Thiết kế tàu hút bùn - Chương 6

CHƯƠNG 6:
TÍNH TOÁN CỤM NÂNG HẠ CỌC NEO
6.1. SƠ ĐỒ CỤM NÂNG HẠ CỌC NEO:
Hình 6.1 – Sơ đồ cụm nâng hạ cọc neo.
1 – Phao; 2 – Tang; 3 – Cáp; 4 – Puly dẫn hướng; 5 – Cọc neo; 6 – Tai cọc
6.2. CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ CỦA CỌC NEO:
- Cọc neo có nhiệm vụ cắm sâu vào đất nhờ trọng lượng bản thân để giữ cho
tàu có một vò trí nhất đònh lúc thi công cắt đất. Ngoài ra cọc neo còn có nhiệm vụ
trong việc di chuyển tàu theo lối di chuyển 2 cọc neo như sau: muốn di chuyển tàu
đến một vò trí khác ta nâng 1 cọc neo lên và giữ nguyên cọc còn lại cắm xuống đất,
sau đó dùng sào tre đẩy tàu quay quanh cọc neo còn lại, đến một vò trí mới thì hạ
cọc neo thứ 2 cắm sâu vào lòng đất, cố đònh tàu ở vò trí mới.
- đây ta thiết kế 2 cơ cấu tời quay tay để nâng hạ 2 cọc neo riêng biệt.
6.3. TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CỌC NEO:
Cọc hạ xuống rồi cắm sâu vào đất nhờ trọng lượng bản thân cọc. Khi cọc đi
sâu vào đất thì có các lực sau tác dụng vào cọc:
94
- Lực cản do đất tác dụng lên cọc
- Lực ma sát giữa cọc và tai cọc
- Lực đẩy Acsimet.
Trong đó đáng kể nhất, lớn nhất là lực tác dụng của đất lên cọc.
Điều kiện để cọc đi sâu vào đất:
PP
c
≥
(6.1)
Trong đó:
c
P
: trọng lượng cọc.
P

: lực cản của đất tác dụng lên cọc, được tính theo:
α
PPPP
b
++=
0
(6.2)
Với:
0
P
: phản lực của đất ở mũi cọc, ở đây do tải trọng P nhỏ, mũi cọc khá
nhọn nên ta có thể bỏ qua,
0
0
≈P
b
P
: lực ma sát ở mặt bên cọc với đất (phần cọc ngập vào đất), tính bởi:
bbb
FP
τ
..7,0=
(6.3)
Với:
b
τ
: ma sát đơn vò giới hạn trung bình của đất tại mặt bên cọc,
theo (B.2-3).[06] ta chọn
2
/6,0 mT

b
=
τ
b
F
: diện tích tiếp xúc với đất, được tính:
hdF
cb
..
π
=
(6.4)
Với:
c
d
: đường kính ngoài của cọc,
mmd
c
49=
h
: chiều sâu cọc lún vào đất, chọn
mh 3,0=
23
0462,03,0.10.49.14,3 mF
b
==⇒
−
Do đó:
kGkGP
b

204,1910.6,0.0462,0.7,0
3
≈==
α
P
: thành phần lực tác dụng lên cọc do đất di chuyển theo phương ngang, ở
đây do
0=
α
nên
0=
α
P
.
Thế các số liệu trên vào ta tính được:
kGPP
b
20==
6.3.1. Chiều dài cọc:
321
hhhL
c
++=
(6.5)
95
Trong đó:
1
h
: chiều cao từ mặt đất sau khi đã thi công hoàn tất đến mặt nước,
mh 2

1
=
2
h
: chiều sâu cọc lún vào đất,
mh 3,0
2
=
3
h
: chiều cao từ mặt nước đến tai cọc, chọn
mh 3,0
3
=
mL
c
6,23,03,02 =++=⇒
Ta chọn chiều dài cọc:
mL
c
5,3=
6.3.2. Khối lượng cọc:
Cọc ta làm từ một ống thép có:
- Đường kính ngoài:
mmD 49=
- Đường kính trong:
mmd 44=
Trọng lượng 1 cọc là:
( )
tcc

L
dD
G
γ
π
..
4
.
22
−
=
(6.6)
Trong đó
t
γ
: trọng lượng riêng của thép,
3
/7800 mkG
t
=
γ
( )
kGG
c
97,97800.5,3.
4
044,0049,0.14,3
22
=
−

=⇒
Ta chọn
kGG
c
10=
Lực đất tác dụng lên cọc là 19,4kG trong khi đó trọng lượng cọc chỉ 10kG do
đó ta phải thêm vào cọc 1 đối trọng lớn hơn 10kG hay khi cọc rơi xuống chạm mặt
đất ta dùng tay tác dụng thêm vào cọc 1 lực lớn hơn 10kG (lực do tay người tạo nên
có giá trò từ
kG2015 ÷
). Ta chọn phương án thêm đối trọng vào cọc.
6.4. TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ CỌC:
6.4.1. Lực nâng cọc:
NkGPPP
cn
400402020 ==+=+=
6.4.2.Chọn cáp:
Lực kéo đứt:
kSS .
max
=
đ
(6.7)
Trong đó:
max
S
: lức kéo lớn nhất,
NPS
n
400

max
==
k
: hệ số an toàn,
5=k
96
NS 20005.400 ==⇒
đ
Do lực kéo đứt phần này giống phần cơ cấu di chuyển đối trọng nên ta chọn
cáp cùng loại với cáp di chuyển đối trọng, đó là loại cáp:
196xKP
λ
có:
[ ]
NS 12400=
và đường kính cáp
mmd
c
8,4=
6.4.3. Đường kính tang, puly:
Ta chọn giống như tang và puly ở phần di chuyển tải trọng động thể thuận lợi
cho việc chế tạo, thay thế:
- Đường kính tang:
mmD
t
150=
- Đường kính puly:
mmD
pl
125=

6.4.4. Chiều dài tang
t
L
:
- Chiều dài cáp làm việc:
hhL
c
+=
0
(6.8)
Trong đó:
0
h
: chiều sâu từ chỗ cáp liên kết với cọc lúc cọc cắm sâu vào mặt đất khi đã
thi công đạt chiều sâu yêu cầu, ta chọn
mh 3,2
0
=
.
h
: chiều sâu cọc lún sâu vào đất,
mh 3,0=
.
mL
c
6,23,03,2 =+=⇒
Ta chọn:
mL
c
3=

- Số vòng cáp làm việc quấn lên tang:
( ) ( )
8
8,4150.14,3
3000
.
0
=
+
=
+
=
ct
c
dD
L
z
π
(vòng)
- Số vòng cáp dự trữ:
3
1
=z
(vòng)
- Chiều dài tang:
21
.2 LLL
t
+=
(6.9)

Trong đó:
1
L
: khoảng cách từ đầu mép tang đến phần quấn cáp, ta chọn:
mmL 25
1
=
2
L
: chiều dài tang phần quấn cáp, tính bằng:
( ) ( )
mmtzzL 777.38.
02
=+=+=
97
Ta chọn
mmL 80
2
=
mmL
t
1308025.2 =+=⇒
Ta chọn
mmL
t
160=
để giống kích thước chiều dài tang ở cụm di chuyển đối trọng
động.
- Momen do cọc gây nên trên tang:
t

t
c
D
SM
η
.
2
.
max
=
(6.10)
Với:
75,0=
t
η
NmmM
c
2250075,0.
2
150
.400 ==⇒
- Momen do công nhân tác động lên tang:
lPmM
cn
...
ϕ
=
(6.11)
Trong đó:
P

: lực do tay người công nhân gây ra,
NP 150=
l: chiều dài tay quay,
mml 250=
m
: số người quay tời,
1=m
nên
1=
ϕ
ccn
MNmmM >==⇒ 37500250.150.1.1
So với lúc đầu, ta giả thiết rằng trọng lượng 2 cọc neo là
kGG
c
160=
nhưng
lúc này tính chính xác lại thì trọng lượng 2 cọc neo là
kGG
c
40
'
=
như vậy có sự sai
số đi 120kG, trọng lượng sai số này sẽ đóng vai trò là đối trọng cân bằng phao, tức
là nếu trước đây ta cần phải đặt thêm đối trọng vào đằng sau phao thì khi thiết kế
phao xong ta không cần thêm đối trọng nữa nhằm giữ nguyên lại các kích thước
phao mà ta đã thiết kế.
98