TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH BẾN

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ KỶ THUẬT

4.2. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH BẾN

4.2.1. Các loại tải trọng tác dụng lên công trình bến.

Việc xác định tải trọng tác dụng lên công trình bến có vai trò quyết định trong việc tính toán kết cấu bến. Các loại tải trọng tác dụng lên công trình được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế 22 TCN 222-95.

Các loại tải trọng tác động lên công trình bao gồm:

- Tải trọng thường xuyên :

- Trọng lượng bản thân công trình; áp lực đất tác dụng lên công trình bến; tải trọng do các thiết bị đặt cố định trên bến ...

- Tải trọng tạm thời tác động dài hạn:

- Tải trọng do thiết bị di động trên bến, các phương tiện vận tải và hàng hoá đặt trên công trình bến.

- Tải trọng tạm thời ngắn hạn:

- Tải trọng do sóng và dòng chảy; Tải trọng do tàu (gồm lực neo tàu, lực va và lực tựa tàu khi cập bến); Tải trọng tác động trong giai đoạn xây dựng.

4.2.2. Tóm tắt số liệu thiết kế tính toán.

+ Đặc trưng kỹ thuật của tàu thiết kế 10.000 DWT.

- Lt = 144 m - Bt = 18,5 m - Tmax =8,0m - Tmin = 2,9 m

+ Đặc trưng khí tượng và hải văn - Gió

Tốc độ gió được xác định theo công thức ) 1 .(

3 −

= X V

Trong đó :

X: Là cấp gió. X = 7 m/s Thay số vào ta có.

V=3.(7-1)=18 m/s - Dòng chảy

Vận tốc dòng chảy theo phương ngang . V1 = 0,2 m/s Vận tốc dòng chảy theo phương dọc tàu . Vt = 1,2 m/s - Sóng

Do công trình nằm trong sông nên chiều cao sóng nhỏ,trong tính toán bỏ qua tải trọng do sóng tác dụng lên tàu

4.2.3. Tải trọng do gió tác dụng lên tàu.

- Để tính toán tải trọng neo tầu và tải trọng tựa tàu trước hết phải xác định tải trọng do gió và do dòng chảy tác động lên tàu .

- Tải trọng gió tác dụng lên thành tàu theo phương ngang Wq(kN) và phương dọc Wn(kN) được xác định theo điều 5.2 ( 22 TCN 222 - 95) :

Wq = 73,6. 10-5 Aq .V2q . ξ Wn = 49. 10-5 An.V2n . ξ Trong đó:

Wq, Wn: Thành phần ngang và dọc của lực gió (KN).

Aq, An: Diện tích cản gió theo hướng ngang và hướng dọc tàu (m2).

Vq, Vn: Thành phần ngang và dọc của vận tốc gió tính toán (m/s) x : Hệ số phụ thuộc và kích thước vật cản gió, x = 0.6

- Trường hợp 1: Gió thổi theo phương ngang tàu

Bảng 4.1: Kết quả tính tải trọng do gió tác dụng lên tàu Đơn vị: KN

Trường hợp Aq(m2) An(m2) Vq(m/s) Vn(m/s) Wq(KN) Wn(KN)

Tàu đầy hàng 1150 310 0 18 0 44.35

Tàu không hàng 1980 410 0 18 0 58.66

- Trường hợp 2: Gió thổi theo phương dọc tàu

Bảng 4.2: Kết quả tính tải trọng do gió tác dụng lên tàu Đơn vị: KN

Trường hợp Aq(m2) An(m2) Vq(m/s) Vn(m/s) Wq(KN) Wn(KN)

Tàu đầy hàng 1150 310 18 0 164.54 0

Tàu không hàng 1980 410 18 0 283.3 0

- Trường hợp 2: Gió thổi theo phương xiên 450

Bảng 4.3: Kết quả tính tải trọng do gió xiên góc tác dụng lên tàu Đơn vị: KN

Trường hợp Aq(m2) An(m2) Vq(m/s) Vn(m/s) Wq(KN) Wn(KN)

Tàu đầy hàng 1150 310 12.73 12.73 82.27 22.18

Tàu không hàng 1980 410 12.73 12.73 141.65 29.33

4.2.4. Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu.

- Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên thành tàu theo phương ngang Qn(kN) và phương dọc Nw ( kN ) được xác định theo điều 5.3 ( 22 TCN 222 - 95 ):

Qw = 0,59 . A1.V12

Nw = 0,59 . At.Vt2

Trong đó:

Qw,Nw: Thành phần ngang và dọc của lực dòng chảy (KN).

A1, At: Diện tích cản nước theo hướng ngang và hướng dọc tàu (m2).

Vt,V1:Thành phần ngang và dọc của vận tốc dòng chảy tính toán (m/s) Kết quả tính toán được thể hiện trên bảng 4.4.

Bảng 4.4: Kết quả tính tải trọng dòng chảy tác dụng lên tàu Đơn vị : KN

Trường hợp A1(m2) At(m2) Vt(m/s) V1(m/s) Qω(KN) Nω(KN)

Tàu đầy hàng 148 1152 1.2 0.2 125.74 27.19

Tàu không hàng 53.65 417.6 1.2 0.2 45.581 9.855

4.2.5. Tổng hợp tải trọng do gió, dòng chảy tác dụng lên tàu.

- Thành phần ngang: Qtot = Wq + Qw

- Thành phần dọc: Ntot = Wn + Nw

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 4.5

Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả tính tải trọng Do gió và dòng chảy tác dụng lên tàu (Đơn vị : KN)

STT Trường hợp Qtot(KN) Ntot(KN)

1 Tàu đầy hàng 125.7 71.542

Tàu không hàng 45.58 68.518

2 Tàu đầy hàng 290.3 27.187

Tàu không hàng 328.9 9.8554

3 Tàu đầy hàng 208 49.364

Tàu không hàng 187.2 39.186

4.2.6. Tải trọng tựa tàu.

- Tải trọng phân bố q (KN/m) do tàu đang neo đậu ở bến tựa trên công trình dưới tác động của gió và dòng chảy, sóng ( nếu có ) được xác định theo công thức

Trong đó:

q:Tải trọng phân bố do tàu tựa lên công trình (KN/m)

Qtot: Thành phần ngang của tổng hợp lực do gió và dòng chảy tác dụng lên tàu (KN)

Ld : Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình (m) Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 4.6

Bảng 4.6: Tải trọng tựa tàu tác dụng lên công trình Đơn vị : KN/m

Trường hợp q(T/m2)

Tàu đầy hàng 0.33

Tàu không hàng 0.38

4.2.7. Tải trọng neo tàu.

- Tải trọng tác động lên cầu tàu do lực kéo của dây neo được xác định theo điều 5.11 (22 TCN 222 - 95). Bằng cách phân phối thành phần vuông góc với mép bến của lực Qtot bao gồm cả lực do gió và lực do dòng chảy cho các bích neo. Lực neo S ( KN ) tác động lên một bích neo được xác định theo công thức.

d tot

L 1,1.Q q =

β α β

α.cos '.cos .cos sin

. n

N n

S = Qtot + tot

Trong đó:

S: Lực căng của dây neo tác dụng lên 1 bích neo (KN)

Qtot: Thành phần ngang của hợp lực do gió, dòng chảy tác dụng lên tàu n : Số bích neo chịu lực, n = 4

n’ = 2

α: Góc nghiêng của dây neo so với phương dọc bến, α = 30o .

β : Góc nghiêng của dây neo so với mặt phẳng ngang. Vì bích neo đặt trên các trụ độc lập .β=300

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 4.7 Bảng 4.7 : Giá trị lực neo

Đơn vị : KN

STT Trường hợp α β n n' S(KN)

1 Tàu đầy hàng 30 30 4 2 110.9

Tàu không hàng 30 30 4 2 81.39

2 Tàu đầy hàng 30 30 4 2 171.2

Tàu không hàng 30 30 4 2 222.1

3 Tàu đầy hàng 30 30 4 2 141

Tàu không hàng 30 30 4 2 151.7

Nhận xét:

Dựa vào các trường hợp tính toán của lực neo.

+ Trường hợp nguy hiểm nhất là trường hợp hướng gió thổi tạo 1 góc 450 so với phương ngang tàu .

+ Giá trị lực neo lớn nhất được thể hiện ở bảng 4.8 Bảng 4.8 : Giá trị lực neo lớn nhất

Đơn vị : KN

Trường hợp S(KN)

Tàu đầy hàng 171.16

Tàu không hàng 222.09

- Dựa vào giá trị lực neo tàu chọn bích neo 30T. Có lực căng lớn nhất 30T

Hình 4.1: Sơ đồ làm việc của dây neo.

Sv

Sq

S

Mép bến

 Sn 

Hình chiếu tải trọng neo tàu theo phương ngang (Sq), phương dọc (Sn) và phương đứng (Sv) như sau:

β α.cos sin . S Sq =

β α.cos cos . S Sn =

β sin . S Sv =

Bảng 4.9: kết quả tính tải trọng neo tàu Đơn vị : KN

Trường hợp α β n n' Sq Sn Sv

Đầy hàng 30 30 4 2 80.42 139.3 58.54

Không hàng 30 30 4 2 85.06 147.3 142.8

4.2.8. Tải trọng va tàu

a) Động năng va của tàu khi cập bến.

- Tải trọng va tác động lên bến khi cập tàu được xác định theo điều 5.8 (22 TCN 222 - 95). Động năng va tàu được xác định theo công thức :

Eq = 2

. .Dv2 ψ Trong đó:

Eq: Động năng va của tàu (KJ).

D : Lượng dãn nước của tàu tính toán (T).

v : Thành phần vuông góc với tuyến bến của tốc độ cập tàu, v = 0.12m/s.

Ψ : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng kết cấu bến, tra bảng có Ψ= 0,55.

Eq = 70.2 KJ = 7.02 Tm.

b) Chọn đệm tàu.

- Chọn loại đệm tàu V1000H, L=2,5m

+Chiều dài đệm L=2.5m, chiều cao đệm H=100cm c) Tải trọng va tàu.

- Tra đồ thị quan hệ giữa E-R-D của đệm Fq = 220 KN = 22 T

- Thành phần song song với mép bến của lực va khi tàu cập vào công trình xác định theo công thức.

Fn=à.Fq

Trong đó :

à : Hệ số ma sỏt phụ thuộc vào vật liệu lớp mặt của thiết bị đệm à = 0,5.Khi lớp mặt là bờ tụng hoặc cao su,

Thay số vào ta được

Fn = 0,5x22= 11 T

4.2.9. Tổng hợp kết quả tính toán tải trọng lớn nhất do tàu tác dụng:

Tải trọng lớn nhất do tàu tác dụng lên công trình bến ghi trong Bảng 4.10 Bảng 4.10: tải trọng do tàu tác dụng lên công trình

STT Hạng mục Giá trị Đơn vị

1 Tải trọng tựa tàu 0.38 T/m

2

Tải trọng neo tàu Lực căng dây neo S

Thành phần vuông góc với mép bến Sq 8.506 T Thành phần song song với mép bến Sn 14.734 T

Thành phần thẳng đứng Sv 14.275 T

3

Tải trọng va tàu

Thành phần vuông góc với mép bến Fq 22 T

Thành phần song song với mép bến Fn 11 T