Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 5

PHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO ................................................... 7

I.1 SƠ ĐỒ TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG TẢI TRỌNG BẾN CẦU TÀU .................... 7

I.1.1 Sơ đồ tính bến cầu tàu ........................................................................................ 7

I.1.2 Đặc trưng tải trọng bến cầu tàu .......................................................................... 7

I.2 KHUNG TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN .............................................................. 8

I.3 KÍCH THƯỚC TÀU THIẾT KẾ ..................................................................... 10

I.4 TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU .................................................. 10

I.5 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỌC............................................................. 11

I.5.1 Chiều dài chịu uốn của cọc ............................................................................... 11

I.5.2 Chiều dài chịu nén của cọc ............................................................................... 14

I.5.3 Chiều dài chịu xoắn của cọc ............................................................................. 14

I.6 TẢI TRỌNG DO TÀU ..................................................................................... 15

I.6.1 Tải trọng va ....................................................................................................... 15

I.6.1.1 Năng lượng va tàu ............................................................................................ 15

I.6.1.2 Thiết kế đệm .................................................................................................... 17

I.6.1.3 Khoảng cách đệm ............................................................................................. 17

I.6.2 Tải trọng neo ..................................................................................................... 18

I.6.2.1 Lực neo do gió ................................................................................................. 18

I.6.2.1.1 Lực neo do gió theo BS 6349-1:2000 .................................................. 18

I.6.2.1.2 Lực neo do gió theo OCIMF 1997 ....................................................... 19

I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy ...................................................................................... 23

I.6.2.2.1 Lực neo do dòng chảy theo BS 6349-1:2000 ....................................... 23

I.6.2.2.2 Lực neo do dòng chảy theo OCIMF 1997 ............................................ 27

I.6.2.3 Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu ................................................................... 28

I.6.2.4 Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy ................................................................ 29

I.6.2.5 Phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng lên bích neo .......... 30

I.7 TẢI TRỌNG DO CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ ................................................ 33

I.8 TẢI TRỌNG DO ĐỘNG ĐẤT ........................................................................ 34

I.9 TẢI TRỌNG DO SÓNG TÁC DỤNG LÊN CỌC .......................................... 38

I.9.1.2 Tính toán cho cọc đơn ...................................................................................... 40

I.9.1.3 Tính toán cho nhóm cọc ................................................................................... 41

I.9.1.4 Cọc xiên ........................................................................................................... 42

I.10 TẢI TRỌNG DO DÒNG CHẢY TÁC DỤNG LÊN CỌC ............................. 43

I.11 TẢI TRỌNG DO GIÓ ...................................................................................... 45

I.11.1 Áp lực gió tác dụng lên công trình ................................................................... 45

I.11.2 Áp lực gió tác dụng lên cọc .............................................................................. 48

I.12 TẢI TRỌNG HOẠT TẢI XE VÀ HÀNG HÓA .............................................. 49

I.13 TẢI TRỌNG HOẠT TẢI CẦN CẨU CONTAINER ...................................... 49

I.14 QUY ĐỊNH VỀ VẬT LIỆU ............................................................................. 50

I.14.1 Theo BS 5400:3-2000 và BS 5400:4-1990 ...................................................... 50

I.14.2 Theo TCVN5575-1991 & TCVN4116:1985 .................................................... 51

I.15 TẢI TRỌNG DO ÁP LỰC ĐẤT ..................................................................... 55

I.16 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 55

I.16.1 Số liệu tàu thiết kế ............................................................................................ 55

I.16.1.1 Công thức quy đổi ............................................................................................ 55

I.16.1.2 Thông số tàu thiết kế ........................................................................................ 56

I.16.2 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc theo SPM 1984 VOL.II ................................. 63

PHẦN II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẾN CẦU TÀU ..................................................... 65

II.1 TRÌNH TỰ GIẢI MỘT BÀI TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU BẰNG

PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) ................................................. 65

II.2 CÁC LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH CÁC BƯỚC ĐỂ GIẢI CÔNG TRÌNH BẾN

BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 ........................................................................ 66

II.2.1 Bước 1: Tạo sơ đồ tính ..................................................................................... 66

II.2.2 Bước 2: Gán vật liệu và tiết diện ...................................................................... 67

II.2.3 Bước 3: Gán tải trọng và tổ hợp tải trọng ......................................................... 67

II.2.4 Bước 4: Giải kết cấu ......................................................................................... 67

II.2.5 Bước 5: Xuất kết quả theo BS 8110-1997 ....................................................... 67

II.3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000

.......................................................................................................................... 68

II.3.1 Vẽ kết cấu nền cọc, hệ thống dầm trên Autocad 3D ........................................ 68

II.3.2 Xuất sang file *.DXF ........................................................................................ 68

II.3.3 Load file *.DXF từ Acad sang SAP2000 ......................................................... 69

II.3.4 Tạo hệ bản sàn cho kết cấu. .............................................................................. 69

II.3.5 Khai báo liên kết ............................................................................................... 69

II.3.6 Khai báo đặc trưng vật liệu ............................................................................... 70

II.3.7 Khai báo các loại tiết diện cọc, dầm, bản ......................................................... 71

II.3.8 Khai báo tiết diện cho từng cấu kiện ................................................................ 72

II.3.9 Khai báo các trường hợp tải trọng .................................................................... 72

II.3.10 Gán các trường hợp tải trọng ............................................................................ 75

II.3.10.1 Tải trọng bản thân ............................................................................................ 75

II.3.10.2 Hoạt tải trên bến ............................................................................................... 75

II.3.10.3 Tải trọng do va tàu ........................................................................................... 75

II.3.10.4 Tải trọng do neo tàu ......................................................................................... 76

II.3.10.5 Tải trọng do nhiệt độ ........................................................................................ 76

II.3.10.6 Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên cọc ......................................................... 76

II.3.10.7 Tải trọng do thiết bị trên bến .................................... ........................................ 76

II.3.10.8 Tải trọng do động đất (động đất do bản thân và do cần trục) .......................... 80

II.3.10.9 Tải trọng do gió tác dụng lên công trình .......................................................... 81

II.3.10.10 Tải trọng do sóng tác dụng lên cọc .................................................................. 81

II.3.10.11 Tải trọng do áp lực đất ..................................................................................... 81

II.3.11 Tổ hợp các trường hợp tải trọng ....................................................................... 81

II.3.11.1 Trường hợp tới hạn ULS .................................................................................. 81

II.3.11.2 Trường hợp làm việc SLS ................................................................................ 81

II.3.12 Giải bài toán: .................................................................................................... 82

II.3.13 Xuất kết quả ...................................................................................................... 82

II.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng I.1 Khung tiêu chuẩn tính toán thông số đầu vào ..................................................... 8

Bảng I.2 Tuổi thọ kinh tế trung bình của công trình bến cầu tàu .................................... 10

Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K ....................................................................................... 13

Bảng I.4 Xác định vận tốc của tàu khi cập bến (m/s) trường hợp có tàu lai dắt ............. 16

Bảng I.5 Xác định hệ số CB ............................................................................................. 17

Bảng I.6 Hệ số ma sát ...................................................................................................... 17

Bảng I.7 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa 10s và hệ số gió giật ........................... 19

Bảng I.8 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa trong 1 giờ và hệ số gió giật ............... 19

Bảng I.9 Xác định hệ số CTWforward, CTWaft, CLW trong trường hợp ballast ...................... 21

Bảng I.10 Xác định hệ số CTWforward, CTWaft, CLW trong trường hợp đầy tải .................. 22

Bảng I.11 Xác định hệ số CTCforward, CTCaft, CLC, CCT, CCL .............................................. 26

Bảng I.12 Xác định hệ số CYFC, CYAC, CXC ..................................................................... 27

Bảng I.13 Chiều cao sóng có nghĩa Hs tác dụng lên tàu neo bến tại vùng của biển ....... 28

Bảng I.14 Chiều cao sóng có nghĩa Hs tác dụng lên tàu neo bến tại vùng nước sâu ...... 29

Bảng I.15 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy ................................................ 29

Bảng I.16 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy ................................................ 31

Bảng I.17 Kết quả phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy ............................... 32

Bảng I.18 Quan hệ giữa hệ số Kh và cấp động đất M ...................................................... 35

Bảng I.19 Mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất .................................... 35

Bảng I.20 Quan hệ lý thuyết sóng tuyến tính .................................................................. 39

Bảng I.21 Xác định hệ số CD và CM ................................................................................ 44

Bảng I.22 Giá trị áp lực gió trên bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam.. 45

Bảng I.23 Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình .............. 46

Bảng I.24 Xác định hệ số k ............................................................................................. 48

Bảng I.25 Tải trọng hoạt tải xe và hàng hóa .................................................................... 49

Bảng I.26 Mức độ ăn mòn của kết cấu thép .................................................................... 50

Bảng I.27 Môđun đàn hồi của bê tong (BS 5400:4-1990) .............................................. 51

Bảng I.28 Cường độ của cốt thép (BS 5400:4-1990) ...................................................... 51

Bảng I.29 Các đặc trưng vật lý của vật liệu cho kết cấu thép ......................................... 51

Bảng I.30 Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông thủy công ............................................. 52

Bảng I.31 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của bê tông ................................................ 52

Bảng I.32 Mô đun đàn hồi ban đầu của cốt thép ............................................................. 53

Bảng I.33 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của cốt thép ............................................... 54

Bảng I.34 Kích thước tàu ................................................................................................. 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình I.1 Đặc trưng các tải trọng tác dụng lên bến cầu tàu ............................................. 7

Hình I.2 Định nghĩa kích thước tàu ............................................................................. 10

Hình I.3 Độ sâu ngàm tương đương ............................................................................ 13

Hình I.4 Góc cập tàu và khoảng cách đệm tàu ............................................................ 18

Hình I.5 Đồ thị dùng để xác định hệ số CTCforward, CTCaft, CCL ..................................... 24

Hình I.6 Đồ thị dùng để xác định hệ số CCT ................................................................ 25

Hình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số CCL ................................................................ 25

Hình I.8 Sơ đồ bố trí dây neo ....................................................................................... 30

Hình I.9 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu đầy hàng ............. 30

Hình I.10 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu ballast ................. 31

Hình I.11 Sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu trên một bích neo ........................................ 31

Hình I.12 Nhiệt độ cực đại tuyệt đối và cực tiểu tuyệt đối của không khí .................... 33

Hình I.13 Bản đồ vùng chấn động với tần suất lặp lại Bi  0.002 ................................. 36

Hình I.14 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực đại

Imax ............................................................................................................... 37

Hình I.15 Xác định hệ số CD .......................................................................................... 38

Hình I.16 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc đứng ............................................................ 40

Hình I.17 Sự biến thiên của lực sóng từ sự biến thiên của vận tốc và gia tốc trong 1 chu

kỳ ................................................................................................................... 41

Hình I.18 Mặt bằng nhóm cọc ....................................................................................... 42

Hình I.19 Tính toán tải trọng sóng tác dụng lên cọc xiên .............................................. 42

Hình I.20 Xác định hệ số CD .......................................................................................... 43

Hình I.21 Bản đồ phân vùng áp lực gió ......................................................................... 47

Hình I.22 Xác định hệ số Cx ........................................................................................ 48

Hình I.23 Kích thước loại cẩu container ........................................................................ 50

Hình I.24 Xác định hệ số Kim ......................................................................................... 64

Hình I.25 Xác định hệ số KDm ....................................................................................... 64

Hình II.1 Tính toán kết cấu bằng phần mềm phần tử hữu hạn ...................................... 66

Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu

Tài liệu liên quan