16.1 Phao neo
16.1.1 Nguyên tắc thiết kế ( Điều 73 Khoản 1 Thông báo)
Phao neo có kết cấu phù hợp với phơng pháp neo, điều kiện tự nhiên của vị trí và kích th- ớc tàu tính toán.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Phao neo gồm ba loại: Rùa neo, mỏ neo, và kết cấu kết hợp rùa và mỏ neo. Phao neo loại rùa neo gồm có các bộ phận: phao, xích neo và rùa neo thể hiện trong Hình T-16.1.1(a). Phao neo loại mỏ neo trong hình T- 16.1.1(b) gồm có phao, xích neo và mỏ neo. Mặc dù chi phí xây dựng thấp hơn so với một số loại kết cấu khác nhng nó không phù hợp với cảng có vũng nớc bị hạn chế do bán kính dao động của phao lớn. Loại phao neo kết hợp thể hiện trên hình T-16.1.1(c). Đợc sử dụng nhiều trong các cảng và khu tránh bão. Thậm chí cả với cảng có khu nớc hẹp bởi vì có thể giảm bán kính dao động của phao bằng cách tăng trọng lợng của rùa neo.
- VIII. 103 -
Phao Phao Phao
XÝch chÝnh XÝch neo
XÝch neo
Rùa neo Mỏ neo Mỏ neoXích neo đất
Xích neo rùa Rùa neo
HìnhT-16.1.1 Các loại phao neo
(2) Tóm lại, trong Hình T-16.1.2 là trình tự các bớc thiết kế phao neo.
Hình T-16.1.2 Các bớc thiết kế phao neo
(3) Hình T-16.1.3 là thiết kế điển hình phao neo
A: Điểm buộc (vòng neo) hoặc móc tháo nhanh
B: Mãc neo 1
C: Khíp nèi 1
D: Chỗ nối móc 1
E: Bộ phận liên kết 1
F: Vòng 2
G: Chỗ nối móc 2
H: Mãc neo 1
I: CHỗ nối móc 2
J: Mãc neo 2
K: XÝch (trong phao) 1
L: XÝch chÝnh 1
M: XÝch buéc khèi 1
N: Xích hoặc xích neo vào đất 4
P: Khèi neo 1
Q: Mỏ neo hoặc
®iÓm neo 1
R: Phao neo 1
H×nh T-16.1.3 KÕt cÊu ®iÓn h×nh phao neo
(4) Trong chơng này giới thiệu nguyên tắc thiết kế với phao neo kết hợp rùa neo và mỏ neo, với hai loại kia là kết cấu đơn giản của nó.
(5) Trong thiết kế phao neo cần chú ý những vấn đề sau:
(a) Điều kiện neo
Phơng pháp neo (neo một phao hoặc hai phao)
Bán kính dao động cho phép
(b) Điều kiện tự nhiên
Giã
- VIII. 104 - -
Xác định điều kiện thiết kế
Tính lực kéo tác động
Xác định trọng l ợng và hình dạng mỏ neo
Giả định trọng l ợng rùa neo, đ ờng kính và chiều dài xích neo
Tính chiều dài, đ ờng kính của xích neo vào đất
Xác định đ ờng kính và chiều dài của xích chính
Tính độ nổi của phao
ThiÕt kÕ chi tiÕt
D©y neo
XÝch gi÷
Đệm
Dòng triều Sãng
Địa chất nơi neo §é s©u mùc níc Cao độ thuỷ triều
(c) Kích thớc của tàu neo vào phao
Chiều dài toàn bộ
Mín níc
ChiÒu réng
Chiều cao lỗ ống neo tính từ mặt đất
Diện tích trên mặt nớc và mặt bên
Diện tích của phần dới mực nớc
16.1.2 Lực kéo tác động lên phao neo ( Điều 73, Khoản 2 Thông báo ) Theo nguyên tắc lực kéo tác động lên phao do tàu đợc tính toán với đặc thù kết cấu, ngoại lực tác động theo nh Phần II Điều kiện thiết kế và lực kéo của tàu lên phao.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Lực tác động lên phao neo đợc tính căn cứ vào tải trọng tác động lên tàu (lực do gió, dòng triều và tải trọng sóng)
(2) Tải trọng động do gió và sóng tính toán sẽ không hoàn toàn chính xác. Nh- ng lực neo có thể tính theo Mục 2.2.3 Neo tàu.
(3) Chuyển động của phao không đợc bỏ qua trong tính toán. ảnh hởng này phải đợc kể đến trong tính toán sóng và khả năng chịu tải trong sóng
(4) Khi phân tích dao động của phao, ta thấy nó rất khác nhau với từng đặc thù kết cấu và chu kì sóng. Nếu khi tính ta chọn một loại sóng thì có thể cho kết quả thấp hơn hoặc cao hơn thực tế. Vì thế, khi phân tích dao động của phao cần phải sử dụng phổ sóng của sóng không điều hoà đã đợc xây dùng.
(5) Bảng T-16.1.1 Một số ví dụ về điều kiện thiết kế và tải trọng lên phao neo.
Bảng T-16.1.1 Một số ví dụ về điều kiện thiết kế và tải trọng lên phao neo
`Trọng tải (DWT)tàu
Sè ®iÓm
neo Tốc độ gió
(m/s) Dòng triều (m/s)
ChiÒu cao sãng(m)
Lùc c¨ng (KN)
1000 1 50 0,.5 2,0 185
3000 1 50 0,5 4,0 409
15000 1 15 0,51 0,7 245
20000 1 20 1,0 - 589
130000 1 60 0,67 10,0 1370
260000 1 25 0,51 3,0 1840
30000 2 15 - - 1490
100000 6 20 - 1,5 1470
- VIII. 105 -
16.1.3 Thiết kế các bộ phận của phao neo [1] Mỏ neo (Điều 73 Khoản 3 Thông báo)
Các kích thớc và độ bền cần thiết của bộ phận phao neo bao gồm: rùa neo, khối neo, xích neo chính, xích neo vào đất, xích rùa và phao nổi đợc xác định theo hớng dẫn trong chơng 12 Bến nổi và lực của tàu tác động lên kết cấu phao và phơng pháp neo đậu.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Thông thờng có ba mỏ neo đợc sử dụng cho phao neo. Nhng khi tính toán chỉ cho một neo làm việc chịu lực ngang.
VIệc thiết kế ba mỏ neo nh vậy là cần thiết do ta xét đến trờng hợp khi một trong các xích neo bị đứt thì phao vẫn không bị lật úp .
(2) Nh vậy, chỉ có một neo làm việc tiếp nhận lực nằm ngang. Lực giữ của mỏ neo đợc tính toán theo Mục 12.4.3 Thiết kế mỏ neo.
[2] Rùa neo và xích buộc rùa neo [Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Thông thờng xích rùa neo dài từ 3 đến 4m. Không nên sử dụng dây xích rùa neo quá dài, bở vì nó sẽ làm tăng khả năng quấn vào nhau của các xích, do vậy các dây xích bị mài mòn và dễ bị đứt. Đờng kính xích rùa neo lấy nh đờng kính của xích chính.
(2) Lực đứng và ngang tác động lên rùa neo phục thuộc vào lực căng của xích và khoảng cách di chuyển của phao nổi tính theo 3) và [4] xích chính.
PV = TAsin1 =( TC - Wl ).sin1
PH = TAcos1 =( TC - Wl ).cos1
(16.1.1) Trong đó
PV, PH : Lực đứng và ngang tác động lên khối neo (kN)
1 : Góc giữa dây xích và phơng tại điểm buộc rùa neo (0) TA : Lực căng trong xích tại điểm buộc rùa neo (kN)
TC : Lực căng trong xích tại điểm buộc của hệ nổi (kN) W : Trọng lợng dới nớc đơn vị của xích chính (t/m) l : Chiều dài xích chính (m)
Góc 1 thoả mãn hệ phơng trình sau:
−
=
∆
−
−
=
−
− (tan ) sinh (tan )]
[sinh cos
) tan cos (tan
1 1 2
1 1
1 2
1
θ θ θ
θ θ θ
w K T
w t T
A A
(16.1.2) Trong đó
- VIII. 106 - -
∆K : Khoảng cách di chuyển ngang của phao (m)
2 : Góc giữa xích và phơng ngang tại điểm buộc rùa neo (0)
Với dây xích coi gần nh là thẳng khi chịu lực kéo tính toán thì có thể lấy:
2 = 1 =
l
∆ K
cos−1 (16.1.3) (3) Trọng lợng rùa neo
Thờng lấy rùa neo nặng 50kN cho tàu 5000 T và 80 kN cho tàu 10000T.
Xác định chính xác trọng lợng khối phải thông qua tính toán (phụ thuộc vào tải trọng tác động). Hình dáng, vật liệu, chiều dài khối liên quan mật thiết tới ổn định của nó, thông thờng tại Nhật khối neo dẹt với kết cấu bằng thép hay đợc sử dụng, ít khi bằng bêtông. Với kết cấu nh vậy, nó sẽ phù hợp với nền đất yếu.
(4) Vai trò của rùa neo là tiếp nhận lực tác động từ xích và giảm chiều dài xích và giảm sự di chuyển của tàu, khi cần giảm tiếp độ di chuyển thì tăng trọng lợng rùa.
(5) Trong một số trờng hợp ngời ta chôn các mỏ neo để thay thế rùa neo.
[3] Xích neo đất [ Chỉ dẫn kỹ thuật ]
(1) Bởi xích đợc chế tạo dài 25m, xích neo chính thờng dài 50m. Góc giữa dây xích và đáy biển tại
điểm buộc mỏ neo nên nhỏ hơn 30 , bở khi lớn hơn 30 , lực giữ của mỏ neo sẽ bị giảm. Trong nhiều trờng hợp, trọng lợng của xích neo phải thiết kế nh thế nào để xích neo thoả mãn đợc các
điều kiện đã đề cập ở trên với lực căng tác động lên phao. Khi lực căng lớn, góc giữa mỏ neo và
đáy biển có thể làm nhỏ hơn bằng cách dùng xích nối đất giá trị đã nêu trên.
Góc 1 đợc tạo bởi giữa dây xích và mặt đất tại điểm buộc rùa neo đợc tính theo công thức (12.4.4) miêu tả trong mục 12.4.2 [3] Đờng kính xích và xem Hình (T-16.1.4) với :
l : chiều dài xích neo đất (lg trong hình T-16.1.4)(m)
h : khoảng cách từ đầu dới dây xích tới mặt đất (tổng chiều dài xích neo, chiều cao khối neo và chiều cao hg (trong T-16.1.4) (m)
P : tổng lực ngang tác động lên phao (kN)
w : trọng lợng đơn vị dài trong nớc của xích (kN/m)
2 : Độ lớn góc tạo bởi dây xích neo đất và phơng ngang (0) Góc 1 phụ thuộc vào lg, w và hg; 1 nên lấy khoảng 30 hoặc nhỏ hơn
(2) Lực căng lớn nhất Tg trong xích, xác định theo công thức (12.4.1) trong mục 12.4.2 [3] Đờng kính xích. ở đây P là tổng lực ngang tác động của tàu lên phao, 2 là góc giữa dây xích và phơng ngang. Đờng kính xích đợc tính phải chịu đợc lực căng này.
(3) Lực căng cho phép trong dây xích tính theo theo 12.4.2 Thiết kế xích neo. Mặc dù đờng kính dây xích không chỉ đợc xác định dựa trên nguyên tắc độ bền của nó mà còn dựa trên nghiên cứu tổng hợp để giảm bớt lực tác dụng lên xích nh sử dụng xích nặng hơn để giảm lực va chạm và sử dụng xích ngắn hơn làm giảm bớt bán kính di chuyển. Thông thờng đờng kính dây xích đợc thiết kế với lực căng lớn nhất và lực này chỉ bằng 1:5 đến 1:8 lực kéo đứt.
- VIII. 107 -
Hình T-16.1.4 Các kí hiệu trong phao neo kết hợp
[4] XÝch chÝnh [Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Chiều dài lf của xích chính đợc thiết kế nh thế nào làm giảm lực căng tác
động lên cả xích chính, xích neo và giảm bán kính di chuyển của tàu. Tỷ số chiều dài dây xích chính với độ sâu của mực nớc ảnh hởng tới độ mài mòn của dây, nhng mối quan hệ giữa chúng cha đợc xác định một cách rõ ràng.
(2) Lực căng trong dây xích và sự di chuyển của hệ nổi cũng liên quan với nhau, những mối liên hệ này cũng đã đợc phân tích hoặc tính theo phơng pháp dới đây.
(3) Trọng lợng dây xích trong nớc trên một đơn vị dài wf (t/m) đợc tính theo công thức (12.4.4) ở mục 12.4.3 [3] Đờng kính dây xích.
ở đây l và h trong phơng trình biểu thị chiều dài của xích chính (lf ở Hình T- 16.1.4) (m) và chiều cao tơng ứng đo từ điểm buộc phao tói điểm neo.Nói cách khác hf là khoảng cách thẳng đứng giữa điểm buộc xích neo và hệ nổi và điểm đầu trên của xích mà với rùa neo mà nhấc lên đến điểm mà ở đó rùa neo đã hoàn toàn tách khỏi đáy biển.Lực P biểu thị cho thành phần ngang (kN) của lực kéo tác động lên phao và 2, 1 tơng ứng biểu thị cho góc nghiêng (0) của xích chính tại đầu trên và dới tơng ứng. (2, 1 ở hình T- 16.1.4)
Góc nghiêng 1 của xích chính tại đầu dới của xích có thể đợc tính theo hình T-16.1.5, tuỳ thuộc vào mức cân bằng giữa độ căng tại điểm dới xích chính TfV, lực giữ TSV và lực neo Tg xác diinh theo hớng dẫn trong mục[3]
§êng kÝnh d©y xÝch.
- VIII. 108 - -
H×nh T-16.1.5 Lùc c¨ng trong xÝch
(4) Độ căng của xích chính tại đầu trên đợc tính theo công thức (12.4.4) trong (12.4.2) [3] Đờng kính dây xích. Tổng các thành phần ngang của lực ngang là ngoại lực tính toán. Góc 2 - góc giữa xích với mặt bằng ngang tại
điểm buộc phao có thể đợc tính bởi phơng trình (12.4.4) trong mục 12.4.2 [3]( Đờng kính dây xích). Sử dụng trọng lợng đơn vị dài trong nớc của xÝch chÝnh.
(5) Di chuyển ngang ∆k của phao nổi đợc tính theo công thức (12.4.5) trong mục 12.4.2 [3] Đờng kính dây xích. ở đó, 2, 1 của phơng trình đợc xác
định nh sau:
1: góc tạo bởi dây xích chính với mặt phẳng ngang tại đầu dới (1 hình T- 16.1.4) (0)
2: góc tạo bởi dây xích chính với mặt phẳng ngang tại đầu trên (2 hình T-16.1.4) (0)
Trị số dịch chuyển đợc tính toán phù hợp với diện tích khu nớc neo đậu.
Nếu dịch chuyển quá lớn, dây xích chính nên rút ngắn lại, trọng lợng rùa neo, hay tăng trọng lợng đơn vị chiều dài xích chính.
[5] Hệ nổi
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
Hệ nổi đợc thiết kế nh thế nào để khi neo không bị chìm do lực căng của dây neo. Khi không neo tàu, hệ nổi phải nổi trên mặt nớc có xích chính treo lơ lửng (kể cả xích đáy, nếu có) với điều kiện là chiều cao mạn khô bằng 1/2 đến 1/3 chiều cao của phao, để có thể duy trì trên mặt nớc. Lực đẩy nổi yêu cầu của hệ nổi dới tác dụng của lực kéo đợc tính theo phơng trình (16.1.4)
1
2
−
−
=
d l V P
F
c a
(16.1.4) Trong đó
F : Lực nổi yêu cầu của hệ nổi (kN)
Va : Lực thẳng tác động lên hệ nổi (kN) (tính bởi phơng trình 12.4.2) đ- ợc mô tả trong 12.4.2[3] Đờng kính xích neo
P : Lùc c¨ng thiÕt kÕ (kN) lc : Chiều dài dây cáp neo tàu
d : Khoảng cách thẳng đứng giữa lỗ ống neo với mặt nớc (m)
Tổng lực nổi yêu cầu là tập hợp các lực nổi để chống lại lực kéo và trọng tải của phao.
16.2 Cột neo (Điều 74 Thông báo)
Cột neo đợc thiết kế phù hợp với những phần ghi ở Chơng 9 Kết cấu bến cầu tàu trên hệ cọc đứng và Chơng 10 Kết cấu bến cầu tàu trên hệ cọc xiên phụ thuộc vào đặc tính của kết cấu, độ ổn định, hệ số an toàn và hệ số thuận lợi khai thác.
- VIII. 109 -
[Tài liệu tham khảo]
1) Yasumasa SUZUKI: Study on the design of single point buoy mooring , Tech. Note of PHRI, No. “ ” 829, 1996 (in Japanese).
2) Tetsuya HIRAISHI, Yasuhiro TOMITA: Model test on countermeasure to impulsive tension of “ mooring buoy , Tech. Note of PHRI, No. 816, 1995, 18p. (in Japanese).”
3) Dep. of the Navy Bureau of Yards & Docks: Mooring Guide , Vol. 1, 1954, 61p.“ ”
- VIII. 110 - -