Đồ án công trình bến cảng

Tài liệu tham khảo Đồ án công trình bến cảng

Mở đầu

 Đối với sinh viên ngành Cảng- Đờng thuỷ thì môn học Công trình cảng

là một môn rất quan trọng, nó gắn liền với công việc sau này khi ra tr ờng.Với mục đích giúp sinh viên hiểu, nắm chắc, vận dụng tốt môn học và bớc

đầu tiếp xúc, làm quen với thực tế bên ngoài mà Đồ án Công trình bến 1

đợc ra đời

 Đồ án công trình bến 1 này có nội dung là thiết kế 1 công trình bến vớikết cấu tờng góc neo ngoài Đây là 1 trong những kết cấu kiểu trọng lực vàcũng hay đợc dùng trong thực tế vì có những u điểm sau:

+ Đơn giản trong công tác chế tạo, có khả năng lắp ghép lớn, dễ thicông, đảm bảo tiến độ nhanh, giảm chi phí vật liệu xây dựng so với bếnkhối xếp

+ Sự phân bố ứng suất nền tơng đối đồng đều nên có thể thi công trên

đất có sức chịu tải kém hơn

 Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn Cảng- đờngthuỷ, các bạn trong lớp và đặc biệt là thầy giáo hớng dẫn Khơng Tất Chiến

đã giúp em hoàn thành đồ án này

 Tốc độ gió vuông góc với tầu : 14 m/s.

 Loại tầu thiết kế:

 Lt = 130 m: Chiều dài tàu tính toán

 d = 15 m: Khoảng cách dự phòng cho 1 bến (Bảng 1- 3 Trang 18 - Côngtrình bến cảng )

Z0 = 0,026Bt = 0,02617,4 = 0,452 m (Bảng 6 -22- TCN -207- 92).

 Z1: Độ dự phòng chạy tầu tối thiểu tính với an toàn lái tầu

 Z2: Độ dự phòng do sóng (Z2 = 0)

H < 20 m nên đây là công trình bến cấp III

Chia chiều dài bến bằng các phân đoạn Mỗi phân đoạn có chiều dài là 30

m Các phân đoạn đợc ngăn cách với nhau bởi các khe lún và các khe nhiệt

độ thẳng đứng suốt chiều cao công trình

Giả định vật liệu các cấu kiện chính:

B»ng c¸t th« cã  = 300 ;  = 1,85 T/m3.

d c b

đá xếp

(150-200kg/viên) CTĐB -7,0

30 30

MNTB +1,0

MNTTK +0,1

a a

cát lấp



 dài 22 m

đá dăm 4x6 dày 20 cm Vải địa kỹ thuật

1 : 1

Đá hộc Cát

+1,0

115 100

50 200 1 : 1

đá đổ

Chơng 2 tảI trọng và các tổ hợp cơ bản

1 tảI trọng thờng xuyên

h: Chiều cao bản đáy (h = 0,7 m)

F: Tiết diện bản đáy

h: Chiều cao lăng thể đá (h = 8,0 m)

F: Tiết diện lăng thể đá

h: Chiều cao phần cát lấp (h = 1,3 m).

F: Tiết diện cát lấp

b) áp lực đất chủ động (tính với MNTTK)

-/2 Trong đó,  là góc ma sát trong của lớp đất tơng ứng với các khoảng tính áplực

Khi đó, công thức chung tính áp lực chủ động cho 1 m dài bến nh sau:

Lực neo S tác động lên 1 bích neo (hoặc vòng neo) không phụ thuộc vào số l ợng tầu buộc dây neo và bích neo đó, đợc xác định theo công thức:

,: Góc nghiêng của dây neo

tot l

Q

q 1,1

Qtot = 15,85 T ( phần trên)

ld: Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tầu và công trình

Lấy ld = 41 m (khi tầu đầy hàng)

Nh vậy:

d

tot l

E q    

Trong đó:

D: Lợng rẽ nớc của tầu tính toán (D = 7000 T)

v : Thành phần vuông góc ( với mặt trớc công trình) của tốc độ cạp tầu (v = 0,142 m/s

Hình 2: sơ đồ phân bố lực neo trên 1 bích neo

TảI trọng tạm thời tác động kéo dài

 Mặt phẳng tính toán

 Theo phơng ngang, mặt phẳng chịu tải trọng tác dụng của bản mặtchính là mặt trong của bản

 Theo phơng đứng, mặt phẳng chịu tải trọng tác dụng của bản mặt lùi

ra sau mặt một đoạn đợc xác định bởi xbm  hp

m 1 h cm m

0,027 tg30

4

0,5 1

p 0

D 1 x

2 bm

x h

Mặt phẳng tính toán Tuyến mép bến

Hình 3: mặt phẳng tính toán của bản mặt

Nh vậy mặt phẳng tính toán sẽ cách mép bến 1 đoạn là:

a = 2- 0,35- 0,5 - 0,027 = 1,12 m

a) áp lực đất gia tăng do tải trọng hàng hoá xếp trên bến

Tính cho 1 m chiều dài bến và tơng ứng với MNTTK

b) áp lực đất gia tăng do cần trục xích trên bến

Tính cho 1 m chiều dài bến và tơng ứng với MNTTK

Chọn cần trục xích E509 với các thông số kĩ thuật sau:

 Tổ hợp lực neo tầu: Tổ hợp lực cơ bản nguy hiểm nhất

 Tổ hợp lực tựa tầu và tổ hợp lực va tầu: Không đa vào sơ đồ tính toán cơ bản chỉ đợc xét đến trong tính toán độ bền của kết cấu phần trên, của các liên kết giữa kết cấu phần trên với các cấu kiện công trình bến, của hệ thống

đệm tầu và các nút liên kết đệm tầu với công trình bến

0,4 0,8

áp lực đất

do trọng l ợng bản thân

q 1 =6,6T/m

MNTB: +1,0 MNTTK: +0,1 -0,4

+1,3 +1,7 S=10,35T

mặt phẳng tính toán

q 0 =2,0T/m

Sq=3,96T

Sn=6,87T CTMB: +3,0

-0,4 MNTTK: +0,1 MNTB: +1,0 CTMB: +3,0

Hình 5: tổ hợp lực tựa tầu

0,4 0,8

áp lực đất

do trọng l ợng bản thân

q 1 =6,6T/m

MNTB: +1,0 MNTTK: +0,1 -0,4

+1,3 +1,7

mặt phẳng tính toán

Hình 6: tổ hợp lực va tầu

Chơng 3 Kiểm tra ổn định

1) Kiểm tra ổn định lật

 Tổ hợp tải trọng

Gồm có: Trọng lợng bản thân, nội lực thanh neo, áp lực đất chủ động bản thân,

áp lực đất chủ động gia tăng do tải trọng hàng hoá và do cần trục xích gây ra

Tính với MNCTK: +2,0 m và cho 6 m dài theo phơng dọc bến

Tải trọng Lực Lực lật (T) Cánh tay đòn (m) Mô men lật

(Tm) Giá trị Giá trị

áp lực đất chủ động P 1 146,52 3,8 577,23

Tải trọng Lực Lực giữ (T) Cánh tay đòn (m) Mô men giữ

(Tm) Giá trị Giá trị

6e 1

b

g min

6

682,58 min

max

74 , 0



max = 22,97 T/m2 < Rđệm đá = 5 kG/cm2 = 50 T/m2

min = 5,47 T/m2 < Rđệm đá = 5 kG/cm2 = 50 T/m2

 ứng suất biên ở mặt tiếp xúc giữa lớp đệm đá với đất nền xác định từ

điều kiện truyền tải trọng qua lớp đệm

h 2 b

b

dệm dệm

min max min

’min = 8,05 T/m2 < Rđệm đá = 5 kG/cm2 = 50 T/m2

 Kiểm tra ổn định của công trình bến kiểu trọng lực về trợt theo mặt phẳng tiếp xúc giữa công trình với lớp đệm đá cần thoả mãn điều kiện (các tải trọng đặt ở phía sau bản đáy)

n

R f g K

=24,42 T

m: Hệ số điều kiện làm việc (m = 1,15)

m





 = 11,,1515113,760,59,91 = 66,79 Vậy công trình thoả mãn điều kiện trợt phẳng

 Kiểm tra ổn định của công trình bến kiểu trọng lực về trợt cùng với lớp đệm (Trờng hợp lớp đệm nằm trên mặt đất nền)

b h

05 , 8 7 , 19 64 5 , 0 7 , 19 2 8 2

g2 = (b + b1 - 0,5hn)hnktc = (8 +2 - 0,52)22,2 = 39,6 T

g3: Trọng lợng bản thân của đất lấp trong phạm vi BCF (g3 = 0)

Ep: Lực ngang chống trợt do đất lấp (Ep = 0)

Ra: Néi lùc thanh neo (Ra = 9,91 T).

 k

n

f g K

m



Thoả mãn điều kiện trợt phẳng

3 Kiểm tra ổn định trợt sâu

Sử dụng phơng pháp mặt trợt cung tròn Chia cung tròn làm nhiều phần tử nhỏ Tính hệ số ổn định cho từng tâm trợt O1, O2, O3 ứng với 1 m chiều dài bến và với MNTTK

stt d¶I chia dt (s1) Dt (s2) d t (s3) dt (s4) dt (s5) dt (s6)       q chiÒu réng (b) gbqi = iSi +

stt d¶i chia g i  i cos i sin i  i tg i  i l i c i m g m t

1.739

trọng lợng các dảI chia đối với tâm o 2

1.732

1.697

1 tính toán bản mặt theo phơng thẳng đứng

a) Tính độ bền

Bản mặt theo phơng thẳng đứngđợc tính nh dầm đơn giản đặt trên 2 gối tựa Gối

1 tại điểm neo có cao trình +1,2 m Gối 2 tại đáy công trình bến Trong đó lực tác dụng lên bản mặt gồm có: áp lực đất chủ động và áp lực đất gia tăng do hàng hoá, cần trục xích trên bến gây ra, tính với MNTTK: +0,1 m

0,98 0,41 0,61 1,06 1,0 2,66 2,82 2,97

np b

R m

x b R m

ma: HÖ sè ®iÒu kiÖn lµm viÖccña cèt thÐp (ma = 1,1)

Ra = 3750 KG/cm2)

Lóc nµy: Fa =

a a

np b

R m

x b R m

TÝnh to¸n nh tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt: (bh) = (0,51) m

ChiÒu cao miÒn bª t«ng chÞu nÐn:

np b

np b

R m

x b R m

b) Độ mở rộng vết nứt

 Với M âm tt = 1,13 T.m

Kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt:

  d E

T         7  4  100   

Trong đó:

K: Hệ số lấy bằng1

Cd: Hệ số lấy bằng 1,3

: Hệ số phụ thuộc loại thép (với cốt thép thanh có gờ,  = 1)

Ea: Mô đun đàn hồi của cốt thép, với thép AIII thì Ea = 2.108 KG/cm2

: Hàm lợng cốt thép trong tiết diện làm việc:

đ Thoả mãn điều kiện mở rộng vết nứt

2 tính toán bản mặt theo phơng dọc bến

 Tính độ bền

Chia bản mặt ra những đoạn nhỏ = 1m để tính toán

Mỗi một phân đoạn chia có lực phân bố khác nhau, do đó có nội lực khác nhau Sơ đồ tính toán: dầm đơn giản kê trên 2 gối là 2 gờ của bản mặt

T         7  4  100   

Trong đó:

K: Hệ số lấy bằng1

Cd: Hệ số lấy bằng 1,3

: Hệ số phụ thuộc loại thép (với cốt thép thanh có gờ,  = 1)

a: ứng suất trong cốt chịu kéo, đối với cấu kiện chịu nén:

Ea: Mô đun đàn hồi của cốt thép, với thép AIII thì Ea = 2.108 KG/cm2.

: Hàm lợng cốt thép trong tiết diện làm việc:

đ Thoả mãn điều kiện mở rộng vết nứt

3 tính toán thanh neo

a) Nội lực trong thanh neo

Ta xác định đợc nội lực trong thanh neo khi tính cho 1 m dài dọc bến là 9,91 T.Vì tờng mặt dài 6 m và có 2 thanh neo nên nội lực trong từng thanh neo sẽ là:

Ra =

2

6 91

mb: Hệ số điều kiện làm việc (mb = 0,9)

Chọn bản neo đơn, có tiết diện chữ T

Ta đặt bản neo cách mặt bến 2 m, tức là ở cao trình +1,0 m và đổ đá xung quanh bản neo

Kiểm tra điều kiện ổn định

 áp lực đất bị động: p = ( ihi)  p với p = tg2(450 +

2

45 0 )

và 1 số giả thiết của sơ đồ tính toán (mđ = 0,9).

Ra = 29,73 T

m: Hệ số điều kiện làm việc

(Ep - Ea) = 532 = 106 T

n

E E K

b

R m

x b R

h

l

R l

lb: ChiÒu dµi b¶n neo (lb = 2 m)

: Kho¶ng hë gi÷a c¸c b¶n neo ( = 1 m)

Chiều cao miền bê tông chịu nén: x = 0,877 cm.

C K a

a

bd a d

10 092 94 50

34 ,

đ Thoả mãn điều kiện mở rộng vết nứt

 Theo phơng ngang

  d E

C K a

a

bd a d

10 6 , 0 44 200

2 ,

Tính toán tải trọng tác dụng lên bản đáy:

 Phía liên kết giữa bản mặt và bản đáy có trọng lợng của bản mặt tác

 áp lực hông của đất đợc coi nh là tác động lên vùng nền nằm dới bản đáy có vùng ảnh hởng B = 6 m

 Nh vậy xét trên 1m chiều rộng bản đáy thì tải trọng tác dụng nh sau:

 Lực phân bố đều trên bản q = 23,51 T/m

 Sơ đồ tính toán nh sau: hình 9

 Giải bài toán dầm trên nền đàn hồi theo phơng pháp của B.N Jêmoskin:

 Dạng bài toán: Bài toán biến dạng phẳng

 Các bớc giải bài toán nh sau:

bản dầm trên nền đàn hồi tính theo bài toán phẳng

 Chia dầm thành 8 đoạn cách đều nhau những khoảng c = 1m và coi trênmỗi đoạn, phản lực đất phân bố đều

 Giả thiết giữa dầm và nền đàn hồi có đặt các thanh liên kết, cách đềunhau những khoảng = c (hình 9b) Có 8 liên kết thanh nh vậy

 Các số liệu tính toán nh sau:

= 230 là lớp đất tơng đối tốt => E0 = 300 kG/cm2 = 3.103 T/m2

02858 , 0 12

0,7 1 12

b.h J

3 3

,

0 3 3

1 12

E



h D

đặt ngàm vào đầu dầm và giải bài toán theo phơng pháp hỗn hợp

 Phơng trình chính tắc của hệ cơ bản nh sau

X111 + X212 +  + X818 + y0 + a10 + 1P = 0 (1)

X121 + X222 +  + X828 + y0 + a20 + 2P = 0 (2)

ki : chuyển vị đơn vị theo phơng Xk do Xi = 1 gây nên.

kP : chuyển vị đơn vị theo phơng Xk do tải trọng ngoài gây ra

y0 : chuyển vị tại điểm đặt ngàm

P : tổng tải trọng ngoài tác dụng theo phơng đứng

 Quy ớc dấu nh sau:

1D6

+ ki là hàm số phụ thuộc tỷ số ak/c và ai/c, là khoảng cách từ điểm k và i đếnvị

thực hành tính dầm và bản móng trên nền đàn hồi” – Giáo s B.N Jêmôskin;

Giáo s A.P Xinhitxn - Hồ Anh Tuấn và Hồ Quang Diệu dịch)

+ Bảng tính ki nh ở phụ lục 1

các lực tập trung đặt ở vị trí các gối tựa (hình 9d).

+ kP cũng đợc tính nh ki theo công thức:

kP = F kP +  kP

F là hàm số biểu thị độ lún của nền

 là hàm số biểu thị độ võng của dầm

+ Khi tính toán sử dụng nguyên lý cộng tác dụng

+ Sử dụng bảng tra ứng với các lực đơn vị, do đó ta lấy giá trị trong bảng nhânvới giá trị của ngoại lực tác dụng Cụ thể nh sau:

Từ biểu đồ áp lực đất ta xác định đợc mô men uốn và lực cắt tác dụng lên bản

đáy

 Tính điều kiện bền và điều kiện mở rộng vết nứt tơng tự nh các cấu kiện ởtrên.

6 Tính dầm mũ theo phơng thẳng đứng

0,67 0,34

3,96 4,55

5,14 5,3

+ -

(T) (T.m)

(T)

1 ThiÕt bÞ neo tµu

 Chän lo¹i bÝch neo HW20 cã c¸c tÝnh n¨ng kü thuËt nh sau:

Sè hiÖu bu l«ng: sè 7

Lùc c¨ng d©y neo tèi ®a: 20T

Bè trÝ 8 bÝch neo trªn suèt chiÒu dµi bÕn

83,8 3,5

3 Thang lên xuống

 Bố trí thang lên xuống bằng thép, đặt cạnh các bích neo cho toàn bộchiều dài bến

 Thang có cấu tạo:

Chiều cao thang: H = CTMB - MNTTK - 0,3= +3,0 - (+0,1) - 0,3 = 2,6 m.Chiều rộng thang: B = 60cm

Chiều cao bậc: h = 30cm

Số bậc: n = 9 bâc

4 Đờng ray trong cảng

Đờng ray trong cảng phục vụ cho sự di chuyển của cần trục, cấu tạo:

Đồ án đã thể hiện đợc những yếu tố căn bản của một luận chứng kỹ thuậttrong công tác thiết kế bến cảng Tuy nhiên đồ án vẫn không tránh khỏi nhữngthiếu sót nh: một số phần tính toán cha đầy đủ, cha áp dụng đợc những kiến thứcmới vào đồ án, cha sử dụng đợc các chơng trình phần mềm hiện nay trong việctính kết cấu công trình Do đó khả năng ứng dụng thực tế của đồ án cha cao

 Giáo trình công trình bến cảng - Phạm Văn Giáp chủ biên

 Tiêu chuẩn ngành công trình bến cảng biển - 22TCN 207-92

 Tiêu chuẩn ngành tải trọng và tác động lên công trìnhthủy - 22TCN 222-95

 Tiêu chuẩn ngành công trình bến cảng sông - 22TCN 219-94

 các phơng pháp thực hành tính dầm và bản móng trênnền đàn hồi- B.N Jêmoskin- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

 hớng dẫn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thépcông trình thuỷ - Công ty t vấn xây dựng cảng - đờng thuỷ

Phần mục Trang

mở đầu 1

chơng I: Các kích thớc cơ bản của bến và giả định kết cấu 2

chơng II : Tải trọng và các tổ hợp cơ bản 6

chơng III : Kiểm tra ổn định 14

chơng IV : Tính toán theo điều kiện bền và mở rộng vết nứt 25

chơng V : Một số công trình phụ trợ của bến 41

Kết luận 43

tài liệu tham khảo 44