TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
I. Số liệu tính toán.
1. Kết cấu công trình bến : Cầu tàu cừ sau
2. Phương pháp tính kết cấu :
3. Số liệu về địa chất công trình:chiều dày và chỉ tiêu cơ lý các lớp đất theo bảng sau:
Lớp
Mô tả lớp đất
h
Độ sệt
(m)
B
(T/m3)
C
(Độ)
(T/m2)
1
Cát pha hạt mịn lẫn bùn sét
3,0
0,77
1,70
12,0
1,80
2
Sét pha màu nâu hồng dẻo mềm
4,0
0,55
1,78
16,0
3,25
3
Sét pha dẻo cứng đến nửa cứng
-
0,23
1,85
18,0
3,85
Bảng 1: Chiều dày và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất.
4. Số liệu về khí tượng, thủy văn :
Số liệu mực nước
Số liệu về gió (m/s) Số liệu về dòng chảy (m/s)
MNCTK
MNTTK
MNTB
Vgdt
Vgnt
Vdcdt
Vdcnt
+4,5
+0,7
+2,6
13,0
15,0
2,2
0,5
Bảng 2 : Số liệu về khí tượng, thủy văn.
5.
Số liệu về tàu thiết kế :
- Trọng tải tàu : 6,000 DWT;
- Chiều dài tàu : Lt = 119 (m);
- Chiều rộng tàu : Bt = 16,1 (m);
- Lượng dãn nước : 8,000 (Tấn);
- Mớn nước đầy tải : 7,3 (m);
- Mớn nước không tải : 2,9 (m);
6. Tải trọng hàng hóa, thiết bị :
- Cấp tải trọng : Cấp 2, q =3,0 (T/m2).
7. Thiết bị trên bến :
- Cần trục bánh lốp, sức nâng 30 Tấn, áp lực chân lớn nhất P = 25 Tấn ; Ôtô H30
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
CHƯƠNG 2:
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP KẾT CẤU BẾN
2.1 Xác định các kích thước cơ bản của bến
2.1.1 Các cao trình bến
a. Cao trình mặt bến (CTMB)
Cao trình mặt bến lấy theo 2 tiêu chuẩn sau :
Tiêu chuẩn thiết kế chính.
+). ÑCTMB = ÑMNTB + a
a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn thiết
kế. Ta lấy a = 2,0 (m).
ÑCTMB = 2,6 + 2= 4,6 (m).
Tiêu chuẩn kiểm tra.
+). ÑCTMB = ÑMNCTK + a
a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và quá trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn kiểm
tra. Ta lấy a = 1.0(m)
ÑCTMB = 4,5 + 1= 5,5 (m).
Vậy ta chọn cao trình mặt bến bằng: ÑCTMB = 5,5 (m)
b. Chiều sâu trước bến.
Chiều sâu trước bến là độ sâu nước tối thiểu sao cho tàu cập bến không bị vướng
mắc.Trong đó có kể đến mớn nước của tàu khi chứa đầy hàng theo quy định và các độ
sau dự phòng khác.
Ta có công thức xác định độ sâu trước bến như sau:
H0 = Hct + Z4 (m).
Trong đó :
Hct - Là chiều sâu chạy tàu , Hct = T + Z0+ Z1+ Z2+ Z3
T = 7,3 (m). - Mớn nước khi tàu chở đầy hàng.
Z0 – Mức dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hóa lên tàu không đều và do
hàng hóa bị xê dịch.
Z1 - Độ dự phòng tối thiểu tính với an toàn lái tàu.
Z2 –Độ dự phòng do sóng, theo bài ra trước bến không có sóng.
Z3 - Độ dự phòng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nước của tàu khi chạy so với
mớn nước của tàu khi neo đậu nước tĩnh.
Z4 – Độ dự phòng do sa bồi.
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Xác định các độ dự phòng Z0, Z1, Z2, Z3, Z4.
(Được lấy trong tiêu chuẩn 22-TCN-207-92 )
Z0 = 0.026 x Bt = 0,026 x 16,1 = 0,4186 (m).
Z1 = 0.06 x T = 0,03 x 7,3 = 0,438 (m).
Z2 = 0 (m).
Z3 = 0,15 (m).
Z4 = 0,5 (m).
Ta có chiều sâu chạy tàu là:
Hct = 7,3 + 0,4186 + 0,438 + 0,09 + 0,15 = 8,4 (m).
Vậy ta có độ sâu trước bến là :
H0 = Hct + Z4 = 8,4 + 0,5 = 8,9 (m).
c. Cao trình đáy bến (CTĐB).
Cao trình đáy bến được xác định như sau:
ÑCTĐB = ÑMNTTK - H0
ÑCTĐB = 0,7 - 8,9 = -8,2 (m).
- Chiều cao trước bến :
H = 5,5 - (- 8,2) = 13,7 (m).
2.1.2 Chiều dài bến:
Chiều dài tuyến bến được xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu Lt và khoảng cách
dự phòng d, theo công thức sau:
L b = Lt + d
Trong đó d được lấy theo bảng 1-3 / trang 18/ CTBC , lấy d = 15 (m).
Suy ra :
Lb = 119 + 15 = 134 (m).
Chọn chiều dài bến Lb = 134 (m).
Ta chia bến thành 3 phân đoạn, hai phân đoạn dài 46 (m).một phân đoạn dài 42 (m)
2.1.3 Chiều rộng bến
Chiều rộng bến cầu tàu được xác định theo :
Công nghệ bốc xếp trên bến.
Dựa vào độ dốc ổn định mái dốc và chiều cao trước bến.
Với :
B = m.H
Trong đó:
H - chiều cao trước bến. H = 13,7 (m).
m - Độ dốc ổn định của mái đất dưới gầm cầu tàu m = cotg ;
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
chọn m= 2.
=> B = m x H = 3,0 x 13,7 = 27,4 (m) .
Nhưng do công nghệ thiết bị bốc xếp trên bến là Cần trục bánh lốp không cần chiều
rộng bến quá lớn nên chọn :
Chiều rộng bến B = 20 (m).
2.2 Giải pháp kết cấu bến
2.2.1 Hệ kết cấu bến
Công trình bến cầu tàu nói chung so với các loại bến mái nghiêng khác như : Trọng
lực, tường cừ, thì bến cầu tầu nổi bật với đặc điểm sau :Kết cấu nhẹ, ít tốn vật liệu,có
nhiều cấu kiện được đúc sẵn cho nên thi công nhanh và khá dễ dàng. Ngoài ra bến
cầu tầu cừ sau là giải pháp cho các kết cấu trên nền đất yếu,ổn định mái dốc kém và
thiết kế bến cho tàu có tải trọng lớn. Chính vì thế với số liệu thiết kế cho ban đầu thì
em chọn giải pháp bến cầu tầu cừ sau, kết cấu bệ là bản có dầm.
2.2.2 Phân đoạn bến
- Với chiều dài bến là : Lb = 134 (m).
- Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn ,hai phân đoạn bên ngoài dài 46 (m), một phân
đoạn bên trong dài 42 (m).
- Chọn 6 bích neo chạy suốt chiều dài bến
- Các khe lún có bề rộng 3 cm.
2.2.3 Giả định kích thước cọc, bản, dầm , cừ.
a. Dầm
Chọn hệ dầm ngang ,dọc đan nhau.với kích thước như sau :
b.
c.
-
Kích thước dầm dọc : bxh = 70x100 (cm)
Kích thước dầm ngang : bxh = 70x100 (cm)
Bản
Chọn chiều dày bản bê tông hb = 30 (cm)
Cọc
Chọn cọc BTCT tiết diện 40x40 (cm).
Cọc đóng sâu vào lớp đất thứ 3,bước cọc theo chiều ngang bến là 3,5 m, theo
chiều dọc bến là 4,0 m
- Đóng cọc sâu xuống lớp đất thứ 3.
d. Cừ : Chọn cừ Larssen IV.
- Chiều sâu chôn cừ chọn sơ bộ : Chôn cừ xuống hết lớp đất thứ 2, tức là tại cao
trình (-15,2 m).
CHƯƠNG 3
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 4
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CẦU TÀU
3.1 Giới thiệu khái quát về tải trọng tác động lên công trình bến
Có rất nhiều tải trọng tác động lên công trình bến và chúng được quy về các dạng sau:
TT thường xuyên,TT tạm thời,TT đặc biệt.
3.2 Tải trọng bản thân
Kết cấu bên trên của cầu tàu bao gồm bản , dầm dọc, dầm ngang và vòi voi được đổ liền
khối với nhau. Tải trọng bản thân của kết cấu bến bao gồm tải trọng bản thân của bản, hệ
dầm dọc, dầm ngang và vòi voi.
3.2.1 Tải trọng bản thân bản.
Tải trọng bản thân của bản là tải trọng phân bố được xác định :
qban = γbt .b.h
Trong đó:
b : Bề rộng dải bản tính toán.(b= 3,5 m)
hb : Chiều dày giả định của bản (hb = 30cm).
qban = 2,5.0,3.3,5 = 2,625 (T/m.)
3.2.2 Tải trọng bản thân dầm ngang.
Trọng lượng bản thân dầm ngang có dạng phân bố đều trên chiều dài, có giá trị trên một
mét dài (trừ đi phần dầm nằm liền khối trong bản) là :
qdn = 2,5.(1,0 – 0,3).0,7 = 1,225 T/m
3.2.3 Tải trọng bản thân dầm dọc.
Xét một đoạn dầm dọc có chiều dài 4,0 m nằm vuông góc và phân bố đều về 2 phía của
một dầm ngang bất kì. Tải trọng bản thân dầm dọc có dạng tải trọng tập trung đặt tại
điềm giao nhau của dầm ngang và dầm dọc và được tính như sau.
P1 = 2,5.( 1,0 – 0,3).0,7.(4,0 – 0,7) = 4,043 (T).
3.2.4 Tải trọng bản thân vòi voi.
Tải trọng bản thân vòi voi được tính một cách tương đối theo các kich thước đã chọn và
thiên về an toàn, có dạng tập trung đặt tại đầu dầm ngang và có giá trị.
Pvv = 4,5 (T)
3.3 Tải trọng do tàu.
Theo 22TCN222 – 95 khi tính toán công trình thủy chịu tải trọng do tàu (vật nổi) cần xác
định :
Tải trọng do gió, dòng chảy và sóng tác động lên tàu.
Tải trọng tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình bến dưới tác dụng của gió, dòng
chảy và sóng gọi là tải trọng tựa tàu.
Tải trọng va khi tàu cập vào công trình bến.
Tải trọng kéo vào dây neo khi gió, dòng chảy tác động lên tàu
3.3.1 Tải trọng gió tác dụng lên tàu
Theo mục 5.2/22TCN222-95 – trang 65, ta có thành phần ngang Wq (KN) và thành phần
dọc Wn (KN) của lực gió tác dụng lên vật nổi phải xác định theo các công thức sau:
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 5
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Wq 73,6.10 5. Aq .Vq2 . q
Wn 49, 0.10 5. An .Vn2 . n
Trong đó:
Aq, An – diện tích cản gió theo hướng ngang tàu và dọc tàu (m2)
Vq, Vn – thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió có suất
đảm bảo 2%, m/sec
q ,n- hệ số lấy theo bảng 26/22TCN222-95 - trang 65
Kết quả tính toán tải trọng gió được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3
Trường hợp
Aq
An
Vq
Vn
Wq
Wn
m2
m2
m/s
m/s
Ngang
Dọc
kN
kN
Đầy hàng
975
245
15
13
0,65
1
104,9
5
80,74
Không hàng
1470
310
15
13
0,65
1
158,2
3
121,7
3
3.3.2 Tải trọng dòng chảy tác dụng lên tàu.
Theo mục 5.3/22TCN222 – 95 – trang 66, ta có thành phần ngang Qw (kN) và thành
phần dọc Nw (kN) của lực do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức:
Qw = 0,59.Al.Vl
2
Nw = 0,59.At.Vt
2
Trong đó:
Al , At – tương ứng là diện tích chắn nước theo hướng ngang và hướng dọc
tàu, m2, được xác định theo các công thức sau : Al = T.Lw ; At = T.Bt
(với Lw =107 m, Bt = 16,1 m)
Vl, Vt – Thành phần ngang và thành phần dọc của vận tốc dòng chảy với
suất đảm bảo 2%, m/s.
Kết quả tính toán tải trọng dòng chảy được thể hiện trong bảng sau đây.
Bảng 4
Trường hợp
Đầy hàng
T
Al
At
Vl
Vt
Qw
Nw
m
m2
m2
m/s
m/s
kN
kN
7,3
781,1
117,5
0,5
2,2
115,21
335,53
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 6
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
Không hàng
2,9
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
310,3
46,7
0,5
2,2
45,76
133,35
3.3.3 Tải trọng tựa tàu.
Theo mục 5.7/22TCN222 – 95 – trang 68, ta có trải trọng phân bố q (kN) do tàu neo
đậu ở bến tựa trên bến dưới tác động của gió dòng chảy được xác định theo công thức:
q = (1,1.Qtot)/Ltx
Trong đó:
Qtot= (Wq + Qw) : lực ngang do tác động tổng hợp của gió, sóng, dòng chảy,
kN.
Ltx – Chiều dài đoạn tiếp xúc giữ tàu với công trình.
Ta có: Lb = 134 (m) > Lw = 107 (m)
Kết quả tính toán tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau.
Bảng 5
Trường hợp
Wq
Qw
Qtot
Ltx
q
kN
kN
kN
m
kN/m
Đầy hàng
104,95
115,21
220,16
44
5,50
Không hàng
158,23
45,76
203,99
32
7,01
3.3.4 Tải trọng va tàu khi tàu cập bến.
Theo mục 5.8/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: khi tàu cập vào công trình bến cảng thì
động năng va chạm của tàu Eq (kJ) được xác định theo công thức.
D. 2
Eq .
(kJ )
2
Trong đó:
D – Lượng rẽ nước của tàu tính toán. (Tấn)
Thành phần vuông góc (với mặt trước công trình) của tốc độ cập tàu, m/s.
Tra theo bảng 29/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: với tàu biển có D = 8000
Tấn = 0,138 m/s.
Hệ số phụ thuộc kết cấu công trình bến và loại tàu.Nếu tàu không chứa
hàng hoặc tàu chỉ có nước đối trọng thì giá trị giảm đi 15%. Theo bảng
30/22TCN222-95 – trang 70, tra với tàu biển cập vào bến cầu tàu liền bờ trên
nền cọc có mái dốc dưới gầm bến, ta có:
o Khi tàu đầy hàng :
o Khi tàu chưa có hàng:
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 7
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Kết quả tính toán động năng va của tàu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 6
Trường hợp
Đầy hàng
D
Eq
Tấn
m/s
-
kJ
8000
0,138
0,55
41,89
Nhận xét: Động năng khi tàu chở đầy hàng lớn hơn khi tàu không có hàng, do đó ta chỉ
tính giá trị động năng khi tàu chở đầy hàng.
Eq = 41,89 (kJ)
- Với Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm tính được như trên,dựa vào Hình 9 - Phụ lục
6/22TCN222-95 “Tiêu chuẩn thiết kế công trình bến cảng biển” dùng phương pháp đồ thị
ta chọn loại đệm V 800H với các đặc điểm như sau:
+ Cấu tạo bằng cao su, μ=0,5.
+ Dạng liên kết cứng
+ Chiều dài tiêu chuẩn : L = 2,5 (m)
+ Chiều cao giới hạn : 800 (mm).
Vậy :
- Tải trọng va tàu theo phương vuông góc với mặt bến là: Fq = 160 kN.
- Tải trọng va tàu theo phương song song với mép bến:
Fn = Fq = 0,5.160 = 80 kN.
Bố trí đệm tàu tại các đầu dầm ngang, mỗi phân đoạn có 2 đệm tàu dọc tuyến mép bến.
3.3.5 Tải trọng neo tàu.
Theo mục 5.11/22TCN222 – 95 - trang 71,tải trọng kéo của các dây neo phải xác định
bằng cách phân phối thành phần vuông góc với mép bến của lục Qtot (kN) cho các bich
neo. Lực Qtot bao gồm cả lực cả gió và dòng chảy tác động lên một tàu tính toán.
Lực neo S (kN) tác động lên một bích neo không phụ thuộc vào số lượng tàu buộc dây
Qtot
S
n.sin .cos
neo vào bích neo đó và được xác định theo công thức:
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 8
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Hình 1 :
Trong đó:
n – Số lượng bích neo chịu lực tra theo bảng 31/22TCN – 95 - trang 72, lấy n= 6
bích neo.
- góc nghiêng của dây neo, được lấy theo bảng 32/22TCN222-95 – trang 73,
như sau:
Bảng 7
Loại tàu
Vị trí bích neo
Góc nghiêng của dây neo (độ)
Tàu biển
Tại mép bến
Đầy hàng
Không hàng
20
40
30
Hình chiếu của lực S lên các phương vuông góc với mép bến Sq, song song với mép bến
Sn, và theo phương thẳng đứng Sv được xác định theo công thức:
Sq
Qtot
n
S n =S.cos α .cos β
S v =S .sin β
Lấy n =6
Theo kết quả tính toán tải trọng do gió (bảng 5) và tải trọng do dòng chảy (bảng 6) tác
động lên tàu theo phương vuông góc với mép bến, ta có kết quả tính toán tải trọng neo
tàu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 8
Trường
hợp
Qtot
S
Sn
Sq
Sv
kN
Độ
Độ
kN
kN
kN
kN
Đầy hàng
220,16
30
20
78,09
63,55
36,69
26,70
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 9
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
Không
hàng
203,99
30
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
40
88,76
58,88
33,99
57,05
Nhận xét: Tải trọng neo khi tàu không hàng S= 88,76 kN 8,87 tấn lớn hơn tải trọng khi
tàu đầy hàng S= 78,09 kN 7,81 tấn, do đó dùng giá trị 8,87 tấn để chọn loại bích neo
để neo tàu.
Tra bảng 11.2/Công trình bến cảng – trang 354,chọn loại bích neo HW20 để bố trí trên
bến. loại bích neo này có đặc điểm thể hiện ở bảng sau:
Bảng 9
Loại
bích
A
(mm)
B
(mm)
C
(mm)
D
(mm)
E
(mm)
F
(mm)
G
(mm)
H
(mm)
Số
hiệu
bulôn
g
Lực
căng
Tấn
HW2
0
598
838
838
635
305
456
305
64
7
20
3.4 Tải trọng sóng tác dụng lên cầu tàu
Do công trình bến nằm trong bể cảng và được ngăn cách bởi hệ thống đê chắn sóng, do
đó có thể coi trong bể cảng không có sóng.vì vậy tải trọng sóng tác dụng lên tàu trong
trường hợp này bằng không.
3.5 Tải trọng do hàng hóa và thiết bị
Sơ đồ tải trọng khai thác trên bến
Hình 2.
q = 3T/m²
20 m
3.6 Áp lực đất
Áp lực đất tác dụng lên cừ được qui định theo (22TCN207-95).
-
σa = (q+∑ γi.hi) λa.k’ – C. λac
σp = (q+∑ γi.hi) λp.k – C. λpc
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 10
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Trong đó :
-
σa ,σp : Áp lực đất chủ động và bị động
γi, hi : Dung trọng và chiều dày lớp đất thứ i.
λa ,λp : Hệ số áp lực đất chủ động và bị động
λac ,λac : Hệ số áp lực đất chủ động và bị động có kể đến lực dính.
k’ ,k : Hệ số giảm áp lực đất chủ động và tăng áp lực đất bị động.(CTB cảng).
Bỏ qua ma sát giữa cừ và đất tức là (∂=0) nên ta có công thức sau :
λa = tan2(45° -φ/2) ;
λp = tan2(45° + φ/2)
λac = 2tan(45° -φ/2) ;
λpc = 2tan(45° + φ/2)
Bảng 10 : Áp lực đất chủ động lên tường cừ
ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8
Cao
trình
5.5
1.5
1.5
0.7
0.7
-11.2
-11.2
-15.2
hi(m) γi(T/m3)
0
1.8
4
1.8
0
1.7
0.8
1.7
0
0.7
11.9
0.7
0
0.78
4
0.78
φi
24
24
12
12
12
12
16
16
γi*hi(T/m2)
0
7.2
0
1.36
0
8.33
0
3.12
Σγi*hi(T/m2)
0
7.2
7.2
8.56
8.56
16.89
16.89
20.01
λai
0.422
0.422
0.656
0.656
0.656
0.656
0.568
0.568
λaci Ci(T/m2) q(T/m2)
1.299
0
3
1.299
0
3
1.620
1.8
3
1.620
1.8
3
1.620
1.8
3
1.620
1.8
3
1.507
3.25
3
1.507
3.25
3
σai(T/m2
1.265
4.302
3.773
4.665
4.665
10.128
6.396
8.168
Bảng 11 : Áp lực đất bị động lên tường cừ
ST
T
1
2
3
4
Cao
trình
-3.1
-11.2
-11.2
-15.2
hi(m) γi(T/m3)
0
0.7
8.1
0.7
0
0.78
4
0.78
φi
12
12
16
16
γi*hi(T/m2)
0
5.67
0
3.12
Σγi*hi(T/m2)
0
5.67
5.67
8.79
λpi
1.525
1.525
1.761
1.761
λpci
2.470
2.470
2.654
2.654
Ci(T/m2)
1.8
1.8
3.25
3.25
q(T/m2)
0
0
0
0
Từ bảng trên xác định được biểu đồ áp lực đất lên tường cừ.
-
Chọn mực nước thấp thiết kế làm mực nước tính toán áp lực đất lên tường cừ.
Xác định mặt phẳng ngang để xác định chiều dài tự do của cừ và tính áp lực đất bị
động, chọn tại trung điểm mái nghiêng.(tại cao trình -3,1)
- Kết quả tính toán áp lực đất lên cừ được thể hiện ở bảng 10 và 11.
- Giải cừ theo phương pháp đồ giải kết quả được thể hiện ở hình vẽ.
Các bước cơ bản của phương pháp đồ giải :
+ Xây dựng biểu đồ áp lực đất
+ Quy đổi áp lực đất về các lực tập trung
+ Vẽ đa giác lực (theo một tỉ lệ độ dài với η)
+ Vẽ các đường song song với các đường thẳng nối tâm O tương ứng ở đa giác
lực Đa giác dây
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 11
σpi(T/m
4,446
13,092
18,611
24,105
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Từ đa giác dây và đường nối khép kín của đa giác dây ta xác định được chiều sâu chôn cừ
tính toán.
tp = t0 + Δt ≈ (1,1 ÷ 1,2).t0
theo (22TCN207-92)
trong đó : t0 - chiều sâu chôn cừ tính theo đồ giải, tính từ mặt phẳng ngang đến giao điểm
giữa đường khép kín với đa giác dây.
t0 = 7,07 (m)
-
Ta có :
tp = 1,2.t0 = 1,2.7,07 = 8,5 (m).
Tổng chiều dài cừ là :
Lcừ = tp + H0 = 8,5 + 7,8 = 16,3 (m).
H0 : là khoảng cách từ mặt phẳng ngang đến điểm neo của cừ.
-
Theo đồ giải :
Ra = 8,84 (T)
Momen lớn nhất của cừ là : Mcừ(max) = ymax .η = 1,44.10 = 14,4 (T.m)
+ ymax = ymax1 = ymax2 = 1.44 (T) : tung độ max của đa giác dây.
+ η = 10 m : Tọa độ cực của đa giác lực
CHƯƠNG 4
PHÂN PHỐI LỰC NGANG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
4.1.
Xác định sơ bộ chiều dài tính toán của cọc
Sơ đồ xác định chiều dài cọc tính toán sơ bộ.
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 12
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
E
F
D
C
B
A2
A1
Chiều dài tính toán của cọc được xác định như sau :
ltt = l0 + .d
Trong đó: lo – Là chiều dài tự do của cọc (là khoảng cách từ trục dầm tới mặt đất)
là hệ số kinh nghiệm ở đây ta chọn = 7; Đường kính cọc d = 0,4 m
Ta có bảng số liệu xác định chiều dài tính toán cọc sơ bộ như sau:
Hàng cọc
l0, (m)
ltt, (m)
A1
12,51
15,31
A2
11,29
14,09
B
10,02
12,82
C
8,25
11,05
D
6,47
9,27
Bảng 12
4,70
7,5
tính toán
được lấy tại
Chiều dài
E
của cừ
điểm có mômen lớn nhất ,(điểm y1max)
Lttcừ = 6,4 m
4.2.
Giải bài toán phân phối lực ngang
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 13
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
4.2.1 Xác định tâm đàn hồi.
Một phân đoạn bến cầu tàu gồm có 12 khung ngang, và 6 khung dọc trong đó khung dọc
có độ cứng lớn hơn khung ngang. Do đó có thể tiến hành giải phân đoạn cầu tàu bằng bài
toán phẳng theo phương ngang. Khung được chọn để giải bài toán phẳng là khung có
Hi,max.
Chọn hệ trục tọa độ ban đầu của phân đoạn bến đặt tại đầu cọc A1A2. Tọa độ tâm đàn hồi
được xác định theo các công thức sau:
xC=
∑ H iy . x i
∑ H iy
yC=
∑ H iy . y i
∑ H ix
Trong đó:
∑ H ix
∑ H iy
;
- là tổng các giá trị phản lực do chuyển vị ngang đơn vị của
các cọc trong phân đoạn cầu tàu theo phương x và y.
xi,yi - Tọa độ của đầu cọc thứ i đối với gốc tọa độ ban đầu.
∑ H ix . yi
,
∑ H iy . xi
trục x.
Các phản lực ngang
- Mô men tổng cộng của các phản lực ứng với trục y và
H ix
và H iy ở đầu cọc đơn B,C,D,E,F được tính như lực
cắt Q gây ra do các chuyển vị đơn vị theo các công thức của cơ học kết cấu. xem
các cọc đơn được ngàm chặt 2 đầu, tra bảng 6.6/Công trình bến cảng – trang 208.
Ta có:
H ix = H iy
12EJ
3
= Q = li
Trong đó:
E - Modul đàn hồi của tiết diện cọc. Bê tông Mac 350 có E=2,9 .106 (T/m2).
I – Mô men quán tính của tiết diện cọc, cọc tiết diện 40x40, có :
I = 2,13.10-3 (m4).
l – Chiều dài tính toán của cọc m. Do cọc của bến cầu tàu được ngàm vào nền đất
có dạng mái nghiêng nên chiều dài tính toán của các hàng cọc dọc bến là khác
nhau.
Với hàng cọc chụm đôi :
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 14
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
H
-
A
iy
=
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Sin 2 ( α 1 +α 2 )
K 1 Cos 2 α 2 + K 2 Cos2 α 1
Đối với cừ:
Ta chuyển đổi cừ thành cọc tương đương, trong một bước cọc chiều dài là 4m.
ΣEIcừ = EIcọc
ΣEIcừ = [10x21.106x880.10-6(180.10-3)/2] = 16632 (T.m2)
Trong đó:
Ecừ : Modul biến dạng đàn hồi của cừ. với Ecừ =21.106 (T/m2)
Icừ :Mômen quán tính của cừ (larssen IV);
Icừ = [Wcừ .(hcừ/2)]
Trong đó : (Wcừ, hcừ) tra ở bảng 5.1 trang 123 CTBCảng
Kết quả tính toán
Hix , Hiy
ở đầu cọc được thể hiện ở bảng tính ở phần phụ lục.
Kết quả tính toán
H
H
H
H
ix
= 14016 (T)
iy
= 36573 (T)
iy
.X
ix
.Y
= 804601 (T.m)
= 204095 (T.m)
Từ đó ta tính được tọa độ tâm đàn hồi :
XC
H .X
H
iy
iy
i
=
804601
36573
= 22,0 (m) ; YC
H .Y
H
ix
i
ix
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
=
204095
14016
=14,56 (m)
Page 15
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
y
Y
1
100
2
400
3
400
4
400
5
400
6
400
7
400
8
400
400
12
11
10
9
400
400
400
100
315
F
350
E
C(22,0 ;14,56)
X
350
D
350
C
350
B
A
250
o
4.2.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc
a. Lực ngang là lực tựa tàu
Tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên đoạn chiều dài tiếp xúc giữa thân tàu và bến.
xét cho một phân đoạn bến thì tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên toàn bộ chiều
dài phân đoạn bến đó. Do đó ta tính lực tựa của tàu lên một bước cọc.
Lực tựa theo phương X = 0
Lực tựa theo phương Y = q.a = 0,701.4 = 2,804 (T)
Trong đó :
-
q : lực tựa của tàu (theo bảng 5).
a : Bước cọc theo phương dọc bến.
b. Lực ngang là lực neo tàu
Lực neo tàu tác động lên từng phân đoạn của cầu tàu thông qua lực căng dây neo. Thành
phần lực ngang của dây neo này là: Sq và Sn đã tính toán ở trên. Trong hai trường hợp tàu
đầy hàng và không hàng thì trường hợp tàu đầy hàng có tải trọng neo lớn hơn do đó lấy
tải trọng neo trong trường hợp này để tính toán.
Xét hai trường hợp neo tàu sau:
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 16
x
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
y
y
x
C(22,0 ;14,56)
x
C(22,0 ;14,56)
Trường hợp 1
Trường hợp 2
Ta sẽ tính toán cho TH2 với lực neo lớn hơn.
Chuyển lực neo về tâm đàn hồi :
ΣX = 2.Sn = 12,71 (T).
ΣY = -2.Sq = -7,34 (T).
Mo = -6,36 x (14,56 + 1,5 ) x 2 - 3,67 x (22 – 4) + 3,67 x 6 = -248,32 (T.m).
Các thành phần chuyển vị :
M0
2
H .y H .x 2
φ ix i iy i = -8,78 x 10-6 (rad)
Δx = (ΣX / ΣHix)= 9,05 x 10-4(m).
Δy = (ΣY / ΣHiy) = -2,0 x 10-4 (m).
Lực ngang phân bố theo cả 2 phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng các biểu
thức :
Hix .(Δ ± yi' .φ).
x
'
Hiy
x
i
Hiy = .(Δy ± .φ).
Hix =
Trong đó
đàn hồi C.
x i' , yi' là tọa độ của cọc thứ i đối với hệ tọa độ mới có gốc tọa độ đặt tại tâm
BẢNG PHÂN BỐ LỰC NEO TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X
Thứ
A1
A2
B
C
D
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
E
F
Tổng
Page 17
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
tự
(T)
1
0.0214
2
0.0214
3
0.0214
4
0.0214
5
0.0214
6
0.0214
7
0.0214
8
0.0214
9
0.0214
10
0.0214
11
0.0214
12
0.0214
Tổng 0.2564
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
(T)
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
(T)
(T)
(T)
(T)
(T)
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.4237
1.0519 1.92148
0.2564
1
0.64139
8
5
8.07499
Sai số = (12.71- (12.6264))*100%/(12.71)=0.65 %
(T)
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
12.62636
Bảng 14
BẢNG PHÂN BỐ LỰC NEO TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG Y
Thứ
tự
1
2
A1
A2
(T)
(T)
-0.0066 -0.0066
-0.0404 -0.0404
B
(T)
-0.0002
-0.0015
C
D
E
F
(T)
(T)
(T)
(T)
-0.00038 -0.0006 -0.0012 -0.00522
-0.00231 -0.0039 -0.00738
-0.032
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Tổng
(T)
-0.020856
-0.12794
Page 18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Tổng
-0.0743
-0.1081
-0.1419
-0.1758
-0.2096
-0.2435
-0.2773
-0.3111
-0.345
-0.3788
-2.3123
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
-0.0743 -0.0027 -0.00424 -0.0072 -0.01356
-0.1081
-0.004 -0.00617 -0.0105 -0.01974
-0.1419 -0.0052 -0.00811 -0.0137 -0.02592
-0.1758 -0.0064 -0.01004 -0.017 -0.03211
-0.2096 -0.0077 -0.01197 -0.0203 -0.03829
-0.2435 -0.0089
-0.0139 -0.0235 -0.04447
-0.2773 -0.0101 -0.01584 -0.0268 -0.05065
-0.3111 -0.0114 -0.01777 -0.0301 -0.05683
-0.345 -0.0126
-0.0197 -0.0334 -0.06301
-0.3788 -0.0139 -0.02163 -0.0366 -0.06919
-2.3123 -0.0846 -0.13206 -0.2237 -0.42234
Sai số =(7.34 - 7.3178)*100%/7.34 = 0.3%
-0.05879
-0.08558
-0.11236
-0.13915
-0.16594
-0.19272
-0.21951
-0.2463
-0.27308
-0.29987
-1.83053
-0.235024
-0.342109
-0.449193
-0.556277
-0.663362
-0.770446
-0.87753
-0.984614
-1.091699
-1.198783
-7.317833
Bảng 15
c. Lực ngang là lực va tàu
Theo tính toán ở phần tải trọng va tàu,trên phân đoạn bến này ta bố trí 12 đệm tàu dọc
theo tuyến mép bến.Tuy nhiên trường hợp nguy hiểm nhất là khi toàn bộ năng lượng va
tàu chỉ tập trung vào 1 đệm tàu nằm ở vị trí ngoài cùng của phân đoạn bến gây ra mô men
lớn nhất đối với tâm đàn hồi C).Do đó ta sẽ đem trường hợp này để phân phối lực va tàu
lên các đầu cọc của phân đoạn bến.
Ta có tải trọng va tàu bao gồm 2 thành phần đã tính được ở trên là :
-Thành phần vuông góc với tuyến mép bến: Fq = 16 (T).
-Thành phần song song với tuyến mép bến: Fn = 8 (T).
Sơ đồ phân phối lực va tàu lên các đầu cọc của phân đoạn bến như hình vẽ dưới đây.
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 19
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
BỘ MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN
Y
X
C(22,0 ;14,56)
Chuyển các thành phần lực va về tâm đàn hồi ta có:
ΣX = Fn = - 8 (T)
ΣY = Fq = 16 (T).
Mo = 8 x (14,56 + 2,5) + 16 x 22 = 488,48 (T.m)
Các thành phần chuyển vị:
M0
2
H .y H .x 2
φ ix i ix i = 1,73 x 10-5(rad)
Δx
X
H
= = -5,7 x 10
ix
Δy =
Y
H
ix
-4
(m)
= 4,37 x 10-4 (m).
Lực ngang phân bố theo cả 2 phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng các biểu
thức :
'
H
y
ix
i
Hix = .(Δx ± .φ).
H
x'
H = iy .(Δ ± i .φ).
iy
Trong đó
đàn hồi C.
y
x'i , y'i là tọa độ của cọc thứ i đối với hệ tọa độ mới có gốc tọa độ đặt tại tâm
BẢNG PHÂN BỐ LỰC VA TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X
SVTH: TRỊNH THẾ TÔN_MSSV : 889354_LỚP 54CB1
Page 20
- Xem thêm -
.DOCX 
57 
89 
119 
