Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu

Chia sẻ: Nguyễn Tuấn Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

471
lượt xem 95
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu gồm có hai phần chính, trong đó phần 1 trình bày về cách xác định chiều dài tính toán cọ, tải trọng tác dụng; số liệu tàu thiết kế, các bảng biểu, đồ thị cần thiết cho việc tính toán. Phần 2 của tài liệu trình bày về cách tính toán kết cấu bằng chương trinh SAP2000 - khung không gian với các bước: tạo sơ đồ tính, gán vật liệu và tiết diện, gán tải trọng và tổ hợp tải trọng giải kết cấu và xuất kết quả.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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
LỜI MỞ ĐẦU Với chính sách chất lượng “PHÁT HUY NỘI LỰC VƯƠN RA THỊ TRƯỜNG QUỐC TẾ” thì việc tìm hiểu các thông tin có liên quan đến những tiêu chuẩn quy phạm của nước ngoài đã trở thành nhu cầu hết sức cần thiết. Ngôn ngữ trong quy phạm nói chung hết sức cô đọng và bao hàm nhiều vấn đề có liên quan. Do đó, trong quá trình tìm hiểu và chuyển tải những nội dung của quy phạm nước ngoài như BS, ACI, AASHTO, PIANC, OCDI chúng tôi đã cố gắng cụ thể hóa các điều khoản trong quy phạm thông qua kinh nghiệm tính toán các công trình bến đã thực hiện. Đặc biệt trong công tác tư vấn đầu tư và xây dựng cho các công trình bến có vốn đầu tư nước ngoài. Qua các công trình bến mà công ty đã tham gia thực hiện như Thiết kế chi tiết Cảng xuất sản phẩm - Nhà máy lọc dầu Dung Quất, thiết kế chi tiết Cảng Quốc tế Cái Mép – Thị Vải, thiết kế cơ sở Cảng container trung tâm Sài Gòn, thiết kế cơ sở Cảng container Quốc tế SSA, thiết kế cơ sở Cảng Tổng hợp và Container Cái Mép hạ…chúng tôi đã thống kê các mục, các điều khoản hoặc các nội dung tính toán được sử dụng nhiều trong thực tế. Do vậy, với sự chỉ đạo của Ban Tổng Giám đốc và Kỹ sư Trưởng, tài liệu Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu này được biên soạn nhằm mục đích thống nhất phương pháp và nội dung tính toán công trình bến cầu tàu. Với mục đích chính như trên, tài liệu Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu này gồm 2 phần: - Phần I: Tính toán các thông số đầu vào. Xác định chiều dài tính toán cọc, các tải trọng tác dụng (do tàu, do nhiệt độ, do động đất, do sóng, do dòng chảy, do gió, do áp lực đất), số liệu tàu thiết kế, các bảng biểu, đồ thị cần thiết cho việc tính toán. - Phần II: Tính toán kết cấu bến cầu tàu. Trong đó hướng dẫn chi tiết tính toán kết cấu bằng chương trình SAP2000 – khung không gian với các bước: tạo sơ đồ tính, gán vật liệu và tiết diện, gán tải trọng và tổ hợp tải trọng, giải kết cấu và xuất kết quả. Tài liệu được tập thể phòng Quản lý Chất lượng kết hợp cùng phòng Công trình biên soạn bước đầu với sự chỉ đạo của Kỹ sư trưởng TS. Trương Ngọc Tường. Trong quá trình biên soạn đã được Lãnh đạo công ty, TS. Trần Minh Quang, TS. Phan Dũng và các Trưởng, Phó phòng cùng các anh chị em kỹ sư trong công ty đóng góp nhiều ý kiến giá trị. Tài liệu này được biên soạn với sự cố gắng rất nhiều, tuy nhiên do thời gian và kiến thức có hạn nên không tránh khỏi những điều sai sót và nhiều vấn đề chưa hoàn chỉnh, do vậy trong quá trình vận dụng đề nghị anh em Kỹ sư nhiệt tình góp ý để Tài liệu hướng dẫn này ngày càng hoàn chỉnh hơn. Mọi góp ý xin vui lòng gửi về phòng QLCL.
PHẦN I: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO I.1 SƠ ĐỒ TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG TẢI TRỌNG BẾN CẦU TÀU I.1.1 Sơ đồ tính bến cầu tàu Tính toán kết cấu bến cầu tàu thộc bài toán không gian chính là kết hợp đồng thời hai bài toán: cơ học đất và cơ học kết cấu. Cầu tàu đài cao có chiều cao lớn >5m nên nó chứa đựng đầy đủ khía cạnh móng sâu. Do vậy phải xét đến ứng suất đất nền xung quanh cọc, sức chống của đất, ma sát giữa cọc và đất, điểm ngàm của cọc trong đất, sức chịu tải theo đất nền. Xét về mặt kết cấu, cầu tàu có thể phân thành hai loại cấu kiện: các thanh đứng (cọc) và các thanh ngang (đài) nên nó sẽ là khung không gian siêu tĩnh làm nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng ngoài truyền vào nền đất. Mục đính chính của giải cầu tàu là tìm biến dạng chuyển vị và nội lực ở mọi mặt cắt của tất cả cấu kiện. Vì vậy cần phải chuyển đổi bài toán kết hợp chuyển đổi giữa bài toán cơ đất và bài toán cơ học kết cấu thành bài toán cơ học kết cấu thuần túy. Giả thiết cọc ngàm chặt trong đất làm tăng mômen chân cọc, chiều dài tính toán của cọc trong đất sẽ bao gồm: chiều dài chịu uốn Lu, chiều dài chịu nén Ln, chiều dài chịu xoắn Lx. I.1.2 Đặc trưng tải trọng bến cầu tàu Tải trọng thiết kế theo tải trọng tới hạn với tổ hợp bất lợi nhất, tăng tải trọng tới hạn bằng hệ số an toàn. Tải trọng tới hạn ULS: được dung xác định nội lực của phần tử kết cấu: Mômen, lực cắt và lực dọc trục đảm bảo độ bền của kết cấu (tính theo độ bền vật liệu) đủ để chịu các tải trọng đó. Tải trọng làm việc SLS: được dung xác định chuyển vị, xác định vết nứt cho phép. Theo Port Designer’s Handbook tải trọng tác dụng lên bến cầu tàu chia làm 3 đặc trưng: tải trọng phía khu nước, tải trọng trên bến cầu tàu, đặc trưng tải trọng phía bờ. (Hình I.1) Hình I.1 Đặc trưng các tải trọng tác dụng lên bến cầu tàu
I.2 KHUNG TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG TÍNH TOÁN Bộ Xây dựng (theo các Thông tư số 12/BXD-KHCN ngày 24-4-1995 và 78/BXD-KHCN ngày 17-7-1995) đã chấp thuận, cho phép áp dụng các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO và của các nước Anh, Đức, Mỹ, Nhật, Pháp, Úc, không thuộc các lĩnh vực dưới đây:  Số liệu: khí hậu xây dựng, địa chất thủy văn.  Phòng chống cháy nổ, gió bão, sét.  Vệ sinh môi trường.  An toàn công trình dưới tác động khí hậu địa phương.  An toàn lao động. Khi áp dụng tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn nước ngoài vào Việt Nam phải đảm bảo sự đồng bộ của tiêu chuẩn được áp dụng. Khung tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán thông số đầu vào của công trình bến cầu tàu trong tài liệu này theo bảng I.1 Bảng I.1 Khung tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán thông số đầu vào Tiêu chuẩn áp dụng Stt Các hạng mục tính toán Sách chuyên khảo Mã hiệu Tên tiêu chuẩn 1 Kích thước tàu thiết kế Port Designer ’s Handbook 2 Tuổi thọ công trình Port Designer ’s Handbook 3 Chiều dài tính toán cọc 20 TCN 21-86 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế Móng cọc – Tiêu TCXD205-1998 chuẩn thiết kế Móng cọc – Tiêu - Chiều dài chịu uốn của cọc 20 TCN 21-86 chuẩn thiết kế - Chiều dài chịu nén của cọc Zavriev & G.K.Shpiro. Thiết - Chiều dài chịu xoắn của kế móng sâu trụ cọc cầu., Maxcơva, 1975. 4 Tải trọng do tàu Port Designer ’s Handbook - Tải trọng va BS 6349-4:1994 British Standard - Tải trọng neo BS 6349-1: 2000 British Standard
Tiêu chuẩn áp dụng Stt Các hạng mục tính toán Sách chuyên khảo Mã hiệu Tên tiêu chuẩn 5 Tải trọng chênh lệch nhiệt độ BS 6349-1:1994 British Standard TCVN-4088:1985 Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng 6 Tải trọng động đất 22TCN-272-95 Tiêu chuẩn thiết kế cầu– Tiêu chuẩn kỹ AASHTO LRFD thuật công trình giao thông Tập VIII 7 Tải trọng do sóng tác dụng Recommendations lên cọc of Committee for Waterfront Structures Habours and Waterways EAU 2004 8 Tải trọng do dòng chảy tác BS 6349-1: 2000 British Standard dụng lên cọc 9 Tải trọng do gió TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế 10 Tải trọng hoạt tải xe và hàng Port Designer ’s hóa Handbook 11 Tải trọng hoạt tải cần cẩu BS 6349-1: 2000 British Standard container 12 Quy định về vật liệu BS 5400:3-2000 British Standard BS 5400:4-1990 British Standard TCVN4116:1985 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công. TCTK. TCVN5575-1991 Kết cấu thép. Tiêu chuẩn thiết kế. 13 Tải trọng do áp lực đất BS 6349:1-2000 British Standard 22 TCN 207-92 Công trình bến cảng Biển
I.3 KÍCH THƯỚC TÀU THIẾT KẾ Theo Port Designer ’s Handbook kích thước tàu thiết kế trong bến cầu tàu bao gồm các thông số:  Giới hạn độ tin cậy. (Phụ lục I.16.1 Số liệu tàu thiết kế)  Kích thước tàu. (hình I.2) Định nghĩa các loại tàu: - Tàu nhỏ : DWT < 140.000 T - Tàu lớn : 140.000 T < DWT < 400.000 T - Tàu rất lớn : DWT > 400.000 T Length between perps ≈ 0.95 *Length overall Hình I.2 Định nghĩa kích thước tàu I.4 TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU Theo Port Designer ’s Handbook tuổi thọ kinh tế trung bình công trình bến cầu tàu phụ thuộc vào mức độ duy tu bảo dưỡng và tỷ lệ chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm. (Bảng I.2) Bảng I.2 Tuổi thọ kinh tế trung bình của công trình bến cầu tàu
I.5 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỌC Tính toán chiều dài cọc theo Tiêu chuẩn Móng cọc 20 TCN 21-86, Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế TCXD 205-1998. Người sử dụng cần lưu ý, số liệu cần thiết trong phần tính toán chiều dài cọc để nhập vào trong chương trình tính kết cấu Sap 2000 là:  Chiều dài chịu uốn Lu  Diện tích quy đổi F’  Momen xoắn tính đổi J'x Do các chiều dài Lu, Ln, Lx không đồng nhất nhau, nên phải quy đổi tiết diện cọc và mômen xoắn tính đổi. I.5.1 Chiều dài chịu uốn của cọc Khi tính toán cọc, cọc ống và cọc trụ theo độ bền vật liệu, cọc (cọc ống và cọc trụ) được xem như là một thanh ngàm cứng trong đất tại tiết diện nằm cách đáy đài một khoảng Lu, xác định theo công thức sau: (Hình I.3) Lu  lo  le 2 Lu  lo   bd Trong đó : L : Chiều dài của cọc thiết kế, m Lu : Chiều dài cộc chịu uốn, m lo : Chiều dài tự do của cọc (có tính đến chiều dày lớp bùn sét), m bd : Hệ số biến dạng, 1/m
K .bc  bd  5 E b .I K : Hệ số tỷ lệ, T/m4, được lấy tuỳ thuộc vào loại đất xung quanh cọc theo bảng I.3 bc : Chiều rộng quy ước của cọc, m Đối với cọc ống, cọc nhồi có đường kính  0,8m: bc = d + 1m Đối với các loại cọc khác : bc = 1,5D + 0,5m D : Đường kính ngoài của cọc tiết diện tròn, cạnh của tiết diện cọc vuông hoặc chữ nhật theo mặt phẳng vuông với tải trọng tác dụng, m Eb : Mođun biến dạng ban đầu của vật liệu cọc khi nén và kéo, T/m2, I : Momen quán tính tiết diện ngang cọc, m4. * Đối với cọc ống: 3 I  0,3926 . D   . * Đối với cọc vuông: b.h 3 I 12 D: Đường kính ngoài của cọc tiết diện tròn, m  : Chiều dày thành cọc tiết diện tròn, m b, h : Bề rộng của cọc tiết diện vuông, m
Đường trục trung hòa L-lo Hình I.3 Độ sâu ngàm tương đương Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K Hệ số tỷ lệ K (T/m4) cho cọc Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó Đóng Nhồi, cọc ống và cọc cột Sét, á sét dẻo chảy (0.75 < Is
Hệ số tỷ lệ K (T/m4) cho cọc Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó Đóng Nhồi, cọc ống và cọc cột đất sét và hệ số rỗng e của đất cát được ghi trong dấu ngoặc đơn, còn giá trị lớn của hệ số K tương ứng với giá trị nhỏ của Is và e. Đối với các loại đất có những đặc trưng Is và e ở khoảng trung gian thì hệ số K được xác định theo phép nội suy. 2. Hệ số K đối với cát chặt phải lấy cao hơn 30% so với giá trị trong bảng trên của hệ số k cho loại đất đang xét. I.5.2 Chiều dài chịu nén của cọc Tính theo Zavriev và G.K.Shpiro. Thiết kế móng sâu trụ cầu. Nhà xuất bản Xây dựng vận tải, Maxcơva, 1975. 7.10 3 EF L n  Lo  o Trong đó: Lo : Chiều dài tự do của cọc, m o : Sức chịu tải của cọc, T, ( lay ntn)? Theo vat lieu hay theo dat nen? E : Mođun biến dạng của vật liệu cọc, T/m2 F : Diện tích tiết diện ngang cọc, m2 Diện tích quy đổi + Độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương ứng chiều dài chịu nén LN : EF N  LN + Độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương ứng chiều dài chịu uốn Lu : EF' u  Lu Để 2 độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương đương nhau thì u = N EF EF '  LN Lu F .L u  F'  Ln I.5.3 Chiều dài chịu xoắn của cọc Tính theo Zavriev và G.K.Shpiro. Thiết kế móng sâu trụ cầu. Nhà xuất bản Xây dựng vận tải, Maxcơva, 1975. Xác định chiều dài chịu uốn L4 của cọc khi chịu M hoặc chuyển vị xoay đơn vị:
a4 Lu 4  L o   Hệ số a 4 xác định dựa vào L là chiều sâu đóng cọc tính đổi: L   bd .L 4  L < 5, a 4 =2.6958 L  5, a 4 =2.6724 Độ cứng chống chuyển vị xoay đơn vị đầu cọc: 4 EJ u 4  (T .m) Lu 4 Độ cứng chống xoắn của đầu cọc:  5  0.2 x 4 (T .m) Mô men xoắn (Jx) và mô đuyn trượt (G) của vật liệu xác định như sau: J x  2.0.J u (m 4 ) E G (T / m 2 ) 2.6 G. J x Chiều dài chịu xoắn của cọc: L x  ( m) 5 Tính đổi giữa Lx và Lu dựa vào Jx và J'x (mô men xoắn tính đổi): J x ' Lu  J x Lx Từ công thức trên suy ra momen xoắn tính đổi J'x I.6 TẢI TRỌNG DO TÀU I.6.1 Tải trọng va I.6.1.1 Năng lượng va tàu Năng lượng va của tàu lên công trình bến được tính toán theo Port Designer’s Handbook: E = 0.5 x Md x V2 xC Trong đó: E Năng lượng va (kN.m) Md Lượng giãn nước của tàu (T) V Vận tốc của tàu khi cập bến (m/s), Bảng I.4 C Hệ số va tàu, C = CH.CE.CC.CS
 .D CH Hệ số khối thuỷ động lực C H  1  2.C B .B i 2  r 2 cos 2  CE Hệ số xét đến độ lệch tâm C E  i2  r 2 CS Hệ số xét đến độ mềm, CS = 1.0 đối với tàu nhỏ, CS = 0.9 - 1.0 đối với tàu lớn CC Hệ số xét đến hình dạng của bến, CC = 0.8 – 1.0 i Bán kính định khuynh của tàu, m. Với i = (0.2 – 0.25)Lbp Lbp Chiều dài tàu tính giữa hai đường vuông góc (m) Md CB Hệ số khối, CB tính theo công thức C B  hoặc tra Bảng I.5 Lbp * B * D *   Trọng lượng riêng của nước biển  = 10.3 KN/m3 1 r Khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến trọng tâm tàu (m). Bến liền bờ: r  * LOA 4 1 Bến nhô: r  * LOA 6 D Mớn nước của tàu (m) B Bề rộng tàu (m)  Góc giữa đường thẳng nối từ trọng tâm tàu đến điểm va và véc tơ vận tốc, chọn tính toán với =900 LoA Chiều dài tàu (m) Bảng I.4 Xác định vận tốc của tàu khi cập bến (m/s) trường hợp có tàu lai dắt Lượng giản nước (T) Điều kiện Điều kiện Điều kiện thuận lợi bình thường khó khăn Dưới 10 000 0.20 - 0.16 0.45 - 0.30 0.60 - 0.40 10 000 – 50 000 0.12 - 0.08 0.30 - 0.15 0.45 - 0.22 50 000 – 100 000 0.08 0.15 0.20 Trên 100 000 0.08 0.15 0.20
Bảng I.5 Xác định hệ số CB Loại tàu Hệ số CB Container Ship 0.60 - 0.80 General cargo ship and bulk carriers 0.72 - 0.85 Tankers 0.85 Ferries 0.55 - 0.65 Ro/ro ship 0.70 - 0.80 I.6.1.2 Thiết kế đệm Phản lực của đệm tàu tác dụng lên công trình được lấy theo sự làm việc của đệm phụ thuộc vào năng lượng hấp thụ và biến dạng của đệm khi tàu cập bến. Dựa kết quả tính toán năng lượng đệm, chọn loại đệm phù hợp và xác định phản lực của đệm tựa tác dụng lên công trình tương ứng với loại đệm chọn. - Thành phần của phản lực tác dụng vuông góc với bến: RX (T) - Thành phần của phản lực tác dụng song song với bến: RY = RX.f (T), với f là hệ số ma sát, phụ thuộc vào vật liệu lớp mặt của thiết bị đệm (Bảng I.6) Bảng I.6 Hệ số ma sát Vật liệu Hệ số ma sát (f) Cao su 0.5 Gỗ 0.3 Ni lông 0.2 Polyethylene 0.2 Nguồn: BS6349 - 4 : 1994 Người sử dụng dung kết quả tính toán tải trọng va tàu RX, RY cho để nhập vào chương trình Sap2000. I.6.1.3 Khoảng cách đệm Bước đệm được tính theo công thức : (Xem Hình I.4) B L2 2l  2. h(   h) h 8.B Trong đó : 2 l : Khoảng cách đệm (m) L : chiều dài của tàu tính toán (m) B : Chiều rộng của tàu tính toán (m) h : Chiều cao đệm khi chịu năng lượng va tàu (m)
Hình I.4 Góc cập tàu và khoảng cách đệm tàu I.6.2 Tải trọng neo Tải trọng do neo tàu được tính toán theo tài liệu Port Designer’s Handbook và BS 6349- 1:2000 I.6.2.1 Lực neo do gió I.6.2.1.1 Lực neo do gió theo BS 6349-1:2000 Lực do gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau : FTW  10 4.(CTWforward  CTWaft ). . AL .VW2 FLW  10 4.C LW . . AL .VW2 Trong đó : FTW : Lực do gió theo phương ngang tàu tác dụng mũi tàu và đuôi tàu (KN) FLW : Lực do gió theo phương dọc tàu (KN) VW : Vận tốc gió tính toán tại chiều cao 10m trên mực nước, tính toán cho trường hợp neo với vận tốc gió có nghĩa trong 1 phút (m/s) Xác định VW theo Bảng I.7 và bảng I.8, AL : Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m2) CTWforward : Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu CTWaft : Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu CLW : Hệ số cản gió theo phương dọc tàu  : Mật độ không khí, Kg/m3,  = 1.1703 Kg/m3 tại 30oC  = 1.3096 Kg/m3 tại 0oC Hệ số CTWforward, CTWaft, CLW xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10 AL lấy theo tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20 hoặc xem mục I.16.1 Số liệu tàu thiết kế.
I.6.2.1.2 Lực neo do gió theo OCIMF 1997 (Phần tính toán này áp dụng cho tàu dầu) Lực do gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau : VW2 FYW  (CYAW  CYFW ).W . AL . 2012 VW2 FXW  C XW .W . AT . 2012 Trong đó : FYW : Lực do gió theo phương ngang tàu (KN) FXW : Lực do gió theo phương dọc tàu (KN) AL : Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m2) AT : Diện tích chắn gió theo phương ngang tàu phần nằm trên mặt nước (m2) CYFW : Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu CYAW : Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu CXW : Hệ số cản gió theo phương dọc tàu A : Mật độ không khí, Kg/m3, a = 1.223 Kg/m3 tại 20oC VW : Vận tốc gió tính toán tại chiều cao 10m trên mực nước, tính toán cho trường hợp neo với vận tốc gió trung bình 30s, m/s, lấy theo Bảng I.7 và bảng I.8. 2012 : Hệ số chuyển đổi vận tốc từ đơn vị knot/s sang m/s. Hệ số CYAW, CYFW, CXW xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10 AL, AT lấy theo tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20 hoặc xem mục I.9.1 Số liệu tàu thiết kế. Bảng I.7 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa 10s và hệ số gió giật Chu kỳ gió có nghĩa Hệ số gió giật 3s 1.35 10s 1.30 15s 1.27 30s 1.21 1 phút 1.15 10 phút 1.00 Bảng I.8 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa trong 1 giờ và hệ số gió giật
Chu kỳ gió có nghĩa Hệ số gió giật 3s 1.56 10s 1.48 1 phút 1.28 10 phút 1.12 30 phút 1.05 1 giờ 1.00 Người sử dụng lưu ý khi sử dụng Bảng I.7 và bảng I.8: - Bảng I.7 áp dụng cho vận tốc gió thổi trong thời gian 10 phút. - Bảng I.8 áp dụng cho vận tốc gió thổi trong thời gian 1 giờ.