Thuyết minh đồ án cảng

ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Chương 1: DỮ LIỆU ĐẦU VÀO 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CẢNG ĐỊA HÌNH Hệ thống Sơng Thị Vải bao gồm sơng Thị Vải, sơng Gò Gia sơng Cái Mép Sơng Thị Vải - Cái Mép chạy theo hướng Bắc Nam gần song song với đường quốc lộ 51 Độ sâu trung bình từ (15 ÷ 20)m, chỗ sâu (ở ngã ba Thị Vải - Gò Gia - Cái Mép) đạt tới 60m Bề rộng trung bình (500 ÷ 600)m, riêng sơng Cái Mép có chỗ rộng tới 1000m Căn vào tài liệu khảo sát địa hình, địa chất khu vực xây dựng cảng khảo sát năm 2007 Cơng ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng – Kỹ thuật Biển, địa hình khu vực xây dựng cảng tóm lược sau:  Địa hình nước: vị trí xây dựng cảng nằm đoạn cong Tắc Cá Trung có cao độ đáy trung bình từ -10,00m đến -18,00m (hệ cao độ Hòn Dấu)  Khu vực bờ: rừng đước chà ngập mặn, cao độ bờ thay đổi từ +0,50m đến +1,50m (hệ cao độ Hòn Dấu) ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH Căn vào kết khảo sát địa chất khu vực lân cận (Cảng Thép – Thép Việt thượng lưu, dự án Nhà máy đóng tàu An Phú hạ lưu), địa tầng khu vực xây dựng cảng Quốc tế Sao Biển, từ xuống thể Hình 1-1 Hình 1-2: SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Mặt cắt địa chất thơng số tính tốn Khu vực bờ Hình – 2:Mặt cắt địa chất thơng số tính tốn Khu vực nước ĐIỀU KIỆN THỦY HẢI VĂN Thủy triều Dựa số liệu quan trắc trạm thủy văn Vũng Tàu từ năm 1955-2000, mực nước thiết kế chọn sau: Mực nước cao thiết kế: Mực nước trung bình: Mực nước thấp thiết kế: +1,08m (Hệ cao độ Hòn Dấu) -0,22m -2,31m (Hệ cao độ Hòn Dấu) (Hệ cao độ Hòn Dấu) Sóng Theo số liệu quan sát Sao Mai Nghinh Phong từ năm 1986 đến năm 1987, chiều cao sóng (H) lớn 1,2m, chu kỳ sóng (T) 3,8 giây, chiều dài sóng (L) 45 m Sao Mai, Nghinh Phong giá trị H=1,97 m, T=5,9 m L=57m Tuy nhiên, vị trí dự án nằm sâu vào bên đất liền, nên ảnh hưởng sóng đến cơng trình khơng đáng kể SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Dòng chảy a Tốc độ lớn dòng chảy Theo kết nghiên cứu, tốc độ dòng chảy lớn hệ thống sơng Thị Vải - Cái Mép khoảng 2,5 m/s cửa Cái Mép, 1,33 m/s Thị Vải b Đo đạc dòng chảy Năm 2001, đồn nghiên cứu Jica tiến hành đo dòng chảy hai lần vào tháng tháng 12 tất điểm Vịnh Gành Rái Hướng tốc độ dòng chảy ba độ sâu khác đo đồng thời bốn dụng cụ đo dòng chảy liên tục 15 ngày đêm (từ ngày 14 đến 29 tháng 6, từ ngày đến 17 tháng năm 2001), lần đo cách Q trình đo tiến hành ba dụng cụ đo dòng ba điểm khảo sát, V1, V2 V3 Đồng thời quan trắc thời gian 25 liên tiếp, lần đo cách dụng cụ đo bổ sung bốn điểm phụ V4, V5, V6 V7 Vận tốc dòng chảy lớn quan sát điểm hai thời điểm triều lên, xuống trình bày Bảng 1-3 Hình 1-9, Hình 1-10 vào tháng tháng 12 Như hình biểu diễn, phần lớn dòng chảy đổi chiều, hướng dòng chảy hai trường hợp gần song song với luồng chạy tàu tại, điều giúp giảm thiểu bồi lắng cho luồng Vận tốc dòng chảy lớn Vịnh Gành Rái (14 ÷ 29)/6/2001 Ghi chú: Góc so với hướng bắc theo chiều kim đồng hồ Dòng chảy Dòng chảy triều lên Dòng chảy theo triều xuống Lớp Dưới Điểm V1 V2 V3 V4 Giữa Bề mặt Vận Góc Vận Gó Vận Góc tốc (0) tốc c tốc (0) (m/s (m/s) (0) (m/s ) ) Dưới Vận tốc (m/s ) Gó c (0) Giữa Bề mặt Vận Góc Vận tốc (0) tốc (m/s (m/s ) ) Góc (0) 1,08 007 1,08 35 1,22 354 1,37 17 1,74 169 1,77 160 0,89 307 1,17 31 1,30 318 0,95 12 1,16 126 1,32 127 0,81 335 0,94 33 1,22 338 0,73 16 0,96 160 1,07 155 0,78 025 0,78 01 0,83 020 0,65 01 0,60 195 1,03 185 SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN V5 V6 V7 0,55 354 0,61 35 0,64 358 0,47 16 0,69 157 0,79 163 0,65 257 0,74 25 0,77 264 0,84 24 1,11 259 1,22 260 0,68 295 1,02 29 1,40 134 0,92 11 1,35 109 1,62 120 (Nguồn: Đồn nghiên cứu Jica) Vật liệu đáy Đồn nghiên cứu Jica tiến hành đo lấy mẫu vật liệu đáy vào tháng tháng 12 tổng cộng chín điểm gồm bảy điểm dòng chảy đo lường hai điểm khác phía nam bờ biển Cần Giờ Sau phân tích để biết cỡ hạt trung bình (d50) vật liệu đáy Vịnh Gành Rái Hình 1-11 Hình 1-12 cho thấy cỡ hạt d50 có đường kính thay đổi từ khoảng 1,3 mm (phần lớn hạt thơ) cửa vịnh (luồng chạy tàu Vũng Tàu), 0,2mm kênh, 0,1mm phía trước Cần Giờ 0,06mm (hạt mịn) bên Vịnh Các đặc trưng nước a Nhiệt độ nước Nhiệt độ trung bình tháng nước sơng Thị Vải Vũng Tàu dao động từ 26 0C đến 320C Nhiệt độ cao đo 34,50C, xuất vào tháng 5, nhiệt độ thấp 260C, xuất vào tháng b Độ mặn Độ mặn nước Vịnh Gành Rái khơng khác biệt nhiều so với nước biển, khoảng 25 đến 30‰ đơn vị Độ mặn tháng lớn 33,5‰ vào tháng 4, độ mặn trung bình tháng nhỏ 29,8‰ vào tháng xem Bảng 1-4 Độ mặn nước Vịnh Gành Rái Độ mặn nước Độ mặn (mỗi đơn vị) Trung bình tháng lớn 33,5 Trung bình tháng Tháng Tháng 27 đến 34 Trung bình tháng nhỏ 29,8 Tháng (Nguồn: Báo cáo thủy văn sơng Thị Vải Vũng Tàu, tháng năm 1995) 1.2 CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TỐN TỪ ĐỒ ÁN QUY HOẠCH CẢNG SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN  THƠNG SỐ TÀU VÀ LƯỢNG HÀNG THƠNG QUA CẢNG  Lượng hàng thơng qua cảng Tổng lượng hàng thơng qua cảng năm là: 230000 TEU/năm tương ứng 3220000 Tấn Những đặc trưng chủ yếu hàng hóa thơng qua cảng gồm loại thùng container tiêu chuẩn 20 feet, 40 feet Trong : + Tỷ lệ container 40 feet dự tính ≈ 35 ÷ 40%; loại 20 feet từ 60 ÷65% + Tỷ lệ container đầy hàng tính mức trung bình cho tồn cảng 82,5 ÷ 85%, container lạnh từ 2,5 ÷ 5% + Tỷ lệ container rỗng ≈ 15 ÷ 17,5%  Tàu đến cảng Tàu lớn đến cảng lựa chọn tính tốn container 25.000 DWT (tra theo PIANIC ) tương ứng 32.400 Loại Chiều dài Lmax(m) Chiều rộng Bmax (m) Mớn đầy tải T (m) Sức chở container (TEU) 25.000DWT 216 29.5 10.9 1380  THIẾT BỊ BỐC XẾP TRÊN BẾN Bốc xếp container sử dụng cần trục SSG chun dụng loại FEEDER SERVER Các thơng số kỹ thuật cần trục sau: • Sức nâng max : 40T • Tầm với max : + Tính từ tâm ray phía biển : 35m + Tính từ tâm ray phía bờ : 16m • Độ cao nâng : + Chiều cao nâng khung chụp tính từ mặt đường ray : 27m + Độ sâu hạ tính từ mặt ray : 12m • Khung cẩu : + Khẩu độ ray : 18m + Đường kính bánh xe : 630mm + Chiều cao khoảng khơng dầm ngang : 13,5m + Khoảng trống chân (theo phương dọc ray) : 17m • Số bánh xe : + Phía bờ : x = + Phía biển : x = + Số bánh xe chủ động phía bờ : + Số bánh xe chủ động phía biển : • Tốc độ hoạt động : + Nâng hạ tải 40 T khung chụp : 50 m/phút + Nâng hạ khung chụp khơng tải : 120m/phút + Tốc độ di chuyển xe tời đầy tải : 120m/phút + Tốc độ di chuyển xe tời khơng tải : 150m/phút SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN + Tốc độ di chuyển giàn cẩu : 46m/phút + Thời gian thu/ hạ cần : phút • Tải trọng : + Điều kiện làm việc chịu tác động gió lực qn tính + Tải trọng tối đa góc phía biển : 3000 KN + Tải trọng tối đa góc phía bờ : 3000 KN • Tổng trọng lượng cần cẩu : 620 T • Ap lực lớn bánh xe + Phía biển : 31,2 T + Phía bờ : 24,4 T • Năng suất nâng hạ container : 40 Teu/giờ • Chiều rộng lớn tồn cần cẩu theo phương dọc ray : 24,8 m • Chiều dài di chuyển cần cẩu : +/ - 150 m  Ơ tơ H30 Đặc tính kỹ thuật xe trailer sau : oTải trọng trục bánh sau :120 kN oTải trọng trục bánh trước : 60 kN oTrọng lượng xe : oBề rộng bánh sau :m oBề rộng bánh trước :m oChiều dài tiếp xúc :m oKhoảng cách tim trục xe :m oKhoảng cách tim bánh xe :m  CƠNG TRÌNH BẾN Chiều dài bến: Được xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu thiết kế lt khoảng cách dự phòng d: lb = l t + d d: khoảng cách dự phòng cho bến Cho bến thẳng liền bờ, chiều dài lớn tàu 244(m) d = 25 (m), ⇒ lb = 244 + 25 = 269 (m) ⇒ Chọn chiều dài tuyến bến: lb = 270(m) Chiều rộng bến: Chiều rộng bến xác định: Bb = a+ Bhd +c Với:  a : Tuyến từ mép bến đến đường hoạt động cần cẩu, a=2,75m  Bhd : Bề rộng ray Bhd=18m  c : chiều rộng đường tơ dầm consol phía bờ (2 xe, rộng 3m) cộng với khoảng cách an tồn xe tải cần trục 1m ⇒ c=7m ⇒ Bb = 2,75 + 18 + = 27,75(m) Xác định mực nước tính tốn: SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Dựa số liệu quan trắc trạm thủy văn Vũng Tàu từ năm 1955-2000, mực nước thiết kế chọn sau: Mực nước cao thiết kế: +1,08m (Hệ cao độ Hòn Dấu) Mực nước trung bình: -0,22m (Hệ cao độ Hòn Dấu) Mực nước thấp thiết kế: -2,31m (Hệ cao độ Hòn Dấu) Chiều sâu trước bến: Ho = T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3 + Z4 Trong đó: T: Mớn nước chở đầy hàng tàu tính tốn (m) T= 12,2 (m) Z0 : Độ dự phòng chênh lệch xếp hàng hóa lên tàu khơng hàng hóa bị xê dịch Z1: Độ dự phòng chạy tàu tối thiểu tính với an tồn lái tàu Z =0,03.T= 0,37 (m) Z2: Độ dự phòng sóng, (m), Do sóng khơng đáng kể ⇒Z2 = m Z3: Độ dự phòng vận tốc (tính đến thay đổi mớn nước tàu chạy so với mớn nước tàu neo đậu nước tĩnh (m) Do sử dụng tàu lai dắt cập bến ⇒Z3= m Z4 độ sâu dự trữ sa bồi lần nạo vét (m) Z4 =0,5 (m) Các dự phòng Z0,Z1,Z2,Z3,Z4 xác định cụ thể tiêu chuẩn thiết kế 22-TCN207-92 ⇒ Ho =12,2 + 0,37 + 0,5 + 0,2 =13,27m ⇒ Chọn Ho = 13,27 (m) Cao trình đáy bến: ∇ CTĐB = MNTTK – Ho ∇ CTĐB = -2,31 – 13,27 = -15,58( m ) Chọn ∇ CTĐB = -15,58 m Cao trình mặt bến: ∇ CTMB = MNCTK + a a: Độ vượt cao an tồn, a= m ∇ CTMB = + 1,08 + = 2,08 (m) Chiều cao trước bến: H = ∇ CTMB - ∇ CTĐB =2,08 + 15,58 = 17,66 (m) SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU Giới thiệu kết cấu cầu tàu Dạng cơng trình bến bệ cọc cao đài mềm có mặt cầu, hệ dầm ngang, dầm dọc, cọc BTDUL D700 - 480 mm, dày 110 mm, dài 40m, Cầu tàu gồm phân đoạn với chiều dài phân đoạn là: Lpđ = 51 m, hệ dầm ngang, dầm dọc, dầm xiên cọc BTDUL, tiết diện 600x800mm NỀN CỌC: Theo phương ngang bố trí hàng cọc gồm hàng cọc thẳng, hàng cọc xiên chụm hai chân cần trục hàng thứ thứ 5tính từ ngồi mép bến vào Khoảng cách cọc là: 450-450-450-450-450-450-450-450 - Theo phương dọc: bố trí 11 hàng cọc, khoảng cách cọc 10x470cm - Tổng số cọc phân đoạn 10x11 = 110 cọc Có 66 cọc đóng thẳng 44 cọc đóng xiên 1:10 => Tổng số cọc cho phân đoạn 440 cọc  Cọc ống BTCT dự ứng lực Cọc ống BTCT dự ứng lực sử dụng cho cơng trình theo cataloge nhà sản xuất phải tn thủ theo tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 7888-2008 : bê tơng ly tâm ứng lực trước Bê tơng cọc mác M600 : E = 2,85~106 T/m2 (dưỡng hộ nước) Các đặc trưng kỹ thuật cọc ống BTCT dự ứng lực sử dụng cho cơng trình - Cọc D700 – 480 mm loại C : + Đường kính ngồi : D = 700 mm + Đường kính : d = 480 mm + Chiều dày thành cọc : t = 110 mm + Mơ men uốn nứt : Mcn = 44,14 T.m + Tải trọng dọc trục tối thiểu : 353,2 Tấn - Cọc D400 – 240 mm : + Đường kính ngồi : D = 400 mm + Đường kính : d = 250 mm + Chiều dày thành cọc : t = 75 mm + Mơ men uốn nứt tối thiểu : Mcn = 7,36 T.m + Tải trọng dọc trục tối thiểu : 117,7 Tấn Hệ thống dầm - Dầm ngang : bxh = 100~150 cm, M300, dài 35m bố trí 11 dầm cho phân đoạn => tổng số dầm ngang 44 dầm - Dầm dọc ray cần trục : bxh = 100~ 150 cm, M300, dài 51m bố trí hai dầm cho phân đoạn, tổng số dầm 4x2=8 dầm - Dầm dọc khơng ray cần trục : bxh = 100~120 cm, M300, dài 51 m bố trí dầm cho phân đoạn Tổng số dầm 24 dầm SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Tính tốn sơ sức chịu tải cọc 2.1 Phương án kết cấu Chiều dài cơng trình bến 224m chia làm phân đoạn , phân đoạn dài 51m, phân đoạn có khe lún rộng 2cm , bề rộng cơng trình bến 31m Sử dụng cọc ống thép D711,2 , dày 16 mm trụ neo trụ cập tàu Sử dụng cọc BTCT UST D600, dày 100mm sàn cơng nghệ Dầm ngang bến kích thước 100x150 cm Dầm dọc bến kích thước 100x120 cm Phần mở rộng dầm ngang mép bến : 4x1,2x08m Bước cọc theo phương ngang bến 4.7 m Bước cọc theo phương dọc bến 4.5 m 2.2 Phương án kết cấu Chiều dài cơng trình bến 224 chia làm phân đoạn , phân đoạn dài 51m, phân đoạn có khe lún rộng 2cm, bề rộng cơng trình bến 19.25m Dùng cần cẩu chân đế bốc hàng lên bờ Bố trí trụ neo thượng lưu hạ lưu cơng trình Khoảng cách từ tim trụ neo đến mép bến 24,5m Trụ neo xoay 30o so với mép bến, kích thước 6x6x2m Sử dụng cọc ống thép D711,2m, dày 16 mm trụ neo sàn cơng nghệ Dầm ngang bến kích thước 10x120 cm Dầm dọc ray kích thước 10x120 cm Dầm dọc khơng ray kích thước 10x120 cm Phần mở rộng dầm ngang mép bến : 70x200 cm 2.1 Tính tốn sức chịu tải cọc theo cường độ đất Qtc = m ( mrqpAp + u ) m = : hệ số điều kiện làm việc cọc đất qp ( T/m2 ) sức chống tính tốn đất mũi cọc, phụ thuộc: Độ sâu hạ cọc :36 – 11 = 25 m Đất mũi cọc: cát pha hạt mịn tới trung SPT = 15 ÷ 25 mR, mf : hệ số điều kiện làm việc đất mũi cọc, xung quanh cọc mR = 1, mf = u: chu vi tiết diện ngồi cọc u = 3.14*D = 3.14*0.7 = 2.198 m F: diện tích chống cọc lên đất F = 3.14*0.352 = 0.385 m2 li : chiều dài lớp đất thứ I tiếp xúc với mặt bên cọc ( m ) SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN fi : sức chống tính tốn lớp đất thứ I đất lên mặt hơng cọc bảng kết tính tốn sức chịu tải cọc Lỗ khoan : lớp đất l(m) li ( m ) zi ( m ) fi ( T/m2 ) fi* li Z R( T/m) bùn sét 19 0.8 1.6 428 2 2 1.4 1.7 1.85 1.9 11 1.92 13 1.96 2 2 0.5 2 0.5 2 0.5 15 17 18.5 20 22 24 25.25 26.5 28.5 30.5 31.75 33 35 37 38.25 2 2 2 2.8 3.4 3.7 3.8 3.8 3.9 4 4 B = 0.6 cát pha hạt mịn tới trung B = 0.6 6.5 sét nửa cứng B = 0.38 6.5 đá phong hóa nhẹ 6.5 45 06 tổng fi*li ( T/m ) sức chịu tải cọc theo đất sức chịu tải tính tốn cọc Pdn/ktc Lỗ khoan 2: SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 10 P = 243.8637 Ptk = 174.1884 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN (Unit: m) 3.1.4 Các giá trị đặc trưng kết nội lực Moment lực cắt tác động tải trọng mơ tả tính tốn a Nội lực tải trọng phân bố Moment uốn gây tải trọng phân bố sàn xác định từ đồ thị, xem sàn có cạnh ngàm Do λ=4.7/4.5=1.044 > nên Mx= Xply2 My= Yplx2 λ:tỉ số cạnh λ= lx/ly Mx: moment uốn tên đơn vị bề rộng dọc theo trục x My: moment uốn tên đơn vị bề rộng dọc theo trục y X: hệ số Mx Y: hệ số My lx: chiều dài nhịp dọc theo trục x ly: chiều dài nhịp dọc theo trục y p: cường độ tải phân bố Moment uốn tính ba điểm hình sau SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 20 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN ly = lx= 4.70 Lực cắt S xác định thơng qua hệ số lực cắt Q S = Qplmin Q: hệ số lực cắt p: cường độ tải trọng lmin: chiều dài nhịp theo phương cạnh ngắn Bảng kết monent uốn tải phân bố: lx ly 4.7 4,5 SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 21 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Bảng kết lực cắt tính sàn tải trọng gây Hệ số lx ly 4, Q 0,47 0,44 Tải thân Sx Sy Tải chất hàng Sx 22.8 21.3 Sy Tải phương tiện Sx Sy 42,30 39,6 Lực nâng Sx 55.5 52.03 -43,58 40.80 b Nội lực tải tập trung Nội lực tải trọng tập trung xác định từ đồ thị Pigeaut Diện tích tiếp xúc tải trọng bánh xe lên sàn SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 22 Sy ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Moment uốn Mx = 0.8*(M1+υM2)P My = 0.8*(M2+υM1)P  Lực cắt Khi u ≥ v, Sx =  Sy = Khi u < v, Sx = Sy = Trong đó: Mx, My: moment uốn đơn vị bề rộng dọc theo trục x trục y tương ứng υ= 0.2: hệ số Poisson P: tải trọng tập trung M1,M2: hệ số phân bố moment tương ứng u,v: hai cạnh diện chịu tải Kết tính tốn trình bày bảng sau: P(kN) lx ly 120 4.7 4.5 c Trị số dùng tính tốn thiết kế kết nội lực(Design values of Force resultant) Bảng trình bày giá trị kết tính tốn nội lực dùng tính tốn thiết kế sàn S1, chúng xác định từ tổ hợp tải trọng đây: (1) Tải thân + tải chất đầy ( u cầu 6) (2) Tải thân + tải phương tiện ( u cầu 7) (3) Tải thân + tải lực tập trung phương tiện ( u cầu 7) (4) Tải thân + lực nâng u cầu 4) (5) Tải thân + tải chất đầy ( u cầu 9) Các giá trị nội lực dùng tính tốn thiết kế sàn S1 Moment Mx(KN.m/m) SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 23 Lực cắt My(KN.m/m) Sx Sy ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN Tại gối Giữa nhịp Tại gối (KN/m) (KN/m) 21.38 22.84 Giữa nhịp Tải thân(D) -11.22 4.51 -12.240 4.91 Tải chất hàng(S) -20.78 8.34 -22.66 9.10 Tải phương tiện phân bố(Wm1) -24.75 9.94 -22.66 -44.05 52.03 52.03 Tải phương tiện tập trung(Wm2) -19.84 19.84 -16.90 16.90 68.75 32.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Lực nâng(Wu) 39,6 42,30 Trạng thái Giới hạn cường độ 1,1D + 1,2S -37.278 14.969 -40.656 16.321 71.038 75.884 1,1D + 1,2Wm1 -65.202 26.189 -40.656 28.549 85.954 91.82 -36.15384 28.77284 33.7392 25.6762 106.018 63.524 1,1D + 1,2Wm2 0,9D + Wu Trạng thái Giới hạn sử dụng D + 0,5S -21.61 8.68 -23.57 9.46 41.18 43.99 D + 0,5Wm1 -33.245 13.355 -23.57 14.555 47.395 50.63 D + 0,5Wm2 -21.1416 14.4316 -20.688 13.358 55.755 38.84 Trạng thái Giới hạn mỏi D Wm2 -11.22 4.51 -12.24 4.91 21.38 22.84 -19.8432 19.8432 -16.896 16.896 68.75 32 3.1.5 Tính tốn kiểm tra theo trạng thái giới hạn cực hạn( Trạng thái giới hạn cường độ) Tính tốn kiểm tra theo trạng thái giới hạn cực hạn thực cách dùng giá trị moment uốn Md hay lực cắt Vd xác định mục 4.5 trị số khả chịu uốn Mu d hay sức kháng chống cắt Vpcd mơ tả 3.1.5.1 Tính tốn kiểm tra khả chịu uốn (1) Tính tốn cốt thép Diện tích cốt thép đơn cần thiết A sd trường hợp = 1.0 tính từ phương trình đây: Asd = Trong đó: SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 24 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN d : chiều cao có hiệu = 1.1 hệ số cấu kiện = 1.0 hệ số kết cấu An = 1.7 bwf’cd với bw : bề rộng sườn cấu kiện, f’cd độ bền nén bê tơng, f’yd độ bền kéo cốt thép Hệ số vật liệu thường dùng để đạt độ bền thiết kế bê tơng thép 1.3 1.0 tương ứng (2) Tính tốn sức chịu uốn thiết kế Khả chịu uốn thiết kế Mud xác đinh từ phương trình: Mud = Trong : As : tiết diện ngang cốt thép chịu kéo Pw = , = 1.1 (3) Kiểm tra khả chịu uốn Khả chịu uốn tính theo phương trình ≤1 3.1.5.2 Tính tốn kiểm tra khả chịu cắt Dựa theo tiêu chuẩn JSCE phần tử phẳng ứng sử dầm, ví dụ : sàn chịu lực phương, nên xét phần tử ( cấu kiện ) tuyến tính Khi tính tốn kiểm tra lực cắt Vì sàn s1 sàn chịu lực ( làm việc ) hai phương khơng có khuynh hướng chịu tác động lớn lực cắt, việc tính tốn kiểm tra lực cắt bỏ qua 3.1.5.3 Kiểm tra khả chọc thủng An tồn sàn chống lại lực chọc thủng tính tốn kiểm tra theo phương trình sau: ≤ 1.0 Trong : Vd : lực chọc thủng thiết kế ( lực cắt ) Vpcd = = 0.2 ( N/mm2 ) ≤ 1.2 N/mm2 = > 1.5 = > 1.5 =1+ Với : fcd’ sức bền kéo bê tơng thiết kế, u : chu vi diện chịu tải, u p :chu vi tiết diện ngang vị trí cách d/2 tính từ diện chịu tải, d p : chiều cao có hiệu hệ số cốt thép SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 25 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN xác định giá trị trung bình cốt thép theo hai phương, = 1.3 hệ số cấu kiện 3.1.6 Chiều cao có hiệu sàn Chọn thép A III,ϕ18 có fyd = 365 Mpa Bê tơng sàn mac 600 có f’c = 27 Mpa, hệ số vật liệu bê tơng 1.3 nên f’cd = 20.769 Mpa Bảng kết tính tốn uốn Parallel to the face line Perpendicular to the face line At support 1000 At midspan 1000 At support 1000 At midspan 1000 325 239 307 221 Md (kNm) 37.278 28.77284 40.656 25.6762 f'cd (N/mm2) 20.769 22 22 22 fyd (N/mm2) 365 355 355 355 35307.3 37400 37400 37400 349.5626958 378.7313124 415.6890125 365.7456899 D18@200 1570.8 D18@200 1570.8 D18@200 1570.8 D18@200 1570.8 Pw 0.0048 0.0066 0.0051 0.0071 Mu (kNm) 160.93 113.60 148.07 104.48 Width bw (mm) d (mm) An Asn (mm2) Arrangement of reinforcement As (mm2) SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 26 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN fiMd/Mu 0.278 0.304 0.329 0.295 Judgment OK OK OK OK Vậy sàn đủ khả chịu lực uốn Kết chọc thủng = 0.2 = 0.911 ( N/mm2 ) d = 230 mm βd = 1.44 Diện tích cốt thép chịu lực theo phương song song với cầu tàu 1272.35mm2 ( D18@200 ) Diện tích cốt thép chịu lực theo phương vng góc với cầu tàu 1272.35 mm2 ( D18@200 ) Pw = 0.0068 Βp = 0.881 U = ( 700 +215*2 ) + ( 200 + 215*2 ) = 3520 mm Vpcd = 1189.88 Lực chọc thủng xem xét trường hợp bánh trước xe nâng với tải trọng 275 kN đặt sàn Kết kiểm tra sau: Vk = 120 KN Vd = 330 KN = 0.227 ≤ 1.0 ( thỏa điều kiện ) 3.1.7 Tính tốn kiểm tra theo trạng thái giới hạn điều kiện làm việc Trong tính tốn kiểm tra theo trạng thái biến dạng, liệu có hay khơng mức độ u cầu làm việc hiệu kết cấu xác định cách xác định rõ bề rộng vết nứt thực tế sàn bê tơng khơng lớn bề rộng vết nứt giới hạn cho phép a Tính tốn kiểm tra moment uốn Bề rộng vết nứt uốn tính từ phương trình W = 1.1 k1 k2 k3 ( 4c + 0.7 ( cs – Ø ) ( + ) k2 = + 0.7 k3 = : k1 = 1.0 : số xét đến ảnh hưởng bề mặt cốt thép đến bề rộng vết nứt k2 : số xét đến ảnh hưởng chất lượng bê tơng bề rộng vết nứt f’c : cường độ chịu nén bê tơng SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 27 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN f’cd : số xét đến ảnh hưởng bề rộng vết nứt n : số lớp cốt thép chịu kéo c : chiều dày lớp bảo vệ cs : khoảng cách từ tâm đến tâm cốt thép chịu kéo θ: đường kính cốt thép chịu kéo ( mm) Es : mơdun đàn hồi cốt thép ( = 200 KN/mm2 ) = 150 10-6 bê tơng thường : lượng gia tăng ứng suất cốt thép từ trạng thái ứng suất bê tơng khơng có cốt thép = J = – k/3 k = – npw Trong : Md : moment uốn thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng n : tỷ số modun young ( = Es/Ec ) pw = Bảng tổng hợp kết tính tốn Parallel to the face line Perpendicular to the face line At support At midspan At support At midspan Width bw (mm) 1000 1000 1000 1000 d (mm) 357 270 336 250 Md (kNm) 19.3555 12.6466 49.5505 15.425 As (mm2) 1570.8 1570.8 1570.8 1570.8 Arrangement of reinforcement D18@200 D18@200 D18@200 D18@200 pw 0.0044 0.0058 0.0047 0.0063 k 0.207 0.234 0.213 0.242 j 0.931 0.922 0.929 0.919 σse (N/mm2) 37.08 32.34 101.05 42.73 c (mm) 50 70 70 90 k1 1.0 1.0 1.0 1.0 f'c (N/mm2) 22 22 22 22 k2 1.06 1.06 1.06 1.06 n 1.0 1.0 1.0 1.0 k3 1.0 1.0 1.0 1.0 w (mm) 0.128 0.148 0.310 0.206 wa 0.250 0.245 0.350 0.315 γiw/wa 0.511 0.603 0.887 0.654 Judgment OK OK OK OK SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 28 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN b Tính tốn kiểm tra nứt lực cắt Nếu lực cắt thiết kế V d< 70% sức kháng bê tơng V cd việc tính tốn kiểm tra bề rộng vết nứt lực cắt gây bỏ qua Sức kháng cắt tính tốn từ phương trình 4.3.7 Vcd = Trong : fvcd = 0.2 ( N/mm2 ) fvcd ≤ 0.72 N/mm2 = > 1.5 = > 1.5 = + Mo/Md ≥ = + Mo/Md ≤ Vcd : sức kháng cắt thiết kế khơng có cốt thép chống cắt Nd’ : lự nén dọc trục thiết kế Md : moment uốn thiết kế Mo : moment uốn cần thiết để khử ứng suất lực dọc gây sợi kéo lớn tương ứng với moment uốn thiết kế bw : bề rộng sườn ( = 1000 mm ) d : chiều cao có hiệu pw = : As : diện tích cốt thép chịu kéo f’cd : cường độ nén thiết kế bê tơng ( N/mm2 ) = = hệ số cấu kiện Bảng kết tính tốn lực cắt Parallel to the face line Penperdicular to the face line At midspan Width bw (mm) d (mm) Vd (kN) f'cd (N/mm2) fvc (N/mm2) As (mm2) pw βd βp βn Vcd (kN) γiVd/Vcd Judgment 1000 270 51.007 22 0.560 1570.8 0.0058 1.387 0.835 1.0 175.23 0.291 OK SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 29 1000 250 50.66 22 0.560 1570.8 0.0063 1.414 0.856 1.0 169.70 0.299 OK ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN 3.1.8 Tính tốn kiểm tra theo trạng thái giới hạn mỏi a Số lần lặp lại tải trọng Lượng hàng hóa bốc xếp năm 382,217,220,000 (31588200 kN) mét chiều dài bến Tổng chiều dài bến 242 m tuổi thọ thiết kế cơng trình 15 năm Tổng lượng hàng hóa bốc xếp là: Thơng số Chiều dài bến (m) Khối lượng hàng (kN) Lượng hàng bốc xếp 31588200 242 Tuổi thọ bến (năm) 15 114,665,166,000 Số lần lặp lại tải trọng 197,698,562 Sức nâng tơ H30 = 120 kN Độ lớn tải trọng Độ lớn số lần lặp lại tải trọng Tải trọng (kN) Tải trọng lớn 120 Số lần tác dụng 197,698,562.000 Tải trọng lớn nhất*0.9 108 197,698,562.000 Tải trọng lớn nhất*0.8 96 197,698,562.000 Tải trọng lớn nhất*0.7 84 197,698,562.000 Tải trọng nhỏ 72 790,794,248 b Tính tốn ứng suất Các ứng suất bê tơng, cốt thép chịu kéo cốt thép chịu nén gây xe tơ H30 di chuyển bến xem nằm giới hạn đàn hồi tính tốn từ phương trình sau: =n =n(1- ) = K= ) Trong đó: : ứng suất kéo cốt thép : ứng suất nén cốt thép SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 30 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN :là ứng suất nén bê tơng n : tỷ số modun đàn hồi Es = 200 N/mm2 modun đàn hồi cốt thép Ec = 25 KN/mm2 modun đàn hồi bê tơng D d’ : chiều cao có hiệu cốt thép chịu nén tương ứng Pw = = As : diện tích cốt thép cốt thép chịu kéo chịu nén Md : moment uốn thiết kế Bảng tổng hợp tính tốn Tính tốn ứng suất theo phương vng góc với mặt bến bw( mm) d (mm) d' (mm) Bố trí cốt thép As ( mm2) A's (mm2) pw pw' n k Md (kNm) σ'c (N/mm2) σs (N/mm2) σ's (N/mm2) c độ bền mỏi (1) bê tơng Độ bền mỏi thiết kế frd chống lại lực nén, nén uốn, kéo, kéo uốn tính từ phương trình hàm có tuổi thọ mỏi N ứng suất sinh tải trọng thường xun frd = k1fd ( - ) ( – ) : frd : độ bền mỏi thiết kế bê tơng k1f = 0.85 nén nén uốn k1f = 1.0 kéo kéo uốn SVTH: Nguyễn Thế Tân - MSSV: 0751170058 Trang 31 ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ KỶ THUẬT CẦU TÀU 25.000 DWT CẢNG CONTAINER PHƯỚC AN fd: cường độ thiết kế bê tơng đạt với γc =1.3 σp: ứng suất sinh tải trọng thường xun N: tuổi thọ mỏi (