NỘI DUNG BÁO CÁO
PHẦN 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ ...................................................................................................... 2 1, Địa hình khu vực xây dựng ..................................................................................................... 2 2, Địa chất công trình .................................................................................................................. 2 3, Khí tượng ................................................................................................................................ 3 4, Thủy văn .................................................................................................................................. 3 5, Dòng chảy ............................................................................................................................... 3 6, Sóng......................................................................................................................................... 3 7, Tàu thiết kế .............................................................................................................................. 4 8, Công nghệ bốc xếp hàng trên bến ........................................................................................... 4 9, Chiều rộng bố trí công nghệ bốc xếp trước bến và hoạt tải phân bố trong từng khu vực ....... 4 10, Các thông số cơ bản của bến ................................................................................................. 4 PHẤN 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ .................................................................................................. 5 1, Các thông số cơ bản của bến ................................................................................................... 5 2, Lựa chọn kết cấu bến .............................................................................................................. 5 3, Tải trọng tác dụng lên kết cấu bến .......................................................................................... 7 4, Tính toán nội lực bằng phương pháp đồ giải ........................................................................ 20 5, Tính toán lại áp lực đất do hàng hóa, thiết bị trên mặt bến và do trọng lượng bản thân đất theo phương án 2 ....................................................................................................................... 25 6, Tính toán nôi lực bằng phương pháp đồ giải (PA 2)............................................................. 29 7, Tính toán và thiết kế các cấu kiện của bến tường cừ ............................................................ 33 8, Tính toán ổn định công trình ................................................................................................. 66
1
PHẦN 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1, Địa hình khu vực xây dựng Giả thiết khu vực xây dựng bến nằm sâu trong sông, có địa hình không thay đổi dọc theo bờ (mặt cắt ngang địa hình không thay đổi dọc theo bờ). Các số liệu cao độ: Sử dụng hệ cao độ Quốc gia (Hòn Dấu). 2, Địa chất công trình
2
Thông số các lớp đất
Lớp LOẠI đất ĐẤT
Trạng thái
Độ ẩm tự nhiên W
(%) 1 cd1
Cát 2 -18
TL thể tích tự nhiên γw
(kN/m3)
TL thể tích khô γk
Tỷ trọng D
Hệ số rỗng tự nhiên e
(kN/m3)
Độ bão hòa G
Độ sệt B
(%)
Góc nội Lực dính ma đơn vị sát c φ
Hệ số nén lún a1-2
Mô đun biến SPT dạng Eo
(độ)
(kN/m2)
(10-3 m2/kN)
(kN/m2)
N30
0.11
11420
35
Chặt vừa
17.72
19.6
16.6
2.65
0.596
78.8
-
28o44'
3.3
2 Á sét 1 cd2 -22
Dẻo mềm
55.63
16.6
10.7
2.71
1.545
97.7
0.6
12o24'
12
3 cd3
Sét 2 -25
Nửa cứng
38.8
18.3
13.2
2.7
1.049
99.9
0.17
31o
76
0.17
21780
23
4 cd4
Cát 2 -29
Chặt vừa
17.72
19.6
16.6
2.65
0.596
78.8
-
28o44'
3.3
0.11
11420
35
5
Đá gốc
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4
3, Khí tượng Vận tốc gió tối đa cho phép bến khai thác (hoạt động): v = 20 m/s (giả thiết gió thiết kế có hướng bất kỳ) 4, Thủy văn - MNCTK ứng với tần suất 1%: +1,82 m - MNTTK ứng với tần suất 98,4%: -1,3 m - MNTB ứng với tần suất 50%: +0,4 m 5, Dòng chảy - Vận tốc dòng chảy thiết kế theo phương dọc sông: vd = 1,8 m/s - Vận tốc dòng chảy thiết kế theo phương ngang sông: vn = 0,5 m/s 6, Sóng - Chiều cao sóng trong khu vực không đáng kể (hs = 0)
3
7, Tàu thiết kế - Tàu hàng tổng hợp (tàu hàng khô) Lượng dãn nước D (1000T) 50
Trọng tải G (1000T)
Chiều dài L (m)
Chiều rộng B (m)
40
212
27,5
Mớn nước đầy hàng Tmax (m) 12,0
Mớn nước không hàng Tmin (m) 5,0
8, Công nghệ bốc xếp hàng trên bến Mỗi bến có 1 tuyến bốc xếp gồm - 1 cần trục cổng C35, khẩu độ cần trục 15,3 m - Các xe nâng hàng HK70 và ô tô H30 9, Chiều rộng bố trí công nghệ bốc xếp trước bến và hoạt tải phân bố trong từng khu vực B = A + CT + OTO + SB, trong đó:
A = 2,75m (chiều rộng an toàn trước bến cho cần trục, bố trí hành lang kỹ thuật và vỉa hè đi bộ trước bến); q1 = 10kN/m2.
CT: khẩu độ cần trục cổng theo phương ngang bến, bên dưới cổng dùng để đặt hàng tạm và dành cho xe nâng đưa/lấy hàng lên/từ ô tô; q2 = 40 kN/m2.
OTO: chiều rộng dành cho 2 làn ô tô phía sau cổng trục, giả định là 9m (tính từ tim ray cần trục phía bờ); q3 = 20 kN/m2.
SB: phần bố trí kho bãi sau bến, có chiều rộng giả định vô hạn; q4 = 40 kN/m2.
10, Các thông số cơ bản của bến - Chiều dài bến: giả định Lb = 1,1 LOA (LOA là chiều dài lớn nhất của tàu thiết kế) - Chiều sâu nước trước bến: giả định Hct = 1,2 T (T là mớn nước đầy hàng của tàu thiết kế). - Độ sâu dự phòng do sa bồi: Z4 = 1m - Cao độ đỉnh bến: giả định CĐĐinh = MNp% (đường tần suất MN cao nhất hàng năm) + 1m 4
PHẤN 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ 1, Các thông số cơ bản của bến - Cao trình mặt bến CTMB = MNCTK + 1m = 1,82 + 1 = 2,82 m - Cao trình đáy bến CTĐB = MNTTK - Ho với Hct = 1,2T = 1,2x12 = 14,4 m Z4 = 1m Ho = Hct + Z4 = 14,4 + 1 = 15,4 m => CTĐB = -1,3 - 15,4 = -16,7 m - Chiều cao bến Hb = CTMB - CTĐB = 2,82 - (-16,7) = 19,52 m - Chiều dài bến Lb = 1,1 L = 1,1x212 = 233,2 m → Chọn Lb = 240 m 2, Lựa chọn kết cấu bến - Chiều cao trước bến Hb = 19,52 m < 20 m. Theo điều 2.3 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92, công trình bến có cấp III. - Dựa vào điều kiện địa chất: địa chất khu vực bến tương đối tốt, trang thái đất cho phép đóng cọc hoặc cừ. Ngoài ra, có thể sử dụng các biện pháp gia cố nền để sử dụng bến trọng lực. - Dựa vào tải trọng tác dụng trên bến, loại tàu thiết kế, chiều cao bến và Bảng I-2. Phạm vi ứng dụng các kết cấu bến (Sách Công trình bến cảng - Phạm Văn Giáp), ta sử dụng kết cấu bến tường cừ 1 neo, có sử dụng lăng thể đá giảm tải trước và sau bến.
5
Mô tả kết cấu bến phương án 1
6
3, Tải trọng tác dụng lên kết cấu bến 3.1, Tải trọng và tác động do tàu 3.1.1, Số liệu về tàu Tàu chở hàng khô có D = 50000 (T) với kích thước: LxBxT = 212x27,5x12 3.1.2, Số liệu về dòng chảy Vận tốc dòng chảy theo phương dọc tàu vl = 1,8 m/s Vận tốc dòng chảy theo phương ngang tàu vt = 0,5 m/s - Diện tích cản nước theo phương dọc của tàu: Al = TB (m2) + Khi đầy hàng: Al = 12.27,5 = 330 (m2) + Khi không hàng: Al = 5.27,5 = 137,5 (m2) - Diện tích cản nước theo phương ngang của tàu: At = TL (m2) + Khi đầy hàng: At = 12.212 = 2544 (m2) + Khi không hàng: At = 5.212 = 1060 (m2) 3.1.3, Số liệu về gió Vận tốc gió theo phương ngang tàu: vq = 20 m/s Vận tốc gió theo phương dọc tàu: vn = 0 m/s Theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95, diện tích cản gió phải xác định có xét đến diện tích các vật cản nằm ở phía đầu gió theo hướng dẫn ở Phụ lục (PL) 5 - Khi tàu neo đậu dọc bến, diện tích chắn gió Act,q (m2) của bến và các công trình trên bến có thể xác định theo công thức 𝐴𝑐𝑡,𝑞 = (ℎℎ + 𝛼𝑐𝑔,𝑞 𝐻𝑐𝑔 )𝑆𝑞 trong đó: hh (m): độ cao mép bến so với mực nước cao nhất Hcg (m): chiều cao trung bình của các vật chắn góp trên bến 7
αcg,q: hệ số mức độ chắn gió của các vật chắn gió khi tàu neo đậu dọc bến αcg,q = 0,5
𝐻𝑐𝑔 𝐿𝑐𝑔 𝑙𝑐𝑔 𝐿𝑡,𝑚𝑎𝑥
lcg (m): khoảng cách trung bình từ các vật chắn gió đến mép bến Lcg (m): tổng chiều dài của các vật chắn gió trên bến, tính trong phạm vi chiều dài Lt,max của tàu Sq (m): chiều dài vùng chắn gió, được lây như sau: Sq = Lt,max khi Lt,max Lb Sq = Lh khi Lt,max > Lb Lb (m): chiều dài bến Giả sử rằng trên bến không có công trình chắn gió tại vị trí tàu neo đậu thì Hcg = 0, và α = 0. Vậy diện tích chắn gió của bến Act,q (m2) là 𝐴𝑐𝑡,𝑞 = ℎℎ 𝑆𝑞 = 1.212 = 212 (𝑚2) Theo PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95, ta tìm được diện tích cản gió của tàu - Diện tích cản gió theo phương ngang của tàu + Khi đầy hàng Aq = At,q - Act,q = 3230 - 212 = 3018 (m2) + Khi không hàng Aq = At,q - Act,q = 4210 - 212 = 3998 (m2) - Diện tích cản gió theo phương dọc tàu + Khi đầy hàng An = 720 (m2) + Khi không hàng An = 910 (m2)
8
3.1.4, Chọn đệm tàu Theo catalogue của hãng Nguyễn Tài Rubber, ta chọn thiết bị đệm tàu như sau: - Chọn loại đệm HA-1000H, sử dụng hợp chất CV4(0.60) - Vật liệu là cao su hình thang rỗng - Phương pháp treo: liên kết cứng bằng bu lông được vít với đầm mũ BTCT - Khoảng cách giữa các đệm theo chiều dọc bến là 4m - Kích thước: L = 3 m; LL = 3,5 m; H = 1 m; W = 1,8 m; Wp = 1,55 m; V = 0,65 m - Dung năng biến dạng Ee = 159 kJ
9
ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA THIẾT BỊ ĐỆM 10
Kết quả xử lý số liệu Yếu tố Vận tốc dòng chảy theo phương dọc tàu (m/s) Vận tốc dòng chảy theo phương ngang tàu (m/s) Diện tích cản nước theo phương dọc tàu khi đầy hàng (m2) Diện tích cản nước theo phương dọc tàu khi không hàng (m2) Diện tích cản nước theo phương ngang tàu khi đầy hàng (m2) Diện tích cản nước theo phương ngang tàu khi không hàng (m2) Vận tốc gió theo phương dọc tàu (m/s) Vận tốc gió theo phương ngang tàu (m/s) Diện tích cản gió theo phương dọc tàu khi đầy hàng (m2) Diện tích cản gió theo phương dọc tàu khi không hàng (m2) Diện tích cản gió theo phương ngang tàu khi đầy hàng (m2) Diện tích cản gió theo phương ngang tàu khi không hàng (m2)
Giá trị 1,8 0,5 330 137,5 2544 1060 0 20 720 910 3018 3998
3.2, Tải trọng do tàu 3.2.1, Tải trọng do gió tác dụng lên tàu Theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95, tải trọng do gió tác dụng lên tàu, hướng gió tác dụng theo hướng vuông góc với mép bến được tính theo công thức 𝑊𝑞 = 73,6. 10−5 𝐴𝑞 𝑣𝑞2 𝜉 𝑊𝑛 = 49,0. 10−5 𝐴𝑞 𝑣𝑛2 𝜉 trong đó: vq = 20 m/s vn = 0 m/s ξ = 0,5 là hệ số lấy theo bảng 26 tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 Ta có Wn = 0 - Khi đầy hàng: Wq = 73,6.10-5.3018.202.0,5 = 444 (kN) - Khi không hàng: Wq = 73,6.10-5.3998.202.0,5 = 589 (kN) 11
3.2.2, Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu Theo điều 5.3 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95, tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu, hướng dòng chảy theo phương dọc tàu được tính theo công thức Qω = 0,59Alvl2 Nω = 0,59Atvt2 trong đó: Al và At (m2): diện tích chắn nước theo phương ngang và dọc tàu vl và vt (m/s): vận tốc dòng chảy theo phương ngang và dọc tàu - Khi đầy hàng: Qω = 0,59. 2544.0,52 = 375 (kN) Nω = 0,59.330.1,82 = 631 (kN) - Khi không hàng: Qω = 0,59. 1060.0,52 = 156 (kN) Nω = 0,59.137,5.1,82 = 263 (kN) 3.2.3, Lực ngang do tác động tổng hợp của gió và dòng chảy - Khi đầy hàng: Qtot = Wq + Qω = 444 + 375 = 819 (kN) - Khi không hàng: Qtot = Wq + Qω = 589 +156 = 745 (kN) Ta lấy giá trị lực ngang lớn nhất Qtot = 819 (kN) làm giá trị tính toán tải trọng tựa tàu và neo tàu, tương ứng với trường hợp khi tàu đầy hàng. 3.2.4, Tải trọng va tàu - Theo điều 5.8 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95, khi tàu cập vào công trình bến thì động năng va tàu Eq (kJ) phải xác định theo 𝐷𝑣 2 𝐸𝑞 = 𝜓 2 trong đó: D = 50000 (T) : lượng dãn nước 12
v = 0,098 (m/s): thành phần vuông góc của tốc độ cập tàu, có được từ bảng 29 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 ψ = 0,5: hệ số lấy theo bảng 30 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 50000. 0,0982 𝐸𝑞 = 0,5. = 120,1 𝑘𝐽 2 Ta có 𝐸𝑞 120,1 = . 100 = 75,5 % 𝐸𝑒 159 Tra trên đồ thị đặc trưng cơ học của thiết bị đệm, ta có phần trăm độ biến dạng %f = 37,5 %. Từ đó, ta có phần trăm phản lực %Fq = 97%. Vậy thành phần lực va tàu vuông góc với mép bến Fq (kN) là: Fq = 0,97.R = 0,97.507 = 492 (kN) Thành phần lực va tàu song song với mép bến Fn (kN) Fn = μFq = 0,5.492 = 246 (kN) với μ = 0,5 là hệ số ma sát, lấy theo điều 5.9 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 3.2.5, Tải trọng tựa tàu Tải trọng phân bố q (kN/m) do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dưới tác động của gió, dòng chảy được xác định theo công thức ở điều 5.7 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 𝑞 = 1,1
𝑄𝑡𝑜𝑡 819 𝑘𝑁 = 1,1 = 10,5 ( ) 𝑙𝑑 86 𝑚
với : ld (m): chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình. Tùy thuộc vào quan hệ giữa chiều dài bến Lb và chiều dài đoạn thẳng của thành tàu ltt, trị số ld được lấy bằng: Khi Lb ≥ ltt, ld = ltt Khi Lb < ltt, ld = Lb 13
3.2.6, Tải trọng neo tàu Theo điều 5.11 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95, lực neo S (kN) tác động lên một bích neo tính theo 𝑆=
𝑄𝑡𝑜𝑡 819 = = 436 (𝑘𝑁) 𝑛𝑠𝑖𝑛𝛼𝑐𝑜𝑠𝛽 4. 𝑠𝑖𝑛30. 𝑐𝑜𝑠20
trong đó: n = 4: số lượng bích neo chịu lực, lấy theo bảng 31 α, β: góc nghiêng của dây neo lấy theo bảng 32 Lực neo theo phương vuông góc với mép bến Sq 𝑆𝑞 =
𝑄𝑡𝑜𝑡 819 = = 205 (𝑘𝑁) 𝑛 4
Lực neo theo phương song song với mép bến Sn 𝑆𝑛 = 𝑆𝑐𝑜𝑠𝛼𝑐𝑜𝑠𝛽 = 819. 𝑐𝑜𝑠30. 𝑐𝑜𝑠20 = 667 (𝑘𝑁) Lực neo theo phương thẳng đứng Sv 𝑆𝑣 = 𝑆𝑠𝑖𝑛𝛽 = 819. 𝑠𝑖𝑛20 = 280 (𝑘𝑁) 3.3, Áp lực đất do thiết bị, hàng hóa trên mặt bến và trọng lượng bản thân của đất 3.3.1, Sơ đồ tải
14
3.3.2, Áp lực đất chủ động
Trọng lượng riêng γ' (kN/m3)
Ứng suất bản thân σbt,i (kN/m2)
ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG Độ Tải chênh Ứng suất trọng Gradient mực tổng σbt ngoài thủy lực nước 2 (kN/m ) q i ΔH (kN/m2) (m) (6) (7) (8) (9)
Lực dính c (kN/m2)
Góc nội ma sát φ
Hệ số áp lực ngang Ka
Áp lực chủ động Ea (kN/m2)
(10)
(11)
(12)
(13)
Cao độ
Loại đất
Chiều dày h (m)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
+2.82
Đá hộc
0.00
22
0.00
0.00
10
0
0
0
50
0.1325
1.3247
+0.40
Đá hộc
2.42
22
53.24
53.24
10
0
0
0
50
0.1325
8.3777
-4.74
Đá hộc
5.14
12
61.68
114.92
10
1.7
0.0863
0
50
0.1325
17.1363
-16.70 Đá hộc
11.96
12
143.52
258.44
40
1.7
0.0863
0
50
0.1325
40.9029
-16.70
Cát 2
0.00
10.34
0.00
258.44
40
1.7
0.0863
3.30
28.44
0.3548
101.9537
-18.00
Cát 2
1.30
10.34
13.44
271.88
40
1.7
0.0863
3.30
28.44
0.3548
107.1201
-18.00 Á sét 1
0.00
6.72
0.00
271.88
40
1.7
0.0863
12.00
12.24
0.6502
183.4186
-22.00 Á sét 1
4.00
6.72
26.88
298.76
40
1.7
0.0863
12.00
12.24
0.6502
203.1365
-22.00
Sét 2
0.00
8.30
0.00
298.76
40
1.7
0.0863
76.00
31
0.3201
22.4380
-25.00
Sét 2
3.00
8.30
24.89
323.65
40
1.7
0.0863
76.00
31
0.3201
31.2340
-25.00
Cát 2
0.00
10.34
0.00
323.65
40
1.7
0.0863
3.30
28.44
0.3548
125.0886
-29.00
Cát 2
4.00
10.34
41.35
365.00
40
1.7
0.0863
3.30
28.44
0.3548
140.9852
15
Diễn toán Cột (1): Cao độ +2,82 - Cao trình mặt bến; +0,4 - Cao trình mực nước ngầm; -4,74 - Cao độ tại đó tải trọng q1 = 10 kN/m không còn tác động lên tường cừ nữa; -16,7 - Cao trình đáy bến và là cao độ tại đó là phân cách hai lớp đất (đá hộc và cát 2); -18 , -22 , -25 - Cao độ phân cách hai lớp đất; -29 - Cao độ đáy lớp cát 2. Cột (2): Loại đất Cột (3): Chiều dày h (m) là chiều dày lớp đất giữa hai cao độ liên tiếp nhau Cột (4): Trong lượng riêng γ' (kN/m3). Đối với lớp đất trên mực nước ngầm γ' = γtn, nếu dưới mực nước ngầm, γ' = γđn Cột (5): Ứng suất bản thân σbt,i (kN/m2). Ứng suất do trọng lượng bản thân từng lớp đất tương ứng với chiều dày h. σbt,i = γ'xh Cột (6): Ứng suất tổng σbt (kN/m2). Ứng suất do trọng lượng bản thân cộng dồn. Cột (7): Tải trọng ngoài q (kN/m2). Tải trọng do thiết bị, hàng hóa đặt trên bến. Cột (8): Độ chênh mực nước ΔH (m). Là độ chênh lệch mực nước ngầm sau bến và mực nước trước bến (ứng với mực nước thấp thiết kế bằng -1,3 m). Cột (9): Gradient thủy lực i = ΔH/L. Với L là chiều dài đường thấm L = 19,7 m Cột (10): Lực dính c (kN/m2) Cột (11): Góc nội ma sát của đất φ Cột (12): Hệ số áp lực ngang Ka = tan2(45-φ/2) Cột (13): Áp lực đất chủ động Ea (kN/m2). (13) = (12)*[(7)+(6)+γw*(9)*(3)]-2*(10)*(12)^0.5 với γw = 10 (kN/m3): trọng lượng riêng của nước 16
3.3.3, Áp lực đất bị động ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG Cao độ
Loại đất
Chiều dày h (m)
Trọng lượng riêng γ' (kN/m3)
(1)
(2)
(3)
(4)
Ứng suất bản thân σbt,i (kN/m2) (5)
-16.70
Cát 2
0.00
10.34
-18.00
Cát 2
1.30
-18.00 Á sét 1
Hệ số áp lực ngang Kp (11)
Ứng suất tổng σbt (kN/m2)
Độ chênh mực nước ΔH (m)
(6)
(7)
(8)
(9)
Góc nội ma sát φ (10)
0.00
0.00
1.7
0.0863
3.30
28.44 2.8185
11.0804
10.34
13.44
13.44
1.7
0.0863
3.30
28.44 2.8185
45.8052
0.00
6.72
0.00
13.44
1.7
0.0863
12.00
12.24 1.5381
50.4398
-22.00 Á sét 1
4.00
6.72
26.88
40.32
1.7
0.0863
12.00
12.24 1.5381
86.4688
-22.00
Sét 2
0.00
8.30
0.00
40.32
1.7
0.0863
76.00
31
3.1240
394.6146
-25.00
Sét 2
3.00
8.30
24.89
65.21
1.7
0.0863
76.00
31
3.1240
464.2849
-25.00
Cát 2
0.00
10.34
0.00
65.21
1.7
0.0863
3.30
28.44 2.8185
194.8723
-29.00
Cát 2
4.00
10.34
41.36
106.57
1.7
0.0863
3.30
28.44 2.8185
301.7177
Diễn toán Cột (11): Hệ số áp lực đất bị động Kp = tan2(45+φ/2) Cột (12): Áp lực bị động Ep (kN/m2) (12) = (11)*[(6)+γw*(8)*(3)]+2*(9)*(11)^0.5 với γw = 10 (kN/m3): trọng lượng riêng của nước
17
Gradient Lực thủy lực dính c i (kN/m2)
Áp lực bị động Ep (kN/m2) (12)
3.3.4, Áp lực đất tổng ÁP LỰC ĐẤT TỔNG Áp lực chủ động Ea Áp lực bị động Ep (kN/m2) (kN/m2) 1.3247 0
+2.82
Chiều dày h (m) 0.00
Loại đất Đá hộc
+0.40
2.42
Đá hộc
8.3777
0
8.3777
-4.74
5.14
Đá hộc
17.1363
0
17.1363
-16.70
11.96
Đá hộc
40.9029
0
40.9029
-16.70
0.00
Cát 2
101.9537
11.0804
90.8733
-18.00
1.30
Cát 2
107.1201
45.8052
61.3150
-18.00
0.00
Á sét 1
183.4186
50.4398
132.9788
-22.00
4.00
Á sét 1
203.1365
86.4688
116.6677
-22.00
0.00
Sét 2
22.4380
394.6146
-372.1767
-25.00
3.00
Sét 2
31.2340
464.2849
-433.0509
-25.00
0.00
Cát 2
125.0886
194.8723
-69.7837
-29.00
4.00
Cát 2
140.9852
301.7177
-160.7325
Cao độ
Áp lực đất tổng Ev = Ea - Ep (kN/m2)
BIỂU ĐỒ ÁP LỰC ĐẤT TẠI CÁC CAO ĐỘ 18
Áp lực tổng Ev (kN/m2) 1.3247
BIỂU ĐỒ ÁP LỰC ĐẤT TỔNG
19
4, Tính toán nội lực bằng phương pháp đồ giải 4.1, Tổng hợp áp lực đất thành các lực tập trung ÁP LỰC ĐẤT TỔNG STT
Độ lớn lực tập trung P (kN/m)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
11.740 20.163 26.979 18.428 38.247 46.196 54.144 62.093 70.042 76.353 98.922 257.802 241.491 -581.093 -626.749 -185.042 -275.991
Với lực thứ nhất là lực neo tàu trên 1 m chiều dài bến có giá trị bẳng 𝐹1 =
𝑆𝑞 205 = = 8.2 (𝑘𝑁/𝑚) 𝑙𝑠 25
trong đó: Sq (kN): lực neo tàu theo phương vuông góc với mép bến ls (m): khoảng cách tối thiểu giữa các bích neo, lấy theo bảng 31 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95
20
Ta chia biểu đồ áp lực đất tổng thành nhiều phần có chiều cao tự chọn (h ~ 2 m). Sau đó, tổng hợp lại thành lực tập trung với độ lớn bằng diện tích biểu đồ áp lực đất (tam giác hoặc hình thang) với chiều cao h đã chọn. Diện tích hình thang: P = 0,5(b+c)h (c,b là giá trị áp lực đất, với c là giá trị ở cao độ lớn hơn) Điểm đặt lực P: 𝑦𝑃 = (
𝑏+2𝑐 𝑏+𝑐
)×
ℎ 3
( lực P sẽ cách giá trị b một đoạn là yP )
4.2, Giải tường cừ bằng phương pháp đồ giải
21
Bến sử dụng cọc ván bằng thép nên theo điều 20.8 tiêu chuẩn 22 TCN 207-92, ta tính toán theo sơ đồ tường mềm.
22
Sau khi giải đồ giải, ta có: - Chiều sâu chôn cừ to = 10,57 (m) - Tổng phản lực đất tại chân cừ E’p = 645,28 (kN/m) - Phản lực thanh neo trên 1m dài bến Ra = 282,93 (kN/m) - Moment uốn Mmax = η.y1 = 1000.1,778 = 1778 (kNm/m) Từ biểu đồ áp lực đất, ta có σp = 255,59 kN/m2 ; σa = 134,12 kN/m2 𝑡𝑚𝑎𝑥
𝐸𝑝′ 645,28 = 𝑡𝑜 + = 10,57 + = 13,23 (𝑚) 2(𝜎𝑝 − 𝜎𝑎 ) 2(255,59 − 134,12)
Nhận xét: Cao trình đáy bến = -16,7 m Cao độ chôn cừ = -16,7-13,23 = -29,93 m Như vậy, để phương án này khả thi thì cần hạ cừ xuống cao độ -29,93 m. Tuy nhiên, tại cao độ -29 m là tầng đá gốc nên không thể hạ cừ. Do đó, nhóm em đề nghị phương án 2: vẫn sử dụng kết cấu bến tường cừ 1 neo và nạo vét hết tầng đất yếu (lớp á sét 1), sử dụng lăng thể đá giảm tải sau tường và lăng thể đá tăng tải trước bến.
23
Mô tả kết cấu bến phương án 2
24
5, Tính toán lại áp lực đất do hàng hóa, thiết bị trên mặt bến và do trọng lượng bản thân đất theo phương án 2 5.1, Áp lực đất chủ động ÁP LỰC ĐẤT CHỦ ĐỘNG Cao độ
Loại đất
Chiều dày h (m)
+2.82
Đá hộc
0.00
Trọng lượng riêng γ' (kN/m3) 22.00
+0.40
Đá hộc
2.42
-4.74
Đá hộc
Ứng suất bản thân σbt,i (kN/m2)
Ứng Tải suất trọng tổng σbt ngoài q (kN/m2) (kN/m2)
Độ chênh mực nước ΔH (m)
Gradient Lực thủy lực dính c i (kN/m2)
Góc nội ma sát φ
Hệ số áp lực ngang Ka
Áp lực chủ động Ea (kN/m2)
0.00
0.00
10
0
0
0
50
0.1325
1.3247
22.00
53.24
53.24
10
0
0
0
50
0.1325
8.3777
5.14
12.00
61.68
114.92
10
1.7
0.0863
0
50
0.1325
17.1363
-16.70 Đá hộc 11.96
12.00
143.52
258.44
40
1.7
0.0863
0
50
0.1325
40.9029
-22.00 Đá hộc
5.3
12.00
63.60
322.04
40
1.7
0.0863
0
50
0.1325
48.5669
-22.00
Sét 2
0.00
8.30
0.00
322.04
40
1.7
0.0863
76.00
31
0.3201
29.8911
-25.00
Sét 2
3.00
8.30
24.89
346 .93
40
1.7
0.0863
76.00
31
0.3201
38.6871
-25.00
Cát 2
0.00
10.34
0.00
346.93
40
1.7
0.0863
3.30
28.44 0.3548
133.3496
-29.00
Cát 2
4.00
10.34
41.35
388.28
40
1.7
0.0863
3.30
28.44 0.3548
149.2462
25
5.2, Áp lực đất bị động ÁP LỰC ĐẤT BỊ ĐỘNG
-16.70 Đá hộc
0.00
12.00
Ứng suất bản thân σbt,i (kN/m2) 0.00
-22.00 Đá hộc
5.3
12.00
63.60
63.60
1.7
0.0863
0.00
50
7.5486
445.5686
-22.00
Sét 2
0.00
8.30
0.00
63.60
1.7
0.0863
76.00
31
3.1240
467.3477
-25.00
Sét 2
3.00
8.30
24.89
88.49
1.7
0.0863
76.00
31
3.1240
537.0179
-25.00
Cát 2
0.00
10.34
0.00
88.49
1.7
0.0863
3.30
28.44 2.8185
260.4926
-29.00
Cát 2
4.00
10.34
41.35
129.84
1.7
0.0863
3.30
28.44 2.8185
367.3194
Cao độ
Loại đất
Chiều Trọng lượng dày h riêng (m) γ' (kN/m3)
Ứng suất tổng σbt (kN/m2)
Độ chênh mực nước ΔH (m)
0.00
1.7
0.0863
26
0.00
Góc nội ma sát φ 50
Hệ số áp lực ngang Kp 7.5486
Gradient Lực thủy lực dính c i (kN/m2)
Áp lực bị động Ep (kN/m2) 0.0000
5.3, Áp lực đất tổng ÁP LỰC ĐẤT TỔNG
+2.82
Chiều dày h (m) 0.00
+0.40
Cao độ
Loại đất
Áp lực chủ động Ea (kN/m2)
Áp lực bị động Ep (kN/m2)
Áp lực tổng Ev (kN/m2)
Đá hộc
1.3247
0
1.3247
2.42
Đá hộc
8.3777
0
8.3777
-4.74
5.14
Đá hộc
17.1363
0
17.1363
-16.70
11.96
Đá hộc
40.9029
0
40.9029
-22.00
5.3
Đá hộc
48.5669
445.5686
-397.0017
-22.00
0.00
Sét 2
29.8911
467.3477
-437.4566
-25.00
3.00
Sét 2
38.6871
537.0179
-498.3308
-25.00
0.00
Cát 2
133.3496
260.4926
-127.1430
-29.00
4.00
Cát 2
149.2462
367.3194
-218.0732
27
BIỂU ĐỒ ÁP LỰC ĐẤT
BIỂU ĐỒ ÁP LỰC ĐẤT TỔNG
28
6, Tính toán nôi lực bằng phương pháp đồ giải (PA 2) 6.1, Tổng hợp áp lực đất thành lực tập trung LỰC TẬP TRUNG Độ lớn lực tập STT trung P (kN/m) 2 11.740 3 20.163 4 26.979 5 18.428 6 38.247 7 46.196 8 54.144 9 62.093 10 70.042 11 76.353 12 -83.441 13 -413.935 14 -446.285 15 -679.013 16 -724.668 17 -299.751 18 -390.681 Với lực thứ nhất là lực neo tàu trên 1 m chiều dài bến có giá trị bẳng 𝐹1 =
𝑆𝑞 205 = = 8.2 (𝑘𝑁/𝑚) 𝑙𝑠 25
trong đó: Sq (kN): lực neo tàu theo phương vuông góc với mép bến ls (m): khoảng cách tối thiểu giữa các bích neo, lấy theo bảng 31 Tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 Các lực tập trung khác tương tự mục 4.1 29
6.2, Giải cừ bằng phương pháp đồ giải
30
Sau khi giải đồ giải, trên 1m chiều dài bến, ta có: - Chiều sâu chôn cừ to = 7,31 (m) - Tổng phản lực đất tại chân cừ E’p = 802,3 (kN/m) - Phản lực thanh neo trên 1m dài bến Ra = 236,7 (kN/m) - Moment uốn Mmax = η.y1 = 1000.1,26 = 1260 (kNm/m) 𝑡𝑚𝑎𝑥
𝐸𝑝′ = 𝑡𝑜 + 𝛥𝑡 = 𝑡𝑜 + 2(𝜎𝑝 − 𝜎𝑎 )
Từ biểu đồ áp lực đất, ta có σp = 514,1 kN/m2 ; σa = 35,79 kN/m2 𝑡𝑚𝑎𝑥
𝐸𝑝′ 802,3 = 𝑡𝑜 + = 7,31 + = 8,15 (𝑚) 2(𝜎𝑝 − 𝜎𝑎 ) 2(514,1 − 35,79)
Nhận xét: Phương án khả thi (cao độ chôn cừ bằng -16,7 - (8,15) = -24,85 m) Chọn cừ Larsen NS-SP-VL, theo catalogue công ty Bảo Châu JSC có các đặc trưng tiết diện - Kích thước: chiều rộng Wc = 500 mm, chiều cao hc = 200 mm, t = 24,3 mm, b+Δ = Wc + Δ = 0,5 + 0 = 0,5 m Diện tích tiết diện A (cm2) 133,8
1 THANH CỪ Moment quán Module chống tính uốn W (cm3) I (cm4) 7960 520
Diện tích tiết diện A (cm2/m) 267,6
31
1 M TƯỜNG CỪ Moment quán Module tính chống uốn W I (cm4/m) (cm3/m) 63000 3150
- Vật liệu: Thép SY390 có cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn chảy fy = 390 (MPa), theo giới hạn bền kéo đứt fu = 490 (MPa)
Kiểm tra chỉ số mềm của cừ 𝜂=
𝛿𝑐 𝑡
trong đó: Chiều cao mặt cắt tính đổi δc tính theo điều 20.9 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 3 12.79,6. 10−6 12𝐼 𝛿𝑐 = √ =√ = 0,124 (𝑚) 𝑏+Δ 0,5 3
𝑡 = 𝑡𝑚𝑎𝑥 = 8,15 (𝑚) 𝜂=
𝛿𝑐 𝑡𝑚𝑎𝑥
=
0,124 = 0,015 8,15
Vậy cừ được coi là mềm và ngàm chặt hoàn toàn. Giả thiết tính toán hợp lý. 32
7, Tính toán và thiết kế các cấu kiện của bến tường cừ 7.1, Tính toán và thiết kế cừ Theo điều 20.15 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92, moment uốn cần nhân thêm hệ số mc, nhằm xét đến sự phân bố lại áp lực đất do tường cừ biến dạng và chuyển vị. Hệ số mc lấy theo bảng 22 điều 20.15, phụ thuộc vào loại đất đắp và tỉ số
𝛿𝑐 𝐿𝑐
.
Với δc = 0,124 (m) : chiều cao mặt cắt tính đổi Lc : nhịp quy ước, xác định theo công thức Lc = h + 0,667to h = 16,2 (m) : chiều cao từ điểm gắn thanh neo đến đáy bến to = tmax = 8,15 (m) : độ chôn sâu Lc = 16,2 + 0,667.8,15 = 21,64 (m) 𝛿𝑐 0,124 = = 0,006 < 0,04 𝐿𝑐 21,64 Từ tỉ số này, ta tra bảng 22 và có mc = 0,65 (với đất đắp là đá có φ > 35o) - Moment đã giảm yếu cho 1m chiều dài bến Mg = Mmaxmc = 1260.0,65 = 819 (kNm/m) - Moment tính toán cho 1m chiều dài bến M = knncnmdMg = 1,15.1.1,25.0,95.819 = (1118 kNm/m) trong đó: Các hệ số kn, nc, n theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92 kn = 1,15 (là hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp của công trình) đối với công trình bến cấp III nc = 1 (là hệ số tổ hợp tải trọng) đối với tổ hợp tải trọng cơ bản 33
n = 1,25 (là hệ số vượt tải) đối với các công trình bến cảng biển md = 0,95 (là hệ số phụ điều kiện làm việc) với cấu kiện bằng thép cán chịu uốn lấy theo bảng 12 điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 Theo sách Công trình bến cảng của Phạm Văn Giáp, ta có công thức tính toán cấu kiện cừ theo moment tính toán M = mkofW Lấy m = 1, ko = 1 do không có số liệu tra cứu Cường độ tính toán 𝑓 =
𝑓𝑦 𝛾𝑀
=
390 1,1
= 355 (MPa)
với γM = 1,1 là hệ số độ tin cậy của vật liệu, lấy theo điều 6.1.4 Tiêu chuẩn 55752012 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Từ công thức trên, ta có module kháng uốn yêu cầu cho 1m chiều dài bến là 𝑊𝑦𝑐 =
𝑀 111800 𝑘𝑁𝑐𝑚 = = 3149 (𝑐𝑚3 /𝑚) 2 𝑚𝑘𝑜 𝑓 1.1.35,5. 𝑘𝑁/𝑐𝑚
Trên 1m tường cừ, ta có W = 3150 cm3/m > Wyc = 3149 cm3/m Vậy tiết diện cừ đã chọn là hợp lý.
34
7.2, Tính toán và thiết kế kết cấu neo Liên kết giữa tường cừ, thanh neo và dầm ốp được mô tả như sau
Liên kết giữa bản neo và thanh neo được mô tả như sau
Ta thực hiện tính toán và thiết kế kết cấu neo theo PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 21994 35
7.2.1, Tính toán các bản neo thẳng đứng Các kích thước chiều cao bản neo hbn, bề rộng bản neo bbn và chiều sâu chôn neo được xác định từ các tính toán ổn định và tính toán về biến dạng Giả sử kích thước của bản neo hbnxbbn = 4x1 (m), chiều sâu chôn đỉnh bản neo t = 1,82 (m), chiều sâu chôn chân bản neo tbn = 5,82 (m) 7.2.1.1, Tính toán ổn định 𝑇𝑛,𝑏 + 𝑛𝑐 𝜌𝐸𝑎,𝑛 ≤
𝑚𝑚𝑑 𝜌𝐸𝑛,𝑛 𝑘𝑛
trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 1: hệ số phụ điều kiện làm việc, lấy theo điều 3 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 ρ = 0,87: hệ số tra trên đồ thị hình 1 trong điều 3 PL4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, phụ thuộc vào tỉ lệ
𝑡𝑏𝑛 ℎ𝑏𝑛
36
a) Tn,b (kN) : thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo truyền sang bản neo, xác định theo 𝛾𝐼𝑑𝑙 ℎ𝑡𝑏 𝐿𝑑 0,9. (22.2,42 + 12.0,9). 20,42.0,052 = 484,9 − 4 4 = 470 (𝑘𝑁)
𝑇𝑛,𝑏 = 𝑇𝑛𝑡𝑡 −
trong đó: Tntt (kN) : lực neo tính toán trong 1 thanh neo Tntt = knncnmdTn = 1,15.1.1,25.0,95.355,1 = 484,9 (kN) Các hệ số kn, nc, n lấy theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 Chú ý: Do lực neo tính toán Tntt đã nhân các hệ số vượt tải theo Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 rồi, nên trong các tính toán, Tn,b không nhân các hệ số vượt tải theo Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nữa. md = 0,95: hệ số phụ điều kiện làm việc, lấy theo bảng 12 điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92, đối với cấu kiện thép chịu kéo Tn (kN) : lực neo đã nhân hệ số gia tăng trong 1 thanh neo Tn = mbmaRaln = 1.1,5.236,7(kN/m).1(m) = 355,1 (kN) Ra = 236,7 (kN/m) : lực neo xác định từ tính toán đồ giải ln = 1(m) : khoảng cách giữa hai thanh neo mb = 1: hệ số điều kiện làm việc, để xét tác động của sóng, lấy theo điều 20.18 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 ma = 1,5: hệ số xét đến sự phân bố lại áp lực lên tường mặt và lực căng không đều trong các thanh neo, lấy bằng 1,5 đối với bản neo không căng trước thanh neo theo điều 20.18 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 γIdl (kN/m3) : trọng lượng riêng của đất lấp nằm cao hơn các thanh neo, được xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng n = 0,9 37
htb (m) : chiều dày trung bình của lớp đất bên trên thanh neo L (m) : chiều dài thanh neo, được xác định theo điều 20.30 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 𝐿 = ∑ ℎ𝑖 . 𝑡𝑔(45𝑜 ̶ 0,5𝜑𝑖 ) + 𝑡𝑏𝑛 . 𝑡𝑔(45𝑜 + 0,5𝜑𝑏𝑛 ) = 2,85. 𝑡𝑔(45𝑜 − 0,5. 31𝑜 ) + 24,82. 𝑡𝑔(45𝑜 − 0,5.50) + 5,82. 𝑡𝑔(45𝑜 + 0,5. 28,44𝑜 ) 𝐿 = 20,42 (𝑚) d (m) : đường kính thanh neo. Chọn d = 52 (mm) = 0,052 (m) b) Ea,n (kN): thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động, xác định theo điều 4 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 Ea,n = (q + 0,5γIdlt)λa,n1tln + (q + γIdlt + 0,5 γIdlhbn)hbnλa,n2ln = [30 + 0,5.1,1.19,6.1,82](kN/m2).0,2787.1,82(m).1(m) + [30 + 1,1.19,6.1,82 + 0,5.1,1.19,6.4](kN/m2).4(m).0,3018.1(m) Ea,n = 151 (kN) trong đó: γIdl = 19,6 (kN/m3): trọng lượng riêng của đất lấp sau bản neo, được xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng là n = 1,1 q = 30 (kN/m2): tải trọng ngoài trên bến đặt từ mặt trước bản neo về phía sau bến t =1,82 (m): độ chôn sâu của đỉnh bản neo tính từ mặt đất lấp hbn = 4(m): chiều cao bản neo ln = 1 (m): khoảng cách giữa hai thanh neo λa,n1, λa,n2 : các hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động, xác định theo Bảng 1 của PL 9 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 khi ε = 0 và tương ứng δ = φIdl và δ = 2/3.φIdl. Nội suy ta có, λa,n1 = 0,2787, λa,n2 = 0,3018 φIdl = 28,44o : góc ma sát trong của đất lấp sau bản neo 38
c) En,n (kN): thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động, xác định theo điều 5 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 En,n = 0,5γIdltbn2λn,nln = 0,5.0,9.10,34(kN/m3).5,822(m2).5,1302.1(m) En,n = 809 (kN) trong đó: γIdl = 10,34 (kN/m3): trọng lượng riêng của đất lấp trước bản neo, xác định với hệ số đảm bảo của tải trọng n = 0,9 λn,n : hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất bị động, xác định theo Bảng 2 của PL 9 khi ε = 0 và δ = φIdl. Nội suy, ta có λn,n = 5,1302 φIdl = 28,44o: góc ma sát trong của đất lấp trước bản neo tbn = 5,82 (m): độ chôn sâu của chân bản neo ln = 1 (m): khoảng cách giữa hai thanh neo Từ các mục a), b), c), ta có 𝑇𝑛,𝑏 + 𝑛𝑐 𝜌𝐸𝑎,𝑛 = 470 + 1.0,87.151 = 601 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 1,15.1 𝜌𝐸𝑛,𝑛 = . 0,87.809 = 704 𝑘𝑁 𝑘𝑛 1,15 Ta thấy 𝑇𝑛,𝑏 + 𝑛𝑐 𝜌𝐸𝑎,𝑛 = 601 𝑘𝑁 <
𝑚𝑚𝑑 𝜌𝐸𝑛,𝑛 = 704 𝑘𝑁 𝑘𝑛
Vậy kích thước đã chọn của bản neo ổn định
7.2.1.2, Tính toán về biến dạng U Ugh
39
trong đó: U (cm): trị số chuyển vị ngang của bản neo, xác định theo công thức 𝑈=
𝑇𝑛,𝑏 + 𝜌𝐸𝑎,𝑛 470 + 0,87.151 = = 1,9 (𝑐𝑚) ℎ𝑏𝑛 𝑏𝑏𝑛 𝑘𝑚 400.100.8. 10−3
Tn,b = 470 (kN): thanh phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo ρ = 0,87 Ea,n = 151 (kN): thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động hbn = 400 (cm): chiều cao bản neo bbn = 100 (cm): bề rộng bản neo km = 8.10-3 (kN/cm3): hệ số mềm của đất trước bản neo, phụ thuộc vào loại đất, độ 1
chôn sâu của bản neo… khi hbn ≥ tbn 3
tbn = 582 (cm): độ chôn sâu của chân bản neo Ugh (cm): trị số giới hạn của độ chuyển vị ngang của bản neo, lấy bằng trị số giới hạn của độ chuyển vị ngang của tường cừ ở cao độ gắn thanh neo, xác định theo điều 5.11 Bảng 9 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 Ugh = (1,15Hb ̶ hk).0,008 = (1,15.1952 ̶ 0,35.1952).0,008 = 12,5 (cm) Hb = 1952 (cm): chiều cao bến hk = (0,15-0,35)Hb (cm): chiều cao từ điểm gắn neo đến mặt bến Ta thấy U = 1,9 (cm) Ugh = 12,5 (cm) Vậy kích thước bản neo đã chọn thỏa điều kiện về biến dạng
7.2.1.3, Tính toán độ bền - Cường độ của phản áp lực đất 40
+ Ở cao độ đỉnh bản neo 𝜎𝑚𝑖𝑛 =
𝑇𝑛,𝑏 6𝑒 470 6.0,5 𝑘𝑁 (1 − )= (1 − ) = 29,35 ( 2 ) 𝑏𝑏𝑛 ℎ𝑏𝑛 ℎ𝑏𝑛 1.4 4 𝑚
+ Ở cao độ chân bản neo 𝜎𝑚𝑎𝑥 =
𝑇𝑛,𝑏 6𝑒 470 6.0,5 𝑘𝑁 (1 + )= (1 + ) = 205,44 ( 2 ) 𝑏𝑏𝑛 ℎ𝑏𝑛 ℎ𝑏𝑛 1.4 4 𝑚
trong đó: e = 0,5(m) : khoảng cách từ giữa chiều cao bản neo đến điểm liên kết thanh neo - Cường độ phản áp lực đất trung bình 𝜎𝑡𝑏 =
(𝜎𝑚𝑎𝑥 + 𝜎𝑚𝑖𝑛 ) 205,44 + 29,35 𝑘𝑁 = = 117,4 ( 2 ) 2 2 𝑚
- Moment uốn lớn nhất theo phương chiều cao bản neo Mmax = 0,5σtbbbn(tbn-ttn)2 = 0,5.117,4(kN/m2).1(m).[5,82 ̶ 3,32]2(m2) Mmax = 366,9 (kNm) với: ttn = 3,32 (m): độ chôn sâu của thanh neo tính từ mặt đất lấp Theo điều 9 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, trong các bản neo có mặt cắt chữ nhật, moment uốn lớn nhất (cho bề rộng bản neo) phải giảm đi một lượng là ΔM = 0,1Tn,bhdt nhằm xét ảnh hưởng của tấm đệm thép dùng để truyền nội lực Tn,b sang bản neo (trong đó hdt là chiều cao tấm đệm thép). Chọn kích thước tấm đệm thép hdtxbdt = 0,21x0,21 (m). Vậy, moment tính toán theo phương chiều cao bản neo là M = Mmax ̶ ΔM = 366,9 ̶ 9,87 = 357 (kNm) - Moment uốn lớn nhất theo phương chiều rộng bản neo Mmax = 0,125σtbhbnbbn2 = 0,125.117,4(kN/m2).4(m).12(m2) Mmax = 58,7 (kNm) 41
Theo điều 10 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, trong các bản neo có mặt cắt chữ nhật, moment uốn lớn nhất (cho bề rộng bản neo) phải giảm đi một lượng là ΔM = 0,1Tn,bbdt nhằm xét ảnh hưởng của tấm đệm thép dùng để truyền nội lực Tn,b sang bản neo (trong đó bdt là chiều rộng tấm đệm thép). Chọn kích thước tấm đệm thép hdtxbdt = 0,21x0,21 (m). Vậy, moment tính toán theo phương chiều rộng bản neo là M = Mmax ̶ ΔM = 58,7 ̶ 9,87 = 48,83 (kNm) Với moment uốn cho mỗi phương, ta tính toán bản neo như cấu kiện bê tông cốt thép theo TCVN 4116-1985. Chú ý: Moment uốn M không nhân thêm các hệ số vượt tải. - Chọn loại bê tông và thép Vật liệu Cường độ tính toán Beton B25 Cốt thép CIII
Rb (kN/m2) Rs (kN/m2)
Môđun đàn hồi
14500 365000
Eb (MN/m2) Es (MN/m2)
30000 200000
- Chọn sơ bộ chiều dày bản neo h = 400 (mm) và khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép của tiết diện a = 60 (mm). Vậy chiều dày làm việc của bản neo là ho = h ̶ a = 400 ̶ 60 = 340 (mm) Kích thước bản neo: Bản neo h (mm)
400
a (mm) bbn (m) hbn (m)
60 1 4
42
- Theo phương chiều cao bản neo, ta có: 𝛼𝑚 =
𝑀 357(𝑘𝑁𝑚) = = 0,2366 𝑚𝑏 𝑅𝑏 𝑏𝑏𝑛 ℎ𝑜2 0,9.14500 𝑘𝑁 . 1(𝑚). 0,342 (𝑚) ( 2) 𝑚
- Theo phương chiều rộng bản neo, ta có: 𝛼𝑚 =
𝑀 48,83(𝑘𝑁𝑚) = = 0,0081 2 𝑚𝑏 𝑅𝑏 ℎ𝑏𝑛 ℎ𝑜 0,9.14500 𝑘𝑁 . 4(𝑚). 0,342 (𝑚) ( 2) 𝑚
- Theo bảng E.2 PL 2 TCVN 5574-2012, ta tra được giá trị αR 𝛼𝑅 = 0,421 Ta thấy αm < αR Do đó, ta sẽ tính cốt thép bản neo theo bài toán cốt đơn
43
Tính thép bản neo Hệ số Chiều điều kiện M dày làm Tiết diện làm việc (kNm) việc ho của beton (m) mb
αm
ξ
As (chọn) Hệ số điều kiện làm As d @ Số thanh As μ (%) việc của (mm2) (mm) (mm) n (mm2) thép ma
Phương hbn
357
0.9
0.34 0.2366 0.2742
0.8
4167.19
24
70
10
4524
1.33
Phương bbn
48.83
0.9
0.34 0.0081 0.0081
0.8
493.89
12
300
13
1470
0.11
Hệ số điều kiện làm việc của bê tông mb = 0,9, lấy theo điều 2.12, điểm 4, Bảng 5 TCVN 4116-1985 Hệ số điều kiện làm việc của thép ma = 0,8, lấy theo điều 2.18, điểm 3, Bảng 9 TCVN 4116-1985 𝜉 = 1 − √1 − 2𝛼𝑚 𝜉𝑚𝑏 𝑅𝑏 ℎ𝑜 ℎ′ 𝐴𝑠 = 𝑅𝑠 với h’ = bbn khi tính thép theo phương hbn; h’ = hbn khi tính thép theo phương bbn
44
7.2.1.4, Tính toán các bản neo bê tông cốt thép theo độ mở rộng vết nứt Sau khi có được kích thước của bản neo, ta kiểm tra điều kiện mở rộng vết nứt theo điều 4.4 TCVN 4116-1985 𝑎𝑛 = 𝑘. 𝐶𝑔 . 𝜂.
𝜎𝑎 − 𝜎𝑜 . 7. (4 − 100𝜇). √𝑑 ≤ [𝑎𝑛 ] 𝐸𝑠
trong đó: k = 1 đối với cấu kiện chịu uốn Cg = 1,3 khi tính với tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn η = 1 đối với cốt thép thanh có gờ σo = 20000 (kN/m2): ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, đối với kết cấu nằm trong nước Es (kN/m2): module đàn hồi của thép μ : hàm lượng cốt thép của mặt cắt 0,02 d (mm): đường kính của thanh cốt thép [an] (mm): chiều rộng khe nứt giới hạn xác định theo điều 4.4 - 4.5,bảng 18 TCVN 4116-1985 σa (kN/m2): ứng suất trong cốt thép chịu kéo, xác định theo điều 4.5 TCVN 41161985. Đối với cấu kiện chịu uốn: 𝜎𝑎 =
𝑀 𝐴𝑠 . 𝑧
với z = ho(1 ̶ 0,5ξ) (m): cánh tay đòn nội lực
a) Theo phương chiều cao bản neo hbn z = ho(1 ̶ 0,5ξ) = 0,34(1 ̶ 0,5.0,2742) = 0,2934 (m) Ứng suất trong cốt thép chịu kéo 45
𝜎𝑎 =
𝑀 357 𝑘𝑁𝑚 𝑘𝑁 = = 268959 ( ) 𝐴𝑠 . 𝑧 (4524. 10−8 . 0,2934) 𝑚3 𝑚2
𝑎𝑛 = 𝑘. 𝐶𝑔 . 𝜂.
𝜎𝑎 − 𝜎𝑜 . 7. (4 − 100𝜇). √𝑑 𝐸𝑠 (268959 − 20000)
= 1.1,3.1.
𝑘𝑁 𝑚2 . 7. (4 − 1.33). √24
𝑘𝑁 𝑚2 𝑎𝑛 = 0,15 (𝑚𝑚) < [𝑎𝑛 ] = 1,6.0,15 = 0,24 (𝑚𝑚) 200. 106
[an] lấy theo điểm 4, bảng 18 nhân với 1,6 đối với công trình cấp III Vậy, cốt thép bản neo theo phương chiều cao bản neo thỏa mãn điều kiện mở rộng vết nứt. b) Theo phương chiều rộng bản neo bbn z = ho(1 ̶ 0,5ξ) = 0,34(1 ̶ 0,5.0,2742) = 0,2934 (m) Ứng suất trong cốt thép chịu kéo 𝜎𝑎 =
𝑀 48,83 𝑘𝑁𝑚 𝑘𝑁 = = 113216 ( ) 𝐴𝑠 . 𝑧 (1470. 10−6 . 0,2934) 𝑚3 𝑚2
𝑎𝑛 = 𝑘. 𝐶𝑔 . 𝜂.
𝜎𝑎 − 𝜎𝑜 . 7. (4 − 100𝜇). √𝑑 𝐸𝑠 (113216 − 20000)
= 1.1,3.1.
𝑘𝑁 𝑚2 . 7. (4 − 0,11). √12
𝑘𝑁 𝑚2 𝑎𝑛 = 0,06 (𝑚𝑚) < [𝑎𝑛 ] = 1,6.0,15 = 0,24 (𝑚𝑚) 200. 106
[an] lấy theo điểm 4, bảng 18 nhân với 1,6 đối với công trình cấp III Vậy, cốt thép bản neo theo phương chiều rộng bản neo thỏa mãn điều kiện mở rộng vết nứt.
46
7.2.2, Thiết kế thanh neo a) Tính toán độ bền của thanh neo Theo điều 13 PL4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, thanh neo được tính toán chịu kéo theo điều kiện 𝑛𝑐
𝑇𝑛 𝑚𝑚𝑑 ≤ 𝑓 𝐹𝑛𝑡 𝑘𝑛
trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 0,75: hệ số phụ điều kiện làm việc Chọn loại thép ASDO355 có Cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn bền fu (kN/cm2)
51
Cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn chảy fy (kN/cm2)
35,5
Cường độ tính toán của vật liệu f (kN/cm2)
32,3
47
Chọn thanh neo theo catalogue của hãng Anker Schroeder Thông số kích thước Đường kính thân thanh neo Dg (mm) Đường kính đoạn ren Dt (mm) Chiều dài tai thanh neo Le (mm) Chiều rộng tai thanh neo We (mm) Chiều dày tai thanh neo Te (mm) Đường kính tai thanh neo dtn (mm)
52 68 177 135 47 55
Fnt = 21,24 (cm2): diện tích thực của thanh neo Tn (kN) : lực neo đã nhân hệ số gia tăng trong 1 thanh neo Tn = mbmaRaln = 1.1,5.236,7(kN/m).1(m) = 355,1 (kN) Ra = 236,7 (kN/m) : lực neo xác định từ tính toán đồ giải ln = 1(m) : khoảng cách giữa hai thanh neo mb = 1: hệ số điều kiện làm việc, để xét tác động của sóng, lấy theo điều 20.18 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 ma = 1,5: hệ số xét đến sự phân bố lại áp lực lên tường mặt và lực căng không đều trong các thanh neo, lấy bằng 1,5 đối với bản neo không căng trước thanh neo theo điều 20.18 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 Ta có: 𝑛𝑐
𝑇𝑛 355,1 𝑘𝑁 𝑘𝑁 = 1. = 16,72 ( ) 𝐹𝑛𝑡 21,24 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2
𝑚𝑚𝑑 1,15.0,75 𝑘𝑁 𝑘𝑁 𝑓= . 32,3 2 = 24,23 ( 2 ) 𝑘𝑛 1,15 𝑐𝑚 𝑐𝑚
48
𝑛𝑐
𝑇𝑛 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑘𝑁 = 16,72 ( 2 ) < 𝑓 = 24,23 ( 2 ) 𝐹𝑛𝑡 𝑐𝑚 𝑘𝑛 𝑐𝑚
Vậy, đường kính thanh neo đã chọn thỏa mãn điều kiện độ bền.
b) Tính toán độ bền của tai thanh neo Tai thanh neo được tính chịu ép dập và chịu kéo xuất phát từ điều kiện chịu ép dập và chịu kéo và được tổng hợp trong hai bảng tính sau - Điều kiện chịu ép mặt 𝑛𝑐 𝑇𝑛 𝑚𝑚𝑑 𝑓𝑐𝑐 ≤ 𝑇𝑒 𝑑𝑡𝑛 𝑘𝑛 - Điều kiện chịu kéo 𝑛𝑐 𝑇𝑛 𝑚𝑚𝑑 𝑓 ≤ 0,4𝑇𝑒 𝑊𝑒 𝑘𝑛
Tính toán tai thanh neo từ điều kiện chịu ép mặt Cường độ tính toán chịu ép mặt fcc = 0,5fu/γM ncTn/(Tedtn) (kN/cm2) m.md.fcc/kn (kN/cm2) (kN/cm2) 23.182 13.735 16.227 Tính toán tai thanh neo từ điều kiện chịu kéo Cường độ tính toán chịu ncTn/(0,4TeWe) (kN/cm2) m.md.f/kn (kN/cm2) 2 kéo f = fy/γM (kN/cm ) 32.3 13.989 22.591 trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng 49
m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 0,7: hệ số phụ điều kiện làm việc fcc (kN/cm2): cường độ tính toán của thép cán ép mặt trong khớp trụ khi tiếp xúc chặt, lấy theo điều 6.1.4, bảng 4 TCVN 5575-2012 fcc = 0,5fu/γM = 0,5.51/1,1 = 23,182 (kN/cm2) γM = 1,1: hệ số độ tin cậy của vật liệu Tn = 355,1 (kN) : lực neo đã nhân hệ số gia tăng trong 1 thanh neo Ta thấy: - Điều kiện chịu ép dập 𝑛𝑐 𝑇𝑛 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑓𝑐𝑐 𝑘𝑁 = 13,735 ( 2 ) < = 16,277( 2 ) 𝑇𝑒 𝑑𝑡𝑛 𝑐𝑚 𝑘𝑛 𝑐𝑚 - Điều kiện chịu kéo 𝑛𝑐 𝑇𝑛 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑓 𝑘𝑁 = 13,989 ( 2 ) < = 22,591( 2 ) 0,4𝑇𝑒 𝑊𝑒 𝑐𝑚 𝑘𝑛 𝑐𝑚 Vậy thanh neo đã chọn đủ khả năng chịu lực
50
7.2.4, Tính toán độ bền tấm má liên kết của nút liên kết khớp
51
Ta chọn tấm má liên kết tương ứng với thanh neo đã chọn. Thông số tấm má Chiều dày WLP (mm) 30
Chiều cao hLP (mm) 145
Chiều dài LLP (mm) 335
Đường kính chốt dtm (mm) 55
Vật liệu làm tấm má liên kết là CCT34 có (với độ dày 20 mm < t 40 mm) Cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn bền fu (kN/cm2)
34
Cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn chảy fy (kN/cm2)
21
Cường độ tính toán của vật liệu f (kN/cm2)
20
Do không có tiêu chuẩn thiết kế tấm má liên kết, nên ta xem tấm má liên kết là cấu kiện chịu kéo và tính toán như cấu kiện thép chịu kéo Tấm má liên kết của nút liên kết khớp được tính toán chịu kéo theo điều kiện 𝑛𝑐 𝑇𝑡𝑚 𝑚𝑚𝑑 𝑓 ≤ 𝑊𝐿𝑃 ℎ𝐿𝑃 𝑘𝑛 trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 0,7: hệ số phụ điều kiện làm việc Ttm (kN): lực kéo trong tấm má liên kết, xác định theo 52
Ttm = 0,5.Tn = 0,5.355,1 = 177,6 (kN) Tn = 355,1 (kN) : lực neo đã nhân hệ số gia tăng trong 1 thanh neo Ta có: 𝑛𝑐 𝑇𝑡𝑚 1.177,6 𝑘𝑁 𝑘𝑁 = = 4,08 ( ) 𝑊𝐿𝑃 ℎ𝐿𝑃 3.14,5 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑓 1,15.0,75.20 (𝑐𝑚2 ) 𝑘𝑁 = = 15 ( 2 ) 𝑘𝑛 1,15 𝑐𝑚 𝑛𝑐 𝑇𝑡𝑚 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑓 𝑘𝑁 = 4,08 ( 2 ) ≤ = 15 ( 2 ) 𝑊𝐿𝑃 ℎ𝐿𝑃 𝑐𝑚 𝑘𝑛 𝑐𝑚 Vậy, tấm má liên kết đã chọn đủ khả năng chịu lực.
7.2.5, Tính toán và thiết kế dầm ốp Tính toán dầm ốp theo điều 2 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 Theo sơ đồ a)
Ta có moment uốn và lực cắt như sau: M = 0,08ncknnmdmaRaLn2 = 0,08.1.1,15.1,25.0,95.1,25.236,7.12 = 32,3 (kNm) Q = 0,33ncknnmdmaRaLn = 0,33.1.1,15.1,25.0,95.1,25.236,7.1 = 133,3 (kN)
53
trong đó: Các hệ số kn, nc, n theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92 kn = 1,15 (là hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp của công trình) đối với công trình bến cấp III nc = 1 (là hệ số tổ hợp tải trọng) đối với tổ hợp tải trọng cơ bản n = 1,25 (là hệ số vượt tải) đối với các công trình bến cảng biển md = 0,95 (là hệ số phụ điều kiện làm việc) với cấu kiện bằng thép cán chịu uốn lấy theo bảng 12 điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 ma = 1,25: hệ số xét đến sự phân bố lại áp lực lên tường mặt và lực căng không đều trong các thanh neo, lấy bằng 1,25 khi tính toán độ bền của dầm ốp theo điều 20.18 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 Ra = 236,7 (kN/m) : lực neo xác định từ tính toán đồ giải Ln = 1(m) : khoảng cách giữa hai thanh neo Chọn dầm ốp có tiết diện và mác thép như sau Thép làm dầm ốp
CCT42
Cường độ tính toán của vật liệu làm dầm ốp f (kN/cm2)
24,5
Hệ số điều kiện làm việc γc
1
Chọn tiết diện dầm ốp là 2 thép hình C quay lưng với nhau
2 C24
54
Đặc trưng tiết diện của dầm ốp đã chọn Chọn tiết diện dầm hình Module kháng uốn yêu cầu [W]yc (cm3)
Module kháng uốn của 1 thanh thép Wx1 (cm3)
Module kháng uốn của tiết diện dầm Wx (cm3)
Moment tĩnh nửa mặt cắt Sx (cm3)
Moment quán tính Ix (cm4)
Chiều dày bụng tw (cm)
131.94
242
484
278
5800
0.56
Ta kiểm tra dầm ốp như cấu kiện chịu uốn theo hai điều kiện - Điều kiện bền chịu uốn 𝜎=
𝑀 3230 kNcm 𝑘𝑁 = = 6,67 ( 2 ) 3 𝑊𝑥 484 𝑐𝑚 𝑐𝑚
𝜎 = 6,67 (
𝑘𝑁 𝑘𝑁 < 𝑓𝛾 = 24,5 ) ( ) 𝑐 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2
- Điều kiện bền chịu cắt 𝑄𝑆𝑥 133,3(𝑘𝑁). 278(𝑐𝑚3 ) 𝑘𝑁 𝜏= = = 11,41 ( ) 𝐼𝑥 𝑡𝑤 5800(𝑐𝑚4 ). 0,56(𝑐𝑚) 𝑐𝑚2 𝜏 = 11,41 (
𝑘𝑁 𝑘𝑁 < 𝑓 𝛾 = 0,58𝑓𝛾 = 0,58.24,5.1 = 14,21 ) ( ) 𝑣 𝑐 𝑐 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2
Vậy tiết diện dầm đã chọn đủ khả năng chịu lực 55
7.2.6, Tính toán và thiết kế tấm đệm thép Vật liệu làm tấm đệm
S355
Cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn bền fu (kN/cm2)
45
Cường độ tiêu chuẩn theo giới hạn chảy fy (kN/cm2)
35,5
Cường độ tính toán của vật liệu làm tấm đệm f (kN/cm2)
32,3
Đường kính thanh neo d (mm)
52
Đường kính đoạn ren dren (mm)
68
7.2.6.1, Tính toán tấm đệm thép dạng phẳng dưới êcu giữa thanh neo và dầm ốp Theo điều 16 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, các tấm đệm thép dạng phẳng dưới êcu được tính toán chịu uốn theo điều kiện 𝑛𝑐
𝑀 𝑚𝑚𝑑 ≤ 𝑓 𝑊𝑑 𝑘𝑛
trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 0,85: hệ số phụ điều kiện làm việc Tn = 355,1 (kN) : lực neo đã nhân hệ số gia tăng trong 1 thanh neo 56
Δ = 3 (cm): khoảng hở cấu tạo d = 6,8 (cm): đường kính chốt của thanh neo α = 0 : góc nghiêng của thanh neo l (cm): khoảng cách giữa 2 thanh thép ốp chữ C, tính theo công thức l = 2(h.tgα + Δ) + d = 2(0 + 3) + 6,8 = 12,8 (cm) lt (cm): chiều dài nhịp tinh toán, tính theo công thức lt = l + δ = 12,8 + 0,56 =13,36 (cm) h, δ (cm): chiều cao và chiều dày bản bụng thanh chữ C của dầm ốp D (cm): đường kính lỗ trong tấm đệm, bằng D = d + 1,5 = 6,8 + 1,5 = 8,3 (cm) r1 (cm): bán kính ngoài của diện tích gối dưới êcu, lấy bằng r1 = d ̶ 0,5 = 6,8 ̶ 0,5 = 6,3 (cm) 0,5𝐷
ψ = arccos(
𝑟1
) = arccos(
0,5.8,3 6,3
) = 48,8 (O)
Fdg (cm2): diện tích gối dưới êcu, tính theo công thức 𝐹𝑑𝑔 = 𝑟12
𝜋ψ 𝜋. 48,8 − 0,5𝐷√𝑟12 − 0,25𝐷2 = 6,32 . − 0,5.8,3. √6,32 − 0,25. 8,32 180 180 = 14,13 (𝑐𝑚2 )
P1 (kN): Nội lực truyền sang diện tích gối dưới êcu, tính theo 𝑇𝑛 𝐹𝑑𝑔 355,1𝑘𝑁. 14,13𝑐𝑚2 𝑃1 = = = 71,09 (𝑘𝑁) 𝜋(𝑟12 − 0,25𝐷2 ) 𝜋(6,32 − 0,25. 8,32 )𝑐𝑚2 Moment uốn trong tấm đệm M (kNcm) M = 0,25Tn(lt ̶ 0,25D) ̶ P1(0,05D ̶ 0,4r1) = 0,25.355,1(13,36 ̶ 0,25.8,3) ̶ 71,09(0,05.8,3 ̶ 0,4.6,3) M = 1151,3 (kNcm) 57
δtđ (cm): bề dày tấm đệm. Chọn δtđ = 4 (cm) δcv (cm): bề dày thành cọc ván. δcv = 0 b = 2D = 16,6 (cm): chiều rộng tính toán của tấm đệm Wd (cm3): moment kháng của tấm đệm, tính theo công thức 2 2 + 𝛿𝑐𝑣 (𝛿𝑡đ )𝑏 (42 + 0). 16,6 𝑊𝑑 = = = 44,27 (𝑐𝑚3 ) 6 6
Ta có: 𝑛𝑐
𝑀 1151,3 𝑘𝑁𝑐𝑚 𝑘𝑁 = 1. = 26,01 ( ) 𝑊𝑑 44,27 𝑐𝑚3 𝑐𝑚2
𝑚𝑚𝑑 1,15.0,85 𝑘𝑁 𝑓= . 32,3 = 27,43 ( 2 ) 𝑘𝑛 1,15 𝑐𝑚 𝑛𝑐
𝑀 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑘𝑁 = 26,01 ( 2 ) < 𝑓 = 27,43 ( 2 ) 𝑊𝑑 𝑐𝑚 𝑘𝑛 𝑐𝑚
Vậy, kích thước tấm đệm thép giữa thanh neo và dầm ốp đủ độ bền Chiều dài của tấm đệm phải lấy ltđ ≥ lt + 7 = 20,36 (cm) Bề rộng của tấm đệm btđ ≥ 3D = 24,9 (cm)
Thông số tấm đệm giữa thanh neo và dầm ốp Chiều dài ltđ (cm)
Chiều rộng btđ (cm)
Chiều dày δtđ (cm)
Đường kính lỗ trong tấm đệm D (cm)
20.36
24.9
4
8.3
ltđ chọn (cm)
btđ chọn (cm)
δtđ chọn (cm)
Đường kính lỗ trong tấm đệm D (cm)
21
25
4
8.3
58
7.2.6.2, Tính toán tấm đệm thép giữa thanh neo và bản neo Từ kích thước tấm đệm thép hdtxbdt = 21x21 (m) chọn từ mục 7.2.1.3, ta chọn thêm thông số bề dày δdt = 4 (cm). Thông số tấm đệm giữa thanh neo và bản neo Chiều cao hdt (cm) 21
Chiều rộng bdt (cm) 21
Chiều dày δdt (cm) 4
Đường kính lỗ trong tấm đệm D (cm) 8.3
Theo điều 17 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, ta cần tính toán tấm đệm chịu uốn theo hai phương thẳng đứng và nằm ngang từ điều kiện sau 𝑛𝑐
𝑀 𝑚𝑚𝑑 ≤ 𝑓 𝑊𝑑 𝑘𝑛
trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 0,85: hệ số phụ điều kiện làm việc M (kNcm): moment uốn ở giữa tấm đệm, xác định bằng cách tính toán tấm đệm như một dầm trên nền cứng theo các công thức sau + Theo phương đứng Mđ = 0,1Tn,bhdt = 0,1.468kN.21cm = 982,52 (kNcm) + Theo phương ngang Mn = 0,1Tn,bbdt = 0,1.468kN.21cm = 982,52 (kNcm)
59
Tn,b = 468 (kN): thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo truyền sang bản neo Moment kháng uốn theo phương đứng đ 𝑊𝑑𝑡
2 𝛿𝑑𝑡 𝑏𝑑𝑡 42 . 21 = = = 56 (𝑐𝑚3 ) 6 6
Moment kháng uốn theo phương ngang
𝑛 𝑊𝑑𝑡
2 𝛿𝑑𝑡 ℎ𝑑𝑡 42 . 21 = = = 56 (𝑐𝑚3 ) 6 6
Ta thấy: 𝑚𝑚𝑑 1,15.0,85 𝑘𝑁 𝑓= . 32,3 = 27,43 ( 2 ) 𝑘𝑛 1,15 𝑐𝑚 + Theo phương đứng 𝑛𝑐
𝑀đ đ 𝑊𝑑𝑡
=
982,52 𝑚𝑚𝑑 𝑘𝑁 = 17,55 < 𝑓 = 27,43 ( 2 ) 56 𝑘𝑛 𝑐𝑚
+ Theo phương ngang 𝑛𝑐
𝑀𝑛 982,52 𝑚𝑚𝑑 𝑘𝑁 = = 17,55 < 𝑓 = 27,43 ( ) 𝑛 𝑊𝑑𝑡 56 𝑘𝑛 𝑐𝑚2
Vậy, tấm đệm đã chọn thỏa mãn điều kiện chịu uốn theo hai phương Ngoài ra, cần kiểm tra khả năng chịu ép cục bộ của bê tông bản neo dưới tác động của lực Tn,b theo điều 6.2.5.1, TCVN 5574-2012 theo điều kiện Tn,b ψRb,locAloc1 trong đó: Tn,b = 468 (kN): thành phần nằm ngang của nội lực trong thanh neo truyền sang bản neo
60
ψ : hệ số phụ thuộc vào đặc điểm phân bố tải trọng cục bộ trên diện tích bị nén ép mặt, lấy bằng 1 khi tải trọng phân bố đều Aloc1 (mm2): diện tích chịu nén cục bộ Aloc1 = hdt.bdt = 210.210 = 44100 (mm2) Aloc2 (mm2): diện tích chịu nén cục bộ tính toán Aloc2 = (hdt + 2h)(bdt + 2h) = (210 + 2.400)(210 + 2.400) = 1020100 (mm2) 3 1020100 3 𝐴 𝑙𝑜𝑐2 𝜑𝑏 = √ =√ = 2,849 𝐴𝑙𝑜𝑐1 44100
Theo điều 6.2.5.1 TCVN 5574-2012, khi sơ đồ đặt lực là sơ đồ f thì φb 1. Vậy, ta lấy φb = 1
𝑅𝑏𝑡
Đối với bê tông có cấp B25 thì α = 13,5.
𝑅𝑏
1,05
=13,5.
14,5
= 0,9776
Cũng theo điều 6.2.5.1 thì αφb ≥ 1, nên αφb = 1 Rb,loc (kN/m2): cường độ chịu nén tính toán cục bộ của bê tông Rb,loc = αφbRb = 1.14500 = 14500 (kN/m2) Ta có: Tn,b = 468 (kN) ψRb,locAloc1 = 1.14500.44100.10-6 = 639,45 (kN) Vậy kích thước tấm đệm thép đã chọn thỏa mãn điều kiện chịu ép cục bộ của bê tông dưới tấm đệm.
61
7.2.6.3, Tính toán tấm đệm thép dạng phẳng dưới êcu giữa dầm ốp và bu lông Theo điều 16 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94, các tấm đệm thép dạng phẳng dưới êcu được tính toán chịu uốn theo điều kiện 𝑛𝑐
𝑀 𝑚𝑚𝑑 ≤ 𝑓 𝑊𝑑 𝑘𝑛
trong đó: Các hệ số nc, m, kn lấy theo điều 5.2 Tiêu chuẩn 22 TCN 219-94 nc = 1: hệ số tổ hợp tải trọng m = 1,15: hệ số điều kiện làm việc kn = 1,15: hệ số bảo đảm theo tầm quan trọng của kết cấu md = 0,85: hệ số phụ điều kiện làm việc Tn = 355,1 (kN) : lực neo đã nhân hệ số gia tăng trong 1 bu lông Ln = 1 (m): khoảng cách giữa hai thanh neo Δ = 3 (cm): khoảng hở cấu tạo db = 4,2 (cm): đường kính của bu lông α = 0 : góc nghiêng của thanh neo l (cm): khoảng cách giữa 2 thanh thép ốp chữ C, tính theo công thức l = 2(h.tgα + Δ) + d = 2(0 + 3) + 4,2 = 10,2 (cm) lt (cm): chiều dài nhịp tinh toán, tính theo công thức lt = l + δ = 10,2 + 0,56 =10,76 (cm) h, δ (cm): chiều cao và chiều dày bản bụng thanh chữ C của dầm ốp Db (cm): đường kính lỗ trong tấm đệm, bằng Db = db + 1,5 = 4,2 + 1,5 = 5,7 (cm)
62
r1 (cm): bán kính ngoài của diện tích gối dưới êcu, lấy bằng r1 = d ̶ 0,5 = 4,2 ̶ 0,5 = 3,7 (cm) 0,5𝐷𝑏
ψ = arccos(
𝑟1
) = arccos(
0,5.5,7 3,7
) = 39,62 (O)
Fdg (cm2): diện tích gối dưới êcu, tính theo công thức 𝐹𝑑𝑔 = 𝑟12
𝜋ψ − 0,5𝐷𝑏 √𝑟12 − 0,25𝐷𝑏2 180 𝜋. 39,62 = 3,72 . − 0,5.5,7. √3,72 − 0,25. 5,72 = 2,74 (𝑐𝑚2 ) 180
P1 (kN): Nội lực truyền sang diện tích gối dưới êcu, tính theo 𝑇𝑛 𝐹𝑑𝑔 355,1𝑘𝑁. 2,74𝑐𝑚2 𝑃1 = = = 55,67 (𝑘𝑁) 𝜋(𝑟12 − 0,25𝐷𝑏2 ) 𝜋(3,72 − 0,25. 5,72 )𝑐𝑚2 Moment uốn trong tấm đệm M (kNcm) M = 0,25Tn(lt ̶ 0,25Db) ̶ P1(0,05Db ̶ 0,4r1) = 0,25.355,1(10,76 ̶ 0,25.5,7) ̶ 55,67(0,05.5,7 ̶ 0,4.3,7) M = 662,1 (kNcm) δtđb (cm): bề dày tấm đệm. Chọn δtđb = 3 (cm) δcv (cm): bề dày thành cọc ván. δcv = 2,43 (cm) b = 2Db = 11,4 (cm): chiều rộng tính toán của tấm đệm Wd (cm3): moment kháng của tấm đệm, tính theo công thức 2 2 + 𝛿𝑐𝑣 (𝛿𝑡đ )𝑏 (32 + 2,432 ). 11,4 𝑊𝑑 = = = 28,32 (𝑐𝑚3 ) 6 6
Ta có: 𝑛𝑐
𝑀 662,1 𝑘𝑁𝑐𝑚 𝑘𝑁 = 1. = 23,38 ( ) 𝑊𝑑 28,32 𝑐𝑚3 𝑐𝑚2
𝑚𝑚𝑑 1,15.0,85 𝑘𝑁 𝑓= . 32,3 = 27,43 ( 2 ) 𝑘𝑛 1,15 𝑐𝑚
63
𝑛𝑐
𝑀 𝑘𝑁 𝑚𝑚𝑑 𝑘𝑁 = 23,38 ( 2 ) < 𝑓 = 27,43 ( 2 ) 𝑊𝑑 𝑐𝑚 𝑘𝑛 𝑐𝑚
Vậy, kích thước tấm đệm thép giữa thanh neo và dầm ốp đủ độ bền Chiều dài của tấm đệm phải lấy ltđb ≥ lt + 7 = 17,76 (cm) Bề rộng của tấm đệm btđb ≥ 3D = 17,1 (cm)
Thông số tấm đệm giữa bu lông và dầm ốp Chiều dài ltđb (cm)
Chiều rộng btđb (cm)
Chiều dày δtđb (cm)
Đường kính lỗ trong tấm đệm Db (cm)
17.76
17,1
3
5.7
ltđb chọn (cm)
btđb chọn (cm)
δtđb chọn (cm)
Đường kính lỗ trong tấm đệm Db (cm)
18
18
3
5.7
7.2.6.4, Tính toán bu lông liên kết dầm ốp và cọc ván Theo điều 3 PL 4 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92, tương ứng với sơ đồ a), ta có nội lực trong bu lông được xác định theo công thức P = 0,5knncnmdmaRaLn = 0,5.1,15.1.1,25.1.1,5.236,7.1 = 255,19 (kN) trong đó: Các hệ số kn, nc, n theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92 kn = 1,15 (là hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp của công trình) đối với công trình bến cấp III nc = 1 (là hệ số tổ hợp tải trọng) đối với tổ hợp tải trọng cơ bản n = 1,25 (là hệ số vượt tải) đối với các công trình bến cảng biển md = 1 (là hệ số phụ điều kiện làm việc) với liên kết bằng bu lông chịu kéo lấy theo bảng 12 điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 64
ma = 1,5: hệ số xét đến sự phân bố lại áp lực lên tường mặt và lực căng không đều trong các thanh neo, đối với các bản neo không căng trước thanh neo theo điều 20.18 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 Ra = 236,7 (kN/m): lực neo tính toán được từ đồ giải Ln = 1 (m): khoảng cách giữa hai thanh neo Ta chọn bu lông có cấp độ bền 6.6, đường kính d = 42 (mm) có diện tích tiết diện A = 13,85 (cm2), Abn = 11,2 (cm2) cường độ chịu kéo tính toán ftb = 25 (kN/cm2). Kiểm tra bu lông theo điều kiện chịu kéo 𝑃 ≤ [𝑁]𝑡𝑏 𝛾𝑐 𝑛 trong đó: n = 1 : số bu lông liên kết Khả năng chịu kéo của 1 bu lông [N]tb [N]tb = Abnftb = 11,2(cm2).25(kN/cm2) = 280 (kN) γc = 1: hệ số điều kiện làm việc Ta thấy 𝑃 = 255,19 (𝑘𝑁) ≤ [𝑁]𝑡𝑏 𝛾𝑐 = 280.1 = 280(𝑘𝑁) 𝑛 Vậy bu lông đủ khả năng chịu lực
65
8, Tính toán ổn định công trình 8.1, Kiểm tra lật quanh điểm neo Theo điều 20.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92, ta kiểm tra theo công thức (116) 𝑛𝑐 𝑛𝑚𝑑 𝑀𝑞 ≤
𝑚 𝑀 𝑘𝑛 𝑔
Từ mục 6.1, ta có các giá trị lực tập trung và vị trí đặt lực. Từ đó ta xác định được khoảng cách từ các lực tập trung đến điểm neo.
VỊ TRÍ LỰC TẬP TRUNG, CAO ĐỘ ĐIỂM NEO VÀ CHÂN CỪ
66
Mg = (8,2.3,32 + 11,740.1,817 ) + (83,441.17,86 + 413,935.19,333 + 446,285.20,884 + 679,013.22,258 + 724,668.23,758) = 51192 (kNm/m) Mq = 20,163.0,156 + 26,979.2,142 + 18,428.3,677 + 38,247.5,271 + 46,196.7,265 + 54,144.9,26 + 62,093.11,257 + 70,042.13,255 + 76,353.15,236 = 3958 (kNm/m) Ta có 𝑘𝑁𝑚 𝑉𝑇 = 𝑛𝑐 𝑛𝑚𝑑 𝑀𝑞 = 1.1,25.1,2.3958 = 5937 ( ) 𝑚 𝑉𝑃 =
𝑚 1,15 𝑘𝑁𝑚 𝑀𝑔 = . 51192 = 51192 ( ) 𝑘𝑛 1,15 𝑚
Ta thấy VT < VP Như vậy, với chiều sâu tính toán tmax ,tường cừ không xoay quanh điểm neo trong đó: Các hệ số kn, nc, n theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92 kn = 1,15 (là hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp của công trình) đối với công trình bến cấp III nc = 1 (là hệ số tổ hợp tải trọng) đối với tổ hợp tải trọng cơ bản n = 1,25 (là hệ số vượt tải) đối với các công trình bến cảng biển md = 1,2 (là hệ số phụ điều kiện làm việc) khi kiểm tra mất ổn định công trình lật quanh một mép quay điểm 4, bảng 16 điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 m = 1,15 : hệ số điều kiện làm việc đối với các công trình cảng
67
8.3, Kiểm tra ổn định trượt cung tròn Theo điều 13.20 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92, khi tính toán ổn định chung của công trình theo sơ đồ trượt sâu với giả thiết mặt trượt cung tròn cần thỏa mãn điều kiện sau 𝑛𝑐 𝑛𝑚𝑑 𝑀𝑡𝑟 ≤
𝑚 𝑀 𝑘𝑛 𝑔
trong đó: Các hệ số kn, nc, n theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92 kn = 1,15 (là hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp của công trình) đối với công trình bến cấp III nc = 1 (là hệ số tổ hợp tải trọng) đối với tổ hợp tải trọng cơ bản n = 1,25 (là hệ số vượt tải) đối với các công trình bến cảng biển md = 0,75 (là hệ số phụ điều kiện làm việc) khi kiểm tra mất ổn định nền công trình bến khi trượt sâu theo mặt trượt cung tròn trong điều kiện bài toán phẳng theo điểm 2, bảng 16 điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 m = 1,15 : hệ số điều kiện làm việc đối với các công trình cảng Các moment Mtr và Mg xác định theo công thức sau 𝑀𝑡𝑟 = 𝑅 ∑ 𝑔𝑖 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑖 + ∑ 𝑊𝑖 𝑍𝑖 𝑀𝑔 = 𝑅 (∑ 𝑔𝑖 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 𝑡𝑔𝜑𝑖𝐼 + ∑ 𝑐𝑖𝐼 𝑙𝑖 ) trong đó: R (m): bán kính cung trượt gi (kN/m) : tổng trọng lượng của các lớp đất, các cấu kiện công trình và của hoạt tải trong phạm vi cột đất thứ i trên 1m chiều dài bến αi : góc nghiêng so với đường nằm ngang của đường tiếp tuyến với cung trượt ở giao điểm cung trượt với đường tác động của lực gi 68
𝛼𝑖 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛
𝑟𝑖 𝑅
ri : khoảng cách theo đường nằm ngang từ tâm quay O đến đường tác động của lực gi φiI và ciI : tương ứng là góc nội ma sát và lực dính của đất ở đáy cột đất thứ i li : chiều dài đoạn cung ở đáy cột thứ i Wi : áp lực thủy động tăng thêm, xét trên 1m chiều dài bến, tính theo công thức
69
8.2, Kiểm tra ổn định trượt phẳng Sơ đồ tính trượt phẳng
Trượt phẳng có neo của cừ được xác định đến cả khối đất giữa cừ và bản neo. Theo điều 13.17 Tiêu chuẩn 207-92, thì điều kiện ổn định là: 𝑛−1
𝑛𝑐 𝑛𝑚𝑑 (∑ 𝑊𝑖 + 𝐸𝑎 ) ≤ 𝑖=1
𝑚 (𝐸 + 𝐸𝑝2 + 𝑊𝑛 ) 𝑘𝑛 𝑝1
trong đó: Các hệ số kn, nc, n theo điều 13.13 Tiêu chuẩn 207-92 kn = 1,15 (là hệ số đảm bảo, xét đến tầm quan trọng và cấp của công trình) đối với công trình bến cấp III nc = 1 (là hệ số tổ hợp tải trọng) đối với tổ hợp tải trọng cơ bản n = 1,25 (là hệ số vượt tải) đối với các công trình bến cảng biển
70
md = 1,2 (là hệ số phụ điều kiện làm việc) khi kiểm tra mất ổn định của khối đất đảm bảo việc neo giữ cho kết cấu kiểu tường cừ điểm 6, bảng 16 điều 13.13 Tiêu chuẩn 22 TCN 207-92 m = 1,15 : hệ số điều kiện làm việc đối với các công trình cảng Xét trên 1 m chiều dài bến và bỏ qua lực dính của các lớp đất, ta có G1 = 2,3025(m3).8,3(kN/m3) + 36,1567(m3).12(kN/m3) + 3,9062(m3).22(kN/m3) = 538,93 (kN) G2 = 91,3129(m3).12(kN/m3) + 20,7959(m3).22(kN/m3) = 1553,26 (kN) G3 = 9,6195(m3).10,34(kN/m3) + 18,567(m3).19,6(kN/m3) = 463,38 (kN) 𝑊𝑖 = 𝜑𝑖
với 𝛼𝑖 = (45 − 𝑊1 =
2
𝐺𝑖 𝑐𝑖 𝑏𝑖 − 𝑡𝑔(𝛼𝑖 + 𝜑𝑖 ) 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑖 + 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑖 . 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 . 𝑡𝑔𝜑𝑖
)
538,93 76.1,61 − = 141,75 (𝑘𝑁) 𝑡𝑔(29,5 + 31) 𝑠𝑖𝑛29,5 + 𝑠𝑖𝑛29,5. 𝑐𝑜𝑠29,5. 𝑡𝑔31
𝑊2 =
1553,26 0 − = 565,34 (𝑘𝑁) 𝑡𝑔(20 + 50) 𝑠𝑖𝑛20 + 𝑠𝑖𝑛20. 𝑐𝑜𝑠20. 𝑡𝑔50 𝑊𝑛 =
với 𝛽𝑛 = (45 + 𝑊𝑛 =
𝜑𝑖 2
𝐺𝑛 𝑐𝑖 𝑏𝑖 − 𝑡𝑔(𝛽𝑛 + 𝜑𝑖 ) 𝑠𝑖𝑛𝛽𝑛 + 𝑠𝑖𝑛𝛽𝑛 . 𝑐𝑜𝑠𝛽𝑛 . 𝑡𝑔𝜑𝑖
)
463,38 3,3.9,69 − = 𝑡𝑔(60,5 + 31) 𝑠𝑖𝑛60,5 + 𝑠𝑖𝑛60,5. 𝑐𝑜𝑠60,5. 𝑡𝑔31
71
