CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



3.1. Tóm tắt số liệu thiết kế:

3.1.1. Số liệu tàu

STT

1



Loại tàu



Tàu hàng rời 70.000DWT



3.1.2.



Chiều dài Lt (m)



Chiều rộng Bt(m)



Mớn nướcT(m)



233



32,3



13.7



Số liệu mực nước

Mực nước



Hệ hòn dấu



Hệ hải đồ



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-35-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY

MNCTK ( tần suất P=1%)



+0.94



+2.01



MNTB (tần suất P=50%)



+0.00



+1.07



MNTTK (tần suất P=99%)



-1.26



-0.19



3.1.3. Tải trọng tác động

+ Hoạt tải trên bến (tải xe chun dụng chở cơng nhân, phương tiện phục vụ cho việc sửa

chữa, duy tu, bảo dưỡng thiết bị trên bến, vệ sinh tàu và khu cảng): quy về tải phân bố đều

2T/m2

+ Tải trọng thiết bị: cần trục, băng tải,...

+ Trọng lượng bản thân .

+ Tải trọng do tàu.

+ Tác động gió, dòng chảy.

3.2. Thơng số cơ bản của bến

Được tính ở chương quy hoạch kết quả như sau:

Bảng -3: Tổng hợp các thơng số của bến

TT



Hạng mục



Đơn vị



Tàu 70.000 DWT



Chọn



1



Cao độ đỉnh bến



m



5.0



5.0



2



Chiều dài bến



m



300



300



4



Cao độ đáy bến



m



-15.5



-15.50



5



Bề rộng bến



m



34.0



34.0



6



Chiều dài khu nước trước bến



m



350



350



7



Chiều rộng khu nước trước bên



m



97



97



8



Đường kính khu quay vòng



m



466



466



9



Cao độ khu quay vòng



m



-15,07



-15,1



3.3. Tính tốn tải trọng tác động:

3.3.1. Tải trọng do tàu

a. Lực va khi tàu cập bến

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam:



Tính tốn lực va tàu :



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-36-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



E=.



D.V 2

2



Trong đó :

D : Lượng rẽ nước của tàu tính tốn ( T) (nội suy từ phụ lục 4 22TCN22-94)

V :Thành phần vng góc ( với mặt cơng trình ) của tốc độ cập tàu m/s . (tra bảng

29.22TCN222-94)

 : Hệ số ( Tra bảng 30 .22 TCN222-94 )

Bảng -4 :Lực va tàu theo tiêu chuẩnViệt Nam



D

V

0.55

87500

0.09

 Theo tiêu chuẩn Nhật Bản :

Ngoại lực do một tàu cập bến được tính theo cơng thức sau :

Ef = .Ce.Cm.CsCc

Trong đó Ef, Ms,V,Ce,Cm,Cs,Cc là :

- Cm : hệ số khối lượng ảo

- Cs: hệ số độ mềm lấy 1.0

- Cc :hệ số hình thể của bến

- Ef : Năng lượng cập bến của tàu (Kj =kN.m)

- Ms :khối lượng của tàu (T)

- V :tốc độ cập bến của tàu (m/s)

- Ce : hệ số lệch tâm



E

194.9



Xác định hệ số như sau:

(Ms lấy bằng trọng tải chốn chỗ DT)

Log (Ms )= 0,913. log(DWT) +0,511 = 0,913. log(70000) +0,511

Cm=1. trong đó

Cb= ;Lpp =0,285. log(DWT) +0.964=0,285. log(70000) +0.964

=Ms/1.03 =96000/1.03



Bảng -1: Tính hệ số Cm

D(mớn nước

đầy tải)

13.7



-



B bề rơng

32.3



thể tích nước bị tàu

chiếm chỗ

93203.88



Lpp chiều dài giữa 2

trụ neo

212.25



Cb



Cm



0.99



1.342



Hệ số lệch tâm Ce =



L= 0.5*α+e(1-k)*Lppcosθ

r = (0.19*cb+0.11)*Lpp= (0.19*0.99+0.11)*212.25



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-37-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



Bảng -2: Tính hệ số Ce



α



k



1/3



0.5



Lpp



θ



L



212.25

10o

17.42

Bảng -3: Tính tốn lực va tàu



r



Ce



63.27



0.928



Ms

V

Ce

Cm

Cs

Cc

Ef

96000

0.052

0.93

1.342

1.0

1.0

162

Nhận xét 2 cơng thức của 2 tiêu chuẩn nói chung cơ bản giống nhau nhưng ở tiêu chuẩn

Nhật u cầu vận tốc cập bến nhỏ hơn nên lực va nhỏ hơn,để an tồn cho bến ta lựa chọn

lực va là : 195 Kj

 Chọn đệm tàu là loại LMD.F-800H -2500L-CL2 có các thơng số kỹ thuật như sau:

- Chiều cao :800 mm

- Chiều dài :2900mm

- Khả năng chịu năng lượng va tàu: E = 250 (Kj)

- Với động năng va tàu 195(Kj) tra bảng ta được lực va :

Fq = 167.5 (T)

-



Thành phần song song với mép bến của được xác định như sau:

Fn = Fp = 0,5.167.5= 83.75(T)

b. Lực neo

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam

• Tải trọng do gió tác dụng lên tầu :



Tải trọng do gió tác dụng lên tàu gồm có thành phần ngang W q và thành phần dọc W n

phụ thuộc vào các thành phần diện tích cản gió của tầu và vận tốc gió theo các phương.

Wq = 73,6.10-5.Aq.Vq².ξ

Wn = 49,0.10-5.An.Vn².ξ

Trong đó:

vq và vn - Các vận tốc gió theo phương ngang và dọc tầu có suất đảm bảo 2% đơn vị

m/s. Nhưng do ở tần suất 2% gió có cường độ là 35.1m/s vượt qua cấp gió cho phép hoạt

động là cấp 8 nên lấy vận tốc gió theo cấp 8 là 21m/s.

ξ - Hệ số lấy theo bảng 26 (tiêu chuẩn 22 TCN 222 -95).

Aqvà An - Các diện tích cản gió của tầu theo phương ngang và dọc của tàu, theo

tiêu chuẩn22 TCN 222-95:

Aq = αqL2t,max

An = αnB2

Trong đó:

Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-38-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



αq , αn – hệ số xác định theo Bảng 1, Bảng 2 – phụ lục 3, tiêu chuẩn 22TCN222-95.

Bảng 4.1: Lực tác dụng lên tầu do gió:

Hướng

gió



Có hàng



Ngang



Lực tác dụng lườn tàu(KN)



vận tốc

gió



hệ số



v m/s



ξ



Ngang Wq



2443



21



0,5



396.5



939



21



0.9



4615



αn



D.T.

cản giữ

A m2



αq



21



0,5



1252



21



0.9



0.045



Dọc



0,9



khơng



Ngang



hàng



0.085



Dọc



1,2



Dọc Wn

182.6



749

234.5



• Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tầu:

Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu gồm có thành phần phương ngang Q ω và thành

phần theo phương dọc Nω :

Qω = 0,59.A1.vt2

Nω = 0,59.At.v12

Trong đó :

A1 và At - Diện tích chắn nước theo phương ngang và dọc của tầu(m 2).

V1 và Vt - Vận tốc dòng chảy theo phương ngang và dọc tàu tần suất 2 % đơn vị m/s.

Diện tích cản nước của tàu được tính như sau :

A = L.T

Trong đó T là mớn nước (m), L là chiều dài hoặc chiều rộng của tàu.

Bảng 4.2: Lực tác dụng của dòng chảy lên tàu:

Trạng

thái



Chiều dòng

chảy



Lực tác dụng lườn tàu(KN)



D.T cản



Vận tốc

dòng chảy



A



v



Ngang Qw

191.77



có



Ngang



3611.5



0,3



hàng



Dọc



500.65



0.7



khơng



Ngang



978.6



0,3



hàng



Dọc



135.66



0.7



Dọc Nw

144.7



51.96

39.22



c. Lực neo tầu lên cơng trình, khoảng cách bích neo

Chọn số bích neo là 10, khoảng cách max giữa các bích neo là 30 (m).

Từ bảng 31 trong tiêu chuẩn 22 TCN 222-95 ta có số bích neo chịu lực là n = 6 bích neo.

Lực tác dụng của tàu lên bích neo là :

Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-39-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



∑Q



S=



tot



n.sin α . cos β



Trong đó :

- Qtot = Wq + Qω (KN)

- n là số bích neo chịu lực.

- α và β là các góc nghiêng của dây neo lấy theo bảng 32 ( tiêu chuẩn 22 TCN 222-95).

Từ đó, ta có lực tác dụng lên neo là:

- Theo phương vng góc với mép bến:

Qtot

n



Sq =



- Theo phương song song với mép bến:

Sn = S.cosα.cosβ

- Theo phương thẳng đứng:

Sv = S.sinβ

Lực neo cho 1 m chiều dài bến(Theo phương vng góc với mép bến) là:

Sq



Sl =



n



(KN/m)



Sv

S



α



Sn



β



Sq

mỈt bÕn



Hình 3.1: Sơ đồ phân bố lực neo cho một bích neo.

Bảng 4.3.1 :Tính tốn lực neo tàu

Trạng

thái



Wq



Qw



Qtot



(KN)



(KN)



(KN)



n



α



β



s



Sq



Sn



Sv



Sl



đ

ộ



đ

ộ



(KN)



(KN)



(KN)



(KN)



(KN)



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-40-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



Đầy hàng



396.5



191.7

7



588.2

7



6



3

0



2

0



208.7



98.0



217.1



71.4



16.3



Khơng

hàng



749



51.96



801



6



3

0



4

0



326



124.8



181.5



209.5



20.8



Do tàu 70.000DWT > 50.000 DWT nên tính thêm lực neo hai đầu bến.

Bảng 4.3.2 :Tính tốn lực neo 2 đầu bến

Trạng

thái



Wq



Qw



Ntot



(KN)



(KN)



182.6



144.7



327.3



Khơng

hàng



234.5



39.22



273.7

2



α



β



s



Sq



Sn



Sv



Sl



đ

ộ



đ

ộ



(KN)



(KN)



(KN)



(KN)



(KN)



6



3

0



2

0



116.1



54.55



94.5



39.7



9.1



6



3

0



4

0



119.1



45.62



79.0



76.55



21.15



(KN)



Đầy hàng



n



c. Lực tựa tàu

Tổng lực ngang do gió, sóng và dòng chảy Qot (kN) :

Qt = Wq + Qw

Tải trọng do tàu tựa lên cơng trình : q (kN/m).

q = 1,1.Qt/ld

Trong đó :

ld: chiều dài đoạn thẳng thành tàu.

(được xác định theo cơng thức 135 tiêu chuẩn ngành 22 TCN 222- 95)

ld= aδ .Lt,max

Trong đó :

aδ: Hệ số xác định theo bảng 3, phụ lục 3 tiêu chuẩn ngành 22 TCN 222-95.

Lt,max: Chiều dài tàu tính tốn lớn nhất Lt,max= 233 m

Bảng 4.4 :Tính tốn lực tựa tàu

Trường hợp



aδ



ld (m)



Qt (kN)



q (kN/m)



Đầy hàng



0,4



93,2



752.07



8.876



Khơng hàng



0,3



69,9



761.5



11.98



Bảng 4.5: Tổng hợp tải trọng tác động do tàu

Stt



Hạng mục



1



Đầy hàng



T/m



Tải trọng tựa tàu



2



Đ.vị



0.8876



Khơng hàng

1.198



Tải trọng neo tàu:



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-41-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



- Lực căng dây neo S



20.8



32.6



- T.phần vng góc với mép bến Sq



T



9.8



12.5



- T.phần song song với mép bến Sn



T



21.7



18.1



- T.phần thẳng đứng với mặt bến Sv



T



7.14



21



- T.phần vng góc với mép bến Fq



T



125



-



- T.phần song song với mép bến Fn



3



T



T



62.5



-



Tải trọng va tàu:



Chọn bích neo R50 lực căng 50T.

3.3.2.



Tải trọng do chân cần trục

Sơ đồ tải trọng tại bánh xe cần trục

13250



960



25T



1080



25T



960



25T



1500



25T



960



25T



1080



25T



960



25T



960



25T



25T



1080



25T



960



25T



1500



25T



960



25T



1080



25T



960



25T



25T



Chọn ray cần trục:

- Ray: Loại ray A100 hoặc loại ray phù hợp với u cầu của nhà cung cấp cẩu.

- Ray được giữ neo bằng bulong và cóc ray, bulong liên kết được chơn sẵn trong bê

tơng khi đổ bê tơng dầm cần trục và bản mặt cầu.

- Tại hai đầu bến, đường cần trục làm hệ thống mốc chắn, đảm bảo an tồn cho cần

trục.

- Ngồi ra còn bố trí hệ thống chốt cần trục, mốc neo cần trục (khi có bão), rãnh rải

cáp điện khi cần trục làm việc dọc theo ray cần trục cùng một số phụ kiện khác...

3.4. Thiết kế sơ bộ :

3.4.1. Đề xuất phương án :

Bến có chiều dài 300m, chia làm 5 phân đoạn mỗi phân đoạn dài 60 m.Giữa các phân đoạn

là khe lún 2cm.Căn cứ vào các yếu tố về địa chất đề xuất 2 phương án như sau:

a. Phương án 1:

- Cầu tàu bệ cọc cao, hệ dầm bản trên nền cọc ống thép.

- Hàng thứ nhất (A)dưới dầm cần trục ngồi bố trí cọc ống thép D914 dày 16mm,xiên

1:10 ngồi bến và 1:6 ở trong.Xiên khơng gian là 15o

- Hàng thứ 4(D) dưới dầm cần trục trong bố trí cọc thép D914 dày 16mm,2 hàng cọc xiên

1:6 , xiên khơng gian là 15o.

- Dầm cần trục có kích thước bxh =110x160 cm.

- Dầm ngang và dọc có kích thước bxh = 90x140 cm.

- Các cọc còn lại sử dụng loại cọc D914 dày 16mm bố trí thẳng đứng.

Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-42-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



6:1



6:1



6:1



15°



:1

6:1



6:1



630



15°



6:1



15°



200

630



6:1



15°



10

:1



630



15°



15°



6:1



630



15°



10

:1



10

:1



15°



200



15°



15°



6:1



6:1



10

:1



:1

10



630



15°



15°



15°



15°



15°



6:1



6:1



15°



:1



630



15°



6:1

10



:1



15°



200



15°



15°



15°



6:1

:1

10



:1

10



10



15°



15°



15°



15°



6:1



6:1



6:1

15°



6:1



15°



15°



200

165



6:1



6:1



6:1



15°



15°



15°



15°



6:1



6:1



6:1

15°



15°



15°



6:1



15°



6:1



15°



Dầm dọc DD

bxh=90x140cm



Dầm ngang DN

bxh=90x140cm



6:1



Cọc ống thép D914mm



Dầm cần trục CT

bxh=110x160cm



6:1



-



Bước cọc theo phương dọc bến là 630 cm, cách hai đầu phân đoạn là 165 cm.

Bước cọc theo phương ngang bến là 600cm, phía ngồi cách mép bến 275cm, hàng cuối

cách mép bến là 125cm.

Có 10 dầm ngang ,4 dầm dọc và 2 dầm cần trục.

Bản mặt bằng BTCT M400# dày 30cm, lớp phủ dày 10cm bằng bê tơng asphant,



6:1



-



15°



200

630



630



630



5999



164

2



3400

275



1800



275

Dầm cần trục

bxh=120x160cm

Bích neo R50

Đệm tàu LMD.F-800H



600



1325



600



600



Dầm dọc DD1

bxh=100x140cm



600



600



125



Dầm cần trục CT1

bxh=120x160cm



Ray cần trục



CTMB +5.60



líP BT L¸T MỈT DµY 10CM

MỈT CÇU btct m400, DµY30CM



+6.80

lan can



MNCTK +0.94

MNTTK -0.19



1:10



1:6



Cọc ống thép D914



-0.22



1:6



1:6



CTDB -15.50



1a



1c



2a

3



-29.5



4a

4b



-



b. Phương án 2 :

Cầu tàu bệ cọc cao, hệ dầm bản trên nền cọc ống BTCT ƯST.



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-43-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



-



-



Nền cọc sử dụng cọc ống BTCT ƯST D=1000mm; hàng cọc A xiên 1:10, hàng cọc D,

xiên 1:6; chiều dài cọc khoảng 37m, mũi cọc tới cao trình khoảng -32,0m nằm trong tầng

đất tốt.

Dầm ngang và dầm dọc bằng BTCT đổ tại chỗ, tiết diện 90x140cm, dưới chân cần trục

dầm tiết diện 110x160cm.

Bản mặt bằng BTCT M400# dày 30cm, lớp phủ dày 10cm bằng bê tơng asphant,

Bước cọc theo phương dọc bến là 520 cm, cách hai đầu phân đoạn là 140 cm.

Bước cọc theo phương ngang bến là 450cm, phía ngồi cách mép bến 275cm, hàng cuối

cách mép bến là 125cm.

Có 11 dầm ngang ,5 dầm dọc và 2 dầm cần trục.



15°



15°



15°



15°



15°



10:1



10:1



15°



520



15°



6:1

6:

1



6:

1



6:

1



15°



520



15°



6:1



15°



15°



10:1



15°



520



15°



6:1



15°



6:

1



15°



6:1



6:1



10:1



520

5999



10:1



15°



15°



6:1



6:1



6:1



10:1



520



15°



15°



6:1



15°



6:1



6:1



10:1



520



15°



15°



6:1



15°



6:1



6:1



520



10:1



15°



15°



15°



6:1



10:1



520



15°



15°



6:1



10:1



10:1



15°



15°



15°



15°



6:1



15°



15°



6:1



6:1

15°



140 520



6:1



15°



15°



15°



6:1



6:1



6:1



6:1



15°



15°



15°



6:1



6:1



6:1

15°



15°



15°



6:1

6:1



15°



Dầm dọc DD

bxh=90x140cm



Dầm ngang DN

bxh=90x140cm



Cọc BTUST D1000mm



Dầm cần trục CT

bxh=120x160cm



15°



520



15°



520

2



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-44-



TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH: CAO TIẾN ĐƠNG -8449.52



BỘ MƠN CẢNG ĐƯỜNG THỦY



3550

275



1800



275



450



Dầm cần trục

bxh=120x160cm

Bích neo R50

Đệm tàu LMD.F-800H



450



1475

450



Dầm dọc DD1

bxh=100x140cm



450



450



450



450



Dầ m cần trục CT1

bxh=120x160cm



Ray cần trục



líP BT L¸T MỈT DµY 10CM



CTMB +5.60



MỈT CÇU btct m400, DµY30CM



125

+6.80

lan can



MNCTK +0.94

MNTTK -0.19



1:10



1:6

1:6



1:6



Cọc BTUST D1000



CTDB -15.50



1a



1c



2a

3



-29.5



4a

4b



c. Thiết kế cầu dẫn

Kết cấu cầu dẫn chưa được đề cập trong thiết kế cơ sở, căn cứ phương án kết cấu bến đề

xuất, TVTK dự kiến kết cấu cầu dẫn như sau:

+ Cao trình đỉnh:

+5,6m hệ Hải Đồ

+ Chiều dài cầu dẫn:



80,0m



+ Chiều rộng cầu dẫn:



6,0m



+ Nền cọc ống thép D812,8mm. Bước cọc theo phương ngang và phương dọc bến lần lượt

là 5m và 6,0m.

+ Hệ thống dầm dọc, dầm ngang kích thước 80x120cm, kết cấu dầm bằng BTCT đá 1x2

mác M400-B6.

+ Bản mặt cầu: Kết cầu bằng BTCT đá 1x2 dày 30cm mác M400-B6.

Dầm dọc

bxh=80x120cm



Dầm ngang DN

bxh=80x120cm



500



600



1580

500



500



Cọc thep D812.8mm



200 500



600



600



600



600



600



600

8000



600



600



600



600



600



600 100



Đề tài : Thiết kế bến cầu tàu 70.000DWT - Cảng than - Nhà máy nhiệt điện- Quảng trạch - Quảng bình



-45-