Công trình bến - Chương2

2.1.1. Các tải trọng tác động lên công trình bến Tùy theo tính chất và thưòi gian tác động của các tải trọng trên công trình bến người ta chia những tải trọng này thành hai loại: tải trọng thường xu

Chương 2

TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH BẾN.

2.1.Tải trọng và tổ hợp tải trọng.

2.1.1 Các tải trọng tác động lên công trình bến

Tùy theo tính chất và thưòi gian tác động của các tải trọng trên công trình bến người

ta chia những tải trọng này thành hai loại: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời Trong đó các tải trọng tạm thời lại được phân ra ba nhóm Tải trọng tạm thời tác động lâu dài, tải trọng tạm thời tác động tức thời (nhanh) và tải trọng tạm thời đặc biệt

2.1.1.1 Tải trọng thường xuyên:

Là tải trọng tác động lên công trình hay kết cấu công trình trong suốt quá trình khai thác, bao gồm:

- Trọng lượng bản thân của công trình bến;

- Trọng lượng đất lấp trên công trình bến;

- Tải trọng do các công trình và thiết bị công nghệ đặt cố định trên bến;

- Áp lực chủ động của đất lấp sau công trình bến

2.1.1.2 Tải trọng tạm thời

Là tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian hoặc từng thời kỳ nhất định trong quá trình xây dựng và khai thác công trình

a) Tải trọng tạm thời tác động lâu dài:

Tải trọng tác động lên công trình trong một thưòi gian tương đối dài

- Tải trọng do các máy bốc xếp di động, các phương tiện vận tải và hàng hóa xếp trên bến;

- Áp lực chủ động của đất do ảnh hưởng của tải trọng tạm thời trên bến;

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước bến, trong điều kiện hệ thống công trình thoát nước ngầm của bến vẫn hoạt động bình thường

b) Tải trọng tạm thời tác động tức thời:

Tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian ngắn

- Tải trọng do sóng;

- Tải trọng do tàu: lực neo tàu, lực tựa tàu và lực va khi tàu cặp bến;

- Tải trọng ngang do cần cẩu;

- Tải trọng tác động trong giai đoạn xây lắp

c) Tải trọng tạm thời đặc biệt:

Tải trọng tác động lên công trình trong thời gian ngắn, trong điều kiện đặc biệt

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước bến, trong điều kiện chỉ có một nửa hệ thống công trình thoát nước ngầm còn hoạt động được;

- Tải trọng do động đất, sóng thần

Các tải trọng nói trên được chọn để ghép vào với nhau thành nhiều tổ hợp khác nhau Công trình bến được tính toán theo hai loại tổ hợp tải trọng: Tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt

2.1.2.Các tổ hợp tải trọng:

Khi tính toán công trình bến hay kết cấu của nó người ta phải tổ hợp tất cả các tải trọng có thể đồng thời tác dụng lên công trình gây trạng thái ứng suất biến dạng bất lợi nhất cho công trình hay các bộ phận của nó

2.1.2.1 Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm:

Các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác động lâu dài và một trong số các tải trọng tạm thời tác động tức thời Trong đó tải trọng tạm thời tác động tức thời được chọn đưa vào tổ hợp cơ bản phải là tải trọng gây ảnh hưởng nhiều nhất đối với trạng thái ứng suất, biến dạng của toàn bộ kết cấu hoặc của từng bộ phận kết cấu và nền công trình ngoài ra phải lựa chọn thành phần và cách xếp đặt các tải trọng sao cho có được tổ hợp bất lợi nhất

2.1.2.2) Tổ hợp tải trọng đặc biệt

Gồm các tải trọng thường xuyên các tải trọng tạm thời có khả năng xảy ra cùng một lúc và một trong số các tải trọng tạm thời đặc biệt Trong đó các tải trọng tạm thời tác động nhanh được nhân với hệ số tổ hợp n1 = 0,8 để xét đến việc trong thực tế tải trọng tạm thời đặc biệt và các tải trọng tạm thời khác ít có xác suất đạt đến giá trị lớn nhất trong cùng một lúc

Ngoài những tải trọng kể trên, khi thiết kế công trình bến phải xem xét những tác động khác có ảnh hưởng đến an toàn và tuổi thọ công trình như khả năng đất nền bị bào xói do dòng chảy, sóng, hoặc chân vịt của tàu, khả năng các cấu kiện bị han gỉ hoặc bị tác động bao mòn của phù sa

Tải trọng dùng để tính toán kết cấu và nền công trình có thể có hai giá trị Tiêu chuẩn và tính toán Việc sử dụng giá trị nào để tính toán phải phù hợp với quy định của từng bài toán cụ thể

Giá trị tiêu chuẩn của từng loại tải trọng được quy định trên cơ sở quan trắc những yếu tố tạo ra tải trọng đó và chỉnh biên các số liệu quan trắc bằng phương pháp xác suất thống kế Giá trị tính toán của tải trọng được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với hệ số vượt tải n Nếu việc giảm nhỏ trị số của một tải trọng nào đó sẽ ảnh hưởng xấu đến khả năng chịu tải của công trình hoặc từng bộ phận công trình thì giá trị tính toán của tải trọng dó được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với số nghịch đảo của hệ số vượt tải (1/n)

Trong bảng 2.1 ghi giá trị hệ số vượt tải của các tải trọng thường gặp trong tính toán công trình bến

Bảng 2_ 1 Giá trị vượt tải của một số tải trọng STT Tải trọng Hệ số vượt tải (n)

1 Trọng lượng bản thân của các kết cấu bê tông, bê tông

3 Trọng lượng của các máy bốc xếp, phương tiện vận tải

4 Tải trọng phân bố đều của hàng hóa xếp ở vùng

chuyển tiếp và vùng sau bến

- Các trị số trong ngoặc được lấy khi tính toán làm cho công trình nguy hiểm thêm

- Theo Tiêu chuẩn ngành 22TCN 207-92 hàng dùng hệ số vượt tải n = 1,25 thì

không sử dụng các hệ số trong bảng trên

2.2.Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến.

Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến được xác định trên cơ sở

kích thước hình học của cấu kiện và dung trọng vật liệu dùng để chế tạo ra cấu kiện đó

Trường hợp công trình nằm dưới mực nước tính toán, khi xác định trọng lượng các cấu

kiện phải trừ đi lực đẩy nổi thủy tĩnh tác dụng lên cấu kiện Trị số lực đẩy nổi thủy tĩnh

bằng trọng lượng khối nước bị choán chỗ Đối với vật liệu có cấu trúc đặc (kim loại, bê

tông, bê tông cốt thép v.v ) dung trọng của vật liệu nằm dưới nước bằng:

γ: dung trọng vật liệu trong không khí

Trọng lượng đất lấp tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt nằm ngang của công

trình lấy bằng tích số giữa dung trọng đất và chiều cao lớp đất lấp Dung trọng đất trong

trạng thái đẩy nổi (nằm dưới nước) được xác định có xét đến độ rỗng của đất theo công

thức:

ε

γγ

+1

2.3.1 Áp lực thủy tĩnh

Áp lực thủy tĩnh tác động lên cơng trình bến xuất hiện khi mực nước trong lịng bến cao hơn mực nước trước bến Nguyên nhân dẫn đến sự chênh lệch này giữa hai mực nước thường là do mực nước trước bến hạ xuống khi triều rút, khi chịu tác động của giĩ theo hướng từ bờ ra biển, hoặc khi mực nước dao động theo mùa cũng cĩ khi, mực nước ngầm dâng lên do nước mưa rào hoặc nước thải ra từ các máy bốc xếp thủy lực

Cĩ những loại kết cấu cơng trình bến cĩ kảh năng thoat nước, nhờ đĩ áp lực thủy tĩnh của ngước ngầm háa như khơng xuất hiện Đĩ là những cơng trình bến cĩ kết cấu dạng chuồng, dạng tường cừ bằng cọc bê tơng cốt thép khơng cĩ khĩa liên kết, dạng tường trọng lực trên đệm đá cĩ lăng thể giảm tải lịng bến v.v

Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm thường xuất hiện ở các cơng trình bến dạng tường

cừ bằng thép đĩng vào tầng sét, hoặc dưới chân tường cĩ tầng sét, cĩ tác dụng như tầng khơng thấm nước Lớp đất được coi là tầng khơng thấm nước khi hệ số thấm của lớp đất

đĩ nhỏ hơn 1/10 hệ số thấm của lớp đất lấp bên trên Trong thực tế đã cĩ trường hợp sau bến tường cừ mực nước ngầm cao hơn 3 ÷ 4 mét so với mực nước trước bến Độ chênh mực nước đĩ đã làm mơ men uốn trong cừ và nội lực trong thanh neo tăng lên 1,5 lần Bởi vậy, khi kết cấu bến và tầng đất bên dưới cĩ tác dụng ngăn nước thì khi thiết kế cần xét tới xây dựng hệ thống cơng trình thốt nước ngàm thích hợp đồng thời để lấp lịng bến phải dùng loại đất cĩ hệ số thấm khơng nhỏ hơn 5m ngày đêm

Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm cĩ thể khơng cần xét đến trong những trường hợp sau:

- Bến cĩ kết cấu tường trọng lực đặt trên đệm đá với chiều dày lớp đệm đá trên 0,5m (khơng phụ thuộc gì vào độ thấm nước của nền đá và biện pháp kết cấu đã dùng để che chắn khơng cho đát lọt qua khe tiếp giáp giữa các cấu kiện);

- Bến dạng tường gĩc họăc tường cừ cĩ những khe tiếp giáp giữa các cấu kiện nằm cách nhau khơng quá 4 mét theo chiều dài bến và được che chắn bằng tầng lọc ngược (khơng phụ thuộc gì vào độ thấm nước của nền)

Trong trường hợp khe tiếp giáp giữa các cấu kiện tường mặt của bến cĩ cấu tạo khơng thấm nước (cừ thép liên kết khĩa màn chắn bằng vật liệu tổng hợp v.v ) cần tính tốn áp lực thủy tĩnh tác động lên cơng trình do mực nước ngầm cao hơn mực nước trước bến Trong thực tế cĩ thể cĩ hai trường hợp tính tốn sau đây

2.3.1.1).Trường hợp 1

Bến tường cừ cĩ chơn cừ nằm trong tầng khơng thấm nước (hình 2.1a) hoặc bến tường gĩc mà giữa bản đáy và tầng khơng thấm nước cĩ lớp đệm đá dày khơng quá 0,5m (hình 2.1b)

Trong trường hợp này áp lực thủy tĩnh xác định theo biểu đồ vẽ trên các hình 2.1a,

và 2.1b, trong đĩ cột áp lực ∆h lấy bằng hiệu số độ cao giữa mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất trước bến, tức là xem mực nước ngầm vẫn giữ nguyên ở cao độ mực nước cao nhất khi mực nước trước bến đã hạ đến vị trí thấp nhất do quá trình dao động mực nước theo ngày Với chế độ dao động mực nước theo mùa và chiều dài tuyến bến trên 1000m, để dựng biểu đồ áp lực thủy tĩnh trị số ∆h được giảm di 10 ÷ 20%

Biểu đồ

áp lựcthuỷ tĩnh

Bến tường cừ cú chõn tường đúng chưa đến tầng khụng thấm nước (hỡnh 2.1c)

Trong trường hợp này để dựng biểu đồ ỏp lực thủy tĩnh của nước ngầm cột nước ∆h được

xỏc định riờng cho hai chế độ dao động mực nước, theo mựa và theo ngày

Đối với dao động mực nước theo mựa, cột nước ∆h cú thể tớnh toỏn theo cụng thức

L.V

t - Thời gian hạ từ mực nước cao nhất xuống mực nước thấp nhất

Cụng thức tớnh chiều dài giả định L của mạch thấm cú dạng:

3 2

2 3

2 3

2 1

ll

l45sinllll12

L

++

+

Trong đú:

l1 - Chiều sâu đóng cọc;

l2 - Khoảng cách từ chân cọc đến cao độ mức nước cao nhất;

l3 - Khoảng cách từ chân cọc đến bề mặt tầng không thấm nước Nếu l3 > l1, thì

công thức (2.4) thay l3 bằng l1

Trong thực tế tốc độ hạ của mực nước trước bến Vy thay đổi theo thời gian Bởi

vậy, khi cần tính toán cột nước ∆h một cách chính xác hơn có thể chia thời gian t của

đường quá trình hạ mực nước trước bến ra làm nhiều thời đoạn để tính và dựng đồ thị

biến thiên mực nước ngầm theo thời gian, từ đó tìm được trị số ∆hmax dùng làm cột nước

tính toán của biểu đồ áp lực

Đối với chế độ dao động mực nước theo ngày, cột nước ∆h tính toán theo công

t

k-1t

y

Trong trường hợp trên tường bến có áp lực thủy tĩnh của nước ngầm, khi xác định

áp lực đất lên tường nên tính toán hiệu chỉnh dung trọng đất lấp nằm dưới mực nước

ngầm theo công thức:

i

n n

Trong đó:

γđn- Dung trọng đất ở trạng thái đẩy nổi, xác định theo công thức (2.2);

γn- Dung trọng nước, lấy bằng 1,0T/m3;

i- Độ dốc dòng thám, xác định theo mạng lưới thủy động hoặc tính gần đúng theo

Trong công thức (2.6) dấu cộng được dùng đối với vùng áp lực chủ động của đất,

dấu trừ được dùng đối với vùng áp lực bị động

2.3.2 Áp lực do sóng

Thường chỉ xét đến khi bến có kết cấu dạng tường cừ hoặc tường trọng lực và chiều

cao sóng trên 0,5m Trong trường hợp này tải trọng sóng lớn nhất hình thành khi chân

sóng tiến đến mặt tường

Đối với bến tường trọng lực áp lực sóng xác định theo biểu đồ trên hình 2.2b

Độ chênh ζt giữa cao độ chân sóng và mực nước tính toán phụ thuộc vào các thông

số tính toán của sóng (chiều cao sóng h và bước λ) và chiều sâu nước trước bến

Đại lượng ζt và các trung độ p của biểu đồ áp lực sóng xác định theo Quy phạm tính toán tải trọng và tác động trên công trình thủy

2.4.Tải trọng do tàu

2.4.1 Tải trọng do gió, dòng chảy tác động lên tàu

Tải trọng do tàu tác động lên công trình bến bao gồm ba loại tải trọng neo tàu, tải trọng tựa tàu và tải trọng va khi tàu cập bến

Nguyên nhân làm xuất hiện tải trọng neo tàu và tải trọng tựa tàu là tác động của gió lên phần nổi của tàu và tác động của dòng chảy lên phần tàu ngập nước Khi gió và dòng chảy hướng ra phía khu nước thì tác động của chúng đẩy tàu tách khỏi bến và làm căng các dây neo, tạo ra tải trọng neo truyền vào công trình bến qua các bích neo Nếu gió và dòng chảy tác động theo hướng ngược lại thì tàu bị đẩy áp vào bến, tạo ra tải trọng tựa tàu

Tải trọng va xuất hiện khi đưa tàu cập bến Hình thành vào thời điểm tàu bắt đầu tiếp xúc với bến, trị số tải trọng va tăng dần và đạt giá trị lớn nhất khi toàn bộ động năng của tàu đã chuyển thành thế năng biến dạng của công trình bến và thiết bị đệm tàu trước bến

Để tính toán tải trọng neo tàu và tải trọng tựa tàu trước hết phải xác định tải trọng

do gió và dòng chảy tác động lên tàu

1) Thành phần ngang Wq(KN) và thành phần dọc Wn(KN) của tải trọng do gió tác động

lên tàu, xác định theo công thức:

ξ

q q

5

Trong đó:

Aq; An - Diện tích hướng gió của tàu theo hướng mạn tàu và theo hướng mũi tàu,

tính bằng m2;

Vq và Vn - Thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió, lấy theo tần suất

2% cho thời gian vận tải thủy, tính bằng m/s;

ξ - Hệ số xét đến tác động không đều của luồng gió được lấy theo bảng 2.2 tùy

thuộc vào chiều dài hình chiều tàu tàu lên mặt phẳng vuông góc hướng gió

Bảng 2_ 2 Hệ số ζ

Chiều dài của hình chiếu tàu lên

mặt phẳng vuông góc với hướng

Khi tính diện tích hướng gió của tàu phải xét tác động che chắn gió của những vật

cản nằm ở đầu gió bằng cách lấy diện tích hướng gió của tàu (Aq, An) trừ đi trị số tính đổi

của diện tích che chắn gió Ac của các vật cản gió Trị số tính đổi Ac có thể xác định theo

công thức:

Trong đó:

hb - Chiều cao từ mặt bến đến cao độ mực nước cao nhất tính bằng m;

Hc - Chiềucao trung bình của các vật cản, tính bằng m;

L - Chiều dài vùng chắn gió, láy bằng chiều dài tàu Lt nếu Lt < Lb và lấy bằng

chiều dài bến Lb nếu Lt >Lb tính bằng mét;

αc - Hệ số chắn gió, xác định theo công thức:

th

c c

c c

L

Ll

H5,0

Khi chiều dài bến Lb bé hơn chiều dài Lth của hình chiếu tàu lên mặt phẳng vuông

góc hướng gió thì công thức (2.11) thay Lth bằng Lb

2) Thành phần ngang Qa(KN) và thành phần dọc Na(KN) của tải trọng do dòng chảy tác

động lên tàu, xác định công theo công thức:

2 l l

2 t t

Trong đó:

Al và At - Diện tích cản nước của tàu, theo hướng mạn tàu và theo hướng mũi tàu,

tính bằng m2;

Vl và Vt - thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ dòng chảy, lấy theo tần

suất 2% cho thời gian vận tải thủy tĩnh bằng m/s

2.4.2- Tải trọng neo tàu:

Là tải trọng tập trung truyền lên công trình qua các thiết bị neo tàu bố trí trên

bến.Trên hình 2.3 là sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu S trên một bích neo, các thành phần

Hình 2_ 3 Sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu trên bích neo

Đối với bến tàu biển thành phần ngang Sq phân bố đều, tổng thành phần.ngang Qtot

của tải trọng do gió và do dòng chảy tác động lên tàu (Qtot = Wq + Qa) cho các bích neo

Như vậy tổng hợp lực neo lên một bích neo (S) và các thành phần Sq, Sn và Sv được xác

định bằng những biểu thức sau:

βα

=

cossinn

n - Số bích neo làm việc lấy theo bảng 2.3;

α và β - Góc nghiêng của dây neo đo bằng độ lấy theo bảng 2.4

Bảng 2_ 3 Số bích neo trước bến

Khoảng cách max giữa các bích neo, m 20 25 30 30

phía sau bến 30 40 20 10 40 20 Tàu sông chở khách hoặc

Khi xây dựng bến dùng để tiếp nhận những tàu biển trọng tải lớn với lượng choán nước có hàng trên 5 vạn tấn cần bố trí ở hai đầu bến hai bích neo cho các dây neo dọc Hai bích neo này đặt ngoài phạm vi chiều dài tàu Lt, cách hai mũi tàu không quá 0,2Lt

theo hướng mép bến Trong trường hợp này mỗi bích neo được tính toán chịu một lực bằng tổng thành phần dọc Ttot của tải trọng do gió và do dòng chảy (Ttot = Wn + Na) Xác định theo các biểu thức (2.9); (2.13)

3

1 Nhãm d©y neo däc

2 Nhãm d©y neo ngang

3 Nhãm d©y neo gi»ng

Hình 2_ 4 Phân bố các nhóm dây neo chuyên dụng.

Đối với các bến chuyên dụng chỉ gồm một sàn công nghệ và các trụ neo riêng lẻ (hình 2.4) trước khi tính toán phải lập so đồ bố trí các trụ neo cho 3 nhóm dây neo, nhóm dây neo dọc ở hai mũi tàu nhóm dây neo ngang và nhóm dây neo giằng vào giữa Với mỗi nhóm dây neo phải bố trí hai trụ neo, tính toán chịu tải ngang nhau Mỗi trụ neo thuộc nhóm dây neo dọc hoặc nhóm dây neo ngang chịu một tải trọng neo bằng 0,4 ΣH, mỗi trụ neo thuộc nhóm dây neo giằng chịu một tải trọng neo bằng 0,3ΣH Tùy theo số lượng dây neo trong mỗi nhóm và tải trọng tính toán của các bích neo mà bố trí từ một đến bốn bích neo trên mỗi trụ neo Khi tàu cập ở cả hai phía công trình bến thì tăng số trụ neo và bích neo lên hai lần

Đối với bến tàu sông, tổng hợp lực Q của tải trọng neo được tiêu chuẩn hóa theo quy định trong bảng 2.5

Bảng 2_ 5 Tải trọng neo tàu

Tổng hợp lực của tải trọng neo (Q), KN Lượng choán nước tính

toán của tàu khi có hàng

(D), t

Tàu chở khách, tàu chở cả khách và hàng, tàu thuộc đội tàu KT có kết cấu tầng trên kín

Tàu chở hàng và tàu thuộc đội tàu KT có kết cấu tầng trên hở

2.4.3 Tải trọng tựa tàu:

Là tải trọng phân bố đều theo chiều dài công trình bến trên toàn bộ đoạn tiếp xúc

giữa mạn tàu và mặt trước bến Đối với công trình có tuyến bến liên tục trong phạm vi

phần thẳng của mạn tàu tải trọng tựa tàu xác định theo công thức

tx

tot

l

Q1,1

Trong đó:

ltx - Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa mạn tàu và mặt trước bến

Nếu gọi lm là chiều dài phần thẳng của mạn tàu (hoặc của dầm bao mạn tàu) và Lb là

chiều dài bến thì trong công thức (2.18) phải lấy ltx = lmkhi Lb >lm và ltx = Lb khi Lb <lm

Đối với tuyến bến chỉ gồm các mố hoặc trụ tựa tàu riêng lẻ thì tải trọng tựa tàu chỉ

phân bố lên những mố hoặc trụ nào nằm trong phạm vi phần thẳng của mạn tàu

2.4.4- Tải trọng va khi tàu cập bến

Là tải trọng tập trung tác động lên công trình bến Là một trong những yếu tố quyết

định các kích thước chủ yếu, giá thành và tuổi thọ của nhiều loại kết cấu công trình bến

Phần lớn các công thức tính toán tải trọng va đã dùng trong thực tế thiết kế các công trình

bến cảng đều nhận được trên cơ sở phương trình cân bằng năng lượng

Ở thời điểm bắt đầu chạm vào công trình bến, tàu vẫn còn một vận tốc và một động

năng ứng với giá trị vận tốc đó Trong quá trình va một phần động năng của tàu biến

thành công của lực va gây ra biến dạng công trình bến và các thiết bị đệm ở mặt trước

bến Phần động năng đó, tính bằng Tm, được xác định bàng biểu thức

2

DVE

2

Trong đó:

D - Lượng choán nước tính toán của tàu khi cập bến tính bằng T

V - Thành phần vuông góc với mặt trước bến của tốc độ cập tàu, tính bằng m/s, lấy theo bảng 2.6

Ψ - Hệ số, dùng để xét ảnh hưởng chung của tất cả các yếu tố tác động đều quá trình va

Lý thuyết và thực nghiệm đã chỉ ra rằng: Năng lượng va tàu ứng với một khối lượng lớn hơn nhiều so với khối lượng của tàu khi cập bến, đó là do khi tàu chuyển động trong môi trường nước luôn luôn có một bộ phận nước cùng chuyển động theo Ở thời điểm va vào bến vận tốc V của chuyển động tịnh tiến của tàu bắt đầu giảm đi nhanh chóng và triệt tiêu hoàn toàn ở cuối quá trình biến dạng của công trình và thiết bị đệm Trong khi đó lượng nước cuốn theo tàu vẫn tiếp tục chuyển động theo lực quán tính và tác động lên tàu, làm gia tăng năng lượng va

Mặt khác, không phải tất cả động năng của tàu và khối nước cuốn theo đều chuyển thành công của lực va tàu, gây ra biến dạng đàn hồi của công trình bến và thiết bị đệm trước bến Một phần đáng kể của động năng tàu, kể cả khối nước cuốn theo, bị tiêu hao vào việc làm quay tàu và nghiêng ngang quanh điểm va; một phần khác chuyển thành thể năng biến dạng đàn hồi của vỏ tàu, hoặc biến thành nhiệt năng trên các mặt tiếp xúc giữa hai vật thể va

Tất cả những yếu tố làm tăng hoặc tiêu hao năng lượng va được xét đến bằng hệ số

R trong biểu thức (2.19), các giá trị của Ψ lấy theo bảng 2.7

Bảng 2_ 6 Vận tốc tàu cập bến Thành phần vuông góc của tốc độ cập tàu V, m/s có lượng

choán nước tính toán D, t

Sông Biển

- Bến liền bờ bằng các khối xếp thông thường hoặc khối hình, khối

cực lớn, cọc ống đường kính lớn và bến dạng tường góc, bến tường

cừ và bến trên nền cọc có tường cừ trước

- Bến liền bờ dạng bệ cọc hoặc dạng cầu; bến trên nền cọc có hàng

cừ sau

-Bến nhỏ dạng bệ cọc hoặc dạng cầu, trụ cập tàu

-Trụ cập tầu đầu bến hoặc trụ quay tàu

Quy phạm tính toán tải trọng và tác động trên công trình bến quy định tính toán tải

trọng va tàu trên cơ sở dựng các biểu đồ Fq =f,M và E=f,M như trình bày trên hình 2.5

Nhánh phải của biểu đồ là đường biểu diễn quan hệ giữa thành phần vuông góc Fq

của tải trọng va với tổng biến dạng của công trình bến và thiết bị đệm tàu Đường biểu

diễn này được dựng trên cơ sở cộng đồ thị của hai đường biểu diễn Fq =f,M

Nhánh trái của biểu đồ là đường biểu diễn quan hệ giữa năng lượng do tàu truyền

vào công trình bến và thiết bị đệm với tổng biến dạng của chúng Hoành đồ Ei của mỗi

điểm trên đường biểu diễn E=f,M bằng diện tích ωi giới hạn bởi đường Fq =f ft) và

trục tung trên đoạn ∆b tương ứng (hình 2.5)

Mỗi giá trị E tính trước theo biểu thức (2.19) có thể xác định một trị số Fq tương

ứng trên biểu đồ theo hướng các mũi tên trên đường dóng trên hình 2.5

Một số loại công trình bến có độ cứng lớn do đó khi chịu tải trọng va độ biến dạng

của công trình không đáng kể so với biến dạng của thiết bị đệm tàu Trong trường hợp

này khi tính toán tải tọng va tàu có thể bỏ qua năng lượng biến dạng của công trình

Nhược điểm của việc xác định tải trọng va theo cách dựng biểu đồ hình 2.5 là ở chỗ

thiết kế nhiều phương án kết cấu công trình bến, với nhiều phương án sử dụng các loại

thiết bị đệm tàu khác nhau người thiết kế phải dựng hàng loạt biểu đồ cho từng tổ hợp

công trình, thiết bị Mặt khác do đặc điểm thực tế ở Việt Nam việc sử dụng loại thiết bị

đệm tàu còn chưa có sự tiêu chuẩn hóa thống nhất Việc thí nghiệm nén ép gặp nhiều khó

khăn do đó thường thiếu số liệu cho việc tính toán thiết kế

2) Xác định lực va tàu theo Quy phạm (CHIP 14460)

Tải trọng Ny do tàu va vào bến xác định theo công thức

2 1 t

y

CC

Msin

.V.RN

+α

Trong đó:

R - hệ số xét đến tính chất chịu dộng năng của công trình bến phụ thuộc vào dạng

kết cấu công trình bến lấy theo bảng 10;

Vt - Tốc độ của tầu khi cập bến (m/s);

X- Góc tàu cập bến

g

W

M= : Trọng khối của tàu

W - Lượng thoát nước của tàu khi chở đầy hàng (T);

g - Gia tốc trọng trường g = 9,81m/m2

C1 - Tổng hệ số biến dạng đàn hồi của công trình và của kết cấu bảo vệ công trình;

C2 - Hệ số biến dạng đàn hồi của vỏ tàu

a) Xác định hệ số C1

Hệ số biến dạng đàn hồi C1 của công trình và kết cấu bảo vệ là trí ố biến dạng tính

bằng m của các công trình ấy dưới tác dụng của lực bằng 1 đơn vị (tấn) theo công thức

sau:

- Đối với tổ hợp cọc hay trụ đứng riêng rẽ:

Trong đó:

fn - Trị số chuyển vị diểm tác dụng của tải trọng thẳng góc với mặt trước công

trình dưới tác dụng của lực đơn vị (m/T);

f0 - Trị số biến dạng của kết cấu bảo vệ do lựuc bằng đơn vị tác dụng vào thanh

bảo vệ (thanh ngoài hoặc thanh đệm( (m/T);

n - Số lượng thanh bảo vê đồng thời chịu lực tàu va vào

- Đối với bến dài liên tục:

r

fl

f

Trong đó:

fc - Trị số chuyển vị điểm tác dụng của tải trọng hướng thẳng góc với mép bến

dưới tác dụng của lực bằng 1 tàu trên một mét dài (m/T);

l - Chiều dài của khu vực bến chịu lực tàu va vào (m)

b) Xác định hệ số C2

Hệ số biến dạng đàn hồi của vỏ tàu C2 được tính như sau:

- Đối với tàu biển

(L 70)

90,035

015,0

C2

−+

Đối với tàu biển có bộ phận chống va chạm của băng:

(L 70)

80,135

015,0

C2

−+

Các trị số về lực va tàu Ny tính được, không được lớn hơn áp lực cho phép Nd đối

với vỏ tàu tính bằng T Muốn vậy phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Đối với tàu biển không có bộ phận bảo vệ chống băng trôi:

(L 70)

3,150

- Đối với tàu biển có bộ phận bảo vệ chống băng trôi:

(L 70)

7,250

- Đối với tàu sông: