảng biển Kết quả tính toán thể hiện trong bảng sau : Lớp đất Loại đất hi ( m ) ti (T/m2) u.tii.hi (T) 1 Bùn sét chảy 7,5 0,5 7,05 2 Sét gầy lẫn cát 10 5 94 3 Cát hạt trung 2,2 6 24,8 Cọc hạ vào lớp cát hạt trung 2,2 m nên ứng suất đầu cọc = 25 ( T/ m2 ) ... độ đặt bến và khoảng cách giữa mỗi hàng cọc h - Hệ số kinh nghiệm được lấy trong khoảng từ (5 á 7), ta chọn h = 6 d - Đường kính cọc, d = 0,6 ( m ) Ta có bảng số liệu tính toán chiều dài cọc dưới bảng sau: Hàng cọc l0, m ltt, m A 9,16 12,76 B 7,65 11,25 C 6,14 9,74 D 4,64 8,24 E 3,13 6,73 F 1,9 5,50 SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 12 - Đồ áN Cảng Biển 400 974 400 275 F 1276 673 400 1125... : 87653 LớP 53CB1 - 34 - đồ án cảng biển Tương tự trường hợp trên ta có : b = 0,207.l = 0,207 15 = 3,1 (m) q m2 m2 m Sơ đồ tính toán cọc cẩu hai điểm q = 1 (T/m) đ M2 = q.b 2 1.3,12 = = 4,8 ( Tm ) 2 2 Lực cắt lớn nhất Q2 = q.a = 1.3,1 = 3,1 (T) Ta thấy M1 > M2 đ nội lực trong cọc trong trường hợp cẩu một điểm là nguy hiểm nhất Ta lấy nội lực trong trường hợp này để tính toán thiết kế cho trường hợp... SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 31 - đồ án cảng biển sbd = 200 ( Kg/cm2 ); m = 0,37%; d = 16 (mm ); Ea = 2.1 106 ( Kg/cm2 ) đ at = 1.1,3.1 557 - 200 7.(4 - 0,37) 16 = 0,022 ( mm ) < [at ] = 0,08 ( mm ) 2,1.106 Vậy thỏa mãn điều kiện về nứt của bê tông 3 Tính toán và kiểm tra cọc 5.3.1 Sức chịu tải của cọc theo đất nền: Sức chịu tải của cọc theo đất nền được xác định: i Rg = F.s + u ồ... trọng bản thân ( dầm ngang ) SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 19 - đồ án cảng biển 1125 1000 8 T/m 275 6 T/m 3 T/m F E D C B A Tải trọng hàng hóa ( dầm ngang ) 125 400 400 400 400 400 275 Pneo 0,06 T F E D C B A Tải trọng neo tàu ( dầm ngang ) SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 20 - đồ án cảng biển 125 400 1,36 400 0,74 400 0,4 400 0,24 400 0,16 275 0,11 F E D C B A Tải trọng... Đồ áN Cảng Biển Toạ độ tâm đàn hồi C được tính theo công thức sau : xC = ồ H x ồH iy i yC = iy ồ H y ồH iy i ix Trong đó : ồH ; ồ H iy là tổng phản lực do chuyển vị ngang đơn vị của các cọc theo phương x và phương y ix xi, yi - Toạ độ đầu cọc thứ i đối với gốc toạ độ ban đầu ồH , ồ iy i - Mô men tổng cộng của các phản lực ứng với trục x và trục y Với giả thiết cọc đều ngàm chặt trong đất và ở đầu cọc. .. 53CB1 - 29 - đồ án cảng biển 2, 75 42 (3.4 - 4) = (2 M 1 + 1, 4 M 1 + 1, 4M 1 ).4 + (2 M 1 + 1, 4.M 1 + 1, 4 M 1 ).4 12 29,3 = 38,4 M1 Từ đó ta có : M1 = M2 = 0,8 Tm MI = MI = MII =MII = 1,12 Tm Mtt = kn nc n mđ M = 1,15.1.1,25.0,9.1,12 = 1,5 ( Tm ) Ta có biểu đồ nội lực dùng để tính toán thép bản như sau : 1,5 Tm 1,5 Tm 1,04Tm 400 * (cm) Tính toán cốt thép cho bản: Bản được tính toán như tiết diện . vi đồ án này ta chỉ chọn ra một phân đoạn để tính toán. Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 5 - I II III HAỉO CONG NGHE BCH NEO HW5 III. Tính toán tải. Đồ áN Cảng Biển SVTH :NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653 LớP 53CB1 - 12 - IV. Tính toán nội lực kết cấu. 1. Xác định toạ độ tâm đàn hồi. * Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc và. nhất là khung 1. Lấy tải trọng phân bố trên các đầu cọc tại khung ngang 1 để tính toán nội lực nh một bài toán phẳng: đồ án cảng biển SVTH : NGUYễN XUÂN LƯU MSSV : 87653