Thiết kế môn học công trình bến

Tàu thiết kế: Trọng tải Chiều dài Bề rộng Mớn nước đầy hàng Mớn nước khônghàng... Đường kính tối thiểu: • Khi tàu tự quay trở: 4 lần chiều dài tàu • Khi tàu quay trở phải có sự hỗ trợ củ

MỤC LỤC

Trang

1.1.1 Khu nước làm hàng trước bến 41.1.2 Khu nước quay trở tàu 5

1.2.1 Cao trình đỉnh bến và cao trình đáy 51.2.2 Chiều dài bến và chiều rộng bến 6

2.1 Thiết kế sơ bộ các bộ phận của bến 72.1.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu bến 7

3.1.5 Tải trọng tác dụng do lực kéo của các dây neo 143.2 Tải trọng do bản thân công trình 153.3 tải trọng do thiết bị và hàng hóa 15

Chương 4 Tính toán ổn định chung của cầu tàu 17

4.2 Trình tự tính toán 18

5.2 Giải bài toán phân bố lực ngang 38

5.2.1 xác định tâm đàn hồi 38

5.2.2 Xác định lực ngang tác dụng lên cầu tàu 41

5.3 Các tổ hợp cơ bản tác dụng lên khung tính toán 48

5.4 Tính toán nội lực khung ngang điển hình 49

5.4.1 Giải bài toán cầu tàu đài mềm theo Skuratov 49

5.4.2 Tính toán nội lực khung ngang bằng phần mềm SAP 2000 50

5.5 Tính toán nội lực khung dọc điển hình 67

5.5.1 Các tải trọng tác dụng lên khung dọc 67

5.5.2 Kết quả nội lực khung dọc sau khi chạy phần mềm SAP 2000 68 Chương 6 Tính toán cấu kiện theo điều kiện bền và mở rộng vết nứt 74

6.1 Tính toán,bố trí cốt thép cho dầm ngang 74

6.2 Tính toán,bố trí cốt thép cho dầm dọc 80

6.3 Tính toán,bố trí cốt thép cho cấu kiện bản 83

PHẦN I : YÊU CẦU THIẾT KẾ

Từ các số liệu cho dưới đây, thiết kế kỹ thuật công trình bến phục vụ cho tàu

hàng bách hóa 10000T theo các số liệu sau:

1 Tàu thiết kế:

Trọng tải Chiều dài Bề rộng Mớn nước

đầy hàng

Mớn nước khônghàng

• Tốc độ dòng chảy dọc theo thành tàu: vt= 0 m/s;

• Tốc độ dòng chảy vuông góc với thành tàu: v1 =1,4m/s;

• Tốc độ gió tính toán theo phương ngang tàu: vn= 16 m/s;

• Tốc độ gió tính toán theo phương dọc tàu: vd = 0 m/s;

PHẦN II: NỘI DUNG THIẾT KẾ

CHƯƠNG 1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BẾN

1.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA KHU NƯỚC

Khu nước trong bể cảng bao gồm khu nước cho tàu làm hàng trước bến và khunước cho quay trở tàu

1.1.1 Khu nước làm hàng trước bến:

Chiều rộng khu nước trước bến được xác định theo công thức:

B = 2Bt + Bl + ∆B

Trong đó:

B: Chiều rộng khu nước trước bến.

Bt: Chiều rộng của tàu tính toán

Bl: Chiều rộng của tàu lai dắt

∆B: Khoảng cách an toàn giữa các tàu Lấy ∆B = 1,5 Bt

Tính toán ta có chiều rộng khu nước trước bến như bảng:

Tính toán chiều rộng khu nước

B (m)

1 Tàu bách hóa tổng hợp

10.000 DWT

1.1.2 Khu quay trở tàu

Khu quay trở tàu là trung tâm khu nước cảng Diện tích của khu này tùy thuộcvào chiều dài của tàu, chức năng và thời gian cho phép để thực hiện ma nơ tàu Đường kính tối thiểu:

• Khi tàu tự quay trở: 4 lần chiều dài tàu

• Khi tàu quay trở phải có sự hỗ trợ của tàu lai dắt : 2 lần chiều dài tàu

• Trong điều kiện rất tốt các đường kính này có thể giảm xuống tương ứng là 3

và 1,6 lần chiều dài tàu

• Khi tàu quay quanh các trụ tựa hoặc bến nhô với sự giúp đỡ của tàu lai dắt,đường kính này có thể rút tối thiểu là 1,2 lần chiều dài tàu

Khu quay trở tàu xác định theo điều kiện 2Lt = 2.135 = 270 m

1.2 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BẾN

1.2 1 Cao trình mặt bến và cao trình đáy bến

+ Ho : chiều sâu thiết kế : H + ct Z4;

+ H ct : Chiều sâu chạy tàu : T + Z0+ Z1+ Z2+ Z3 ;

Vậy chọn chiều cao bến là 15,5 m

1.2.2 Chiều dài bến và chiều rộng bến

1.2.2.1 Chiều dài bến

Do ở đây ta chỉ thiết kế bến cho 1 tàu bách hóa, nên chiều dài bến được xácđịnh bằng chiều dài tàu cộng với khoảng cách an toàn từ mũi tàu và đuôi tàu đến 2mép ngoài cùng của bến, khoảng cách này phụ thuộc vào chiều dài tàu, xác địnhchiều dài bến theo theo công thức :

ở đây ta lựa chọn chiều rộng bến B = 28 m

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC BỘ PHẬN CỦA BẾN

2.1 THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC BỘ PHẬN CỦA BẾN

2.1.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu bến:

Bến dự định xây dựng có chiều dài bến Lb = 156m và chiều rộng B =28m chotàu có trọng tải thiết kế 10000 T cập bến nên ta đưa ra phương án thiết kế sau:

 Cầu tàu đài mềm bằng bê tông cốt thép, cọc ống thép, thiết kế bến liền bờ Toàn bộ bến được chia làm 4 phân đoạn , mỗi phân đoạn dài 39m Khe lún giữahai phân đoạn có chiều rộng là 3 cm

Bố trí 7 bích neo cho toàn bến, khoảng cách nhỏ nhất giữa các bích neo chọnbằng 24m

Khoảng cách giữa các hàng cọc theo chiều ngang là 3,5m, theo chiều dọc bến là4m Ngoài các cọc thẳng đứng còn có các hàng cọc xiên 1:6 như hình 1.1

Cầu tàu bê tông cốt thép đài mềm có chiều rộng là 28 m bao gồm:

+ Chiều dày thành ống 10 mm.

+ Diện tích tiết diện phần thép là 156 cm2, phần rỗng là 0,245 m2

+ Mô men quán tính là 48520 cm4

CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

Vận tốc gió theo phương ngang tàu: vn=16 m/s;

Vận tốc gió theo phương dọc tàu: vd=16 m/s;

+ Diện tích cản gió theo hướng ngang tàu Aq có thể xác định theo công thứcsau tùy thuộc vào loại tàu và chiều dài lớn nhất của tàu tính toán:

Aq = αq.Lt 2

,max

- Khi không hàng: Aq = 0,12.1352 = 2187 (m2) ;

- Khi đầy hàng : Aq = 0,1.1352 = 1822,5 ( m2) ; + Diện tích cản gió theo hướng ngang tàu Aq có thể xác định theo công thứcsau tùy thuộc vào loại tàu và chiều rộng của tàu tính toán:

An = αn.Bt 2

- Khi không hàng: An = 1,3.202 = 520 (m2) ;

- Khi đầy hàng : An = 1,2.202 = 480 ( m2) ;

Bảng 3.1 Kết quả xử lý các số liệu

Yếu tố Đơn vị Giá trị

Diện tích cản gió theo hướng ngang Aq đầy hàng m/s 1822,5Diện tích cản gió theo hướng ngang Aq không hàng m2 2187Diện tích cản gió theo hướng dọc An đầy hàng m2 480Diện tích cản gió theo hướng dọc An không hàng m2 520Vận tốc dòng chảy theo hướng ngang tàu m/s 1,4Vận tốc dòng chảy theo hướng dọc tàu m/s 0Diện tích cản nước theo hướng ngang A1 đầy hàng m2 1147,5Diện tích cản nước theo hướng ngang A1 không hàng m2 918Diện tích cản nước theo hướng dọc At đầy hàng m2 170Diện tích cản nước theo hướng dọc At không hàng m2 136

3.1.2 Tải trọng do neo tàu

3.1.2.1 Tải trọng do gió tác động lên tàu

- Tải trọng do gió tác dụng lên thành tàu, hướng gió tác dụng theo hướng vuônggóc và song song với mép bến được tính theo công thức:

Wq= 73,6.10−5.Aq.vq 2.ξ

W = 49.10−5.A.v 2.ξ

Wn= 49.10−5.480.162.0,598 = 35,98 KN;

+ Rỗng hàng:

Wq= 73,6.10−5.2187.16 2.0,598=246,42 kN;

Wn= 49.10−5.520.162.0,598 = 39,01 KN;

2.1.2.2 Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu

Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu, hướng dòng chảy theo phương dọc tàu

và ngang tàu xác định theo công thức:

Nw = 0,59.At.vt 2 (KN)

Qw = 0,59.A1.v1 2 (KN)

Trong đó :

+ At, A1: là diện tích chắn nước theo phương dọc và ngang tàu (m2);

+ vt, v1 : là thành phần theo phương dọc và ngang của lưu tốc dòng chảy tínhtoán (m/s);

Trong đó: D= 17213 T : lượng rẽ nước của tàu;

v=0,105 m/s: là thành phần vuông góc với mép bến của tốc độ cập tàu;

ψ =0,55 :hệ số tra bảng.

Eq = 0,55.17213.0,105

2 = 47,44( KJ)Chọn loại đệm V1000H có :

+ Vật liệu là cao su hình thang rỗng;

+ Phương pháp treo: liên kết cứng bằng bu lông được vít với dầm mũ BTCT;+ Khoảng cách giữa các đệm dọc theo chiều dọc bến là 4m;

+ Kích thước: L =3m; H= 0,45m; D= 1m

+ Dung năng biến dạng: E = 78 kJ

Từ Eq , tra bảng phụ lục 6 trong 22TCN222-95, ứng với đệm tàu đã chọn ta đượctrị số phản lực: Fq=225(KN)

Thành phần song song với mép bến Fn (KN) của lực va tàu khi tàu cập vào côngtrình xác định theo công thức:

Fn=µ.Fq=0,5.225=112,5(KN)Trong đó µ=0,5: ứng với bề mặt đệm tàu là cao su.

4.1.4 Tải trọng do tựa tàu

Tải trọng phân bố q(KN/m) do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dưới tácdụng của gió và dòng chảy xác định theo công thức:

q = 1,1 tot

d

Q l Trong đó:

+ ld : chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và bến, tính theo công thức sau:

3.1.5 Tải trọng tác dụng do lực kéo của các dây neo

Tải trọng do lực kéo của các dây neo phải xác định bằng cách phân phối cácthành phần vuông góc với mép bến của các lực ngang cho các bích neo Lực ngang

do gió và dòng chảy tác dụng lên tàu

Với chiều dài tàu Lt =135m ta chọn số bích neo làm việc là 7, khoảng cách nhỏnhất giữa các bích neo là 24m

Lực neo S (KN) tác động lên một bích neo:

- Khi tàu rỗng hàng: Ta có α= 30° ; β= 40°;

S = 1100,587.sin 30 os40c = 410,487 (KN)

Sv

Sq

S

S

- Theo phương vuông góc với mép bến:

Sq= Q tot

n = 1362,95

7 = 194,71 (KN);

- Theo phương song song với mép bến:

Sn = S.cosα .cosβ= 414,406.cos30.cos40 = 274,923 (KN);

- Theo phương thẳng đứng :

Sv= S.sinβ= 414,406.sin 40 = 266,375 (KN);

3.2 TẢI TRỌNG BẢN THÂN CÔNG TRÌNH

Giả thiết tính toán bỏ qua trọng lượng của các cọc

Xét một dải tính toán có chiều dài bằng bước cọc theo chiều dọc bến là 4 m

- Tải trọng do dầm ngang, bản sàn và lớp phủ mặt cầu quy về tải trọng phân bốrải đều, cường độ:

- Tải trọng khai thác trên bến coi như phân bố đều cường độ là q = 4 (T/m2)

- Quy về tải trọng lên một khung ngang q = 4.4 = 16 (T/m).

3.3.2 Tải trọng do thiết bị cần trục

- Các thông số của cần trục bốc xếp trên bến:

+ Số lượng trục: 2

+ Số bánh trên một trục: 8+ Tải trọng trên một bánh: 30T+Khoảng cách gần nhất giữa các bánh: 0.8 m

3.4 XÁC ĐINH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Nhưng trong thực tế sức chịu tải của cọc theo đất nền thường nhỏ hơn sức chịutải của cọc theo vật liệu, vì vậy ta chỉ cần kiểm tra sức chịu tải của cọc theo đất nền

m – hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở dưới mũi cọc và ở mặt bêncủa cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán củađất, m = 0,8;

mR – hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, do sử dụng cọc ốngthép có đường kính 50,8cm, chiều dày thành ống 1 cm, suy ra mR = 0,7

mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, mf = 1

u - chu vi tiết diện cọc, u = 1,6 m;

li – chiều dày mỗi lớp đất cọc đi qua (m);

qp – cường độ chịu tải ở mũi cọc (T/m2);

fs – cường độ chịu tải ở mặt bên của cọc (T/m2);

→ qp = 416 T/m ;Vậy sức chịu tải của cọc:

Do bệ cọc được đặt trên nền cọc với số cọc lớn hơn 21 nên ktc = 1,4

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA CẦU TÀU

4.1 NỘI DUNG TÍNH TOÁN

- Kiểm tra ổn định với mặt trượt đi qua chân cọc hàng thứ nhất từ mép bến,Xác định tâm trượt theo phương pháp sau:

+ Các phân tố có bề rộng bi = 0,1.Ri , cột đất có đường kính OiM đi quatrọng tâm ký hiệu là cột đất thứ 0

+ Các cột khác bên trái kí hiệu là -1, -2, -3,…,-m, cách đường thẳng đứng

OiM tương ứng bằng –b, -2b,…, các cột khác bên phải kí hiệu là +1, +2, +3, …,+m, cách đường thẳng đứng OiM tương ứng bằng b, 2b,…

- Vì địa chất công trình không tồn tại những lớp đất yếu xen kẽ cũng như cáclớp đá, nên ta kiểm tra ổn định trượt cung tròn Đối với bến cầu tàu thế ổn địnhđược tạo bởi ma sát giữa các cọc với đất và trong thành phần gây tạo thế ổn địnhbao giờ cũng có lực cắt của cọc

Ta kiểm tra theo công thức sau đây:

Mtr = R.∑g i.sinα +i ∑Wi.Z i

Mg = R(∑g c i os α ϕ +i tg il ∑c l il i +∑Q ci)+ R – bán kính cung trượt;

+ gi – tổng trọng lượng của các lớp đất, của cấu kiện công trình và hoạt tảitrong phạm vi cột đất thứ i;

+ αi – góc nghiêng so với phương nằm ngang của đường tiếp tuyến với cungtrượt ở giao điểm của cung trượt với đường tác động của gi, đó cũng là góc giữađường thẳng dứng với bán kính R vẽ qua giao điểm trên:

αi = arcsin(ri / R)

+ ri – khoảng cách theo đường nằm ngang từ tâm quay O đến đường tác độngcủa lực gi

+ c il,ϕil - góc nội ma sát và lực dính của đất ở đáy cột đất thứ i;

+ li – chiều dài cung trượt ở đáy cột đất thứ i;

+ Wi – Áp lực thủy động;

+ Zi – khoảng cách từ tâm cung trượt đến lực Wi;

+ Qci – lực kháng trượt tính cho 1m dài công trình, do sức chống gãy của cáccọc đóng xuống qua mặt trượt 1 đoạn sâu tn Trị số xác định:

σ σ - áp lực bị động và chủ độngtại cung trượt thứ i ;

Tz – nửa chiều dài cọc bị uốn giữa 2 mặt phẳng ngàm

Lc – chiều dài của đoạn thẳng mà trên phạm vi đó áp lực chủ động và bịđộng của đất sẽ truyền lên cọc:

Ta có :L = 4m > 3.dc =3.0,508=1,524 nên lc = 1,524m

Ở đây trong phạm vi đồ án thiết kế này, ta chỉ tính lực cắt cọc cho 1 cọc, cụ thể làđối với cọc bị cắt đầu tiên theo hướng từ mép bến vào, các cọc còn lại có giá trịtương tự

4.2 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN

4.2.1 Kiểm tra ổn định với tâm O1

 Tính lực cắt cọc đối với tâm O1:

tx = tn/1,25 = 1,04/1,25=0,832 m;

p

σ = ∑γdn .h iλp+ 2 C i λp

=0,8.2,8.tg2(45+42/2)+9,25.0,778tg2(45+15,5/2)+0,593.7,11.tg2(45+24,4/2) +2.4,22 tg (45+15,5/2) + 2.0,82 tg (45+24,4/2) = 47,54 T/m2 ;

a

σ = ∑γdn .h iλa −2 C i λa

=0,8.2,8.tg2(45- 42/2)+9,25.0,778tg2(45-15,5/2)+0,593.7,11.tg2(4524,4/2) 2.4,22 tg (45-15,5/2) - 2.0,82 tg(45-24,4/2) = -1,12 T/m2 ;

STT cột

Đá(dướiMNTTK)

20 10 56.8 0.8603 0.5097 0.277 4.22 7.31 34 1319.2 1658.6

21 11 23.489 0.9549 0.2969 0.0308 0.3 2.87 34 36.512 761.28Tổn

4.2.2 Kiểm tra ổn định với tâm O2

 Tính lực cắt cọc đối với tâm O2:

tx = tn/1,25 = 1,56/1,25=1,248 m;

p

σ = ∑γdn .h iλp+ 2 C i λp

=0,8.2,8.tg2(45+42/2)+9,25.0,778tg2(45+15,5/2)+0,593.6,45.tg2(45+24,4/2) +2.4,22 tg (45+15,5/2) + 2.0,82 tg (45+24,4/2) = 46,60 T/m2 ;

a

σ = ∑γdn .h iλa −2 C i λa

=0,8.2,8.tg2(45- 42/2)+9,25.0,778tg2(45-15,5/2)+0,593.6,45.tg2(4524,4/2) 2.4,22 tg (45-15,5/2) - 2.0,82 tg(45-24,4/2) = -1,28 T/m2 ;

Hình 4.2 Kiểm tra ổn định với tâm O2

STT cột

Đá(dướiMNTTK)

20 10 55.343 0.8603 0.5097 0.277 4.22 7.31 33.94 1312.2 1616

21 11 28.347 0.9549 0.2969 0.0308 0.3 2.87 33.94 38.019 918.74Tổn

4.2.3 Kiểm tra ổn định với tâm O3

 Tính lực cắt cọc đối với tâm O3:

tx = tn/1,25 = 0,56/1,25=0,448 m;

p

σ = ∑γdn .h iλp+ 2 C i λp

=0,8.2,8.tg2(45+42/2)+9,25.0,778tg2(45+15,5/2)+0,593.7,51.tg2(45+24,4/2) +2.4,22 tg (45+15,5/2) + 2.0,82 tg (45+24,4/2) = 48,11 T/m2 ;

a

σ = ∑γdn .h iλa −2 C i λa

=0,8.2,8.tg2(45- 42/2)+9,26.0,778tg2(45-15,5/2)+0,593.7,51.tg2(4524,4/2) 2.4,22 tg (45-15,5/2) - 2.0,82 tg(45-24,4/2) = -1,02 T/m2 ;

Hình 4.3 Kiểm tra ổn định với tâm O 3

STT cột

Đá(dướiMNTTK)

20 10 55.436 0.88351 0.4684 0.277 4.22 6.42 34.08 883.68 1669.2

21 11 32.801 0.94953 0.3137 0.0308 0.3 4.44 34.08 10.8 1061.4Tổn

4.2.4 Kiểm tra ổn định với tâm O4

 Tính lực cắt cọc đối với tâm O4:

tx = tn/1,25 = 0,44/1,25=0,352 m;

p

σ = ∑γdn .h iλp+ 2 C i λp

=0,8.2,8.tg2(45+42/2)+9,25.0,778tg2(45+15,5/2)+0,593.7,59.tg2(45+24,4/2) +2.4,22 tg (45+15,5/2) + 2.0,82 tg (45+24,4/2) = 48,23 T/m2 ;

a

σ = ∑γdn .h iλa −2 C i λa

=0,8.2,8.tg2(45- 42/2)+9,26.0,778tg2(45-15,5/2)+0,593.7,59.tg2(4524,4/2) 2.4,22 tg (45-15,5/2) - 2.0,82 tg(45-24,4/2) = -1,00 T/m2 ;

Hình 4.4 Tính ổn định với tâm O 4 ( R = 37,07m)

STT cột

Đá(dướiMNTTK)

Như vậy ta thấy càng lên cao sự ổn định càng giảm đi, thể hiện ở hệ số K4 giảm

dần so với K3, lấy thêm tâm O5 cách tâm O4 một khoảng 3m theo chiều dương trục

y, xác định hệ số ổn đinh K5 khi đó

4.2.5 Kiểm tra ổn định với tâm O5

 Tính lực cắt cọc đối với tâm O5:

Bảng 4.3 Tính ổn định với tâm O 5 ( R = 40,07m)

STT cột

Đá(dướiMNTTK)

4.2.6 Kiểm tra ổn định với tâm O6

 Tính lực cắt cọc đối với tâm O5:

tx = tn/1,25 = 0,87/1,25=0,696 m;

p

σ = ∑γdn .h iλp+ 2 C i λp

=0,8.2,74.tg2(45+42/2)+9,08.0,778tg2(45+15,5/2)+0,593.7,13.tg2(45+24,4/2) +2.4,22 tg (45+15,5/2) + 2.0,82 tg (45+24,4/2) = 47,7 T/m2 ;

a

σ = ∑γdn .h i λa−2 C i λa

=0,8.2,74.tg2(45- 42/2)+9,08.0,778tg2(45-15,5/2)+0,593.7,13.tg2(4524,4/2) 2.4,22 tg (45-15,5/2) - 2.0,82 tg(45-24,4/2) = - 1,77T/m2 ;