đồ án thiết kế Công trình bến Cầu tàu đài mềm trên nền hệ cọc lăng trụ BTCT

Mục LụcCHƯƠNG I: TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BẾN VÀ GIẢ ĐỊNH KẾT CẤU1I. SỐ LIỆU THIẾT KẾ.11. Kết cấu công trình bến.11.1. Loại tầu thiết kế.11.2. Số liệu về tầu.12. Tải trọng hàng hóa, phương tiện, thiết bị.13. Số liệu địa chất.14. Số liệu thủy văn.24.1. Số liệu về Mực nước.24.2. Số liệu về gió.24.3. Số liệu về dòng chảy.2II. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢNGIẢ ĐỊNH KẾT CẤU BẾN.21.Xác định các cao trình bến.21.1.Cao trình mặt bến.21.2.Chiều sâu trước bến.31.3.Cao trình đáy bến.31.4.Chiều cao trước bến.32. Xác định chiều dài bến.43. Xác định chiều rộng bến.44. Giả định kết cấu bến.44.1.Hệ kết cấu bến.44.2.Phân đoạn bến.44.3.Giả định về cọc:54.4.Giả định về hệ dầm bản:54.5.Giả định về tường chắn đất và mái dốc.55. Đặc trưng vật liệu6CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU TÀU71. Các loại tải trọng tác dụng lên công trình bến.72. Tải trọng bản thân.72.1 Tải trọng bản thân của bản.72.2 Tải trọng bản thân dầm ngang.72.3 Tải trọng bản thân dầm dọc.72.4 Tải trọng bản thân vòi voi:73. Tải trọng do gió tác dụng lên tầu.84. Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tầu.85. Tải trọng do tàu tác động vào công trình bến.85.1 Lực neo tàu.85.2 Lực tựa tàu.105.3 Tải trọng va tầu (khi tàu cập bến).116. Tải trọng thiết bị, hàng hóa.12Chương III: PHÂN BỐ LỰC NGANG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG141. Xác định sơ bộ chiều dài tính toán cọc.142. Xác định tâm đàn hồi.143. Bài toán phân bố lực ngang cho lực neo.164. Bài toán phân bố lực ngang cho lực va.185. Bài toán phân bố lực ngang cho lực tựa tàu.206. Các tổ hợp cơ bản của khung tính toán.227. Sơ đồ các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng dầm ngang.22CHƯƠNG IV : GIẢI CẦU TÀU231. Phương pháp giải cầu tàu.232. Giải bài toán cầu tàu theo phương dầm ngang.233. Giải bài toán cầu tàu theo phương dầm dọc.23CHƯƠNG V:TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CẦU TÀU251.Tính toán cốt thép và kiểm tra cọc.251.1 Tính toán cọc trong quá trình thi công.251.1.1 Cọc trong quá trình cẩu lắp.251.1.2 Trường hợp vận chuyển cọc.251.1.3 Kiểm tra khả năng chịu cắt của Bêtông.271.1.4 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.271.1.5 Tính toán cốt thép làm móc cẩu:282.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc.292.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.292.1.2 Xác định nội lực tính toán cho các cấu kiện.292.1.3 Sức chịu tải của cọc theo đất nền.302.Tính toán cốt thép dầm ngang và dầm dọc.302.1 Tính toán cốt thép cho dầm ngang.302.1.1 Với tiết diện chịu mômen âm.302.1.2 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.312.1.3 Tính toán cốt thép đai.322.1.4 Với tiết diện chịu mômen dương .332.1.5 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.332.2 Tính toán cốt thép cho dầm dọc.342.2.1Với tiết diện chịu mômen âm.342.2.2 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.352.2.3 Tính toán cốt thép đai.352.2.3 Với tiết diện chịu mômen dương.362.2.4 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.373. Tính toán cốt thép bản.383.1 Sơ đồ tính bản:383.2 Xác định nội lực :383.3 Tính toán cốt thép bản.393.4 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.404. Tính toán dầm vòi voi.414.1 Trường hợp chỉ chịu lực tựa.414.2 Trường hợp chịu lực va.414.3 Kiểm tra khả năng chịu cắt của Bêtông.424.4 Kiểm tra sự hình thành và mở rộng vết nứt.42Chương VI: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ BẾN441. Những vấn đề tính toán và kiểm tra ổn định cầu tàu442. Phương pháp tính442.1Tính toán ổn định mái dốc khu vực cầu dẫn.452.1.1 Phương pháp tính:452.1.2 Tính toán ổn định với tâm trượt O1452.1.3 Tính toán ổn định với tâm trượt O2462.1.4 Tính toán ổn định tâm trượt O348 Xác định hệ số K cho tâm trượt O3 cách tâm O1 1m và đi lên trên theo trục O1y.48Chương VII: THỐNG KÊ VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG511. Thống kê vật liệu chính cho 1 phân đoạn511.1 Dầm ngang và vòi511.2 Dầm dọc511.3 Bản511.4 Cọc lăng trụ512. Thống kê vật liệu chính cho toàn bến512.1 Dầm ngang512.2 Dầm dọc512.3 Bản512.4 Cọc lăng trụ513. Vật liệu phụ cho bến513.1 Bích neo513.2 Đệm tàu514. Phương pháp thi công52Chương VIII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ521. Kết luận521.1 Kích thước và kết cấu bến521.2 Phân bố tải trọng và tổ hợp tải trọng521.3 Giải cầu tàu521.4 Tính toán các cấu kiện cầu tàu521.5 Tính toán ổn định bến522. Kiến nghị53CHƯƠNG I: TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BẾN VÀ GIẢ ĐỊNH KẾT CẤUI. SỐ LIỆU THIẾT KẾ. 1. Kết cấu công trình bến. Công trình bến Cầu tàu đài mềm trên nền hệ cọc lăng trụ BTCT.1.1. Loại tầu thiết kế. STT = 10 : Tầu thiết kế là tàu chở Khách + hàng.1.2. Số liệu về tầu. Theo bảng phụ lục 4 Tiêu chuẩn 22TCN22295 ta có các số liệu: Lượng rẽ nước : 30000 (Tấn) Trọng tải : 10000 (Tấn) Kích thước :+ Chiều dài lớn nhất : Lt,max = 218 (m).+ Chiều dài giữa 2 đường vuông góc : Lw =195 (m).+ Bề rộng tầu : Bt = 26,5 (m).+ Chiều cao mạn 17,0 (m).+ Mớn nước tầu đầy hàng : T1 = 9,2 (m).+ Mớn nước tầu chưa có hàng : T2 = 6,0 (m).+ Chiều dài đoạn thẳng của thành tầu đầy hàng : 76 (m).+ Chiều dài đoạn thẳng của thành tầu chưa có hàng : 67 (m). Diện tích cản gió :+ Ngang tầu: Khi tầu đầy hàng : Aq = 4510 (m2). Khi tầu chưa có hàng : Aq = 5240 (m2). + Dọc tầu : Khi tầu đầy hàng : An = 846 (m2). Khi tầu chưa có hàng : An = 910 (m2). Độ sâu bé nhất trước bến : 10,5(m).đồ án thiết kế Công trình bến Cầu tàu đài mềm trên nền hệ cọc lăng trụ BTCT

CHƯƠNG I: TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BẾN VÀ GIẢ ĐỊNH

KẾT CẤU

I SỐ LIỆU THIẾT KẾ

1 Kết cấu công trình bến.

- Công trình bến Cầu tàu đài mềm trên nền hệ cọc lăng trụ BTCT

1.1 Loại tầu thiết kế

- STT = 10 : Tầu thiết kế là tàu chở Khách + hàng

+ Chiều dài lớn nhất : Lt,max = 218 (m)

+ Chiều dài giữa 2 đường vuông góc : Lw =195 (m)

+ Bề rộng tầu : Bt = 26,5 (m)

+ Chiều cao mạn 17,0 (m)

+ Mớn nước tầu đầy hàng : T1 = 9,2 (m)

+ Mớn nước tầu chưa có hàng : T2 = 6,0 (m)

+ Chiều dài đoạn thẳng của thành tầu đầy hàng : 76 (m)

+ Chiều dài đoạn thẳng của thành tầu chưa có hàng : 67 (m)

- Diện tích cản gió :

+ Ngang tầu:

* Khi tầu đầy hàng : Aq = 4510 (m2)

* Khi tầu chưa có hàng : Aq = 5240 (m2)

+ Dọc tầu :

* Khi tầu đầy hàng : An = 846 (m2)

* Khi tầu chưa có hàng : An = 910 (m2)

0

5240

846 910

2 Tải trọng hàng hóa, phương tiện, thiết bị.

- Sơ đồ tải trọng khai thác cảng biển Hình 2.8.a/Công trình bến cảng

3 Số liệu địa chất

- Tra phụ lục 3 – số liệu địa chất công trình

4 Số liệu thủy văn.

- Tra Phụ lục 2 – số liệu mực nước,gió,dòng chảy

- Tốc độ gió theo phương dọc tầu: Vgdt = 5 (m/s)

- Tốc độ gió theo phương ngang tầu: Vgnt = 12 (m/s)

4.3 Số liệu về dòng chảy

- Tốc độ dòng chảy theo phương dọc tầu : Vdcdt = 1,5 (m/s)

- Tốc độ dòng chảy theo phương ngang tầu : Vdcnt = 0,5 (m/s)

- Theo quan điểm đó tồn tại 2 tiêu chuẩn để xác định CTMB,đó là tiêu chuẩn chính vàtiêu chuẩn kiểm tra:

+ Theo tiêu chuẩn chính nhằm đảm bảo cho tàu neo đậu và làm công tác bốc xếp ở bếnđược thuận lợi khi mực nước trong khu nước của cảng là trung bình:

CTMBc = MNTB (H50%) + aTrong đó:

H50%=MNTB – mực nước đảm bảo suất 50%.Lấy đường tần suất mực nước giờ H50%

= MNTB = 3,5 (m)

a - độ vượt cao được tra bảng 27 trang 65 “ Quy hoạch thiết kế công nghệ cảngbiển”, ứng với biển có thủy triều a = 2 (m).

Suy ra :

CTMBc = MNTB (H50%) + a = 3,5 + 2 = 5,5 (m) + Theo tiêu chuẩn kiểm tra: là nhằm đảm bảo cho khu đất không bị ngập nước

1.2.Chiều sâu trước bến

- Tính toán theo Tiêu Chuẩn Thiết Kế Công Trình Bến Cảng 22TCN207-92

- Độ sâu thiết kế H0:

H0 = Hct + Z4 = T + Z0 + Z1 +Z2 +Z3 + Z4

Trong đó : Hct - Chiều sâu chạy tầu Hct = T + Z0 + Z1 +Z2 +Z3

+ T = 9,2 (m) - Mớn nước của tàu tính toán khi chở đầy hàng

+ Z0 - Độ dự phòng cho sự nghiêng lệch của tàu do xếp hàng hoá lên tàu không đều

và do hàng hoá bị nghiêng lệch

+ Theo Bảng 6/22TCN207-92 : Đối với tàu chở hµng kh«,tµu hçn hîp ta có:

Z0 = 0,026.Bt = 0,026 26,5= 0,689 (m)

+ Z1 - Độ dự phòng chạy tàu tối thiểu đối với an toàn khi chạy tàu

Theo Bảng 3/22TCN207-92 : Đối với khu nước có đất đáy là bùn sét ta lấy:

+ Z4 - Độ dự phòng cho sa bồi và hang rơi vãi xuống khu nước trong cảng

Theo mục 5.3.6 tiêu chuẩn 22TCN207-92 ta lấy :

1.4.Chiều cao trước bến.

- Chiều cao trước bến được xác định theo công thức :

Lt,max = 218 (m) : Chiều dài tàu thiết kế

d : Khoảng cách dự phòng cho 1 tuyến bến (nhằm thuận tiện cho các thao tác củatàu khi cập bến cũng như bốc xếp hàng)

- Theo bảng 8/22TCN207-92 ta có : d = 25 (m)

- Suy ra : Lb = 218 + 25 = 243 (m).

3 Xác định chiều rộng bến.

- Chiều rộng bến phụ thuộc vào các yếu tố như:

- Công nghệ xây dựng bến,việc bố trí đường sắt,đường cần trục và các trang thiết bịphục vụ cho công tác bốc xếp trên cảng

- Kết cấu gia cố mái dốc gầm bến và điều kiện ổn định của mái dốc đó

- Kết cấu phần tiếp giáp sau bến với bờ và với các công trình hiện có

Chiều rộng bến cầu tàu dọc bờ sơ bộ có thể được chọn theo công thức sau:

Bb = m.H

- Trong đó :

*m – Hệ số mái dốc ổn định của mái đất dưới gầm cầu tàu

*α – Góc nghiêng của mái dốc ổn định của mái đất (đã được gia cố) dưới gầm cầutàu.Do lớp đất 1 nằm dưới ± 0.00 5m nên ta đổ thêm vào đó bằng lớp cát lấp có các đặctrưng cơ lý như sau:ɣ = 1,6 (T/m3), φ = 15o, c = 0

- Với chiều dài bến đã tính toán được : Lb = 243 (m)

- Chia chiều dài bến thành 6 phân đoạn,mỗi phân đoạn dài 40,5(m)

- Khoảng cách khe lún giữa 2 phân đoạn kề nhau là 2(cm)

- Trên mỗi phân đoạn bố trí các hàng cọc theo phương dọc bến với khoảng cách là 3,5(m) và theo phương ngang bến với khoảng cách là 4,1(m).

- Ngoài các hàng cọc thẳng đứng còn có các hàng cọc xiên 1:10 để chịu lực ngang tốthơn

Hình 1: Mặt bằng tổng thể công trình bến

4.3.Giả định về cọc:

- Cọc BTCT tiết diện 40x40cm

- Bêtông mác 300 có trọng lượng riêng γ=2500kG/m3

- Các cọc được đóng vào lớp đất tốt để đỡ kết cấu ở bên trên

- Dự kiến chiều dài cọc :

*Theo phương pháp kinh nghiệm,chiều dài tính toán sơ bộ của cọc có thể được xácđịnh thông qua công thức tính chiều dài cọc trang 205 – sách “Công trình bến cảng” :

ltt.cọc = l0 + η.d

*Trong đó : η = 5÷8 Chọn η = 6

d : Kích thước cọc.Ở đây d=0,35(m)

l0 = H = 14,5 (m)Suy ra : ltt.cọc = 14,5+ 6.0,4= 16,9 (m)

- Vậy dự kiến chiều dài tính toán sơ bộ của cọc là : 17 (m)

4.4.Giả định về hệ dầm bản:

- Kết cấu đài bến là hệ dầm bản BTCT

- Bản BTCT dày 30cm được thi công đổ tại chỗ bằng Bêtông mác 300

- Dầm ngang và dầm dọc có tiết diện là 80x100(cm2) được chế tạo từ Bêtông mác 300

và cốt thép AII

4.5.Giả định về tường chắn đất và mái dốc

- Mái dốc có cấu tạo như một bến mái nghiêng bằng đá đổ gồm có chân khay,mái vàđỉnh mái Phía trong có tầng lọc ngược Độ nghiêng của mái dốc gầm bến cầu tàu là 2.0

- Phía tuyến sau bến dùng tường chắn để giữ ổn định mái đất

- Cấu tạo chi tiết tường chắn đất và vòi voi như hình vẽ sau:

28700 28200 11800

Hào công ngh? Bích neo

40500 40500 40500 40500 40500 40500

243000

Hình 2:Tường chắn đất

5 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

+ Môdun 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 = 175 MPa = 17500 T/m2

+ Môdun đàn hồi : E = 2,1.107 T/m2

- Bêtông cấp độ bền B25 với các đặc trưng về cường độ:

+ Cường độ chịu nén : Rb = 14,5 MPa = 1450 T/m2

+ Cường độ chịu kéo : Rbt = 1,05 MPa = 105 T/m2

+ Môdul đàn hồi : E = 2,9.106 T/m2

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CẦU TÀU

1 Các loại tải trọng tác dụng lên công trình bến.

- Tải trọng thường xuyên : khối lượng bản than, khối lượng đất đắp, áp lực đất lấp, tảitrọng do công trình và thiết bị công nghệ

- Tải trọng tạm thời dài hạn : tải trọng thiết bị bốc xếp di động, áp lực thủy tĩnh…

- Tải trọng tạm thời ngắn hạn : tải trọng do sóng, dòng chảy, tải trọng do tàu(lực neo,lựcva,lực tựa),tải trọng ngang do cần cẩu và phương tiện vận tải…

- Tải trọng đặc biệt : Tải trọng do động đất,sóng thần, tải trọng do hỏa hoạn,cháy nổ…

2.1 Tải trọng bản thân của bản

- Bản của bến cầu tàu như đã giả định ở trên dày : hb = 30 (cm)

- Xét một dải bản có bề rộng b = 3,5 (m) theo phương song song với dầm ngang và nằmphân bố đều về hai phía của 1 dầm ngang bất kì

- Bêtông mác 300 có trọng lượng riêng γbt = 2500 kG/m3 = 2,5 T/m3

- Tải trọng bản thân bản được phân bố trên 1m dài bề rộng bến tính như sau:

Qb=γbt.hb.(b – a)=2,5.0,3.(3,5-0,8)= 2,625 (T/m)

2.2 Tải trọng bản thân dầm ngang

- Dầm ngang có tiêt diện 80x100 (cm2)

- Trọng lượng bản thân dầm ngang có dạng phân bố trên chiều dài,có giá trị trên 1m dàicủa dầm được tính như sau:

Qdn = γbt t.a (T/m)Trong đó:

Qdn – Tải trọng bản thân dầm ngang

a – Bề rộng dầm ngang

t=hd-hb – Bằng chiều cao dầm ngang trừ đi chiều dày bản

γbt – Trọng lượng riêng của bê tông

Thay số:

QDN = 2,5.(1,0-0,3).0,8 = 1,4 (T/m)

2.3

Tải trọng bản thân dầm dọc.

- Dầm dọc có tiết diện giả định như trên là 80x100 (cm)

- Xét một đoạn dầm dọc có chiều dài l1 = 4,1 (m) nằm vuông góc với dầm ngang vàphân bố đều về 2 phía của 1 dầm ngang bất kì Tải trọng bản thân của dầm dọc được quy vềtải tập trung đặt tại giao điểm của dầm dọc và dầm ngang được xác định như sau:

Pdd = γbt.a.t.(l1-bdầm)/2= 2,5.0,8.(1,0-0,3).(4,1-0,8) = 4,62 (T)

2.4

Tải trọng bản thân vòi voi :

- Tải trọng bản thân của vòi voi được tính một cách tương đối và thiên về an toàn,códạng tập trung đặt tại đầu dầm và có giá tri : Pvv=10.4 (T)

Bảng 5:

3 Tải trọng do gió tác dụng lên tầu.

- Theo mục 5.2/22TCN222-95 ta có thành phần ngang Wq và thành phần dọc Wn của tảitrọng gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức :

Wq = 73,6.10-5.Aq.vq2.ξ

Wn = 49.10-5.An.vn2.ξTrong đó :

Aq và An - Diện tích cản gió theo hướng ngang và hướng dọc tàu (m2)

Vq và vn – Thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió có suất đảmbảo 2%, (m/s)

- Lực neo S (kN) tác động lên một bích neo (hoặc vòng neo) không phụ thuộc vào sốlượng tàu buộc dây neo vào bích neo đó và được xác định theo công thức:

S

Q.sin os

Loại tàu Vị trí bích neo

Góc nghiêng của dây neo,độ

Tàu đầy hàng Tàu không 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:

1

154,39

89,14 64,88

Chưa hàng 277,6

8

192,83

- Nhận xét: Tải trọng neo tàu khi tàu chưa có hàng (S = 204,7kN ≈ 20,5 (Tấn) ) lớn hơntải trọng neo khi tàu chở đầy hàng (S = 189,71 kN ≈ 19 (Tấn) ), do đó dùng giá trị S = 20,5(Tấn) để chọn loại bích neo để neo tàu

- Tra bảng 11.3/Công trình bến cảng ,chọn loại bích neo HW20 để bố trí trên bến Loạibích này có đặc điểm thể hiện ở bảng sau:

BỐ TRÍ BÍCH NEO TRONG MỘT PHÂN ĐOẠN

Hình 4: Kích thước cho bích neo loại HW20

Q

l (kN/m)

Trong đó :

Qtot - Lực ngang do tác động tổng hợp của gió, dòng chảy (kN)

ld - Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình (m)

- Kết quả tính toán tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 12:

5.3 Tải trọng va tầu (khi tàu cập bến)

- Theo mục 5.8/22TCN222-95 ta có: Khi tàu cập vào công trình bến cảng thì động năng

va của tàu Eq (kJ) được xác định theo công thức :

Eq=ψ

.2

Dν2

(kJ) Trong đó:

D - Lượng rẽ nước của tàu tính toán (Tấn)

ν - Thành phần vuông góc (với mặt trước công trình) của tốc độ cập tàu (m/s).Lấytheo bảng 29/TCN222-95

- Theo bảng 29/22TCN222-95 ta có:với tàu biển D = 30000(Tấn) → ν = 0,105 (m/s)

ψ - Hệ số,phụ thuộc kết cấu công trình bến và loại tàu, lấy theo bảng30/22TCN222-95.Nếu tàu không chứa hàng (tàu rỗng) hoặc tàu chỉ có nước đối trọng thì giá

trị ψ giảm đi 15%.

- Theo bảng 30/22TCN222-95,tra với tàu biển cập vào bến cầu tàu liền bờ trên nền cọc

có mái dốc dưới gầm bến,ta có:

Khi tàu đầy hàng : ψ = 0,55

Khi tàu chưa có hàng : ψ = 0,4675

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

Fq

Hình 5: Phương pháp đồ thị xác định thành phần vuông góc với mép bến của tải trọng va F q

- Với Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm tính được như trên,dựa vào Hình 9 - Phụlục 6/22TCN222-95 “Tiêu chuẩn thiết kế công trình bến cảng biển” dùng phương pháp đồthị ta chọn loại đệm SA 600H với các đặc điểm như sau:

+ Cấu tạo bằng cao su, μ=0,5

+ Dạng hình thang rỗng

+ Chiều dài tiêu chuẩn : L = 3 (m)

+ Chiều cao giới hạn : 600 (mm)

+ Năng lượng biến dạng : Eq = 90,96 (kJ)

+ Phản lực Fq = 460 (kN)

Vậy Tải trọng va tàu theo phương vuông góc với mép bến : Fq = 460 (kN)

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

Fn = μ.Fq = 0,5.440 = 230 (kN)

- Bố trí đệm tàu tại các đầu cọc,mỗi phân đoạn có 10 đệm tàu dọc theo tuyến mép bến(xem hình vẽ chi tiết ở bản vẽ )

6 Tải trọng thiết bị, hàng hóa.

- Sơ đồ tải trọng khai thác cảng biển Hình 2-8.a/Công trình bến cảng

Hình 6: Sơ đồ tải trọng khai thác cảng biển

- Cấp tải trọng khai thác trên bến là II.

cổng

Đoàn tàu(kN/m)

Ô tô(Số hiệu)

Chương III: PHÂN BỐ LỰC NGANG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG

1 Xác định sơ bộ chiều dài tính toán cọc.

- Chiều dài tính toán của các hàng cọc được xác định dựa vào hình sau :

- Ta có chiều dài tính toán của các cọc được xác định theo phương pháp kinh nghiệmnhư sau:

Ltt = l0 + ŋ.d Trong đó:

lo – chiều dài tự do của cọc

Ŋ – Hệ số kinh nghiệm lấy trong khoảng từ (5÷7)d, trong này ta lấy ŋ = 6

C

D1

D2E

FG

- Một phân đoạn cầu tàu gồm có 9 khung ngang và 7 khung dọc trong đó khung dọc có

độ cứng lớn hơn khung ngang Do đó có thể tiến hành giải phân đoạn cầu tàu bằng bài toánphẳng theo phương ngang Khung được chọn để giải bài toán phẳng là khung có ΣHi,max

- Tọa độ tâm đàn hồi c (xo,yo) được tìm qua công thức của SBVL sau:

X0

iy i iy

H XH

=∑

∑ ; Y0

ix i ix

H YH

ở đầu cọc đơn B,C,E,F,G,H được tính như lực cắt Q gây

ra do các chuyển vị đơn vị theo các công thức của Cơ học kết cấu II Xem các cọc đơn đượcngàm chặt cả 2 đầu,tra bảng 6-6/Công trình bến cảng ta có:

E -Modul đàn hồi của vật liệu cọc.Bêtông mác 300 có : E=2,9.107 (kN/m2)

I - Mômen quán tính của tiết diện cọc Cọc tiết diện vuông 40x40cm2 có: I = a4/12

= (0,4)4/12 = 2,13.10-3 (m4)

l - Chiều dài tính toán của cọc (m) Do cọc của bến cầu tàu được ngàm vào nền đất

có dạng mái nghiêng nên chiều dài tính toán của các hàng cọc dọc bến là khác nhau

- Đối với các hàng cọc xiên A và D,một nút chụm đôi gồm 2 cọc nghiêng so với phươngthẳng đứng 1góc α1=α2=arctg(1/10) (Trên mặt phẳng khung tính toán) Hix,Hiyở đầu cọcchụm của các hàng cọc A và D được tính theo công thức:

E-Modul đàn hồi của vật liệu cọc.Bêtông mác 300 có : E=2,9.107 (kN/m2)

F-Diện tích tiết diện cọc F=0.4x0.4=0.16 (m2)

l- Chiều dài tính toán của cọc (m) Do cọc của bến cầu tàu được ngàm vào nền đất

có dạng mái nghiêng nên chiều dài tính toán của các hàng cọc dọc bến là khác nhau

3 Bài toán phân bố lực ngang cho lực neo.

- Cầu tàu chịu lực neo: Lực neo tàu tác động lên từng phân đoạn của cầu tàu thông qualực căng dây neo Thành phần lực 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 chưa hàng có tải trọngneo lớn hơn do đó lấy tải trọng trong trường hợp này để tính toán

- Xét trường hợp neo sau:

Hình 9: Lực neo song song với mép bến hướng về cùng một phía.

- Ta sẽ tính toán cho trường hợp lực neo song song với mép bến hướng về cùng mộtphía Trường hợp này lực neo gây tác động nguy hiểm hơn trường hợp 2 lực hướng vàonhau

- Chuyển lực neo về tâm đàn hồi:

- Lực ngang phân bố theo 2 phương cho cọc thứ i:

- Với x', y' là toạ độ của cọc thứ i đối với hệ toạ độ mới có tâm đàn hồi C là gốc Cuốicùng ta có bảng kết quả sau:

- Phân bố lực neo lên khung ngang và khung dọc theo phương trục X:

32.56

11.88

21.54

43.25

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 0.86 3.77 10.83 23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-0.28 -1.98 -2.12

0.86 -1.72

3.77

10.83

23.67

-=> Nhận xét : tại vị trí trục H lực neo theo phương x lớn nhất

4 Bài toán phân bố lực ngang cho lực va.

- Theo chương 2 ta tính được tải trọng va tàu theo 2 phương là:

+ Tải trọng va tàu theo phương vuông góc với mép bến : Fq = 440 (kN)

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

Hình 10: sơ đồ tính toán phân bố lực ngang cho lực va.

- Chuyển lực va về tâm đàn hồi:

= 0,00229(m).

- Lực ngang phân bố theo 2 phương cho cọc thứ i:

- Với x', y' là toạ độ của cọc thứ i đối với hệ toạ độ mới có tâm đàn hồi C là gốc Cuốicùng ta có bảng kết quả sau:

- Phân bố lực va lên khung ngang và khung dọc theo phương trục x:

y

C (xo,yo)

q = 7,04

Hình 11: Sơ đồ phân bố lực ngang cho lực tựa tàu

- Chuyển lực tựa tàu về tâm đàn hồi như hình vẽ:

- Lực ngang phân bố theo 2 phương cho cọc thứ i:

- Với x', y' là toạ độ của cọc thứ i đối với hệ toạ độ mới có tâm đàn hồi C là gốc Cuốicùng ta có bảng kết quả sau:

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 2.07 7.53 19.92 53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

-0.84 -5.30 -5.67

2.07 -3.75

7.53

19.92

53.50

Nhận xét : Tổng lực tựa tàu tác dụng lên bến được phân thành tải trọng tập trung vàbằng nhau tại các mũi cọc Nói cách khác là các khung ngang chịu lực tựa tàu là như nhau

32.56

11.88

21.54

43.25

114.4V

23.31

8.50

15.42

30.97

81.91T

23,7

23,7

23,7

23,7

23,7

48,78

48,78

48,78

48,78T

53,5

53,5

53,5

53,5

53,5

Nhận xét: Vậy trường hợp tải trọng gây bất lợi nhất là trường hợp tải tựa tàu, khung

ngang nguy hiểm nhất là khung ngang số 10 lực neo 23,7 (KN); lực va 48,78 (KN);lực tựa tàu 53,5 (KN).

6 Các tổ hợp cơ bản của khung tính toán.

- Tổ hợp tải trọng bao gồm tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt Tổ hợp tải trọng cơ bảnbao gồm các tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắnhạn Tổ hợp tải trọng đặc biệt gồm có tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời ngắn hạn,tải trọng tạm thời dài hạn và một số tải trọng đặc biệt

- Ngoài ra còn có tổ hợp tải trọng đặc biệt như tải trọng động đất

- Ta có thể tạm thể hiện qua bảng dưới đây

- Khi tính toán trong SAP ta dùng thêm tổ hợp 4 biểu đồ bao nội lực (ENVENLOP)bằng tổng 3 tổ hợp trên

7 Sơ đồ các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng dầm ngang.

- Tải trọng vòi voi (Phụ Lục 1)

- Tải trọng neo tàu (Phụ Lục 1)

- Tải trọng va tàu (Phụ Lục 1)

- Tải trọng tựa tàu (Phụ Lục 1)

CHƯƠNG IV : GIẢI CẦU TÀU

1 Phương pháp giải cầu tàu.

- Ta dùng phần mềm tính kết cấu SAP2000 để tính nội lực cho một hệ khung phẳng cóảnh hưởng nguy hiểm nhất tới kết cấu bến cầu tàu

2 Giải bài toán cầu tàu theo phương dầm ngang.

- Nội lực trong cọc tính theo dầm ngang trong trạng thái nguy hiểm nhất là: 88,77 (T).

3 Giải bài toán cầu tàu theo phương dầm dọc.

CHƯƠNG V:TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CẦU TÀU

1.Tính toán cốt thép và kiểm tra cọc.

- Sơ bộ chọn chiều dài cọc là 36 m, được chia thành 2 phân đoạn,mỗi phân đoạn dài18m Các phân đoạn cọc được đúc sẵn trong nhà máy với các đặc trưng vật liệu như đã trìnhbày ở phần trên

1.1 Tính toán cọc trong quá trình thi công

1.1.1 Cọc trong quá trình cẩu lắp

- Sơ đồ làm việc của cọc trong quá trình cẩu lắp có thể xem là dầm đơn giản có gối tựatại điểm móc cẩu và điểm tiếp xúc với đất

m i

m i

q

Hình 12: Sơ đồ làm việc 1 gối tựa trong quá trình cẩu lắp

- Điểm đặt móc cẩu được xác định sao cho mômen dương lớn nhất tại giữa nhịp bằng trị

số mômen âm lớn nhất tại gối trong quá trình cẩu lắp Theo giáo trình Nền và Móng của tácgiả Phan Hồng Quân trang 194 thì a = 0,294.L = 0,294.18 = 5,29 (m) ≈ 5,3 (m)

- Tải trọng tác dụng lên cọc là tải trọng bản thân cọc có dạng phân bố đều trên chiều dàiđoạn cọc.Giá trị tải trọng này được xác định như sau:

Hình 13: Sơ đồ làm việc 2 gối tựa trong quá trình vận chuyển

- Điểm đặt móc cẩu được xác định sao cho mômen dương lớn nhất tại giữa nhịp bằng trị

số mômen âm lớn nhất tại gối trong quá trình cẩu lắp Theo giáo trình Nền và Móng của tácgiả Phan Hồng Quân trang 194 thì b = 0,207.L = 0,207.18 = 3,73 (m) ≈ 3,8 (m)

- Khi đó mômen lớn nhất trên chiều dài cọc là:

- Cọc được tính toán là cấu kiện BTCT tiết diện vuông 40x40 chịu uốn.

- Sử dụng bảng phụ lục 8/Giáo trình Kết cấu Bêtông Cốt thép-PGS,Ts Phan QuangMinh,NXB KHKT 2006 [1],đối với cấu kiện cọc được chế tạo từ bêtông cấp độ bềnB25,nhóm cốt thép chịu lực AII và hệ số điều kiện làm việc γb2 = 1 ta có các hệ số : ξR =0,595 ; αR = 0,418

30 340 30

Hình 14: Bố trí cốt thép trong Cọc

- Với cốt thép được bố trí như trên,ta tính lại :

ho = h – (abv + 0,5.d)Trong đó :

•abv :Chiều dày lớp bêtông bảo vệ cốt thép.Lấy abv = 3 cm

•d : Đường kính cốt thép chịu lực bố trí.Có : d =1,8 cm

=> ho = 40 – ( 3 + 0,5.1,8 ) = 36,1 (cm)

Diện tích tiết diện cốt thép: 8φ18AII (As = 20,36 cm2)

Suy ra hàm lượng cốt thép:

=> Kết luận : Thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép

1.1.3 Kiểm tra khả năng chịu cắt của Bêtông

- Khả năng chống cắt của bêtông chế tạo cọc được xác định thông qua công thức sauđây:

• k :Hệ số kể đến tính chất chịu lực của cấu kiện.Với bản chịu uốn lấy k = 1.0

• η:Hệ số kể đến loại cốt thép.Với thép AII lấy η =1.0

• Cg :Hệ số phụ thuộc tính chất tác dụng của tải trọng Xem cấu kiện chịu tác độngcủa tải trọng lâu dài lấy Cg = 1,3

• σa :Ứng suất trong cốt thép chịu kéo tại tiết diện xuất hiện khe nứt Đối với cấukiện chịu uốn thì σa được xác định như sau :

2.1 Kiểm tra sức chịu tải của cọc.

2.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu

PVL = ϕ mb (Rb.Fb + Rs.As)Trong đó:

•Rb , Rs :Tương ứng là cường độ chịu nén tính toán của Bêtông và của cốt thép

•Fb , As : Tương ứng là diện tích tiết diện cốt thép tính toán của Bêtông và của cốtthép.Có : As = 20,36 (cm2) → Fb = 402 – 20,36 = 1579,64 (cm2)

• ϕ :Hệ số kể đến ảnh hưởng của uốn dọc Với chiều dài đoạn cọc như đã chọn lấy ϕ

= 0,95

•mb : Hệ số điều kiện làm việc.Với cột Bêtông thẳng đứng lấy mb = 0,85

=> PVL = 0,95.0,85.(1450.0,158 +28000.20,36.10-4) = 231,1 (T)

2.1.2 Xác định nội lực tính toán cho các cấu kiện

- Theo tiêu chuẩn Thiết kế Công trình bến và cảng biển 22TCN207-92 ,khi tính toán cấukiện của cầu tàu theo trạng thái giới hạn thứ nhất,nội lực của các cấu kiện được xác địnhtheo công thức:

Stt = kn nc n md STrong đó:

• kn : Hệ số độ tin cậy,với công trình cấp II lấy kn = 1.2

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

• n : Hệ số vượt tải,lấy n = 1.25

• md : Hệ số điều kiện làm việc,xét đến đặc điểm chịu lực thực tế của cấu kiện vàmột số giả thiết của sơ đồ tính toán.Láy chung md = 0,9

• S :Nội lực danh nghĩa xác định được trong các cấu kiện

- Từ đó ta xác định được các nội lực dùng để tính toán cốt thép cho các cấu kiện nhưsau:

Đối với dầm ngang:

Mmax = 1,1 x 1,0 x 1,25 x 0,9 x 25,74 = 38,22 (Tm)

Mmin = 1,1 x 1,0 x 1,25 x 0,9 x (-33,59) = -49,88 (Tm)

Qmax = 1.1 x 1.0 x 1.25 x 0.9 x 41,7 = 61,92 (T)

Qmin = 1.1 x 1.0 x 1.25 x 0.9 x (-47,14) = -70,0 (T)Đối với cọc chịu nén lớn nhất :

Pmax = 1.1 x 1.0 x 1.25 x 0.9 x 88,77 = 109,85 (T)

- Ta thấy PVL= 213,1 (T) > Pmax = 109,85 (T) => Cọc đủ SCT

2.1.3 Sức chịu tải của cọc theo đất nền

- Sức chịu tải của đất nền được xác định theo kết quả thí nghiệm trong phòng qua côngthức sau:

Pgh = R.F + U∑hi.τi

F = 0,4.0,4 = 0,16 (m2) - Diện tích tiết diện cọc

U = 0,4.4 = 1,6 (m) - Chu vi cọc

hi : Chiều dài tính toán cọc

τi : Ma sát trung bình giữa lớp đất thứ i và cọc Được xác định qua tra bảng IV.1/144Sách Nền Móng – Phan Hồng Quân

R : Sức kháng giới hạn của đất ở mũi cọc Với Hm = 36 (m), mũi cọc đặt ở lớp đất cáthạt trung tra bảng IV.2/144 – Nền Móng của Phan Hồng Quân ta được R ≈ 4000kPa =4000KN/m2 = 400 (T/m2)

2.1 Tính toán cốt thép cho dầm ngang.

2.1.1 Với tiết diện chịu mômen âm

- Cánh nằm trong vùng nén nên bỏ qua Tính toán dầm theo tiết diện chữ nhật

bxh = 80 x 100 (cm2)

Ta tính cốt thép cho dầm ngang với:

Ta có nội lực tính toán là :Mtt = 33,59 (Tm)

Qtt = 47,14 (T) Lấy ho = h – a với a = 5cm => h0 = 100-5 = 95 (cm)

- Kiểm tra điều kiện sự cần thiết phải đặt cốt thép:

- Diện tích cốt thép dọc cần thiết tại gối:

- Với As = 12,83 cm2 sau khi kiểm tra thì không thỏa mãn điều kiện vết nứt Vậy ta