Bến cầu tàu đài mềm cọc khoan nhồi
Mục lục SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -1- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Mục lục Chương 1. Số liệu thiết kế 3 1.1. Kết cấu công trình bến 3 1.1.2 Loại tàu thiết kế 3 1.1.3 Số liệu về tàu 3 1.2. Tải trọng hàng hóa, phương tiện và thiết bị 3 1.3. Số liệu địa chất 3 1.4. Số liệu thủy văn 4 Chương 2. Các kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến 5 2.1. Các cao trình bến 5 2.1.1 Cao trình mặt bến (CTMB) 5 2.1.2 Chiều sâu trước bến 5 2.1.3 Cao trình đáy bến 5 2.1.4 Chiều cao trước bến 6 2.2. Chiều dài bến 6 2.3. Chiều rộng bến 6 2.4. Giả định kết cấu bến 7 2.4.1 Hệ kết cấu bến 7 2.4.2 Phân đoạn bến 7 2.4.3 Giả định về kết cấu 7 2.4.4 Tường chắn đất 7 2.4.5 Vật liệu 7 Chương 3. Tải trọng và tổ hợp tải trong tác dụng lên bến cầu tàu 9 3.1. Tải trọng gió tác dụng lên tàu 9 3.2. Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu 9 3.3. Tải trọng dòng chảy tác dụng lên tàu 10 3.4. Tải trọng tựa tàu 11 3.5. Tải trọng va tàu 11 3.6. Tải trọng neo tàu 12 3.7. Tải trọng thiết bị 13 3.8. Tải trọng bản thân 13 3.9. Đưa bài toán về khung phẳng 14 3.9.1 Xác định tâm đàn hồi 14 Mục lục SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -2- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ 3.9.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc 15 3.9.3 Sơ đồ tải trọng 18 3.10. Giải cầu tàu 19 3.10.1 Tổ hợp nội lực 19 3.10.2 Biểu đồ bao nội lực 19 3.10.3 Nội lực bản sàn 20 Chương 4. Tính toán cấu kiện 21 4.1. Đặc trưng vật liệu 21 4.2. Tính toán cấu kiện 21 4.2.2 Tính toán cốt thép bản 21 4.2.3 Tính toán cốt thép dầm ngang và dầm dọc 23 4.2.4 Tính toán cốt thép vòi voi 26 4.2.5 Tính cốt thép cọc 28 4.3. Tính toán sức chịu tải của cọc 30 4.3.1 Sức chịu tải theo vật liệu 30 4.3.2 Sức chịu tải theo đất nền 31 Chương 5. Tính toán ổn định trượt sâu của công trình 35 Tài liệu tham khảo 38 Phụ lục 39 Bảng tính xác định tâm đàn hồi 39 Bảng tính xác định lực ngang lên đầu cọc 41 Tải trọng neo 41 Tải trọng va 43 Chương I: Số liệu thiết kế SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -3- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.1. KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BẾN Cầu tàu đài mềm hệ dầm bản cọc bê tông cốt thép 1.1.2 Loại tàu thiết kế Tàu chở Quặng 15000 T 1.1.3 Số liệu về tàu Bảng 1: Số liệu tàu tính toán Lượng rẽ nước 1000T (D) Trọng tải 1000T Kích thước, m Diện tích cản gió, m 2 Độ sâu bé nhất trước bến, m Chiều dài B H m Mớn nước Chiều dài đoạn thẳng tàu Ngang tàu, Aq Dọc tàu, An L tmax L w T đh T kh L đh L kh A qđh A qkh A nđh A nkh 20 15 157 144 20.2 11.7 8.6 3 73 57 1340 2310 360 490 10.5 1.2. TẢI TRỌNG HÀNG HÓA, PHƯƠNG TIỆN VÀ THIẾT BỊ Trong đồ án ta chọn cấp tải trọng khai thác trên bến là cấp II Bảng 2: Tải trọng hàng hóa, phương tiện và thiết bị Cấp tải trọng khai thác trên bến Tải trọng do thiết bị và phương tiện vận tải KN/m2 Tải trọng do hàng hóa KN/m 2 Cần trục bánh xích Đoàn tàu KN/m Ô tô q 1 q 2 q 3 II 10 H - 300 30 40 60 1.3. SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT Chương I: Số liệu thiết kế SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -4- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Bảng 3: Số liệu địa chất Các thông số đề bài Tên lớp đất Lớp đất số 1 Lớp đất số 2 Lớp đất số 3 1 Mô tả lớp đất á cát dẻo mềm á cát dẻo chặt Sét nửa cứng 2 Độ sâu đáy lớp đất (tính từ đáy biển trở xuống) h 1 = 5.0 m h 2 = 10.0 m h 3 = 3 Trọng lượng , g/cm 3 1.5 1.7 1.9 4 Góc ma sát trong φ, độ 18 20 22 1.4. SỐ LIỆU THỦY VĂN Bảng 4: Số liệu thủy văn Mực nước Vận tốc gió Vận tốc dòng chảy Thông số sóng MNCTK MNTTK MNTB V gdt V gnt V dcdt V dcnt h sdt dt h snt nt 3.4 1.2 2.3 16 6 0.3 0.2 1 55 0.6 35 Chương II: Các kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -5- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ CHƯƠNG 2. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN – GIẢ ĐỊNH KẾT CẤU BẾN 2.1. CÁC CAO TRÌNH BẾN 2.1.1 Cao trình mặt bến (CTMB) Cao trình mặt bến tính bằng công thức sau: CTMB MNCTK a Trong đó: a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng háo và quá trình bốc dỡ; a = 12 m 2.1.2 Chiều sâu trước bến Chiều sâu bến tính toán hay thiết kế của bể cảng là chiều sâu của khu nước cần đảm bảo cho tầu neo đậu và ra vào cảng an toàn trong quá trình bốc xếp hàng hóa. Độ sâu chạy tàu ct 0 1 2 3 H T Z Z Z Z Độ sâu thiết kế 0 ct 4 H H Z Trong đó: T – Mớn nước tàu chở đầy hàng Z 0 – Độ dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hóa lên tàu khong đều và do hàng hóa 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 Z 3 – Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nước của tàu khi chạy so với mớn nước tàu neo đậu khi nước tĩnh. Z 4 – Độ dự phòng cho sa bồi. 2.1.3 Cao trình đáy bến Cao trình đáy bến được xác định theo công thức 0 CTDB MNTTK H Chương II: Các kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -6- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ 2.1.4 Chiều cao trước bến Chiều cao trước bến tính theo công thức 0 H CTMB CTDB Ta có bảng tổng hợp tính toán sau Bảng 5: Các cao trình bến MNCTK (m) MNTTK (m) a (m) CTMB (m) T (m) Z 1 (m) Z 2 (m) Z 3 (m) Z 4 (m) Z 0 (m) H 0 (m) CTĐB (m) H (m) 3.40 1.20 1.10 4.50 8.60 0.52 0.09 0.15 0.5 0.53 10.50 -9.30 13.80 2.2. CHIỀU DÀI BẾN Chiều dài bến được xác định theo công thức t b max L L d Trong đó: L tmax – Chiều dài tàu tính toán lớn nhất d – Khoảng cách an toàn giữa các tầu, tầu với bờ Bảng 6: Chiều dài bến L tmax (m) d (m) L b (m) 157 20 177 2.3. CHIỀU RỘNG BẾN Chiều rộng bến xác định theo công thức: B m (H h) Trong đó: B –là chiều rộng bến. m = cotgφ (φ là góc ma sát trong của nền đất). Ta lấy φ = φ 2 = 20 0 H – Chiều cao bến. h – chiều cao tường chắn đất Ta chọn chiều cao của tường chắn đất là 2.5 (m) Chương II: Các kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -7- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Bảng 7: Chiều rộng bến H (m) h tchắn (m) (độ) m (m) B (m) 13.80 2.5 20 2.747 31.0 2.4. GIẢ ĐỊNH KẾT CẤU BẾN 2.4.1 Hệ kết cấu bến Cầu tàu đài mềm hệ dầm bản cọc khoan nhồi bê tông cốt thép 2.4.2 Phân đoạn bến Ta chia bến ra làm 3 phân đoạn, chiều dài mỗi phân đoạn là l = 59 m Khe lún phân đoạn 4cm Mỗi phân đoạn ta bố trí 3 bích neo, 2 phân đoạn cạnh nhau chung 1 bích neo 2.4.3 Giả định về kết cấu Cọc: Ta lựa chọn bố trí cọc khoan nhồi kích đường kính D = 100 (cm) Lưới cọc: 5.4 5.6 m Chôn sâu xuống lớp đất 3 Dầm: Ta chọn kích thước dầm dọc và dầm ngang: b x h = 1000 1500 mm Tại mỗi đầu dầm ngang ta tăng tiết diện của dầm lên: b x h = 1000 2300 mm Vòi voi ta chọn tiết diện thay đổi từ 10001500 mm xuống 1000800 mm là mép dưới của vòi voi Bản: Chọn chiều dày bản là: h b = 400 (mm). 2.4.4 Tường chắn đất Tường chắn đất sâu h tường chắn = 2.5 (m) 2.4.5 Vật liệu Chương II: Các kích thước cơ bản – giả định kết cấu bến SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -8- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Cốt thép nhóm AII: R a = 2800 (KG/cm 2 ), E = 2,1.10 8 (KN/m 2 ) Bê tông M300: R n = 130 (KG/cm 2 ), R k = 10 (KG/cm 2 ), E = 2,9.10 7 (KN/m 2 ) Hệ số: γ = 0.9 Chương III: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -9- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ CHƯƠNG 3. TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRONG TÁC DỤNG LÊN BẾN CẦU TÀU 3.1. TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN TÀU Xác định tải trọng gió theo tài liệu [2] Tải trọng gió theo phương ngang tàu 52 W 73,6.10 . . . q q q q AV Tải trọng gió theo phương dọc tầu: 52 W 49.10 . . . n n n n AV Trong đó: W ,W : qn Là tải trọng gió theo phương ngang và phương dọc tầu. ,: qn AA Là diện tích cản gió theo phương ngang và phương dọc tầu. : Là hệ số phụ thuộc vào gió (tra bảng). Xét với 2 trương hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng Bảng 8: Tải trọng gió ξn ξq Đầy hàng Không hàng Aqd h Wqdh (KN) Andh Wndh (KN) Aqkh Wqkh (KN) Ankh Wnkh (KN) 1 0.65 1340 23.08 360 45.16 2310 39.78 490.0 61.47 3.2. TẢI TRỌNG DO SÓNG TÁC DỤNG LÊN TÀU Tải trọng sóng tác dụng lên tầu theo phương ngang và phương dọc tầu được xác định theo [2] Tải trọng sóng theo phương ngang tầu: 1 . . . . . l Q g h A Tải trọng sóng theo phương dọc tầu: . . . . t N g h A Trong đó: Chương III: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -10- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Q, N: là tải trọng sóng theo phương ngang và dọc tầu. : Hệ số lấy từ đồ thị hình 32 tài liệu [2]. 1 : Hệ số lấy ở bảng 27 tài liệu [2]. , lt AA : Diện tích chắn nước theo phương ngang và phương dọc. ρ: Khối lượng riêng của nước biển. Lấy ρ = 1.025 (t/m 3 ) h: Chiều cao sóng. Xét với 2 trương hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng. Bảng 9: Hệ số tính tải trọng sóng γ 1 γ 2 ρ h n h d 0.5 0.73 1.025 0.6 1 Bảng 10: Tải trọng sóng Đầy hàng Không hàng χ A l Q χ A t N χ A l Q χ A t N 0.47 1350 1914 0.61 173.72 1066 0.78 471 1618 0.82 60.6 500 3.3. TẢI TRỌNG DÒNG CHẢY TÁC DỤNG LÊN TÀU Tải trọng dòng chảy tác dụng lên tầu được xác định theo tài liệu [2]. Tải trọng dòng chảy theo phương ngang: 2 w 0,59 ll Q AV Tải trọng dòng chảy theo phương dọc tầu: 2 w 0,59 tt N AV Trong đó: , lt AA : Diện tích chắn nước theo phương ngang và phương dọc. V l , V t : Vận tốc theo phương ngang và phương dọc của dòng chảy Xét với 2 trương hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng. Sử dụng các công thức và ta có bảng kết quả: [...]... TỰA TÀU Tải trọng phân bố do tầu tựa vào bến được xác định theo công thức: q 1,1 Qngang Ld 1,1 W Q Qw Ld Trong đó: Ld là chiều dài tiếp xúc giữa tầu và công trình ( Chiều dài đoạn thẳng tàu) Xét với 2 trường hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng Bảng 12: Tải trọng tựa tàu Đầy hàng Q 1914.30 29.67 Lt 73 q= W 23.08 3.5 Qw 31.86 Lt 57 q= Không hàng W Q 39.78 1618.01 32.21 Qw 11.12 TẢI TRỌNG VA TÀU... mãn) Vậy không phải tính toán cốt đai, ta đặt cốt đai theo cấu tạo: đai 4 nhánh Φ10-a200 4.2.5 Tính cốt thép cọc SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -28- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Chương IV: Tính toán cấu kiện a) Thông số tính toán của cọc: Chiều dài cọc L = 9.531 (m) Cọc tròn đường kính D = 1.0 (m) Cọc số 12 có lực dọc lớn nhất là: N = 2107 (KN) và momen tương ứng là M = 513 (KN.m) Chuyển sang tiết diện... trọng tác dụng Bảng 14: Tải trọng neo tàu Đầy hàng Không hàng α 30 30 β 20 40 n 4 4 Qtot 54.94 50.90 S 29.23 33.22 Sq 13.74 12.72 Sn 23.79 22.04 Sv 10.00 21.35 Ta chọn được loại bích neo: Loại: HW40 Số hiệu bulon: 7 Lực căng: 40T 3.7 TẢI TRỌNG THIẾT BỊ Ta lựa chọn cấu khai thác trên bến là cấp II Bảng 15: Tải trọng thiết bị và hàng hóa Cấp tải trọng khai thác trên bến Tải trọng do thiết bị và phương... và tổ hợp tải trọng tác dụng 3.9 ĐƯA BÀI TOÁN VỀ KHUNG PHẲNG 3.9.1 Xác định tâm đàn hồi Giả sử độ sâu ngàm giả định là 6D = 6x1000 = 6000 (mm) = 6.0 (m) Bảng chiều dài kích thước cọc: Bảng 16: Chiều dài cọc tính toán Cọc A B C D E F Lo 9.11 7.71 6.32 4.92 3.53 2.14 Ltt 15.11 13.71 12.32 10.92 9.53 8.14 Hình 2: Sơ đồ tính toán Xác định tọa độ tâm đàn hồi: Gọi tọa độ tâm đàn hồi là C( xC, yC) Công... GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Chương III: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng Trong đó: H , H ix iy là tổng phản lực ngang do chuyển vị đơn vị gây ra xi, yi : là tọa độ đầu cọc thứ i Với cọc đơn: H ix = Hiy = Q = 12 EJ li3 Với cọc BTCT #300 kích thước D = 1 m ta xác định được: E = 2,9107(KN/m2) J = πD4/64= 3.141.04/64 = 0.049 (m4) F = πD2/4 = 3.141.02/4 = 0.785 (m2) EJ = 2,9.1070.785 =... chi tiết được trình bày trong phần Phụ lục 3.9.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc a) Cầu tầu chịu lực neo tầu Các trường hợp tính toán: Trường hợp 1: Trường hợp 2: SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -15- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Chương III: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng Ta tính cho trường hợp nguy hiểm là trường hợp 2 b) Cầu tầu chịu lực va Trường hợp 1: Trường hợp 2: Ta tính cho cả 2 trường hợp... vòi voi chịu tác dụng của lực tựa tàu và va tàu Phần trên của dầm vòi voi liên SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -26- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Chương IV: Tính toán cấu kiện kết với dầm ngang, truyền tải trọng vào dầm ngang và chủ yếu chịu lực nén nên không cần thiết phải tính toán mà chỉ tính toán với phần dầm bên dưới như dầm Conson chịu uốn dưới tác dụng của lực tựa và lực va tàu Ta tính toán với trường hợp... tầu V: Vận tốc theo phương ngang Lấy theo bảng 29 tài liệu [2] : Hệ số tra bảng 30 tài liệu [2] Xét với 2 trường hợp: tàu đầy hàng và tàu không hàng SVTH: Lê Văn Hiếu – 251055 -11- GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Đệ Chương III: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng Bảng 13: Tải trọng va tàu v D 0.12 20000 ψ 0.55 Đầy hàng Eq 79.2 Fq ψ 0.47 Không hàng Eq 67.32 Fq Dựa vào phu lục 6 tài liệu [2] ta chọn được loại... Units SAP2000 12/2/14 2:12:54 SAP2000 v14.2.2 - File:CANG-HIEU1 - Joint Loads (VT) (As Defined) - KN, m, C Units SAP2000 12/2/14 2:16:56 Chương III: Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng 3.10 GIẢI CẦU TÀU 3.10.1 Tổ hợp nội lực Tổ hợp 1: Bản thân khung + bản thân dầm dọc-sàn +vòi voi + hàng hóa + thiết bị + va Tổ hợp 2: Bản thân khung + bản thân dầm dọc-sàn +vòi voi + hàng hóa + thiết bị+ neo ... dạng: E = 88 (KJ) Phản lực: Fq = 262 (KN) 3.6 TẢI TRỌNG NEO TÀU Tải trọng neo tầu được xác định theo công thức: S Qtot n.sin cos Trong đó: n : Số bích neo chịu lực α, β: Góc của dây neo Qtot = Wngang + Q: Tải trọng do gió và dòng chảy tác dụng lên neo Tải trọng của lực neo tầu chiếu lên các phương: Phương vuông góc với bến: Sq Qtot n Phương song song: Sn S.cos cos Phương . Chiều rộng bến H (m) h tchắn (m) (độ) m (m) B (m) 13.80 2.5 20 2.747 31.0 2.4. GIẢ ĐỊNH KẾT CẤU BẾN 2.4.1 Hệ kết cấu bến Cầu tàu đài mềm hệ dầm bản cọc khoan nhồi bê tông. KẾT CẤU CÔNG TRÌNH BẾN Cầu tàu đài mềm hệ dầm bản cọc bê tông cốt thép 1.1.2 Loại tàu thiết kế Tàu chở Quặng 15000 T 1.1.3 Số liệu về tàu Bảng 1: Số liệu tàu tính toán Lượng rẽ nước. bến 5 2.1. Các cao trình bến 5 2.1.1 Cao trình mặt bến (CTMB) 5 2.1.2 Chiều sâu trước bến 5 2.1.3 Cao trình đáy bến 5 2.1.4 Chiều cao trước bến 6 2.2. Chiều dài bến 6 2.3. Chiều rộng bến