Hướng dẫn tính toán công trinh bến bằng phần mềm sap 2000

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 chị
u 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 LỆ
CH 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 BẾ
N

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 b
ản 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 dụ
ng 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 C
B
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 C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
trong trường hợp ballast 21
Bảng I.10 Xác định hệ số C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
trong trường hợp đầy tải 22
Bảng I.11 Xác định hệ số C
TCforward
, C
TCaft
, C
LC
, C
CT
, C
CL
26
Bảng I.12 Xác định hệ số C
YFC

, C
YAC
, C
XC
27
Bảng I.13 Chiều cao sóng có nghĩa H
s
tác dụng lên tàu neo bến tại vùng của biển 28
Bảng I.14 Chiều cao sóng có nghĩa H
s
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 K
h
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 C
D
và C
M
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 C
TCforward
, C
TCaft
, C

CL
24
Hình I.6 Đồ thị dùng để xác định hệ số C
CT
25
Hình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số C
CL
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 C
D
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 C
D
43
Hình I.21 Bản đồ phân vùng áp lực gió 47
Hình I.22 Xác định hệ số C

x
48
Hình I.23 Kích thước loại cẩu container 50
Hình I.24 Xác định hệ số K
im
64
Hình I.25 Xác định hệ số K
Dm
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 th
ể 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 so
ạn
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 c
ần 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
so
ạn 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 chư
a 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
ch
ống 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 nộ
i 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 L
u
, chiều dài chịu nén L
n
, chiều dài chịu xoắn L
x
.
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 bả
o 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 d
ưới 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
Stt Các hạng mục tính toán
Tiêu chuẩn áp dụng
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



- Chiều dài chịu uốn của cọc

- Chiều dài chịu nén của cọc
- Chiều dài chịu xoắn của
cọc

20 TCN 21-86

TCXD205-1998

20 TCN 21-86





Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế
Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế
Móng cọc – Tiêu
chuẩn thiết kế







Zavriev &
G.K.Shpiro. Thiết
kế móng sâu trụ
cầu., Maxcơ
va,
1975.
4 Tải trọng do tàu
- Tải trọng va
- Tải trọng neo

BS 6349-4:1994
BS 6349-1: 2000

British Standard
British Standard
Port Designer ’s
Handbook


Stt Các hạng mục tính toán
Tiêu chuẩn áp dụng
Sách chuyên khảo
Mã hiệu Tên tiêu chuẩn
5 Tải trọng chênh lệch nhiệt độ BS 6349-1:1994
TCVN-4088:1985
British Standard
Số liệu khí hậu
dùng trong thiết kế
xây dựng

6 Tải trọng động đất 22TCN-272-95
AASHTO LRFD
Tiêu chuẩn thiết kế
cầu– Tiêu chuẩn kỹ
thuật công trình
giao thông Tập VIII

7 Tải trọng do sóng tác dụng
lên cọc
Recommendations

of Committee for
Waterfront
Structures
Habours and
Waterways EAU
2004
8 Tải trọng do dòng chảy tác
dụng lên cọc
BS 6349-1: 2000

British Standard
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
hóa
Port Designer ’s
Handbook
11 Tải trọng hoạt tải cần cẩu
container
BS 6349-1: 2000

British Standard
12 Quy định về vật liệu BS 5400:3-2000
BS 5400:4-1990
TCVN4116:1985

TCVN5575-1991

British Standard
British Standard
Kết cấu bê tông và
bê tông cốt thép
thủy công. TCTK.
Kết cấu thép. Tiêu
chuẩn thiết kế.

13 Tải trọng do áp lực đất BS 6349:1-2000
22 TCN 207-92
British Standard
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

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
Length between perps
≈ 0.95 *Length overall

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 L
u

 Diện tích quy đổi F’
 Momen xoắn tính đổi J'
x

Do các chiều dài L
u
, L
n
, L
x
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 L
u

,
xác định theo công thức sau: (Hình I.3)
eou
llL 
bd
ou
lL

2


Trong đó :
L : Chiều dài của cọc thiết kế, m
L
u
: Chiều dài cộc chịu uốn, m
l
o
: Chiều dài tự do của cọc (có tính đến chiều dày lớp bùn sét), m

bd
: Hệ số biến dạng, 1/m

5
.
.
IE
bK
b
c

bd



K : Hệ số tỷ lệ, T/m
4
, được lấy tuỳ thuộc vào loại đất xung quanh cọc theo bảng I.3

b
c
: Chiều rộng quy ước của cọc, m
Đối với cọc ống, cọc nhồi có đường kính
 0,8m: b
c
= d + 1m
Đối với các loại cọc khác : b
c
= 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
E
b
: Mođun biến dạng ban đầu của vật liệu cọc khi nén và kéo, T/m
2
,
I : Momen quán tính tiết diện ngang cọc, m
4
.
* Đối với cọc ống:


3926,0
3
 DI

* Đối với cọc vuông:

12
.
3
hb
I 

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


Hình I.3 Độ sâu ngàm tương đương

Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K
Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó
Hệ số tỷ lệ K (T/m
4
) cho cọc
Đóng Nhồi, cọc ống
và cọc cột
Sét, á sét dẻo chảy (0.75 < Is <1)
60 - 250 50 - 200

Sét và á sét dẻo mềm (0.5 < Is < 0.75), á cát dẻo (0 
Is
 1), cát bụi (0.6  e  0.8).
250 - 500 200 - 400
Sét, á sét ít dẻo và nửa cứng (0  Is  0.75), á cát
cứng (Is < 0), Cát mịn (0.6
 e  0.75), cát hạt trung
(0.55
 e  0.7)
500 - 800 400 - 600
Sét và á sét cứng (Is < 0), cát hạt thô (0.65 e  0.7).
800 - 1300 600 - 1000
Cát sỏi (0.55 e  0.7), dăm cuội có cát lấp nhét
1000 – 2000
Chú thích:
1.
Giá trị nhỏ của hệ số K trong bảng trên tương ứng với giá trị của chỉ số độ sệt Is của
L-l
o

Đường trục trung hòa
Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó
Hệ số tỷ lệ K (T/m
4
) cho cọc
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.

o
on
EF
LL


3
10.7

Trong đó:
L
o
: 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/m
2

F : Diện tích tiết diện ngang cọc, m
2

Diện tích quy đổi
+ Độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương ứng chiều dài chịu nén L
N
:

N
N
L
EF



+ Độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương ứng chiều dài chịu uốn L
u
:

u
u
L
EF'



Để 2 độ cứng chuyển vị thẳng của cọc tương đương nhau thì 
u
= 
N

uN
L

EF
L
EF '



n
u
L
LF
F
.
'


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 L
4
của cọc khi chịu M hoặc chuyển vị xoay đơn vị:


4
4
a
LL
ou


Hệ số
4
a xác định dựa vào
L
là chiều sâu đóng cọc tính đổi:
LL
bd
.



4 
L
< 5,
4
a =2.6958
L
 5,
4
a =2.6724
Độ cứng chống chuyển vị xoay đơn vị đầu cọc:

).(
4
4
4
mT
L
EJ

u
u



Độ cứng chống xoắn của đầu cọc:
).(2.0
45
mTx




Mô men xoắn (J
x
) và mô đuyn trượt (G) của vật liệu xác định như sau:
)(.0.2
4
mJJ
ux


)/(
6.2
2
mT
E
G 

Chiều dài chịu xoắn của cọc:

)(
.
5
m
JG
L
x
x



Tính đổi giữa L
x
và L
u
dựa vào J
x
và J'
x
(mô men xoắn tính đổi):

x
u
x
x
L
L
J
J


'

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 M
d
x V
2
xC
Trong đó:
E Năng lượng va (kN.m)
M
d
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 = C
H
.C
E
.C
C
.C
S

C

H

Hệ số khối thuỷ động lực
BC
D
C
B
H
2
.
1



C
E

Hệ số xét đến độ lệch tâm
22
222
cos
r
i
ri
C
E





C
S
Hệ số xét đến độ mềm, C
S
= 1.0 đối với tàu nhỏ, C
S
= 0.9 - 1.0 đối với tàu lớn
C
C
Hệ số xét đến hình dạng của bến, C
C
= 0.8 – 1.0
i Bán kính định khuynh của tàu, m. Với i = (0.2 – 0.25)L
bp

L
bp
Chiều dài tàu tính giữa hai đường vuông góc (m)
C
B

Hệ số khối, C
B
tính theo công thức

*** DBL
M
C
bp

d
B

hoặc tra Bảng I.5
 Trọng lượng riêng của nước biển  = 10.3 KN/m
3

r
Khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến trọng tâm tàu (m). Bến liền bờ:
OA
Lr *
4
1


Bến nhô:
OA
Lr *
6
1


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 =90
0

L

oA
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
thuận lợi
Điều kiện
bình thường
Điều kiện
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 C
B

Loại tàu Hệ số C
B

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 ph
ản lực tác dụng vuông góc với bến: R
X
(T)
- Thành phần của phản lực tác dụng song song với bến: R
Y
= R
X
.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 R
X
, R
Y
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)

)
.8

(.22
2
h
B
L
h
B
hl 

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 :

24
24
10
) (10
WLLWLW
WLTWaftTWforwardTW
VACF

VACCF







Trong đó :
F
TW
: Lực do gió theo phương ngang tàu tác dụng mũi tàu và đuôi tàu (KN)
F
LW
: Lực do gió theo phương dọc tàu (KN)
V
W
: 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 V
W
theo Bảng I.7 và bảng I.8,
A
L
: Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m
2
)
C
TWforward
: Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu

C
TWaft
: Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu
C
LW
: Hệ số cản gió theo phương dọc tàu
 : Mật độ không khí, Kg/m
3
,  = 1.1703 Kg/m
3
tại 30
o
C
 = 1.3096 Kg/m
3
tại 0
o
C
Hệ số C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10
A
L
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 :

2012

2012
).(
2
2
W
TWXWXW
W
LWYFWYAWYW
V
ACF
V
ACCF





Trong đó :
F
YW
: Lực do gió theo phương ngang tàu (KN)
F
XW
: Lực do gió theo phương dọc tàu (KN)
A

L
: Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m
2
)
A
T
: Diện tích chắn gió theo phương ngang tàu phần nằm trên mặt nước (m
2
)

C
YFW
: Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu
C
YAW
: Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu
C
XW
: Hệ số cản gió theo phương dọc tàu

A
: Mật độ không khí, Kg/m
3
, 
a
= 1.223 Kg/m
3
tại 20
o
C

V
W
: 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 C
YAW
, C
YFW
, C
XW
xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10

A
L
, A
T
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.
Bảng I.9 Xác định hệ số C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
trong trường hợp ballast


Bảng I.10 Xác định hệ số C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
trong trường hợp đầy tải


I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy

I.6.2.2.1 Lực neo do dòng chảy theo BS 6349-1:2000
Lực neo do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau :

24
24
10
) (10
CmbpCLLCLC
CmbpCTTCaftTCforwardTC
VdLCCF
VdLCCCF







Trong đó:
F
TC
: Lực dòng chảy theo phương ngang tàu (KN)
F
LC
: Lực dòng chảy theo phương dọc tàu (KN)
V
c
: Vận tốc dòng chảy trung bình (m/s )
d
m

: Mớn nước của tàu (m)
L
bp
: Chiều dài tàu giữa hai thành cong (m)
C
TCforward
: Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía mũi tàu theo phương ngang tàu
C
TCaft
: Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía đuôi tàu theo phương ngang tàu
C
LC
: Hệ số lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu
C
CT
: Hệ số lực cản dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu
C
CL
: Hệ số lực cản dòng chảy theo phương dọc tàu

: Dung trọng của nước, kg/m
3
.
Đối với nước biển  = 1025 kg/m
3

Đối với nước ngọt  = 1000 kg/m
3

Hệ số C

TCforward
, C
TCaft
, C
LC
xác định dựa vào Hình I.5
Hệ số C
CT
xác định dựa vào Hình I.6
Hệ số C
CL
xác định dựa vào Hình I.7

Hình I.5
Đồ thị dùng để xác định hệ số C
TCforward
, C
TCaft
, C
LC








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

CT


Hình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số C
CL


Lưu ý: Hệ số C
CL
, C
CT
được tính khi tỷ lệ
6
m
d
d
.
Đối với tàu dầu có trọng tải lớn hoặc tàu rất lớn tra theo Bảng I.11