ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN 3 ( ĐẠI HỌC THỦY LỢI )

CHƯƠNG I TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BẾN VÀ GIẢ ĐỊNH KẾT CẤU I. Số liệu tính toán 1. Kết cấu công trình bến Bến cầu tầu đài mềm hệ dầm bản cọc ống bê tông cốt thép . 1.1. Loại tầu thiết kế: Tàu chở hàng khô 1.2. Số liệu về tầu D (T) P (T) KÝch th­íc (m) DiÖn tÝch c¶n giã (m2) §STB Lt Lw Bt Ht Td Tk Ld Lk Aqd Aqk And Ank 50000 40000 212 196 27,5 16 12 5 86 65 3230 4120 720 910 13,3 B¶ng1: Các thông số của tàu Các thông số như sau : Bảng 1 2. Hàng hóa và phương tiện bốc xếp trên bến. Trong phạm vi đồ án ta dung các sơ đồ công nghệ đã được tiêu chuẩn hóa là cấp II , số liệu và sơ đồ tải trọng như sau : Bảng 2 CÊp t¶i träng khai th¸c trªn bÕn T¶i träng do thiÕt bÞ vµ ph­¬ng tiÖn vËn t¶i Träng t¶i do hµng ho¸ (KNm2) CÇn cÈu cæng ®oµn tµu KNm ¤ t« q1 q2 q3 II K250 140 H300 30 40 60 Theo chiều rộng bến , tải trọng được phân vùng như hình vẽ sau : 3. Số liệu về địa chất công trình. Nền đất gồm 4 lớp có các chỉ tiêu cơ lí như sau : Bảng 3 Líp ®Êt Lo¹i ®Êt ChiÒu dµy h( m) , ®é , Tm3 c, Tm2 1 Sét dẻo chảy 12 3 1.7 1,2 2 Sét cát dẻo mềm 5 12 1,9 2,5 3 Cát pha dẻo cứng Rất dày 25 1,8 0.5 4. Số liệu về thủy văn. Bảng 4 Số liệu mực nước Sè liÖu vÒ giã Sè liÖu vÒ dßng ch¶y MNCTK MNTTK MNTB Vgdt Vgnt Vdcdt Vdcnt 3,6 0,2 2 7 11 0,8 0,4 B¶ng 2: Các số liệu về thủy văn. 5. Đặc trưng vật liệu. Bê tông cấp độ bền B30 có các đặc trưng sau : – Cường độ chịu kéo : Rk = 13 (kGcm2). – Cường độ chịu nén : Rn = 170 (kGcm2). – Mô dul đàn hồi : E = 2.9 x 106 (kGcm2). – Hệ số =0,9 Bê tông M300 có các đặc trưng sau : – Cường độ chịu kéo : Rk = 10 (kGcm2). – Cường độ chịu nén : Rn = 130 (kGcm2). – Mô dul đàn hồi : E = 2.9 x 106 (kGcm2). – Hệ số =0,9 Cốt thép AI có : – Ra = Ran = 2100 (kGcm2). – Ra® = 1700 (kGcm2¬). Cốt thép AII có: – Ra = Ran = 2800 (kGcm2). – Ra® = 2150 (kGcm2). II. Xác định kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến. 1. Các cao trình bến 1.1 Cao trình mặt bến Cao trình mặt bến lấy theo 2 tiêu chuẩn sau :  Tiêu chuẩn thiết kế +). ÑCTMB = ÑMNTB + a a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn thiết kế. Ta lấy a = 2.0(m).  ÑCTMB = 2 + 2.0 = 4 (m).  Tiêu chuẩn kiểm tra. +). ÑCTMB = ÑMNCTK + a a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn kiểm tra. Ta lấy a = 1.0(m)  ÑCTMB = 3.6 + 1.0 = 4.6 (m). Vậy ta chọn cao trình mặt bến bằng: ÑCTMB = 4.6(m) 1.2 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 chữa đầy hàng theo quy định và các độ sau dự phòng khác. Ta có công thức xác định độ sâu trước bến như sau: H0 = Hct + Z4 (m). Trong đó : Hct Là chiều sâu chạy tàu , Hct = T + Z0+ Z1+ Z2+ Z3 T Mớn nước khi tàu chở đầy hàng. Z0 – Mức dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hang hóa lên tàu không đều và do hang hóa bị xê dịch. Z1 Độ dự phòng tối thiểu tính với an toàn lái tàu. Z2 – Độ dự phòng do sóng, theo bài ra trước bến không có sóng. Z3 Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nước của tàu khi chạy so với mớn nước của tàu khi neo đậu nước tĩnh. Z4 – Độ dự phòng do sa bồi. Xác định các độ dự phòng Z0, Z1, Z2, Z3, Z4. (Được lấy trong tiêu chuẩn 22TCN20792 ) Z0 = 0.026 x Bt = 0.026 x27,5 = 0.715 (m). Z1 = 0.04 x T = 0.06 x 12 = 0.48 (m). Z2 = 0 (m). Z3 = 0 (m). Z4 = 0.5 (m). Ta có chiều sâu chạy tàu là: Hct = 12 + 0.715 + 0.48 + 0 + 0 = 13.2 (m). Vậy ta có độ sâu trước bến là : H0 = Hct + Z4 =13.2 + 0.5 = 13,7 (m). 1.3 Cao trình đáy bến. Cao trình đáy bến được xác định như sau: ÑCT§B = ÑMNTTK H0 ÑCT§B = 0.2 13,7 = 13,5 (m). 1.4 Chiều cao trước bến. Chiều cao trước bến được xác định như sau: H = ÑCTMB ÑCT§B H = 4.6 ( 13,5) =18,1 (m). Chän H = 18 (m) 2 . Chiều dài tuyến bến. Chiều dài tuyến bến được xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu Lt và khoảng cách dự phòng d theo công thức sau: Lb = Lt + d Trong đó d được lấy theo bảng 13 trang 18 CTBC , lÊy d = 25 (m). Suy ra Lb = 212 + 25 = 237 (m). Chän Lb =240 (m) 3. ChiÒu réng bÕn. Chiều rộng bến cầu tàu được xác định theo công thức sau (có kể đến chiều cao tường chắn đất giả định cao 3 m ) +, B = m.(H3) Trong đó: H chiều cao trước bến. H = 18 (m). m Độ dốc ổn định của mái đất dưới gầm cầu tàu m = cotg chọn m= 2.0 => B = m x( H3) = 2 x (183) = 30 (m) . Vậy ta chon B = 30 (m). 4. Giả định kết cấu bến. 4.1 Hệ kết cấu bến. Cầu tàu đài mềm hệ dầm bản cọc ống bê tông cốt thép. 4.2 Phân đoạn bến. Với chiều dài bến là : Lb = 240 (m). Vậy ta chia bến thành 5 phân đoạn, mỗi phân đoạn dài 48m (m). Các khe lún có bề rộng 3 cm. 4.3 Giả định kích thước cọc, bản, dầm. Cọc: – Chọn cọc ống bê tông cốt thép có D=0,8 m, bố trí cọc thẳng đứng. – Bê tông cấp độ bền B30 có trọng lượng riêng là KGm3. – Các cọc đóng vào lớp đất thứ 3. Theo kinh nghiệm chiều dài tính toán sơ bộ của cọc có thể được xác định thông qua công thức:(trang 205 – công trình bến cảng) ltt.cọc=lo + d = H + d Trong đó : Chọn . d : đường kính cọc. lo : chiều dài tự do của cọc. Suy ra: ltt.cọc = 18 + 6.0,8 = 22.8 m Vậy dự kiến chiều dài tính toán sơ bộ của cọc là 23 m Theo phương ngang trên bến sử dụng cần trục chuyên dụng chạy trên ray có khổ ray là 10,5 (m).Chọn bước cọc theo phương ngang là 5,25 (m). Chọn bước cọc theo phương dọc 5 (m), tại đầu và cuối mỗi phân đoạn có đoạn công xôn dài 1,5 (m). – Cấu tạo cọc theo khung ngang:trong một khung ngang có 6 cọc được chia làm 6 hàng cọc. Bản: Bản nằm trên dầm ngang và dầm dọc dày 30 (cm). Dầm: Chọn hệ dầm dọc, dầm ngang đan xen nhau và có tiết diện: – Dầm dọc : 130 x 90 (cm). – Dầm dọc cần trục 150 x 100 – Dầm ngang : 130 x 90 (cm).

Bến cầu tầu đài mềm hệ dầm bản cọc ống bê tông cốt thép

1.1 Loại tầu thiết kế: Tàu chở hàng khô

0 40000 212 196 27,5 16 12 5 86 65 3230 4120 720 910 13,3

Các thông số như sau :

Bảng 1

2 Hàng hóa và phương tiện bốc xếp trên bến.

Trong phạm vi đồ án ta dung các sơ đồ công nghệ đã được tiêu chuẩn hóa làcấp II , số liệu và sơ đồ tải trọng như sau :

T¶i träng do thiÕt bÞ vµ ph¬ng tiÖn vËn t¶i Träng t¶i do hµngho¸ (KN/m2)

CÇn cÈu cæng ®oµn tµu

Theo chiều rộng bến , tải trọng được phân vùng như hình vẽ sau :

3 Số liệu về địa chất công trình.

Nền đất gồm 4 lớp có các chỉ tiêu cơ lí như sau :

Bê tông cấp độ bền B30 có các đặc trưng sau :

– Cường độ chịu kéo : Rk = 13 (kG/cm2)

– Cường độ chịu nén : Rn = 170 (kG/cm2)

– Mô dul đàn hồi : E = 2.9 x 106 (kG/cm2).

Bê tông M300 có các đặc trưng sau :

– Cường độ chịu kéo : Rk = 10 (kG/cm2)

Cao trình mặt bến lấy theo 2 tiêu chuẩn sau :

 Tiêu chuẩn thiết kế

1.2 Chiều sâu trước bến.

Chiều sâu trước bến là độ sâu nước tối thiểu sao cho tàu cập bến không bịvướng mắc Trong đó có kể đến mớn nước của tàu khi chữa đầy hàng theo quy định

và các độ sau dự phòng khác

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

H0 = Hct + Z4 (m)

Trong đó :

Hct - Là chiều sâu chạy tàu , Hct = T + Z0+ Z1+ Z2+ Z3

T - Mớn nước khi tàu chở đầy hàng

Z0 – Mức dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hang hóa lên tàu khôngđều và do hang hóa bị xê dịch

Z1 - Độ dự phòng tối thiểu tính với an toàn lái tàu

Z2 – Độ dự phòng do sóng, theo bài ra trước bến không có sóng

Z3 - Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nước của tàu khi chạy

so với mớn nước của tàu khi neo đậu nước tĩnh

1.4 Chiều cao trước bến.

Chiều cao trước bến được xác định như sau:

H = ÑCTMB - ÑCT§B

H = 4.6 - (- 13,5) =18,1 (m) Chän H = 18 (m)

2 Chiều dài tuyến bến.

Chiều dài tuyến bến được xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu Lt và khoảngcách dự phòng d theo công thức sau:

Lb = Lt + d

Trong đó d được lấy theo bảng 1-3 / trang 18 CTBC , lÊy d = 25 (m)

Suy ra Lb = 212 + 25 = 237 (m) Chän Lb =240 (m)

H - chiều cao trước bến H = 18 (m).

m - Độ dốc ổn định của mái đất dưới gầm cầu tàu m = cotg

Với chiều dài bến là : Lb = 240 (m)

Vậy ta chia bến thành 5 phân đoạn, mỗi phân đoạn dài 48m (m)

Vậy dự kiến chiều dài tính toán sơ bộ của cọc là 23 m

Theo phương ngang trên bến sử dụng cần trục chuyên dụng chạy trên ray có khổray là 10,5 (m).Chọn bước cọc theo phương ngang là 5,25 (m)

Chọn bước cọc theo phương dọc 5 (m), tại đầu và cuối mỗi phân đoạn có đoạncông xôn dài 1,5 (m)

– Cấu tạo cọc theo khung ngang:trong một khung ngang có 6 cọc được chia làm 6hàng cọc.

– Phía sau tuyến bến dung tường chắn để giữ ổn định mái đất

Với các số liệu ban đầu như trên ta giả định tường chắn đất như sau:

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CẦU TẦU

1 Tải trọng thường xuyên.

– Khối lượng bản thân công trình bến

– Khối lượng đất lấp trong công trình bến

– Tải trọng do công trình và các thiết bị công nghệ đặt cỗ định trên bến

– Áp lực của đất lấp trong công trình bến

2 Tải trọng tạm thời dài hạn.

– Tải trọng do các thiết bị bốc xếp di động, các phương tiện vận tải và hàng hóa đặt trên bến

– Phần áp lực chủ động của đất, do các thiết bị và phương tiện hàng hóa đặt trên công trình bến

– Áp lực thủy tính do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước bến, trong điều kiện hệ thống công trình thoát nước ngầm của bến vẫn hoạt động bình thường

– Tác động của sự thay đổi nhiệt độ môi trường

– Tác động hóa học của nước biển, nước ngầm và các hóa chất khác đối với công trình bến

– Tác động của biến dạng không kèm theo sự thay đổi cấu trúc đất

– Tác động do thay đổi độ ẩm, co ngót và từ biến của đất nền và vật liệu

3 Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm.

– Tải trọng do sóng dòng chảy

– Tải trọng do tàu (gồm lực neo tàu, lực tựa tàu và lực va khi tàu cập bến)

– Tải trọng ngang do cần cẩu và các phương tiện vận tải

– Tải trọng tác động trong giai đoạn xây dựng

– Tải trọng do tác động lên các công trình cỗ định và cần cẩu hoạt động trên công trình bến

4 Tải trọng đặc biệt.

– Tải trọng động đất sóng thần

– Tải trọng do vi phạm nghiêm trọng trong quá trình xây dựng hoặc khai thác công trình bến, do thiết bị trục trặc hoặc hư hỏng tạm thời

– Tải trọng do nổ trong hoặc gần công trình bến

II. XÁC ĐỊNH CÁC LOẠI TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU TÀU

1 Tải trọng bản thân.

Kết cấu bên trên của cầu tàu bao gồm bản , dầm dọc, dầm ngang và vòi voi được đổliền khối với nhau Tải trọng bản thân của kết cấu bến bao gồm tải trọng bản thâncủa bản, hệ dầm dọc, dầm ngang và vòi voi

a Tải trọng bản thân bản.

Bản của bến cầu tàu được giả định dày : hb = 30cm.

Xét một dải bản có bề rộng 5,25 m theo phương song song và nằm phân bố đều về 2phía của một dầm ngang bất kì

Bê tông mác 350 có trọng lượng riêng 2,5 T/m3

Vậy tải trọng bản thân bản phân bố đều trên 1m dài bề rộng bến là:

Gb = 2,5.0,3.5,25= 3,9375 (T/m)

b Tải trọng bản thân dầm ngang.

Trọng lượng bản thân dầm ngang có dạng phân bố đều trên chiều dài, có giá trị trênmột mét dài (trừ đi phần dầm nằm liền khối trong bản) là :

Gdn = 2,5.(1,3 – 0,3).0,9 = 2,25 T/m3

c Tải trọng bản thân dầm dọc.

Xét một đoạn dầm dọc có chiều dài 5 m nằm vuông góc và phân bố đều về 2 phíacủa một dầm ngang bất kì Tải trọng bản thân đâm dọc có dạng tải trọng tập trungdặt tại điềm giao nhau của đầ ngang và dầm dọc và được tính như sau

Gdd = 2,5.( 1,3 – 0,3).0,9.(5 – 0,9) = 9,225 T/m3

d Tải trọng bản thân vòi voi.

Tải trọng bản thân vòi voi được tính một cách tương đối theo các kich thước đãchọn và thiên về an toàn, có dạng tập trung dặt tại đầu dầm và có giá trị

Gvv =10 T

2 Tải trọng do tàu tác dụng lên công trình bến.

Theo 22TCN222 – 95 khi tính toán công trình thủy chịu tải trọng do tàu (vậtnổi) cần xác định :

 Tải trọng do gió, dòng chảy và sóng tác động lên tàu

 Tải trọng tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình bến dưới tác dụng của gió,dòng chảy và sóng gọi là tải trọng tựa tàu

 Tải trọng va khi tàu cập vào công trình bến

 Tải trọng kéo vào dây neo khi gió, dòng chảy tác động lên tàu

a Tải trọng gió tác dụng lên cầu tầu:

Theo mục 5.2/22TCN222-95 – trang 65, ta có thành phần ngang Wq (KN) và thànhphần dọc Wn (KN) của lực gió tác dụng lên vật nổi phải xác định theo các công thứcsau:

 Aq, An – diện tích cản gió theo hướng ngang tàu và dọc tàu (m2)

 Vq, Vn – thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió cósuất đảm bảo 2%, m/sec

 q ,n- hệ số lấy theo bảng 26/22TCN222-95 - trang 65

Kết quả tính toán tải trọng gió được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 5

Trường hợp Aq An Vq Vn  Wq Wn

b Tải trọng sóng tác dụng lên cầu tàu

Do công trình bến nằm trong bể cảng và được ngăn cách bởi hệ thống đê chắnsóng, do đó có thể coi trong bể cảng không có sóng.vì vậy tải trọng sóng tác dụnglên tàu trong trường hợp này bằng không

c Tải trọng dàng chảy tác dụng lên cầu tàu.

Theo mục 5.3/22TCN222 – 95 – trang 66, ta có thành phần ngang Qw (kN) vàthành phần dọc Nw (kN) của lực do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theocông thức:

Q 0,59 .A V l t2

2 0,59 .t l

d Tải trọng tựa tàu.

Theo mục 5.7/22TCN222 – 95 – trang 68, ta có trải trọng phân bố q (kN) do

tàu neo đậu ở bến tựa trên bến dưới tác động của gió dòng chảy được xác định theocông thức:



 

Trong đó:

 Qtot – lực ngang do tác động tổng hợp của gió, sóng, dòng chảy,kN

 Ld – Chiều dài đoạn tiếp xúc giữ tàu với công trình

Ta có: Lb = 240 (m) > Lw = 196 (m)Kết quả tính toán tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau

e Tải trọng va tàu khi tàu cập bến.

Theo mục 5.8/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: khi tàu cập vào công trình bến

cảng thì động năng va chạm của tàu Eq (kJ) được xác định theo công thức

2

( ) 2

q

D

E    kJ

Trong đó:

 D – Lượng rẽ nước của tàu tính toán

 Thành phần vuông góc (với mặt trước công trình) của tốc độ cập tàu,

m/s Tra theo bảng 29/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: với tàu biển có D

= 50000 Tấn   = 0,09833 m/s

 Hệ số , phụ thuộc kết cấu công trình bến và loại tàu.Nếu tàu khôngchứa hàng hoặc tàu chỉ có nước đối trọng thì giá trị giảm đi 15% Theo

bảng 30/22TCN222-95 – trang 70, tra với tàu biển cập vào bến cầu tàu liền

bờ trên nền cọc có mái dốc dưới gầm bến, ta có:

o Khi tàu đầy hàng : 

o Khi tàu chưa có hàng: 

Kết quả tính toán động năng va của tàu được thể hiện ở bảng sau:

Nhận xét: Động năng khi tàu chở đầy hàng lớn hơn khi tàu không có hàng, do đó

sẽ sử dụng giá trị của động năng khi tàu chở đầy hàng để tính toán.

Eq = 133 (kJ)

Theo mục 5.9/22TCN222 – 95 – trang70, ta có: Động năng tàu cập bến bằng

tổng năng lượng biến dạng của toàn hệ thống bao gồm năng lượng biến dạng củathiết bị đệm Ed và năng lượng biến dạng của công trình bến Eb và khi Ed > 10Eb thìcho phép bỏ qua Eb. Khi đó ta có:

Eq = Ed + Eb và z = d + b

Trong đó:

 Ed – Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm, kJ

 Eb – Năng lượng biến dạng của công trình bến, kJ

 z – Biến dạng tổng của toàn bộ hệ thống,m

 d – Biến dạng của đệm (phụ thuộc loại đệm)

 b – Biến dạng của công trình bến, m

Eb và b có thể tính trực tiếp dựa vào độ cứng của kết cấu công trình bến

F K

 

(m)Trong đó:

 K – Là độ cứng của công trình bến theo hướng nằm ngang vuông góc vớimép bến, kN/m

Theo bảng 2.5/Công trình bến cảng – trang 35, ta có:

3

12 EI n K

12.2,9.10 0,02.60

3020,83( / ) 24

 Fq – Thành phần vuông góc với mép bến của lực va khi tàu cập vào côngtrình bến

– Tải trọng va tàu theo phương vuông góc với mặt bến là: Fq = 610 kN.

– Tải trọng va tàu theo phương song song với mép bến:

Fn = Fq = 0,5.610 = 305 kN

Bố trí đệm tàu tại các đầu dầm ngang, mỗi phân đoạn có 10 đệm tàu dọc theo tuyếnmép bến

f Tải trọng neo tàu.

Theo mục 5.11/22TCN222 – 95 - trang 71,tải trọng kéo của các dây neo phải xác

định bằng cách phân phối thành phần vuông góc với mép bến của lục Qtot (kN) chocác bich neo Lực Qtot bao gồm cả lực cả gió và dòng chảy tác động lên một tàu tínhtoán

Lực neo S (kN) tác động lên một bích neo không phụ thuộc vào số lượng tàu buộcdây neo vào bích neo đó và được xác định theo công thức;

.sin os

tot

Q S

n c 



Trong đó:

 n – Số lượng bích neo chịu lực tra theo bảng 31/22TCN – 95 - trang 72, lấyn= 6 bich neo

 - góc nghiêng của dây neo, được lấy theo bảng 32/22TCN222-95 –trang 73, như sau:

Đầy hàng Chưa hàng

Hình chiếu của lực S lên các phương vuông góc với mép bến Sq, song song với mépbến Sn, và theo phương thẳng đứng Sv được xác định theo công thức:

Tra bảng 11.2/Công trình bến cảng – trang 354,chon loại bich neo HW40 để bố trítrên bến loại bích neo này có đặc điểm thể hiện ở bảng sau:

3 Tải trọng do hàng hóa và thiết bị.

Sơ đồ tải trọng khai khác cảng biển

Cấp tải trọng khai thác trên bến là III

Theo bảng 2.10/công trình bến cảng – trang 41, ta có:

T¶i träng do thiÕt bÞ vµ ph¬ng tiÖn vËn

t¶i Träng t¶i do hµng ho¸ (KN/m 2 )

CÇn cÈu cæng ®oµn tµu

CTMB 4.6 m MNCTK 3.6 m

MNTTK 0.2 m 0.0

CTÐB -13.5 m

LỚP BÊ TÔNG SÀN, DÀY 30 CM

1 Xác định sơ bộ chiều dài cọc tính toán.

Sơ đồ xác định chiều dài cọc tính toán sơ bộ

Ta có chiều dài tính toán của cọc được xác định bằng phương pháp kinh nghiệm như sau

Sơ đồ giải bài toán phân bố lực ngang lên một phân đoạn bến.

Chọn hệ trục tọa độ ban đầu của phân đoạn bến đặt tại đầu cọc AA’ Tọa độ tâmđàn hồi được xác định theo các công thức của sức bền vật liệu như sau:

x C=∑H iy x i

∑H iy y C=

∑H iy y i

∑H ix

Trong đó:

 ∑H ix ; ∑H iy

- là tổng các giá trị phản lực do chuyển vị ngang đơn vịcủa các cọc trong phân đoạn cầu tàu theo phương x và y

 xi,yi - Tọa độ của đầu cọc thứ I đối với gốc tọa độ ban đầu

 ∑H ix y i , ∑H iy x i - Mô men tổng cộng của các phản lực ứng với trục y

và trục x

Các phản lực ngang H ix vµ H iy ở đầu cọc đơn B,C,E,F và G được tính nhưlực cắt Q gây ra do các chuyển vị đơn vị theo các công thức của cơ học kết cấu.xem các cọc đơn được ngàm chặt 2 đầu, tra bảng 6.6/Công trình bến cảng –trang 208 Ta có:

ix

H = H iy = Q =

12EJ

l i3Trong đó:

 E - Modul đàn hồi của tiết diện cọc Bê tông mác 300 có E=2,9.106(kN/m2)

 I – Mô men quán tính của tiết diện cọc, cọc tiết diện tròn có D=0,8

m, có : I =0.02 (m4)

 l – Chiều dài tính toán của cọc m Do cọc của bến cầu tàu đượcngàm vào nền đất có dạng mái nghiêng nên chiều dài tính toán củacác hàng cọc dọc bến là khác nhau

Kết quả tính toán H ix vµ H iy , ở đầu cọc được thể hiện ở bảng tính ở phần phụlục

Tứ đó ta tính được tọa độ tâm đàn hồi

3 Xác định lực ngang lên đầu cọc.

Sau khi xác định được tâm đàn hồi của phân đoạn bến, ta tiến hành đưa tất cả tảitrọng ngang tác dụng lên 1 phân đoạn bến về tâm đàn hồi

a Phân phối lực neo lên đầu cọc.

Dựa vào kết quả tính toán lực neo tàu ở mục 2f, ta có:

Xét 3 trường hợp neo tàu sau đây:

VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X

b Phân phối lực va lên các đầu cọc.

Theo tính toán ở phần tải trọng va tàu, trên mỗi phân đoạn bến ta bố tríđệm tàu dọc theo tuyến mép bến Tuy nhiên trường hợp nguy hiểm nhất là khi toàn

bộ năng lượng va tàu chỉ tập trung vào 1 đệm tàu nằm ở vị trí ngoài cùng của phânđoạn bến (tại đó gây ra mô men lớn nhất đối với tâm đàn hồi C) Do đó ta sẽ đemtrường hợp này để phân phối lực va tàu lên các đầu cọc của phân đoạn bến

C (0;22,03)Fq

Fn

Ta có tải trọng va tàu bao gồm 2 thành phần đã tính được ở trên lá:

 Thành phần vuông góc với tuyến mép bến : Fq = 610kN

 Thành phần song song với tuyến mép bến: Fn = 305 kN

Chuyển các thành phần lực va về tâm đàn hồi ta có:

BẢNG PHÂN BỐ LỰC VA TÀU LÊN KHUNG NGANG

VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X

BẢNG PHÂN BỐ LỰC VA TÀU LÊN KHUNG NGANG

VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG Y

Nhận xét: khung ngang số 10 chịu lực va lớn nhất

c Phân phối tải trọng tựa tàu lên các đầu cọc.

Tải trọng tàu và bến xét cho một phân đoạn tựa tàu có dạng phân bố đều trên đoạnchiều dài tiếp xúc giữa thân bến ở giữa bến thì tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đềutrên toàn bộ chiều dài phân đoạn bến đó

Chuyển các thành phần lực về tâm đàn hồi ta có:



 = 0 (m) ;

Δy =

3 iy

BẢNG PHÂN BỐ LỰC TỰA TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG

VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG Y

Nhận xét:khung ngang số 10 chịu lực tựa lớn nhất

Sau khi phân phối các thành phần lực ngang lên các đầu cọc của phân đoạn bến ta

có tổng hợp kết quả phân phối ở bảng sau

TỔNG LỰC NGANG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X VÀ Y

Kết luận : khung ngang số 10 là khung ngang nguy hiểm nhất

II TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU TÀU.

1 Sơ đồ các trường hợp tải trọng.

Qb=3,9375 Qdn=2,25 Pvv=10 Qdd=9,8

a Tải trọng bản thân : Bản + Dầm ngang + Dầm dọc + vòi voi.

b Tải trọng hàng hóa và cần cẩu trục.

Qn= 8,72 (T)

Qv=7,995

d Tải trọng va tàu.

e Tải trọng tựa tàu.

2 Các tổ hợp tải trọng.

Tải trọng tác dụng lên bến bao gồm 3 loại:

– Tải trọng thường xuyên : tải trọng bản thân công trình

– Tải trọng tạm thời dài hạn : Tải trọng hàng hóa và cần cẩu trục

– Tải trọng tạm thời ngắn han bao gồm : Tải trọng neo tàu, tải trọng va tàu, tải trọng tựa tàu

Tổ hợp tải trọng bao gồm tổ hợp cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt Tuy nhiên công trình không chịu tác dụng của tải trọng đặc biệt nào nên ở đây không xét đến tổ hợp tải trọng đặc biệt

Các tổ hợp tải được trình bày trong bảng sau :

Bảng 16

Tiến hành giải cầu tàu nguy hiểm nhất đã xác định được sau khi phân bố lực ngang với các tổ hợp tải trọng ở trên bằng phần mềm SAP 2000.

1 Nội lực theo tổ hợp 5 trong dầm ngang như sau.

Bảng 17

Frame P (max)

(T)

P (min) (T)

V2(max) (T)

V2(min) (T)

M3(max) (Tm)

M3(min) (Tm)

Nhận xét: Tất cả các cọc đều chịu nén, không có cọc nào chịu nhổ, cọc chịu nén lớnnhất là 211.18 tấn.

CHƯƠNG V TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CẦU TÀU

I SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

Các đặc trưng vật liệu

– Cốt thép chịu lực nhóm AII có các đặc trưng về cường độ:

 Cường độ chịu kéo: Rs = 280 MPa = 28000 T/m2

 Cường độ chịu nén: Rsc = 280 MPa = 28000 T/m2

 Modun đàn hồi : E = 2,1.107 T/m2

– Cốt thép đai nhóm AI có các đặc trưng về cường độ:

 Cường độ chịu kéo : Rs = 225 MPa = 22500 T/m2

 Cường độ chịu nén : Rsc = 225 MPa = 22500 T/m2

 Modul đàn hồi : 2,1.107 T/m2

– Bê tông cấp độ bền B30 có các đặc trưng về cường độ:

 Cường độ chịu nén : Rb = 17 MPa = 1700 T/m2

 Cường độ chịu kéo : Rbt = 12 MPa = 1200 T/m2

 Modul đàn hồi : E = 0,29.107 T/m2

II TÍNH TOÁN CỐT THÉP DẦM NGANG.

Cốt thép của dầm được tính theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN4116-85

Dầm ngang khi tính toán được xem như dầm lien tục đặt trên các gối tựa là cáccọc

1 Tính toán cốt thép dọc dầm ngang:

a Với tiết diện chịu mô men âm : cánh nằm trong vùng chịu kéo nên bỏ

qua Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật: bxh = 90 x130 (cm)

Sơ bộ chọn a = 5 cm, suy ra: h0 = 130 – 5 = 125 (cm)

Tính toán theo sơ đồ dẻo, dự kiến các khớp dẻo sẽ xuất hiện tại các gối tựa, do đó đối với các tiết diện này phải kiểm tra điều kiện hạn chế chiềucao vùng nén: m < R

Đối với cấu kiện dầm được chế tạo từ bê tông cấp độ bền B30 và nhóm cốt thép chịu lực AII và hệ số điều kiện làm việc =0,9 ta có các hệ số:

Trong đó: kn : Hệ số bảo đảm, với công trình cấp II lấy kn = 1,2

nc: Hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp cơ bản lấy nc =1,0

mb : Hệ số điều kiện làm việc của bê tông, mb = 1,15

ma : hệ số điều kiện làm việc của cốt thép, ma =1,1

Rn , Ran : cường độ chịu nén của bê tông và cốt thép, Rn =1700T/m2

Ra : cường độ chịu nén của cốt thép, Ra = 28000 T/m2

Để đảm bảo điều kiện phá hoại dẻo  α m≤α r ( ≤ r ) (*)

02

.

n c m

n c a

a a o

k n M F

n c a

Kết luận: thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép

b Với tiết diện chịu mô men dương:

Tiết diện ở giữa nhịp dầm chịu mômen dương M=88,6( Tm )

Kiểm tra điều kiện hạn chế chiều cao vùng nén:  m <  R

Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hạn chế chiều cao vùng nén

max s