ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH BIỂN TRỌNG LỰC BẰNG BÊ TÔNG

 Thượng tầng: bao gồm các Block Modul.Đối với các công trình dùng làm khí tượng hải văn, phục vụ mục đích nghiên cứu biển hoặc làm các dịch vụ ngoài khơi, phần thượng tầng được cấu tạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH BIỂN TRỌNG LỰC BẰNG BÊ TÔNG

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG.

I - MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN:

- Công trình là trạm khí tượng hải văn

- Mục tiêu của đồ án là tính toán thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lựcbằng bê tông kiểu DKI trong giai đoạn khai thác

II - ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG TRÌNH:

1 Mô tả kiến trúc công trình:

Kiến trúc công trình gồm 3 phần chính: Thượng tầng, Trụ đỡ, Đế móng

 Thượng tầng: bao gồm các Block Modul.Đối với các công trình dùng làm khí tượng hải văn, phục vụ mục đích nghiên cứu biển hoặc làm các dịch vụ ngoài khơi, phần thượng tầng được cấu tạo giống như một công trình dân dụng, thoả mãn các nhu cầu của một trạm khí tượng hải văn ngoài biển.Cụ thể :

 Khối nhà ở:

Gồm nhà ở cho 12 người, chứa các thiết bị đo khí tượng hải văn

Dạng nhà hình bát giác, trên mái là vườn khí tượng có đặt các dụng cụ đo, hoạt tảingười sử dụng = 2 (T/m2)

Trọng lượng khối nhà ở gồm: khối nhà ở = 70 (T), dự trữ lương thực, thực phẩm = 8(T), nước ngọt 50 (T)

 Hệ thống dầm sàn chịu lực:

Kích thước mặt bằng của hệ thống dầm sàn chịu lực là: 14 x 14 (m)

Trọng lượng hệ thống dầm thép chịu lực ở sàn chịu lực = 38 (T)

 Hệ thống sàn công tác:

Hệ thống kết cấu thép dùng đỡ nhà vệ sinh, kho chứa, giá và xuồng cứu sinh, bể chứadầu, thang di động Kích thước mặt bằng của hệ thống dầm sàn công tác là: 14 x

14(m).Trọng lượng hệ thống sàn công tác bao gồm: nhà vệ sinh = 0.75 (T), kho chứa

= 1.45 (T), bể chứa dầu = 2.5 (T), trọng lượng bản thân của sàn công tác = 11 (T).Cần chú ý rằng: Phần thượng tầng được kể từ mép dưới của hệ thống kết cấu đỡ sàncông tác trở lên Phần này coi như đã được chế tạo định hình sẵn; sẽ được ghép nốivới KCĐ để tạo thành công trình hoàn chỉnh Đối với phần thượng tầng này, khôngcho phép chịu tác động của sóng nước ( kể cả bọt sóng vỡ ) Bên dưới của phầnthượng tầng là hệ thống KCĐ

 Trụ đỡ: có nhiệm vụ đỡ khối thượng tầng thông qua kết cấu sàn chịu lực và truyền toàn bộ tải trọng ( tĩnh tải, hoạt tải ) từ thượng tầng và kết cấu đỡ thượng tầng xuống chân đế Từ quy mô của khối thượng tầng mà kết cấu trụ đỡ có thể được cấu tạo từ một hoặc nhiều trụ.Trụ đỡ bê tông cốt thép thường có tiết diện dạng hình vành

khuyên

 Đế móng: có nhiệm vụ nhận tải trọng từ trụ đỡ truyền xuống nền đất Phân bố tảitrọng lên nền đất giúp công trình đứng ổn định.Còn là nơi chứa các vật liệu ( nướcdằn, chứa dầu ) Mặt khác đế móng còn đóng một vai trò quan trọng trong thi công đó

là trong giai đoạn đầu phải tự nổi để tạo mặt bằng thi công cho các giai đoạn tiếp theo.– Đế móng là khối BTCT hoặc BTCTUST rỗng với mặt bằng tròn hay vuông

– Hệ thống chân khay chạy vòng quanh đế móng

– Phía trong đế móng có các hệ thóng dầm sườn BTCT cùng với bản đáy, bản nắp, bản thành chia thành các khoang rỗng

2 Trọng lượng phần thượng tầng và các trang thiết bị.

+ Khối nhà ở = 70 (T), hoạt tải = 2 (T), dự trữ lương thực thực phẩm = 8 (T), nước ngọt

= 50 (T),

+ Hệ thống dầm thép chịu lực ở sàn chịu lực = 38 (T)

+ Sàn công tác: nhà vệ sinh = 0.75 (T), kho = 1.45 (T),bể chứa dầu = 2.5 (T), trọng lượng bản thân sàn công tác = 11 (T)

mÆt b»ng v ên k hÝ t uî ng a-a

mÆt b»ng sµn nhµ ë b-b

3 Giải pháp kết cấu chung:

a.Giải pháp kết cấu dầm đỡ thượng tầng.

– Kết cấu đỡ thượng tầng có dạng sàn phẳng được cấu tạo bằng thép hình hoặc thép ốnghoặc bằng bê tông cốt thép

– Vì công trình làm bằng BTCT nên chọn luôn cấu tạo của kết cấu đỡ thượng tầng làm bằng BTCT đổ toàn khối với trụ đỡ Có dạng sau:

2

1 3

3

1 2

– Trong trụ đỡ có các bản vách cách nhau một khoảng h=5 (m), tạo độ cứng và độ ổn định cho vách.

– Kích thước mặt cắt ngang và chiều dày của trụ đỡ có thể thay đổi

– Việc thay đổi tiết diện cũng kéo theo sự phức tạp trong thi công Mà độ sâu nước tại

vị trí đặt công trình không quá lớn Do vậy ta chọn tiết diện trụ không đổi trên suốt chiều dài

c.Giải pháp kết cấu đế móng.

Việc chọn kích thước đế móng phụ thuộc phần lớn vào phương pháp thi công và các điều kiện về ổn định về khả năng tự nổi, điều kiện bền và biến dạng của móng Đế móng cóthể là đế hình tròn, có thể là đế hình vuông, chữ nhật, đế hình vòm hoặc đế có thể là tập hợpcủa các xilo

III - ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG ÁN THI CÔNG.

1, Số liệu khí tượng hải văn.

Bảng 1: Số liệu thuỷ triều, nước dâng tại vị trí XD CT:

Biên độ chiều lớn nhất d1 (m) 1.5

Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2 (m) 1.0

Bảng 2: Độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình:

Độ sâu hải đồ do (m) 25

Các thông số Tên lớp đất

Lớp đất 1 Lớp đất 2 Lớp đất 3

Sét pha,trang tháicứng

Sét màuxám vàng,trạng tháicứng

Sét pha,trạng tháidẻo cứng

2 Độ sâu đáy lớp đất ( tính từ đáy biển trở xuống) H1 H2 H3

T, s 10.3 14.3 11.6 10.8 12.4 12.5 12.0 12.3

Bảng 8: Vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất tương ứng với hướng sóng

tính toán (chu kì lặp 100 năm):

Bảng 9: Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất tương ứng với

hướng sóng tính toán (chu kì lặp 100 năm):

2, Điều kiện sử dụng vật liệu.

+ Thép cường độ cao có các đặc trưng cơ lí

- Khối lượng riêng = 7850 (kG/m3)

- Cường độ tiêu chuẩn Rc = 17000 kG/cm2

- Cường độ tính toán R = 11000 kG/cm2

- Modul đàn hồi E = 2.000.000 kG/cm2

- Sợi thép ƯST được dùng lấy theo VSL hoặc tương đương

+ Thép thường nhóm AI, AII, AIII

+ Bê tông:

- Với cấu kiện BTCT thường: BT mác 400

- Với cấu kiện BTCTƯST: BT mác 500

3, Phương án thi công:

a, Đặc điểm thi công công trình biển trọng lực.

- Khác với thi công các công trình xây dựng trên bờ, việc thi công công trình biển trọnglực bê tông cốt thép không thể thực hiện trực tiếp tại vị trí xây dựng ngoài khơi vì:

- Vấn đề thi công bê tông cốt thép liên quan đến điều kiện đảm bảo để bê tông ninh kết

và đạt chất lượng cao, chính vì thế khó thực hiện được trong môi trường nước biển có tác động của sóng gió dòng chảy và ăn mòn của môi trường

- Kết cấu công trình biển trọng lực bê tông thường có kích thước lớn vì vậy đòi hỏi mộtkhối lượng vật liệu thi công rất lớn Nếu thi công trên biển sẽ phải kéo dài thời gian sẽgặp nhiều rủi ro về thời tiết và đòi hỏi chi phí cao về nhân công, thiết bị…

- Với những lí do trên thì các công trình biển trọng lực bê tông được thi công chế tạo hoàn chỉnh ở ven bờ sau đó lai dắt ra vị trí xây dựng và đánh chìm xuống vị trí đã được san nền sẵn Phương án này khắc phục được tất cả các nhược điểm khi thi công

bê tông cốt thép trực tiếp ở ngoài khơi

b, Công tác chuẩn bị.

+ Để thực hiện được phương án thi công công trình ven bờ rồi lai dắt ra vị trí xây dựng, đòi hỏi phải chuẩn bị cơ sở hạ tầng phù hợp với yêu cầu kỹ thuật để thi công công trình biển trọng lực bê tông giống như cơ sở hạ tầng để thi công các phương tiện nổi ởven biển

+ Yêu cầu về cơ sở hạ tầng phục vụ thi công ven bờ:

 Vịnh ven bờ đủ độ sâu để thi công công trình

 Thuận tiện về giao thông.

 Có sẵn nguồn cung cấp nước ngọt, điện

 Có điều kiện cung cấp nhân lực

+ Các công tác chuẩn bị:

- chuẩn bị ụ khô

- chuẩn bị phao nổi với sà lan

c, Quy trình thi công công trình biển trọng lực.

Phương án thi công cho CTBCĐ kiểu DK trọng lực có thể chia làm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Chế tạo trên bờ (trong ụ khô).

Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT được chế tạo trong ụkhô.Sau khi chế tạo xong tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạo này tự nổi.Kích thướckhối đế thi công ở giai đoạn 1 được lựa chọn để tự nổi ổn định

Hình 1:thi công trong ụ khô.

Giai đoạn 2: Hạ thuỷ phần khối đế đã thi công

Giai đoạn 3: Chế tạo và lắp dựng hoàn chỉnh (ở gần bờ)

Thi công ven biển, dựa vào khả năng tự nổi ổn định của phần khối đế đã được hạ thuỷ

ở ven biển để thi công các phần còn lại của khối chân đế Trong trường hợp công trình ( baogồm khối chân đế và thượng tầng ) có thể tự nổi ổn định trong giai đoạn vận chuyển ra vị tríxây dựng, sau khi thi công xong khối chân đế và kết cấu khối đỡ thượng tầng, khối chân đếphải được hạ thấp bằng cách dằn nước và dùng cẩu để lắp thượng tầng Sau khi lắp đặt

thượng tầng, tiến hành bơm trám nước dằn ra khỏi khối chân đế để công trình nổi nên ở mớnnước vận chuyển và được neo ở cảng chờ xuất phát ra biển.

hd

h2 Z2

2

i

hi

hd Zi

n

H

hd h

Hình 2:thi công các đốt trụ còn lại

Giai đoạn 4: Lai dắt ra vị trí xây dựng ngoài khơi.

Dùng các tàu kéo, lai dắt hệ KCĐ , thượng tầng ra ngoài khơi (nơi vị trí sẽ cố địnhcông trình)

hình 4:lai dắt công trình ra vị trí đánh chìm

Giai đoạn 5 : San dọn nền và bơm nước dằn đánh chìm công trình.

Tại vị trí cố định công trình, tiến hành công tác san dọn nền đất, sau đó bơm nước vàoKCĐ để công trình từ từ hạ xuống

Hình5:đánh chìm khối chân đế

Giai đoạn 6 : Hoàn chỉnh các hạng mục khác

Sau khi công trình hạ xuống, tiến hành các công tác khác như: bơm phụt vữa BT vàokhe giữa đáy móng và nền đất, dằn vật liệu vào KCĐ ( nếu cần ),hoàn tất các việc phụ khác

PHẦN II: XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.

I - XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN.

1 Xác định chiều cao KCĐ.

Chiều cao KCĐ được xác định theo công thức:

Trong đó:

Hcđ: Chiều cao của KCĐ

do: độ sâu nước tại vị trí XD

d1: Biên độ triều

d2: Biên độ nước dâng do gió: hệ số ( = 0.5 0.7 ) phụ thuộc lí thuyết sóng tính toán: Chiều cao lưu không 1.5m

Với các dữ liệu đã cho thay vào công thức ta có:

– Tiết diện của trụ là hình vành khuyên

– Kích thước của trụ phải đảm bảo thoả mãn 2 điều kiện:

+ Điều kiện về độ mảnh

(theo sổ tay KCCT)

(Theo sổ tay KCCT) Trong đó:

lo: chiều dài tính toán của trụ

r : bán kính quán tính trụ

D: đường kính trụ

– Sơ bộ chọn đường kính trụ là : 6m

– Chiều dầy thành trụ là : 0,6m (không đổi trên suốt chiều dài)

– Trong lòng trụ có các bản vách cứng, sơ bộ chọn chiều dầy bản vách là 0,3m khoảng cách giữa các bản vách thể hiện trên hình vẽ

– Kết cấu đỡ thượng tầng gồm 8 dầm giao nhau Sơ bộ chọn chiều dài của dầm là 1,4m

Vì đường kính của trụ là 6m nên phần thừa của dầm được coi là congxon có chiều dài là 4m Sơ bộ chọn kích thước dầm là 0,5x1,4 m

c, Đế móng:

Kích thước của đế móng phải thoả mãn các điều kiện:

- Điều kiện về thi công ( đó là khả năng tự nổi của công trình trong giai đoạn đầu khi thi công xong đốt trụ đầu tiên ):

T < Hđế

- Điều kiện về ổn định:

ho> 0

Trong đó:

T: là mớn nước của công trình

Hđe: chiều cao của đế

ho : chiều cao ổn định ban đầu của công trình

- Sơ bộ chọn đường kính đế móng : 22 (m)

d.lựa chọn kích thước các cấu kiện khối chân đế :



Phương án 1:

Chọn sơ bộ tiết diện:

1.Dầm thượng tầng.

4000

Ta xem dầm thượng tầng như một dầm công xôn chịu tải trọng đều

Lnhipdam: là chiều dài nhịp của dầm công xôn

hcongxon:Chiều cao của dầm công xôn

Bcongxon:Chiều rộng của dầm công xôn

Vậy với dầm thượng tầng ta có:

Vách là bản ngàm 4 cạnh chịu tải trọng phân bố đều.

hb: Chiều cao của bản

lb: nhịp bản

Xem dầm vòng là dầm liên tục chịu tải trong đều.

DAM CHINH

8000

Ta xem dầm Chính như một dầm công xôn chịu tải trọng tập trung

Lnhipdam: là chiều dài nhịp của dầm công xôn

hcongxon:Chiều cao của dầm công xôn

Bcongxon:Chiều rộng của dầm công xôn

Để tiết kiệm tận dụng được khoảng không giữa dầm chính và sự ổn định của công trình ta

k: hệ số kể đến momen uốn.k=1-1.5.cột giữa k=1.1

Vậy ta chọn tiết diện cột vuông: 0,7x0.7m

– Kích thước của cột phải đảm bảo thoả mãn 2 điều kiện:

+ Điều kiện về độ mảnh

(TCVN5574:91)+ Tỷ số :

(Theo sổ tay KCCT) Trong đó:

lo: chiều dài tính toán của trụ

k: hệ số kể đến momen uốn.k=1-1.5.cột biên k=1.3

Ở đây do momen dầm chính và momen cột biên tại điểm giao nhau bằng nhau nên để ta

thường chọn chiều dài của cột biên bằng chiều cao của dầm chính

II - PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CÁC PHƯƠNG ÁN.

1.Các phương án đưa ra:

Khối đế có thể có các dạng như sau :

Cơ sở lựa chọn khối đế:

- Các dạng khối đế đã áp dụng trên thế giới đối với dàn khoan công trình biểnbêtông trọng lực bêtông cốt thép

- Các điều kiện liên quan đến đầu vào xây dựng công trình.

Trong các loại hình dạng của đế móng, thì kết cấu đế móng dạng hình tròn là tối ưu Bởi vì:

- Kết cấu hình tròn chịu lực mọi phía là như nhau

- Đế móng chịu áp lực thuỷ tĩnh từ mọi phía

- Để tránh cho các bản thành bị chịu uốn ta sử dụng kết cấu hình tròn

Ta đưa ra các phương án sau:

Phương án 1: Đế tròn có bản nắp phẳng

8000 6000 8000

22000 500

800 800 700

600 1200

700

2 3

13 8 2

14 16 13

600 800

1300 1400

500 800

600

Phương án 2: Đế tròn có bản nắp dạng nón cụt

8000 6000 8000

22000 500

4 3

7 2

14 13

500 600

600 800

700 1300

500 800

600

Phương án 1

2 Kiểm tra tính hợp lí của kích thước đã chọn:

a, Trụ đỡ.

Điều kiện về độ mảnh:

(TCVN5574:91)

Tỷ số:

(Theo sổ tay KCCT)Trong đó:L0:là chiều dài tính toán của trụ, với sơ đồ tính coi trụ như một thanh conson được ngàm tại mặt đáy móng ta có :

N

lo = 2 x ltrụ

r :là bán kính quán tính của tiết diện :

r =

J :là mômen quán tính của tiết diện :

A :là diện tích tiết diện :

Với Do và Di là đường kính ngoài và đường kính trong của trụ

b Kiểm tra điều kiện tự nổi và ổn định ban đầu:

Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT ( đốt thứ nhất ) được chếtạo trong ụ khô hay đốc nổi Sau khi chế tạo xong, tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạonày tự nổi được và kéo ra khu vực gần bờ để thi công tiếp bước hai Trong giai đoạn nàykhối chân đế phải đảm bảo điều kiện tự nổi và điều kiện ổn định ban đầu

Điều kiện tự nổi :

T < Hđe

Điều kiện ổn định ban đầu :

Ho = ro + zc -zG> 0Trong đó :

T : Mớn nước công trình trong giai đoạn 1

Hđế : chiều cao đế móng zG pi.zi

zG , zC : Tọa độ trọng tâm và phù tâm của khối đã thi công

Pi: khối lượng các phần trong khối đế tính toán nổi.

zi: tạo độ trọng tâm của thành phần Pi

Bảng tính khối lượng của khối đế giai đoạn 1:

Khi vật thể trong môi trường nước nó chịu một lực đẩy nổi,vật cân bằng với lực đẩy nổi khitrọng lượng của nó bằng lực đẩy nổi:

Fđn1=Gkcđ1=1978 (T)Lực đẩy nổi phần đế nếu ngập hoàn toàn trong nước

Do lực đẩy nổi phần đế lớn hơn toàn bộ trọng lượng phần phần cần kiểm tra ban đầu nên mớn nước nằm trong khoảng chân đế.Ta có:

T: mớm nước của công trình

S: Diện tích mặt đường nước

γ: Trọng lượng riêng nước biển

Do đế móng đã chọn có phần chân khay cao 0.5(m)

Từ hai công thức trên ta tính được mớn nước:

Vậy T=5.58<H=0,5+6 = 6,5 (m)

Vậy công trình thỏa mãn điều kiện tự nổi ban đầu

Điều kiện ổn định ban đầu :

Pi: khối lượng các phần trong khối đế tính toán nổi.

zi: tạo độ trọng tâm của thành phần Pi

zC : Tọa độ phù tâm của khối đã thi công

Ho=4.578 +3.04 -3.6 = 4.018>0 (m)Bảng kiểm tra

Vậy thoả mãn điều kiện nổi ổn định

Phương án 2:

Bảng tính trọng lượng khối đế ở giai đoạn 1:

tổng 3477.6

Vậy thoả mãn điều kiện tự nổi ổn định.

2 Phân tích lựa chọn phương án.

Để lựa chọn phương án, ta căn cứ vào một số các tiêu chí sau:

 Điều kiện ổn định (ổn định ban đầu)

 Khả năng thi công

 Khả năng chịu lực chịu lực

 Tổng khối lượng bê tông

Do nắp phẳng nên dễ thi công hơn,

thuận tiện khi kết hợp với phao phụ

(nếu có) Tuy nhiên do có sự thay

đổi đột ngột về tiết diện nên khi thi

công trong giai đoạn sau sẽ có sự

thay đổi đột ngột về mớn nước, cần

có biện pháp xử lý

 Nắp là dốc đều nên thi công khó khăn, tuy nhiên do không có sự thay đổi tiết diện đột ngột nên khi thi công giai đoạn sau không có sự thay đổi mớn nước đột ngột, không gây nguy hiểm

chỉ xuất hiện mô men uốn, xoắn và

lực cắt Phương án này phù hợp với

độ sâu nước không lớn, có áp lực

thủy tĩnh nhỏ

Bản nắp dốc đều nên khi chịu áp lực thủy tĩnh, một phần chuyển thành lực ngang, do vậy khả năng chịu áp lực tĩnh tốt hơn phương án nắp phẳng, phù hợp với độ sâu nước trung bình

Khối

lượng

bê tông

Tổng khối lượng KCĐ: 3212 Tổng khối lượng KCĐ: 3477,8 T

Do độ sâu nước không lớn (25 m), phương án thứ nhất ổn định và tiết kiệm hơn nênnhóm quyết định sử dụng phương án thứ nhất để tính toán thiết kế

Chọn phương án 1 để tính toán chi tiết.