Đồ án tốt nghiệp cảng biển

§å ¸n c¶ng biÓn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢNG BIỂN 1- 1 - cần cẩu cổng q 1 q 2 q 3 2000 2000 2000 2000 6000 B C D Đồ án cảng biển THUYếT MINH TíNH TOáN I. Số liệu tính toán 1. Kết cấu công trình bến Bến cầu tầu đài mềm hệ dầm bản cọc bê tông cốt thép 1.1. Loại tầu thiết kế Tầu chở dầu 1.2. Số liệu về tầu D (T) P (T) Kích thớc (m) Diện tích cản gió (m2) ĐSTB L t L w B t H t T d T k L d L k A qd A qk A nd A nk 500 0 330 0 103 96 1 5 6,3 5, 4 2,4 37 23 610 103 0 200 270 6,1 Bảng1: Các thông số của tàu. Các thông số nh sau : 2. Hàng hoá và phơng tiện bốc xếp trên bến. Trong phạm vi đồ án ta dùng các sơ đồ công nghệ đã đợc tiêu chuẩn hoá là cấp III , s liệu và sơ đồ tải trọng nh sau : Cấp tải trọng khai thác trên bến Tải trọng do thiết bị và phơng tiện vận tải Trọng tải do hàng hoá (KN/m 2 ) Cần cẩu cổng đoàn tàu KN/m Ô tô q 1 q 2 q 3 III K-250 140 H-100 15 20 20 Theo chiều rộng bến , tải trọng đợc phân thành các vùng nh hình vẽ sau : 2- 2 - Đồ án cảng biển 3. Số liệu về địa chất công trình. Nền đất gồm 3 lớp có các chỉ tiêu cơ lí nh sau : 4. Số liệu về thuỷ văn. Số liệu mực nớc Số liệu về gió Số liệu về dòng chảy Số liệu về sóng MNCT K MNTT K MNT B V gdt V gnt V dcdt V dcnt H sdt dt H snt nt 4,5 2,0 3,25 15 5 0,8 0,5 0,8 53 0,4 33 Bảng2: Các số liệu về thuỷ văn. 5. Đặc trng vật liệu. Bê tông mác M300 có các đặc tính sau : Cờng độ chịu kéo : R k = 10 (kG/cm 2 ). Cờng độ chịu nén : R n = 135 (kG/cm 2 ). Mô đun đàn hồi : E = 2.9 x 10 6 (kG/cm 2 ). Cốt thép A I có : R a = R an = 2100 (kG/cm 2 ). R ađ = 1700 (kG/cm 2 ). Cốt thép A II có : R a = R an = 2700 (kG/cm 2 ). R ađ = 2150 (kG/cm 2 ). II. Xác định kích thớc cơ bản - giả định kết cấu bến. 1. Các cao trình bến 1.1 Cao trình mặt bến Cao trình mặt bến lấy bằng công thức sau: +). CTMB = MNCTK + a a - Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hoá và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn Kiểm tra. Ta lấy a = 1.0(m). CTMB = 4.5 + 1.0 = 5.5 (m). 1.2 Chiều sâu trớc bến. Chiều sâu trớc bến là độ sâu nớc tối thiểu sao cho tàu cập bến không bị vớng mắc. Trong đó có kể đến mớn nớc của tàu khi chứa đầy hàng theo quy định và các độ sâu dự phòng khác. Ta có công thức xác định độ sâu trớc bến nh sau: 3- 3 - Lớp đất Loại đất Chiều dày h( m) , độ , T/m 3 c, T/m 2 1 sét mềm 3 19 1.8 3.6 2 sét dẻo 5 22 1.9 2.8 3 á cát rất dày 24 2.0 0.1 Đồ án cảng biển H 0 = H ct + Z 4 (m). Trong đó : H ct - Là chiều sâu chạy tàu , H ct = T + Z 0 + Z 1 + Z 2 + Z 3 T - Mớn nớc khi tàu chở đầy hàng. Z 0 - Mức dự phòng 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 phòng do sóng, theo bài ra trớc bến không có sóng. Z 3 - Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nớc của tàu khi chạy so với mớn nớc của tàu neo đậu khi nớc tĩnh. Z 4 - Độ dự phòng cho sa bồi. * Xác định các độ dự phòng Z 0 , Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 . (Đợc lấy trong tiêu chuẩn 22-TCN-207-92 ) Z 0 = 0.017 x B t = 0.017 x 15 = 0.26 (m). Z 1 = 0.06 x T = 0.06 x 5.4 = 0.33 (m). Z 2 = 0.10 (m). Z 3 = 0.15 (m). Z 4 = 0.5 (m). Ta có chiều sâu chạy tàu là H ct = 5.4 + 0.26 + 0.33 + 0.10 + 0.15 = 6.24 (m). Vậy ta có độ sâu nớc trớc bến là: H 0 = H ct + Z 4 =6.24 + 0.5 = 6.74 (m). 1.3 Cao trình đáy bến. Cao trình đáy bến đợc xác định nh sau: CTĐB = MNTTK - H 0 CTĐB = 2.0 - 6.74 = - 4.74 (m). 1.4 Chiều cao trớc bến. Chiều cao trớc bến đợc xác định nh sau: H = CTMB - CTĐB H = 5.5 - (- 4.74) = 10.24 (m). Chọn H = 10.3 (m) 2 . Chiều dài tuyến bến. Chiều dài tuyến bến đợc 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 đợc lấy theo bảng 1-3 / trang 18 CTBC , lấy d = 15 (m). Suy ra L b = 103 + 15 = 118 (m). Chọn L b =120 (m) 3. Chiều rộng bến. Chiều rộng bến cầu tàu đợc xác theo công thức sau (có kể đến chiều cao tờng chắn đất giả định cao 2.5 m ) +, B = m.(H-2.5) Trong đó: H - Chiều cao trớc bến. H = 10.3 (m). 4- 4 - Đồ án cảng biển m - Độ dốc ổn định của mái đất dới gầm cầu tàu, m = cotg - Góc nghiêng của mái đất ổn định so với mặt nằm ngang = 19 0 m = cotg(19 0 ) = 2.9 => B = m x( H-2.5) = 2.9 x (10.3-2.5) = 22.62 (m) . Vậy ta chọn B = 25 (m). 4. Giả định kết cấu bến. 4.1 Hệ kết cấu bến. Cầu tầu đài mềm hệ dầm bản cọc bê tông cốt thép 4.2 Phân đoạn bến. Với chiều dài bến là : L b = 120 (m). Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn, mỗi phân đọan dài 40 (m). Các khe lún có bề rộng 3 cm. 4.3 Giả định kích thớc cọc, bản, dầm. * Cọc: Chọn cọc bê tông cốt thép tiết diện 40cm x 40cm, bố trí cọc xiên xen kẽ cọc đứng, đóng xuống lớp 3. Chọn bớc cọc theo phơng ngang 3,5 (m). Chọn bớc cọc theo phơng dọc 3,5 (m). * Bản: Bản nằm trên dầm ngang và dầm dọc dày 30 (cm). * Dầm: Chọn hệ dầm dọc dầm ngang đan nhau, với các tiết diện nh sau: Dầm dọc : 120 x 80 (cm). Dầm ngang : 120 x 60 (cm). Dầm vòi voi: Phần trên kích thớc 700x3000 , dài 300 Phần dới di 1m, tiết diện thu nhỏ dần từ 800 xuống 500 4.4 Giả định tờng chắn đất. Với các số liệu ban đầu nh trên ta giả định tờng chắn đất nh sau: 5- 5 - Đồ án cảng biển 2500 2500 Hình1: Tờng chắn đất. 4.5. Mặt bằng tổng thể bến Đ ờng ray 2500015000 103000 Bích neo Hào công nghệ I II III 40000 120000 40000 40000 III. Xác định các loại tải tổ hợp tải tác dụng lên cầu tầu 1. Tải trọng gió Theo 22TCN222-95 (trang 520) Thành phần lực dọc: 5 2 49.0 10 n n n n W x xA xV x = Thành phần lực ngang: 5 2 73.6 10 q q q q W x xA xV x = Trong đó: V n = 15 (m/s). V q = 5 (m/s). A q , A n - Diện tích cản gió theo hớng ngang tu và dọc tàu V q , V n - Vận tốc gió theo hớng ngang tàu và hớng dọc tàu. q , n - Hệ số lấy theo bảng 26 (theo 22TCN222-95/ trang 521) n =0.97 ; q = 0.6 Kết quả thê hiện ở bảng sau : Trờng hợp A n A q W n (T) W q (T) Đầy hàng 200 610 2.14 0.67 2 5 0 0 6- 6 - Đồ án cảng biển Không hàng 270 1030 2.89 1.14 2. Tải trọng sóng. Trị số lớn nhất của thành phần nằm ngang Q và của thành phần lực dọc N của lực nằm ngang do sóng tác động lên ụ nổi hoặc bến phao có tàu đang neo cập ở bến phái xác định theo công thức sau: l AhgQ 1 = t AhgN = Trong đó: A l , A t - Diện tích chắn nớc theo hớng ngang và dọc tàu (m 2 ) A l = T.L w ; A t = T.B t ( B t - Bề rộng tàu ) - hệ số phụ thuộc T/, lấy Theo 22TCN222 - 95, Hình 32 / Tr.521. 1 - hệ số phụ thuộc a / lấy Theo 22TCN222 - 95, Bảng 27/ Tr. 522 Ngang tàu : 42.0 1 = Trờng hợp ngang doc Q, (T) N, (T) Đầy hàng 0.61 0.74 53.42 48.22 Không hàng 0.84 0.80 32.69 23.17 3. Tải trọng dòng chảy . Theo 22 TCN 222 - 95 (trang 521): Thành phần ngang Q và thành phần dọc N của tải trọng do dòng chảy tác động lên tàu đợc xác định theo công thức: 2 59.0 tl VAQ = và 2 59.0 lt VAN = Trong đó : A l , A t - Diện tích chắn nớc theo hớng ngang và dọc tàu (m 2 ). V l , V t - Vận tốc dòng chảy theo hớng dọc và ngang tàu (m/s). Ta có : V l = 0.8 (m/s); V t = 0.5 (m/s). A l = T.L w L w - Chiều dài hai đờng vuông góc. T - Mớn nớc của tàu. A t = T.B t B t - Bề rộng tàu. Ta có bảng sau : Trờng hợp A l (m 2 ) A t (m 2 ) Q , ( T) N , ( T) Đầy hàng 518.4 81 7.65 3.06 Không hàng 230.4 36 3.40 1.36 7- 7 - Đồ án cảng biển 4. Tải trọng tựa tàu. Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dới tác dụng gió đợc xác định theo công thức sau : 1,1. 1,1. q t d d W Q Q Q q L L + + = = L d - Chiều dài on tip xúc gia tu vi công trình , đợc xác định nh sau : Nếu L b l thì L d =l Nếu L b < l thì L d = L b Với l = a. L t,max , a là hệ số tra bảng 3 22TCN222-95/tr548 Ta tính đợc L d cho trờng hợp tàu đầy hàng và không hàng nh sau: L d(đầy) = 36 (m) L d(không) = 21.6 (m) Trờng hợp L d (m) Q t (T) q (T/m) Đầy hàng 36 61.74 1.84 Không hàng 21.6 37.23 1.78 5. Tải trọng va tàu tải trọng va tàu đợc xác định thông qua động năng cập tàu Động năng của tàu đợc xác định theo công thức sau : 2 . . 2 q DV E = Trong đó : D - Lợng rẽ nớc của tàu , D = 5000 (T ) V - Thành phần vuông góc với mép bến của tốc độ tàu cập lấy theo bảng 29 (22TCN222-95/Tr.523) , V = 0.15 (m/s) - Hệ số lấy theo bảng 30 (22TCN222-95/ Tr.523) với bến liền bờ trên nền cọc có mái dốc dới gầm bến = 0.55 Suy ra 2 5000.(0.15) 0.55. 30.94( ) 2 q E KJ= = 8- 8 - Đồ án cảng biển Theo sơ đồ Hình 33 (22TCN222-95/Tr.524) ,thành phần lực tác dụng theo ph- ơng vuông góc với mép bến do lực va của tàu gây lên là : Fq = 12 (T). Từ Fq = 12 (T) ta chọn thiết bị đệm tàu nh sau : Loại đệm : SA800H Chiều dài đệm : 2.0 (m). Chiều cao đệm : 0.8 (m). Số lợng đệm tàu trên một phân đoạn là 13 chiếc. Thiết bị đệm tàu bằng cao su à = 0.5 Thành phần lực song song với mép bến F n = à.F q = 0,5.12 = 6 (T). 6. Tải trọng neo tàu. Tải trọng tác dụng lên công trình do lực kéo của dây neo. Xác định theo mục 5.11 [22TCN222-95]. Lực neo S (KN) tác dụng lên một bích neo đợc xác định theo công thức sau : cos.sin.n Q S t = Trong đó : n - Số lợng bích neo chịu lực, phụ thuộc chiều dài tàu, tra bảng 31(22TCN222-95/tr.525) . Chọn n = 3 (với L t = 103 < 150 (m)). , - Góc nghiêng của dây neo, phụ thuộc vào loại tàu và trạng thái tàu (hình vẽ sau) , đợc lấy theo bảng 32(22TCN222-95/Tr.526) Q t = W q + Q - Tải trọng ngang do gió, dòng chảy tác động lên tàu. Hình3: Sơ đồ tính toán lực neo. 9- 9 - Đồ án cảng biển Ta xét bích neo đặt tại vị trí mép bến. Lực tác dụng lên công trình theo 2 phơng: Phơng vuông góc và phơng song với mép bến, đợc xác định theo công thức sau: n Q S t q = cos.cos.SS n = sin.SS v = Trờng hợp n Q t ,( T) S, (T) S n , (T) S q , (T) S v ,(T) Đầy hàng 30 20 3 8.32 5.90 4.80 2.77 2.02 Không hàng 30 40 4.54 3.95 2.62 1.51 2.54 Từ bảng tải trọng trên ta xác định đợc các đặc điểm cấu tạo của bích neo theo bảng 11-3(CTBC/tr.354) . Chọn loại bích neo HW5 có các kích thớc và sơ đồ liên kết đợc thể hiện trong bản vẽ. 7. 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 dới bảng sau đây : Cấp tải trọng khai thác trên bến Tải trọng do thiết bị và phơng tiện vận tải Trọng tải do hàng hoá (KN/m 2 ) Cần cẩu cổng đoàn tàu KN/m Ô tô q 1 q 2 q 3 II K-250 140 H-100 15 20 20 Theo chiều rộng bến , tải trọng đợc phân thành các vùng nh hình vẽ sau : C? N C? U C? NG q1 q2 q3 2000 2000 2000 2000 6000 B C D Hình4: Sơ đồ tải trọng phân bố trên bến. Tính toán với một dải bến có bề rộng 4.0 (m) ta có : q 1 = 15 x 3.5 = 52.5 (KN/m) = 5.25(T/m) q 2 = 20 x 3.5 = 70 (KN/m) = 7 (T/m) q 3 = 20 x 3.5 = 70 (KN/m) = 7 (T/m) * Tải do cần cẩu: Tải trọng do cần cẩu tác dụng lên cầu tàu có dạng tập trung, vị trí dặt tại chân của cần cẩu. áp lực đợc chia đều lên 4 chân cần cẩu , mỗi chân là : 62.5 (T). 8. Tải trọng bản thân. Bao gồm trọng lợng 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. Cn cu cng 10- 10 - [...]... Hy.x(KNm) - 15 -15 Đồ án cảng biển Từ bảng ta có : H H H ix = ix yi iy H iy = 37119.36 xi = 272824.38 = 649588.85 Do đó toạ độ tâm đàn hồi là : xC = 17.5 (m) yC =7.35 (m) - 16 -16 Đồ án cảng biển 17 9.2 Xác định lực xô ngang lên đầu cọc Xét một số trờng hợp cầu tàu chịu tác dụng của các tải trọng tác dụng theo phơng ngang và chọn ra trờng hợp nguy hiểm nhất để tính toán * Các trờng hợp tính toán: Cầu tàu... 7.35) 4.8 4.8 2.77 Ta sẽ tính toán cho trờng hợp thứ 2 Cầu tàu chịu lực va tàu: Xét hai trờng hợp va tàu sau: 2.77 - 18 SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển 19 Y X (17.5 ; 7.35) C 6 12 Y X C (17.5 ; 7.35) 6 12 Cầu tàu chịu lực tựa tàu: Tàu tựa vào bến cầu tầu coi nh gây ra một tải phân bố q - 19 SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển 20 Y C (17.5 ; 7.35) Sau... ngang cầu tầu 9.1 Xác định toạ độ tâm đàn hồi * Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc và chiều dài tự do của cọc: - 11 -11 Đồ án cảng biển C D1 3500 2000 12208 2 8 3500 10413 11165 m= 3500 9163 B 6664 5414 A 3500 8283 3500 7575 3500 4700 2000 D2 E F G1 G Hình5: Sơ đồ tính toán chiều dài cọc Ta có chiều dài tính toán của cọc đợc xác định theo phơng pháp kinh nghiệm nh sau: ltt = l0 + .d Trong đó:... LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển 29 q M2 M2 M2 Hình19 : Sơ đồ tính toán cọc cẩu hai điểm q = 0,6 (T/m) M2 = 0,0214.q.l2 = 0,0214.0,6.162 = 3.28 (Tm) Ta thấy M1 > M2 nội lực trong cọc trong trờng hợp cẩu một điểm là nguy hiểm nhất Ta lấy nội lực trong trờng hợp này để tính toán thiết kế cho trờng hợp thi công Giá trị nội lực dùng để tính toán là : M = M1 = 6.63 (Tm) Q = Q1 = 2.82... (Kg)=40.23(T) k n nc Q < kmb Rk bh0 không cần phải tính toán cốt đai, đặt cốt đai theo Thấy cấu tạo, chọn đai 8 a200, 2 nhánh * Bố trí cốt thép: Cốt thép dầm ngang đợc bố trí nh sau: - 33 SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển 34 1 8a200 760 3 2 70 214 1200 300 70 630 630 1 600 Hình 13: Sơ đồ bố trí thép dầm 2 Dầm dọc Dầm dọc khi tính toán coi là dầm liên tục đặt trên các gối tựa là các... trong đồ án này ta chọn = 6 d - Đờng kính cọc, d = 0.4 m Ta có bảng số liệu tính toán chiều dài cọc dới bảng sau: Hàng cọc 4.70 7.70 B 5.41 8.41 C 6.66 9.66 D1 7.58 10.58 D2 Xác đàn hồi: Gọi là C( xC, yC) đợc tính : ltt, m A * l0, m 8.28 11.28 E 9.16 12.16 F 10.41 13.41 định toạ độ tâm G1 11.16 14.16 G2 12.21 15.21 toạ độ tâm đàn hồi Toạ độ tâm đàn hồi theo công thức sau - 12 -12 Đồ án cảng biển xC... = 0,75 T/m Tải trọng tác dụng lên bản : q = qh + qb =2 + 0,75 = 2,75 T/m Ta tính toán bản cho trờng hợp cốt thép của bản đặt đều * Sơ đồ tính mô men: Do ta chọn phơng án tính toán cho cốt thép đặt đều nên: - 29 SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển q 30 l12 (3l 2 l1 ) = ' ( 2M 2 + M II + M II )l1 + (2M 1 + M I + M I' )l 2 12 l2 =1 l1 Với , ta có : ' M I' M II M2 MI M II = =1,4... dạng cung tròn đợc sử dụng phổ biến - sử dụng phần mềm slope/w để tính toán ra hệ số ổn định 3.2 Kết quả - 30 SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển 31 Nhận thấy: Kôđ = 4.599 > [Kôđ] = 1,15 Kết luận: Công trình thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thể V Tính toán cấu kiện cầu tầu 1 Dầm ngang Dầm ngang khi tính toán coi là dầm liên tục đặt trên các gối tựa là các cọc Xét một nhịp dầm... cọc tại khung ngang 1 để tính toán nội lực nh một bài toán phẳng Khung Ngang 1 Neo G1+G2 F E D1+D2 C B A SUM -0.09 0.00 0.00 -0.12 -0.01 -0.01 -0.01 -0.24 Va 1 Hy (KN) 0.53 0.01 0.02 0.71 0.03 0.05 0.07 1.43 Va 2 0.66 0.02 0.02 0.88 0.04 0.07 0.09 1.77 - 24 - SVTH : LÊ VĂN TIếN MSSV: 7305.52 LP : 52CB1 Đồ án cảng biển 25 10 Tổ hợp tải trọng Các tổ hợp cơ bản để tính toán nội lực cấu kiện nh sau : *... toán, ở đây chọn bản chịu tải trọng hàng hóa qh = 2(T/m2) * Sơ đồ tính bản : l2 Ta có : l1 = 1 Tính toán bản theo sơ đồ bản ngàm 4 cạnh * Tải trọng tác dụng lên bản: Ta cắt một dải bản có bề rộng 1(m) ra tính toán Tải trọng hàng hoá tác dụng lên dải bản là: q = 2 T/m Tải trọng bản thân của dải bản : qb =0,3 x 2,5 = 0,75 T/m Tải trọng tác dụng lên bản : q = qh + qb =2 + 0,75 = 2,75 T/m Ta tính toán . §å ¸n c¶ng biÓn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢNG BIỂN 1- 1 - cần cẩu cổng q 1 q 2 q 3 2000 2000 2000 2000 6000 B C D Đồ án cảng biển THUYếT MINH TíNH TOáN I. Số liệu tính toán 1. Kết cấu công trình. ; 7.35) Đồ án cảng biển Sau khi quy về lực tập trung ta thấy lực này đi qua tâm đàn hồi C. Cầu tàu trong đồ án này là cầu tàu liền bờ nên sẽ không xảy ra trờng hợp cầu tàu chịu đồng thời. 6.21 (T). 9. Bài toán phân bố lực ngang cầu tầu 9.1. Xác định toạ độ tâm đàn hồi. * Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc và chiều dài tự do của cọc: 11- 11 - Đồ án cảng biển B C D1 D2 E F G1 G A 4700 5414 6664 7575 8283 9163 10413 3500