TRƯỜNG đại học xây DỰNG bộ môn CẢNG – ĐƯỜNG THỦY đồ án CẢNG BIỂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ
MÔN CẢNG – ĐƯỜNG THỦY
ĐỒ ÁN CẢNG BIỂN


CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO
I. Số liệu tính tốn.
1. Kết cấu cơng trình bến : Cầu tàu cừ sau
2. Phương pháp tính kết cấu :
3. Số liệu về địa chất cơng trình:chiều dày và chỉ tiêu cơ lý các lớp đất theo bảng sau:

Lớp

Mô tả lớp đất

ϕ

C

B

γ
(T/m3)

(Độ)

(T/m2)

h

Độ sệt

(m)
1

Cát pha hạt mịn lẫn bùn sét

3,0

0,77

1,70

12,0

1,80

2

Sét pha màu nâu hồng dẻo mềm

4,0

0,55

1,78

16,0

3,25

3

Sét pha dẻo cứng đến nửa cứng

-

0,23

1,85

18,0

3,85

Bảng 1: Chiều dày và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất.
4. Số liệu về khí tượng, thủy văn :

Số liệu mực nước

Số liệu về gió (m/s) Số liệu về dịng chảy (m/s)

MNCTK

MNTTK

MNTB

Vgdt

Vgnt

Vdcdt

Vdcnt

+4,5

+0,7

+2,6

13,0

15,0

2,2

0,5

Bảng 2 : Số liệu về khí tượng, thủy văn.
5. Số liệu về tàu thiết kế :
- Trọng tải tàu : 6,000 DWT;
- Chiều dài tàu : Lt = 119 (m);
- Chiều rộng tàu : Bt = 16,1 (m);
- Lượng dãn nước : 8,000 (Tấn);
- Mớn nước đầy tải : 7,3 (m);
- Mớn nước không tải : 2,9 (m);
6. Tải trọng hàng hóa, thiết bị :
- Cấp tải trọng : Cấp 2, q =3,0 (T/m2).
7. Thiết bị trên bến :

- Cần trục bánh lốp, sức nâng 30 Tấn, áp lực chân lớn nhất P = 25 Tấn ; Ơtơ H30

CHƯƠNG 2:


TÍNH TỐN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP KẾT CẤU BẾN
2.1 Xác định các kích thước cơ bản của bến

2.1.1 Các cao trình bến
a. Cao trình mặt bến (CTMB)
Cao trình mặt bến lấy theo 2 tiêu chuẩn sau :
 Tiêu chuẩn thiết kế chính.
+). ∇CTMB = ∇MNTB + a
a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và q trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn thiết
kế. Ta lấy a = 2,0 (m).
→ ∇CTMB = 2,6 + 2= 4,6 (m).
 Tiêu chuẩn kiểm tra.
+). ∇CTMB = ∇MNCTK + a
a – Độ cao dự trữ do bảo quản hàng hóa và q trình bốc dỡ theo tiêu chuẩn kiểm
tra. Ta lấy a = 1.0(m)
→ ∇CTMB = 4,5 + 1= 5,5 (m).
Vậy ta chọn cao trình mặt bến bằng: ∇CTMB = 5,5 (m)

b. Chiều sâu trước bến.
Chiều sâu trước bến là độ sâu nước tối thiểu sao cho tàu cập bến khơng bị vướng
mắc.Trong đó có kể đến mớn nước của tàu khi chứa đầy hàng theo quy định và các độ
sau dự phịng khác.
Ta có cơng thức xác định độ sâu trước bến như sau:
H0 = Hct + Z4 (m).

Trong đó :
Hct - Là chiều sâu chạy tàu , Hct = T + Z0+ Z1+ Z2+ Z3
T = 7,3 (m). - Mớn nước khi tàu chở đầy hàng.
Z0 – Mức dự phòng cho sự nghiêng lệch tàu do xếp hàng hóa lên tàu khơng đều và do
hàng hóa bị xê dịch.
Z1 - Độ dự phịng tối thiểu tính với an tồn lái tàu.
Z2 –Độ dự phịng do sóng, theo bài ra trước bến khơng có sóng.
Z3 - Độ dự phịng về tốc độ tính tới sự thay đổi mớn nước của tàu khi chạy so với
mớn nước của tàu khi neo đậu nước tĩnh.
Z4 – Độ dự phòng do sa bồi.
 Xác định các độ dự phòng Z0, Z1, Z2, Z3, Z4.
(Được lấy trong tiêu chuẩn 22-TCN-207-92 )
Z0 = 0.026 x Bt = 0,026 x 16,1 = 0,4186 (m).


Z1 = 0.06 x T = 0,03 x 7,3 = 0,438 (m).
Z2 = 0 (m).
Z3 = 0,15 (m).
Z4 = 0,5 (m).
Ta có chiều sâu chạy tàu là:
Hct = 7,3 + 0,4186 + 0,438 + 0,09 + 0,15 = 8,4 (m).
Vậy ta có độ sâu trước bến là :
H0 = Hct + Z4 = 8,4 + 0,5 = 8,9 (m).
c. Cao trình đáy bến (CTĐB).
Cao trình đáy bến được xác định như sau:
∇CTĐB = ∇MNTTK - H0
∇CTĐB = 0,7 - 8,9 = -8,2 (m).
- Chiều cao trước bến :
H = 5,5 - (- 8,2) = 13,7 (m).
2.1.2 Chiều dài bến:

Chiều dài tuyến bến được xác định phụ thuộc vào chiều dài tàu Lt và khoảng cách
dự phịng d, theo cơng thức sau:
L b = Lt + d
Trong đó d được lấy theo bảng 1-3 / trang 18/ CTBC , lấy d = 15 (m).
Suy ra :

Lb = 119 + 15 = 134 (m).

Chọn chiều dài bến Lb = 134 (m).
Ta chia bến thành 3 phân đoạn, hai phân đoạn dài 46 (m).một phân đoạn dài 42 (m)
2.1.3 Chiều rộng bến
Chiều rộng bến cầu tàu được xác định theo :
• Cơng nghệ bốc xếp trên bến.
• Dựa vào độ dốc ổn định mái dốc và chiều cao trước bến.
Với :

B = m.H

Trong đó:
H - chiều cao trước bến. H = 13,7 (m).
m - Độ dốc ổn định của mái đất dưới gầm cầu tàu m = cotgα ;
chọn m= 2.
=> B = m x H = 3,0 x 13,7 = 27,4 (m) .
Nhưng do công nghệ thiết bị bốc xếp trên bến là Cần trục bánh lốp không cần chiều
rộng bến quá lớn nên chọn :
Chiều rộng bến B = 20 (m).


2.2 Giải pháp kết cấu bến
2.2.1 Hệ kết cấu bến

Công trình bến cầu tàu nói chung so với các loại bến mái nghiêng khác như : Trọng
lực, tường cừ, thì bến cầu tầu nổi bật với đặc điểm sau :Kết cấu nhẹ, ít tốn vật liệu,có
nhiều cấu kiện được đúc sẵn cho nên thi công nhanh và khá dễ dàng. Ngoài ra bến
cầu tầu cừ sau là giải pháp cho các kết cấu trên nền đất yếu,ổn định mái dốc kém và
thiết kế bến cho tàu có tải trọng lớn. Chính vì thế với số liệu thiết kế cho ban đầu thì
em chọn giải pháp bến cầu tầu cừ sau, kết cấu bệ là bản có dầm.
-

2.2.2 Phân đoạn bến
Với chiều dài bến là : Lb = 134 (m).
Vậy ta chia bến thành 3 phân đoạn ,hai phân đoạn bên ngoài dài 46 (m), một phân
đoạn bên trong dài 42 (m).
Chọn 6 bích neo chạy suốt chiều dài bến
Các khe lún có bề rộng 3 cm.
2.2.3 Giả định kích thước cọc, bản, dầm , cừ.
a. Dầm
Chọn hệ dầm ngang ,dọc đan nhau.với kích thước như sau :
b.
c.
-

Kích thước dầm dọc : bxh = 70x100 (cm)
Kích thước dầm ngang : bxh = 70x100 (cm)
Bản
Chọn chiều dày bản bê tông hb = 30 (cm)
Cọc
Chọn cọc BTCT tiết diện 40x40 (cm).
Cọc đóng sâu vào lớp đất thứ 3,bước cọc theo chiều ngang bến là 3,5 m, theo
chiều dọc bến là 4,0 m
- Đóng cọc sâu xuống lớp đất thứ 3.

d. Cừ : Chọn cừ Larssen IV.
- Chiều sâu chôn cừ chọn sơ bộ : Chôn cừ xuống hết lớp đất thứ 2, tức là tại cao
trình (-15,2 m).

CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CẦU TÀU
3.1 Giới thiệu khái quát về tải trọng tác động lên cơng trình bến
Có rất nhiều tải trọng tác động lên cơng trình bến và chúng được quy về các dạng sau:
TT thường xuyên,TT tạm thời,TT đặc biệt.
3.2 Tải trọng bản thân


Kết cấu bên trên của cầu tàu bao gồm bản , dầm dọc, dầm ngang và vòi voi được đổ liền
khối với nhau. Tải trọng bản thân của kết cấu bến bao gồm tải trọng bản thân của bản, hệ
dầm dọc, dầm ngang và vòi voi.
3.2.1 Tải trọng bản thân bản.
Tải trọng bản thân của bản là tải trọng phân bố được xác định :
qban = γbt .b.h
Trong đó:
b : Bề rộng dải bản tính tốn.(b= 3,5 m)
hb : Chiều dày giả định của bản (hb = 30cm).
qban = 2,5.0,3.3,5 = 2,625 (T/m.)
3.2.2 Tải trọng bản thân dầm ngang.
Trọng lượng bản thân dầm ngang có dạng phân bố đều trên chiều dài, có giá trị trên một
mét dài (trừ đi phần dầm nằm liền khối trong bản) là :
qdn = 2,5.(1,0 – 0,3).0,7 = 1,225 T/m
3.2.3 Tải trọng bản thân dầm dọc.
Xét một đoạn dầm dọc có chiều dài 4,0 m nằm vng góc và phân bố đều về 2 phía của
một dầm ngang bất kì. Tải trọng bản thân dầm dọc có dạng tải trọng tập trung đặt tại
điềm giao nhau của dầm ngang và dầm dọc và được tính như sau.

P1 = 2,5.( 1,0 – 0,3).0,7.(4,0 – 0,7) = 4,043 (T).
3.2.4 Tải trọng bản thân vòi voi.
Tải trọng bản thân vịi voi được tính một cách tương đối theo các kich thước đã chọn và
thiên về an toàn, có dạng tập trung đặt tại đầu dầm ngang và có giá trị.
Pvv = 4,5 (T)
3.3 Tải trọng do tàu.
Theo 22TCN222 – 95 khi tính tốn cơng trình thủy chịu tải trọng do tàu (vật nổi) cần xác
định :
 Tải trọng do gió, dịng chảy và sóng tác động lên tàu.
 Tải trọng tàu đang neo đậu ở bến tựa lên cơng trình bến dưới tác dụng của gió, dịng
chảy và sóng gọi là tải trọng tựa tàu.
 Tải trọng va khi tàu cập vào cơng trình bến.
Tải trọng kéo vào dây neo khi gió, dịng chảy tác động lên tàu
3.3.1 Tải trọng gió tác dụng lên tàu
Theo mục 5.2/22TCN222-95 – trang 65, ta có thành phần ngang W q (KN) và thành phần
dọc Wn (KN) của lực gió tác dụng lên vật nổi phải xác định theo các công thức sau:
Wq = 73,6.10 −5. Aq .Vq2 .ξ q
Wn = 49, 0.10 −5. An .Vn2 .ξ n

Trong đó:

• Aq, An – diện tích cản gió theo hướng ngang tàu và dọc tàu (m 2)
• Vq, Vn – thành phần ngang và thành phần dọc của tốc độ gió có suất
đảm bảo 2%, m/sec
• ξq ,ξn- hệ số lấy theo bảng 26/22TCN222-95 - trang 65


Kết quả tính tốn tải trọng gió được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3
Trường hợp

ξ

Aq

An

Vq

Vn

Wq

Wn

m2

m2

m/s

m/s

Ngang

Dọc

kN

kN

Đầy hàng

975

245

15

13

0,65

1

104,9
5

80,74

Khơng hàng

1470

310

15

13

0,65

1

158,2
3

121,73

3.3.2 Tải trọng dịng chảy tác dụng lên tàu.
Theo mục 5.3/22TCN222 – 95 – trang 66, ta có thành phần ngang Q w (kN) và thành
phần dọc Nw (kN) của lực do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức:
Qw = 0,59.Al.Vl
Nw = 0,59.At.Vt
Trong đó:

2

2

• Al , At – tương ứng là diện tích chắn nước theo hướng ngang và hướng dọc
tàu, m2, được xác định theo các công thức sau : A l = T.Lw ; At = T.Bt
(với Lw =107 m, Bt = 16,1 m)
• Vl, Vt – Thành phần ngang và thành phần dọc của vận tốc dịng chảy với
suất đảm bảo 2%, m/s.

Kết quả tính tốn tải trọng dòng chảy được thể hiện trong bảng sau đây.
Bảng 4
Trường hợp

T

Al

At

Vl

Vt

Qw

Nw

m

m2

m2

m/s

m/s

kN

kN

Đầy hàng

7,3

781,1

117,5

0,5

2,2

115,21

335,53

Không hàng

2,9

310,3

46,7

0,5

2,2

45,76

133,35

3.3.3 Tải trọng tựa tàu.
Theo mục 5.7/22TCN222 – 95 – trang 68, ta có trải trọng phân bố q (kN) do tàu neo
đậu ở bến tựa trên bến dưới tác động của gió dịng chảy được xác định theo công thức:
q = (1,1.Qtot)/Ltx


Trong đó:

• Qtot= (Wq + Qw) : lực ngang do tác động tổng hợp của gió, sóng, dịng chảy,
kN.
• Ltx – Chiều dài đoạn tiếp xúc giữ tàu với công trình.
Ta có: Lb = 134 (m) > Lw = 107 (m)

Kết quả tính tốn tải trọng tựa tàu được thể hiện trong bảng sau.
Bảng 5
Trường hợp

Wq

Qw

Qtot

Ltx

q

kN

kN

kN

m

kN/m

Đầy hàng

104,95

115,21

220,16

44

5,50

Không hàng

158,23

45,76

203,99

32

7,01

3.3.4 Tải trọng va tàu khi tàu cập bến.
Theo mục 5.8/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: khi tàu cập vào cơng trình bến cảng thì
động năng va chạm của tàu Eq (kJ) được xác định theo công thức.
D.ν 2
Eq = ψ .
(kJ )
2
Trong đó:
• D – Lượng rẽ nước của tàu tính tốn. (Tấn)
• ν − Thành phần vng góc (với mặt trước cơng trình) của tốc độ cập tàu, m/s.
Tra theo bảng 29/22TCN222 – 95 – trang 69, ta có: với tàu biển có D = 8000
Tấn  ν= 0,138 m/s.
• ψ −Hệ số phụ thuộc kết cấu cơng trình bến và loại tàu.Nếu tàu không chứa
hàng hoặc tàu chỉ có nước đối trọng thì giá trị ψ giảm đi 15%. Theo bảng
30/22TCN222-95 – trang 70, tra với tàu biển cập vào bến cầu tàu liền bờ trên
nền cọc có mái dốc dưới gầm bến, ta có:
o Khi tàu đầy hàng : ψ =0.55
o Khi tàu chưa có hàng: ψ = 0,467

Kết quả tính tốn động năng va của tàu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 6
Trường hợp

D

ν

ψ

Eq

Tấn

m/s

-

kJ


Đầy hàng

8000

0,138

0,55

41,89

Nhận xét: Động năng khi tàu chở đầy hàng lớn hơn khi tàu khơng có hàng, do đó ta chỉ
tính giá trị động năng khi tàu chở đầy hàng.
Eq = 41,89 (kJ)
- Với Năng lượng biến dạng của thiết bị đệm tính được như trên,dựa vào Hình 9 - Phụ lục
6/22TCN222-95 “Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình bến cảng biển” dùng phương pháp đồ thị
ta chọn loại đệm 800H với các đặc điểm như sau:
+ Cấu tạo bằng cao su, μ=0,5.
+ Dạng liên kết cứng
+ Chiều dài tiêu chuẩn : L = 2,5 (m)

+ Chiều cao giới hạn : 800 (mm).
Vậy :
- Tải trọng va tàu theo phương vuông góc với mặt bến là: Fq = 160 kN.
- Tải trọng va tàu theo phương song song với mép bến:
Fn = µ.Fq = 0,5.160 = 80 kN.
Bố trí đệm tàu tại các đầu dầm ngang, mỗi phân đoạn có 2 đệm tàu dọc tuyến mép bến.
3.3.5 Tải trọng neo tàu.
Theo mục 5.11/22TCN222 – 95 - trang 71,tải trọng kéo của các dây neo phải xác định
bằng cách phân phối thành phần vng góc với mép bến của lục Q tot (kN) cho các bich
neo. Lực Qtot bao gồm cả lực cả gió và dịng chảy tác động lên một tàu tính tốn.
Lực neo S (kN) tác động lên một bích neo không phụ thuộc vào số lượng tàu buộc dây
Qtot
S=
n.sin α .cosβ
neo vào bích neo đó và được xác định theo cơng thức:

α

β

Hình 1 :
Trong đó:
• n – Số lượng bích neo chịu lực tra theo bảng 31/22TCN – 95 - trang 72, lấy n= 6
bích neo.
• α, β- góc nghiêng của dây neo, được lấy theo bảng 32/22TCN222-95 – trang 73,
như sau:


Bảng 7
Loại tàu

Vị trí bích neo

Góc nghiêng của dây neo (độ)
α

β
Đầy hàng

Tàu biển

Tại mép bến

Khơng hàng

20

40

30

Hình chiếu của lực S lên các phương vng góc với mép bến S q, song song với mép bến
Sn, và theo phương thẳng đứng Sv được xác định theo công thức:
Sq =

Qtot
n

S n = S . cos α . cos β
S v = S . sin β

Lấy n =6
Theo kết quả tính tốn tải trọng do gió (bảng 5) và tải trọng do dịng chảy (bảng 6) tác
động lên tàu theo phương vng góc với mép bến, ta có kết quả tính tốn tải trọng neo
tàu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 8
Trường
hợp

Qtot

α

β

S

Sn

Sq

Sv

kN

Độ

Độ

kN

kN

kN

kN

Đầy hàng

220,16

30

20

78,09

63,55

36,69

26,70

Không
hàng

203,99

30

40

88,76

58,88

33,99

57,05

Nhận xét: Tải trọng neo khi tàu không hàng S= 88,76 kN ≅ 8,87 tấn lớn hơn tải trọng khi
tàu đầy hàng S= 78,09 kN ≅ 7,81 tấn, do đó dùng giá trị 8,87 tấn để chọn loại bích neo
để neo tàu.
Tra bảng 11.2/Cơng trình bến cảng – trang 354,chọn loại bích neo HW20 để bố trí trên
bến. loại bích neo này có đặc điểm thể hiện ở bảng sau:
Bảng 9


Loại
bích

A
(mm)

B
(mm)

C
(mm)

D

(mm)

E
(mm)

F
(mm)

G
(mm)

H
(mm)

Số
hiệu
bulơn
g

Lực
căng
Tấn

HW2
0

598

838

838

635

305

456

305

64

7

20

3.4 Tải trọng sóng tác dụng lên cầu tàu
Do cơng trình bến nằm trong bể cảng và được ngăn cách bởi hệ thống đê chắn sóng, do
đó có thể coi trong bể cảng khơng có sóng.vì vậy tải trọng sóng tác dụng lên tàu trong
trường hợp này bằng không.
3.5 Tải trọng do hàng hóa và thiết bị
Sơ đồ tải trọng khai thác trên bến
Hình 2.

q = 3T/m²

20 m
3.6 Áp lực đất
Áp lực đất tác dụng lên cừ được qui định theo (22TCN207-95).
-

σa = (q+∑ γi.hi) λa.k’ – C. λac
σp = (q+∑ γi.hi) λp.k – C. λpc

Trong đó :
-

σa ,σp : Áp lực đất chủ động và bị động
γi, hi : Dung trọng và chiều dày lớp đất thứ i.
λa ,λp : Hệ số áp lực đất chủ động và bị động
λac ,λac : Hệ số áp lực đất chủ động và bị động có kể đến lực dính.
k’ ,k : Hệ số giảm áp lực đất chủ động và tăng áp lực đất bị động.(CTB cảng).
Bỏ qua ma sát giữa cừ và đất tức là (∂=0) nên ta có cơng thức sau :
λa = tan2(45° -φ/2) ;

λp = tan2(45° + φ/2)

λac = 2tan(45° -φ/2) ;

λpc = 2tan(45° + φ/2)

Bảng 10 : Áp lực đất chủ động lên tường cừ
STT

Cao
trình

hi(m) γi(T/m3)

φi

γi*hi(T/m2)

Σγi*hi(T/m2)

λai

λaci

Ci(T/m2) q(T/m2) σai(T/m2)


1

5.5

0

1.8

24

0

0

0.422

2

1.5

4

1.8

24

7.2

7.2

0.422

3

1.5

0

1.7

12

0

7.2

0.656

4

0.7

0.8

1.7

12

1.36

8.56

0.656

5

0.7

0

0.7

12

0

8.56

0.656

6

-11.2

11.9

0.7

12

8.33

16.89

0.656

7

-11.2

0

0.78

16

0

16.89

0.568

8

-15.2

4

0.78

16

3.12

20.01

0.568

1.29
9
1.29
9
1.62
0
1.62
0
1.62
0

1.62
0
1.50
7
1.50
7

0

3

1.265

0

3

4.302

1.8

3

3.773

1.8

3

4.665

1.8

3

4.665

1.8

3

10.128

3.25

3

6.396

3.25

3

8.168

Ci(T/m2)
1.8
1.8
3.25
3.25

q(T/m2)
0
0
0
0

Bảng 11 : Áp lực đất bị động lên tường cừ
STT
1
2
3
4

Cao
trình
-3.1
-11.2
-11.2
-15.2

hi(m) γi(T/m3)
0
0.7
8.1
0.7
0
0.78
4
0.78

φi
12
12
16
16

γi*hi(T/m2)
0
5.67
0
3.12

Σγi*hi(T/m2)
0
5.67
5.67
8.79

λpi
1.525
1.525
1.761
1.761

λpci
2.470
2.470
2.654
2.654

Từ bảng trên xác định được biểu đồ áp lực đất lên tường cừ.
-

Chọn mực nước thấp thiết kế làm mực nước tính tốn áp lực đất lên tường cừ.
Xác định mặt phẳng ngang để xác định chiều dài tự do của cừ và tính áp lực đất bị
động, chọn tại trung điểm mái nghiêng.(tại cao trình -3,1)
- Kết quả tính tốn áp lực đất lên cừ được thể hiện ở bảng 10 và 11.
- Giải cừ theo phương pháp đồ giải kết quả được thể hiện ở hình vẽ.
• Các bước cơ bản của phương pháp đồ giải :
+ Xây dựng biểu đồ áp lực đất
+ Quy đổi áp lực đất về các lực tập trung
+ Vẽ đa giác lực (theo một tỉ lệ độ dài với η)
+ Vẽ các đường song song với các đường thẳng nối tâm O tương ứng ở đa giác
lực  Đa giác dây
Từ đa giác dây và đường nối khép kín của đa giác dây ta xác định được chiều sâu chôn
cừ tính tốn.
tp = t0 + Δt ≈ (1,1 ÷ 1,2).t0

theo (22TCN207-92)

trong đó : t0 - chiều sâu chơn cừ tính theo đồ giải, tính từ mặt phẳng ngang đến giao điểm
giữa đường khép kín với đa giác dây.
t0 = 7,07 (m)

σpi(T/m
4,446
13,092
18,611
24,105

-

Ta có :

tp = 1,2.t0 = 1,2.7,07 = 8,5 (m).

Tổng chiều dài cừ là :

Lcừ = tp + H0 = 8,5 + 7,8 = 16,3 (m).

H0 : là khoảng cách từ mặt phẳng ngang đến điểm neo của cừ.
-

• Theo đồ giải :
Ra = 8,84 (T)
Momen lớn nhất của cừ là : Mcừ(max) = ymax .η = 1,44.10 = 14,4 (T.m)
+ ymax = ymax1 = ymax2 = 1.44 (T) : tung độ max của đa giác dây.
+ η = 10 m : Tọa độ cực của đa giác lực

CHƯƠNG 4
PHÂN PHỐI LỰC NGANG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG
4.1.

Xác định sơ bộ chiều dài tính tốn của cọc
Sơ đồ xác định chiều dài cọc tính tốn sơ bộ.

E
D

C
B
A2
A1
Chiều dài tính tốn của cọc được xác định như sau :
ltt = l0 + η.d

F


Trong đó: lo – Là chiều dài tự do của cọc (là khoảng cách từ trục dầm tới mặt đất)
η là hệ số kinh nghiệm ở đây ta chọn η= 7; Đường kính cọc d = 0,4 m
Ta có bảng số liệu xác định chiều dài tính tốn cọc sơ bộ như sau:
Hàng cọc

l0, (m)

ltt, (m)

A1

12,51

15,31

A2

11,29

14,09

B

10,02

12,82

C

8,25

11,05

D

6,47

9,27

Bảng 12

4,70

7,5

tính
tốn
lấy tại điểm

Chiều

dài
E
của cừ được
có mơmen lớn nhất ,(điểm y1max)
Lttcừ = 6,4 m

4.2. Giải bài toán phân phối lực ngang
4.2.1 Xác định tâm đàn hồi.
Một phân đoạn bến cầu tàu gồm có 12 khung ngang, và 6 khung dọc trong đó khung dọc
có độ cứng lớn hơn khung ngang. Do đó có thể tiến hành giải phân đoạn cầu tàu bằng bài
toán phẳng theo phương ngang. Khung được chọn để giải bài toán phẳng là khung có
ΣHi,max.
Chọn hệ trục tọa độ ban đầu của phân đoạn bến đặt tại đầu cọc A 1A2. Tọa độ tâm đàn hồi
được xác định theo các công thức sau:
xC =

∑ H .x
∑H
iy

i

yC =

iy

∑ H .y
∑H
iy

i

ix

Trong đó:
•
•
•
•

∑H

ix

;

∑H

iy

- là tổng các giá trị phản lực do chuyển vị ngang đơn vị của các

cọc trong phân đoạn cầu tàu theo phương x và y.
xi,yi - Tọa độ của đầu cọc thứ i đối với gốc tọa độ ban đầu.

∑H

ix

. yi

,

∑H

iy

.xi

- Mô men tổng cộng của các phản lực ứng với trục y và trục

x.
Các phản lực ngang

H ix

và

H iy

ở đầu cọc đơn B,C,D,E,F được tính như lực cắt Q

gây ra do các chuyển vị đơn vị theo các công thức của cơ học kết cấu. xem các


cọc đơn được ngàm chặt 2 đầu, tra bảng 6.6/Công trình bến cảng – trang 208. Ta
có:
12 EJ
3
H ix = H iy = Q = li

Trong đó:
• E - Modul đàn hồi của tiết diện cọc. Bê tông Mac 350 có E=2,9 .106 (T/m2).
• I – Mơ men qn tính của tiết diện cọc, cọc tiết diện 40x40, có :
I = 2,13.10-3 (m4).
• l – Chiều dài tính tốn của cọc m. Do cọc của bến cầu tàu được ngàm vào nền đất
có dạng mái nghiêng nên chiều dài tính tốn của các hàng cọc dọc bến là khác
nhau.
•

Với hàng cọc chụm đôi :

H
-

A
iy

Sin 2 ( α1 + α 2 )
=
K1Cos 2α 2 + K 2Cos 2α1

Đối với cừ:
Ta chuyển đổi cừ thành cọc tương đương, trong một bước cọc chiều dài là 4m.
ΣEIcừ = EIcọc
ΣEIcừ = [10x21.106x880.10-6(180.10-3)/2] = 16632 (T.m2)

•
•
•

Trong đó:
Ecừ : Modul biến dạng đàn hồi của cừ. với Ecừ =21.106 (T/m2)
Icừ :Mơmen qn tính của cừ (larssen IV);
Icừ = [Wcừ .(hcừ/2)]
Trong đó : (Wcừ, hcừ) tra ở bảng 5.1 trang 123 CTBCảng

Kết quả tính tốn

H ix , H iy

Kết quả tính tốn

∑H

ix

= 14016 (T)

ở đầu cọc được thể hiện ở bảng tính ở phần phụ lục.


∑H

iy

∑H

iy

∑H

ix

= 36573 (T)

.X

.Y

= 804601 (T.m)
= 204095 (T.m)

Từ đó ta tính được tọa độ tâm đàn hồi :
=
XC

∑ H .X
∑H
iy

iy

i

=
== 22,0 (m) ; YC

∑ H .Y
∑H

ix

i

y

Y

1
100

= =14,56 (m)

ix

2
400

4

3
400

400

5
400

7

6
400

400

8
400

400

12

11

10

9
400

400

400

100

315

F

350

E

C(22,0 ;14,56)

X
350

D

350

C

350

B

A

250

o

4.2.2 Xác định lực ngang lên đầu cọc
a. Lực ngang là lực tựa tàu
Tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên đoạn chiều dài tiếp xúc giữa thân tàu và bến.
xét cho một phân đoạn bến thì tải trọng tựa tàu có dạng phân bố đều trên tồn bộ chiều
dài phân đoạn bến đó. Do đó ta tính lực tựa của tàu lên một bước cọc.
•

Lực tựa theo phương X = 0
•
Lực tựa theo phương Y = q.a = 0,701.4 = 2,804 (T)
Trong đó :
-

q : lực tựa của tàu (theo bảng 5).
a : Bước cọc theo phương dọc bến.

x


b. Lực ngang là lực neo tàu
Lực neo tàu tác động lên từng phân đoạn của cầu tàu thông qua lực căng dây neo. Thành
phần lực ngang của dây neo này là: S q và Sn đã tính tốn ở trên. Trong hai trường hợp tàu
đầy hàng và không hàng thì trường hợp tàu đầy hàng có tải trọng neo lớn hơn do đó lấy
tải trọng neo trong trường hợp này để tính tốn.
Xét hai trường hợp neo tàu sau:

y

y

x

C(22,0 ;14,56)

Trường hợp 1

C(22,0 ;14,56)

x

Trường hợp 2

Ta sẽ tính tốn cho TH2 với lực neo lớn hơn.
Chuyển lực neo về tâm đàn hồi :
ΣX = 2.Sn = 12,71 (T).
ΣY = -2.Sq = -7,34 (T).
Mo = -6,36 x (14,56 + 1,5 ) x 2 - 3,67 x (22 – 4) + 3,67 x 6 = -248,32 (T.m).
Các thành phần chuyển vị :
M0
=
2
H .y + H .x 2
φ ∑ ix i ∑ iy i = -8,78 x 10-6 (rad)
Δx = (ΣX / ΣHix)= 9,05 x 10-4(m).
Δy = (ΣY / ΣHiy) = -2,0 x 10-4 (m).
Lực ngang phân bố theo cả 2 phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng các biểu
thức :


Hix =

Hix .(Δ ± y'i .φ).
x

Hiy =

Hiy

Trong đó
đàn hồi C.

.(Δy ±

x i' .φ).

x i' , y'i là tọa độ của cọc thứ i đối với hệ tọa độ mới có gốc tọa độ đặt tại tâm

BẢNG PHÂN BỐ LỰC NEO TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X

Thứ
tự

A1
(T)

1

0.0214

2

0.0214

3

0.0214

4

0.0214

5

0.0214

6

0.0214

7

0.0214

8

0.0214

9

0.0214

10

0.0214

11

0.0214

12

0.0214

Tổng

0.2564

A2
(T)
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213

7
0.0213
7
0.0213
7
0.0213
7

B
C
D
E
F
(T)
(T)
(T)
(T)
(T)
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6

4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292

0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012

1
0.05345
6
4
0.67292
0.0353
0.0876 0.16012
1
0.05345
6
4
0.67292
0.4237
1.0519 1.92148
0.2564
1
0.64139
8
5
8.07499
Sai số = (12.71- (12.6264))*100%/(12.71)=0.65 %

Tổng
(T)
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9

1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
9
1.052196
12.62636


Bảng 14
BẢNG PHÂN BỐ LỰC NEO TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG Y

Thứ
tự
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
Tổng

A1
(T)
-0.0066
-0.0404
-0.0743
-0.1081
-0.1419
-0.1758
-0.2096
-0.2435
-0.2773
-0.3111
-0.345
-0.3788
-2.3123

A2
B
C
D

E
(T)
(T)
(T)
(T)
(T)
-0.0066 -0.0002 -0.00038 -0.0006 -0.0012
-0.0404 -0.0015 -0.00231 -0.0039 -0.00738
-0.0743 -0.0027 -0.00424 -0.0072 -0.01356
-0.1081
-0.004 -0.00617 -0.0105 -0.01974
-0.1419 -0.0052 -0.00811 -0.0137 -0.02592
-0.1758 -0.0064 -0.01004 -0.017 -0.03211
-0.2096 -0.0077 -0.01197 -0.0203 -0.03829
-0.2435 -0.0089
-0.0139 -0.0235 -0.04447
-0.2773 -0.0101 -0.01584 -0.0268 -0.05065
-0.3111 -0.0114 -0.01777 -0.0301 -0.05683
-0.345 -0.0126
-0.0197 -0.0334 -0.06301
-0.3788 -0.0139 -0.02163 -0.0366 -0.06919
-2.3123 -0.0846 -0.13206 -0.2237 -0.42234
Sai số =(7.34 - 7.3178)*100%/7.34 = 0.3%

F
(T)
-0.00522
-0.032
-0.05879
-0.08558

-0.11236
-0.13915
-0.16594
-0.19272
-0.21951
-0.2463
-0.27308
-0.29987
-1.83053

Tổng
(T)
-0.020856
-0.12794
-0.235024
-0.342109
-0.449193
-0.556277
-0.663362
-0.770446
-0.87753
-0.984614
-1.091699
-1.198783
-7.317833

Bảng 15
c. Lực ngang là lực va tàu
Theo tính tốn ở phần tải trọng va tàu,trên phân đoạn bến này ta bố trí 12 đệm tàu dọc
theo tuyến mép bến.Tuy nhiên trường hợp nguy hiểm nhất là khi toàn bộ năng lượng va

tàu chỉ tập trung vào 1 đệm tàu nằm ở vị trí ngồi cùng của phân đoạn bến gây ra mô men
lớn nhất đối với tâm đàn hồi C).Do đó ta sẽ đem trường hợp này để phân phối lực va tàu
lên các đầu cọc của phân đoạn bến.
Ta có tải trọng va tàu bao gồm 2 thành phần đã tính được ở trên là :
-Thành phần vng góc với tuyến mép bến: Fq = 16 (T).
-Thành phần song song với tuyến mép bến: Fn = 8 (T).
Sơ đồ phân phối lực va tàu lên các đầu cọc của phân đoạn bến như hình vẽ dưới đây.


Y

X
C(22,0 ;14,56)

Chuyển các thành phần lực va về tâm đàn hồi ta có:
ΣX = Fn = - 8 (T)
ΣY = Fq = 16 (T).
Mo = 8 x (14,56 + 2,5) + 16 x 22 = 488,48 (T.m)
Các thành phần chuyển vị:
M0
=
2
H .y + H .x 2
φ ∑ ix i ∑ ix i = 1,73 x 10-5(rad)

Δx

∑X
H
= ∑ = -5,7 x 10

ix

Δy =

∑Y
∑H

ix

-4

(m)

= 4,37 x 10-4 (m).

Lực ngang phân bố theo cả 2 phương cho cọc bất kì thứ i được xác định bằng các biểu
thức :
Hix =

Hix .(Δ ± yi' .φ).
x

Hiy =

Hiy

Trong đó
đàn hồi C.

.(Δy ±

x i' .φ).

x 'i , y 'i là tọa độ của cọc thứ i đối với hệ tọa độ mới có gốc tọa độ đặt tại tâm
BẢNG PHÂN BỐ LỰC VA TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X


Thứ
tự

A1
(T)

1

-0.0170

2

-0.0170

3

-0.0170

4

-0.0170

5

-0.0170

6

-0.0170

7

-0.0170

8

-0.0170

9

-0.0170

10

-0.0170

11

-0.0170

12

-0.0170

Tổng

A2
(T)

B
(T)

C
(T)

D
(T)

E
(T)

-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020
-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020

-0.0170 -0.0268 -0.0386 -0.0597 -0.1020

-0.2040 -0.2040 -0.3219 -0.4627 -0.7160 -1.2241
Sai số = (8- (7.93974))*100%/(8) = 0.75 %

F
(T)
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
0.4006
4.8069

Tổng
(T)
-0.6616
-0.6616
-0.6616
-0.6616
-0.6616
-0.6616
-0.6616

-0.6616
-0.6616
-0.6616
-0.6616
-0.6616
-7.9397

Bảng 16
BẢNG PHÂN BỐ LỰC VA TÀU LÊN CÁC KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG Y

Thứ
tự
1

A1
(T)
0.0543

A2
(T)
0.0543

B
(T)
0.0019

C
(T)
0.0031

D
(T)
0.0052

E
(T)
0.0099

F
(T)
0.0430

Tổng
(T)
0.17197


2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Tổng

4
0.1210
1
0.1876
8
0.2543
6
0.3210
3
0.3877
0
0.4543
7
0.5210
5
0.5877
2
0.6543
9
0.7210
6
0.7877
4
5.0524
5

4
9
0

6
3
0.1210 0.0044 0.0069 0.0117 0.0221
1
3
1
1
0
0.1876 0.0068 0.0107 0.0181 0.0342
8
6
2
5
8
0.2543 0.0093 0.0145 0.0246 0.0464
6
0
3
0
6
0.3210 0.0117 0.0183 0.0310 0.0586
3
4
3
5
4
0.3877 0.0141 0.0221 0.0375 0.0708
0
8
4

0
1
0.4543 0.0166 0.0259 0.0439 0.0829
7
2
5
5
9
0.5210 0.0190 0.0297 0.0504 0.0951
5
6
6
0
7
0.5877 0.0214 0.0335 0.0568 0.1073
2
9
6
5
5
0.6543 0.0239 0.0373 0.0633 0.1195
9
3
7
0
2
0.7210 0.0263 0.0411 0.0697 0.1317
6
7
8

5
0
0.7877 0.0288 0.0449 0.0762 0.1438
4
1
9
0
8
5.0524 0.1847 0.2885 0.4887 0.9228
5
7
5
2
2
Sai số =(16 - 15.9894)*100%/16 = 0.0004%

2
0.0958
0
0.1485
8
0.2013
6
0.2541
4
0.3069
2
0.3597
0
0.4124

8
0.4652
6
0.5180
4
0.5708
2
0.6236
0
3.9997
0

0.38297
0.59396
0.80496
1.01596
1.22696
1.43795
1.64895
1.85995
2.07095
2.28194
2.49294
15.9894
7

Bảng 17
Nhận xét: khung ngang số 12 chịu lực va lớn nhất.
4.3.

Tổng hợp lực ngang tác dụng lên các khung dọc và ngang của cầu tàu
TỔNG LỰC NGANG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG
VÀ KHUNG DỌC THEO PHƯƠNG X VÀ Y
Phương
X

hàng

Lực neo

Lực va

Phương
Y

Lực

Tổng

Lực neo

Lực va

Lực tựa

Tổng


cọc

(T)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287
0.99287

(T)
-0.5394

-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394
-0.5394

tựa(T)
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

0.45347
0.45347
0.45347
0.45347

0.45347
0.45347
0.45347
0.45347
0.45347
0.45347
0.45347
0.45347

(T)
-0.2429
-0.3096
-0.3763
-0.4430
-0.5097
-0.5765
-0.6432
-0.7099
-0.7766
-0.8433
-0.9100
-0.9767

(T)
0.33967
0.52018
0.70068
0.88119
1.0617
1.2422

1.42271
1.60322
1.78372
1.96423
2.14474
2.32523

(T)
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862
2.6862

2.78297
2.89678
3.01058
3.12439
3.23820
3.35190
3.46571
3.57952
3.69332

3.80713
4.92094
4.03473

Bảng18
Kết luận : khung ngang số 12 là khung ngang nguy hiểm nhất.

CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT CẤU BẾN CẦU TÀU
5.1.
5.1.1.
•
-

Các tổ hợp tải trọng
Các phương án tải trọng
Tải trọng tác dụng lên bến bao gồm 3 loại:
Tải trọng thường xun : tải trọng bản thân cơng trình, lực neo cừ.
Tải trọng tạm thời dài hạn : Tải trọng hàng hóa và thiết bị cơng nghệ trên bến.
Tải trọng tạm thời ngắn hạn bao gồm : Tải trọng neo tàu, tải trọng va tàu, tải trọng
tựa tàu.
Tổ hợp tải trọng bao gồm tổ hợp cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt. Tuy nhiên
trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét đến tổ hợp tải trọng cơ bản.
Các tổ hợp tải được trình bày trong bảng sau :
Bảng 19 : Các tổ hợp tải trọng


Tổ
hợp 1

Tổ

hợp 3

X

X

X
X
X

Tải trọng bản thân(bản, dầm dọc, dầm
ngang,vòi voi)
Tải trọng hàng hố, thiết bị cơng nghệ
Tải trọng do neo cừ
Tải trọng neo tàu
Tải trọng va tàu
Tải trọng tựa tàu

Tổ
hợp 2

X

Các loại tải trọng

X
X

X
X

X
X

Tổ hợp 4 = Even (Tổ hợp 1 , Tổ hợp 2 , Tổ hợp 3)

5.1.2.
a.

Các tổ hợp tải trọng
Tải trọng bản thân (bản, dầm dọc, dầm ngang, vịi voi),tải trọng hàng hóa
thiết bị , tải trọng do neo cừ, tải trọng do neo tàu.

250

350

350

350

350

315

Pvv = 7 (T)
Pdd = 4,043 (T)
qhh= 12 (T/m)
qdn= 1,225 (T/m)
qban = 2,625 (T/m)

Pneo tau = 1,2 (T)

Ra = 35,36 (T)

E
D
C
A2
A1

B

F


b.

Tải trọng bản thân (bản, dầm dọc, dầm ngang, vòi voi),tải trọng hàng hóa
thiết bị , tải trọng do neo cừ, tải trọng do va tàu.
250

350

350

350

350

315

Pvv = 7 (T)
Pdd = 4,043 (T)
qhh= 12 (T/m)
qdn= 1,225 (T/m)
qban = 2,625 (T/m)
Pvatau = 2,49 (T)

Ra = 35,36 (T)

E

F

D
C
A2

B

A1

c.

Tải trọng bản thân (bản, dầm dọc, dầm ngang, vịi voi),tải trọng hàng hóa
thiết bị , tải trọng do neo cừ, tải trọng do tựa tàu.