Thiết kế môn học công trình bến

GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
MỤC LỤC
Trang
PHẦN I. YÊU CẦU THIẾT KẾ 3
PHẦN II. NỘI DUNG TÍNH TOÁN 4
Chương 1. Các thông số cơ bản của bến. 4
1.1.Các kích thước cơ bản của khu nước 4
1.1.1. Khu nước làm hàng trước bến 4
1.1.2. Khu nước quay trở tàu 5
1.2. Các kích thước cơ bản của bến 5
1.2.1. Cao trình đỉnh bến và cao trình đáy 5
1.2.2. Chiều dài bến và chiều rộng bến 6
Chương 2. Thiết kế sơ bộ các bộ phận của bến 7
2.1. Thiết kế sơ bộ các bộ phận của bến 7
2.1.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu bến 7
2.1.2. Mô tả kết cấu bến 8
Chương 3. Tải trọng tác dụng lên công trình bến 10
3.1. Tải trọng và tác động do tàu 10
3.1.1. Các số liệu tính toán 10
3.1.2. Tải trọng do neo tàu 11
3.1.3. Tải trọng do va tàu 12
3.1.4. Tải trọng do tựa tàu 13
3.1.5. Tải trọng tác dụng do lực kéo của các dây neo 14
3.2. Tải trọng do bản thân công trình 15
3.3. tải trọng do thiết bị và hàng hóa 15
3.3.1. Tải trọng do hàng hóa 15
3.3.2. Tải trọng do thiết bị cần trục 15
3.4. Xác định sức chịu tải của cọc 16
Chương 4. Tính toán ổn định chung của cầu tàu 17
4.1. Nội dung tính toán 17
4.2. Trình tự tính toán 18

Chương 5. Phân bố lực ngang và tổ hợp tải trọng 37
5.1. Sơ bộ xác định chiều dài tính toán của cọc 37
1
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
5.2. Giải bài toán phân bố lực ngang 38
5.2.1. xác định tâm đàn hồi 38
5.2.2. Xác định lực ngang tác dụng lên cầu tàu 41
5.3. Các tổ hợp cơ bản tác dụng lên khung tính toán 48
5.4. Tính toán nội lực khung ngang điển hình 49
5.4.1. Giải bài toán cầu tàu đài mềm theo Skuratov 49
5.4.2. Tính toán nội lực khung ngang bằng phần mềm SAP 2000 50
5.5. Tính toán nội lực khung dọc điển hình 67
5.5.1. Các tải trọng tác dụng lên khung dọc 67
5.5.2. Kết quả nội lực khung dọc sau khi chạy phần mềm SAP 2000 68
Chương 6. Tính toán cấu kiện theo điều kiện bền và mở rộng vết nứt 74
6.1. Tính toán,bố trí cốt thép cho dầm ngang 74
6.2. Tính toán,bố trí cốt thép cho dầm dọc 80
6.3. Tính toán,bố trí cốt thép cho cấu kiện bản 83
2
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
PHẦN I : YÊU CẦU THIẾT KẾ
Từ các số liệu cho dưới đây, thiết kế kỹ thuật công trình bến phục vụ cho tàu
hàng bách hóa 10000T theo các số liệu sau:
1. Tàu thiết kế:
Trọng tải Chiều dài Bề rộng Mớn nước
đầy hàng
Mớn nước không
hàng

G(T) L(m) B(m)
T
max
(m)
T
min
(m)
10000 135 20 8,5 6,8
2. Số liệu địa chất:
Chỉ tiêu Lớp đất
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4
Chiều dày h(m) 10 14 10
∞

Độ ẩm tự nhiên W(%) 95,20 26,90 18,50 18,30
Dung trọng
γ
tn
(g/cm
3
)
1,433 1,930 2,013 2,031
γ
tn
(g/cm
3
)
0,734 1.521 1,698 1,716
γ
tn

(g/cm
3
)
0,451 0,958 1,070 1,083
Độ rỗng n % 71,70 43,80 37,20 36,70
Hệ số rỗng tự nhiên
ε
0
2,529 0,778 0,593 0,579
Giới hạn Atterberg: W
ch
60,90 45,30 28,30 35,00
W
d
32,80 23,90 14,70 18,40
I
p
28,16 21,34 13,60 16,67
Độ sệt B 2,22 0,14 0,27 0,00
Lực dính C(Kg/cm2) 0,03 0,422 0,082 0,329
Góc ma sát trong
ϕ
1,46 15,29 24,23 7,44
Modun TBG E 5,11 40,52 - 47,95
3. Số liệu khí tượng thủy văn:
• MN ứng với tần suất 1%: +2,25m;
• MN ứng với tần suất 5%: +1,65m;
• MN ứng với tần suất 50%: -0,85m;
3
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47

GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
• MN ứng với tần suất 97%: -1,82m;
• MN ứng với tần suất 98%: -1,91m;
• MN ứng với tần suất 99%: -1,95m;
• MN thấp nhất H
min
: -2,00m;
• Cao độ mặt đất trung bình: +3,00m.
• Tốc độ dòng chảy dọc theo thành tàu: v
t
= 0 m/s;
• Tốc độ dòng chảy vuông góc với thành tàu: v
1
=1,4m/s;
• Tốc độ gió tính toán theo phương ngang tàu: v
n
= 16 m/s;
• Tốc độ gió tính toán theo phương dọc tàu: v
d
= 0 m/s;
4. Tải trọng tác dụng trên mặt bến:
•
Tải trọng phân bố : q
0
= 1.7 T/m
2
•
Các thông số của cần trục bốc xếp trên bến:
+ Số lượng trục: 2
+ Số bánh trên một trục: 7

+ Tải trọng trên một bánh: 25.3T
+ Khoảng cách giữa các bánh: 0.8 m
PHẦN II: NỘI DUNG THIẾT KẾ
CHƯƠNG 1. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BẾN
1.1. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA KHU NƯỚC
Khu nước trong bể cảng bao gồm khu nước cho tàu làm hàng trước bến và khu
nước cho quay trở tàu.
1.1.1. Khu nước làm hàng trước bến:
Chiều rộng khu nước trước bến được xác định theo công thức:
B = 2B
t
+ B
l
+ ∆B
Trong đó:
4
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
B: Chiều rộng khu nước trước bến.
B
t
: Chiều rộng của tàu tính toán.
B
l
: Chiều rộng của tàu lai dắt.
∆B: Khoảng cách an toàn giữa các tàu. Lấy ∆B = 1,5 B
t
.
Tính toán ta có chiều rộng khu nước trước bến như bảng:
Tính toán chiều rộng khu nước

STT Loại tàu L
t
(m)
B
t
(m)
T
t
(m)
B
l
(m)
∆B
(m)
B (m)
1 Tàu bách hóa tổng hợp
10.000 DWT
135 20 8,5 - 30 70
1.1.2. Khu quay trở tàu
Khu quay trở tàu là trung tâm khu nước cảng. Diện tích của khu này tùy thuộc
vào chiều dài của tàu, chức năng và thời gian cho phép để thực hiện ma nơ tàu.
Đường kính tối thiểu:
• Khi tàu tự quay trở: 4 lần chiều dài tàu
• Khi tàu quay trở phải có sự hỗ trợ của tàu lai dắt : 2 lần chiều dài tàu
• Trong điều kiện rất tốt các đường kính này có thể giảm xuống tương ứng là 3
và 1,6 lần chiều dài tàu.
• Khi tàu quay quanh các trụ tựa hoặc bến nhô với sự giúp đỡ của tàu lai dắt,
đường kính này có thể rút tối thiểu là 1,2 lần chiều dài tàu
Khu quay trở tàu xác định theo điều kiện 2L
t

= 2.135 = 270 m.
1.2. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA BẾN
a
Z4
H
Z
0
+Z
1
+Z
2
+Z
3
MNCTK
MNTTK
CTDB
CTMB
Ho
T
Hct
5
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
1.2. 1. Cao trình mặt bến và cao trình đáy bến
1.2.1.1. Cao trình mặt bến
- Tính theo tiêu chuẩn chính :

∇
CTMB
=

∇
MNTB
+ a
Trong đó : a - độ vượt cao mặt bến lấy bằng 2m

→
∇
CTMB
= -0,85 + 2 = 1,15 m;
- Tính theo tiêu chuẩn kiểm tra :

∇
CTMB
=
∇
MNCTK
+ a
Trong đó : a - độ vượt cao mặt bến lấy bằng 1m ;

→
∇
CTMB

2,25 1 3,25( )m
= + =
Vậy chọn cao trình mặt bến :
∇
CTMB

3,3( )m

= +
1.2.1.2. Cao trình đáy bến

∇
CTĐB

=
∇
MNTTK
– H
0
Trong đó :
+
∇
MNTTK

1,95m
= −

+ Ho : chiều sâu thiết kế :
ct
H
+ Z
4
;
+
ct
H
: Chiều sâu chạy tàu : T + Z
0

+ Z
1
+ Z
2
+ Z
3
;
+ Z
0
: Dự phòng nghiêng lệch tàu : Z
0
= 0,026B = 0,52 (m) ;
+ Z
1
: Dự phòng tối thiểu an toàn lái tàu :
Z
1
= 0.06T = 0,06 . 8,5 = 0,51 (m);
+ Z
2
: Dự phòng do sóng : Z
2
= 0 ;
+ Z
3
: Dự phòng về tốc độ chạy tàu, neo tàu ảnh hưởng tới mớn nước Z
3
= 0.3(m) ;
+ Z

4
: Dự phòng cho sa bồi : Z
4
= 0.4 (m) ;
→
H
0
= T + Z
0

+ Z
1
+ Z
2
+ Z
3
+ Z
4
= 8,5 + 0,52 + 0,51 + 0 + 0,3 + 0,4 = 10,23 (m) ;
→

CTDB
1,95 10,23 12,18( )m∇ = − − = −
;
Vậy chọn cao trình đáy bến :
∇
CTĐB

12,2( )m
= −

→
Chiều cao bến là : H =
∇
CTMB
-
∇
CTĐB
= 3,3 + 12,2 = 15,5 m.;
Vậy chọn chiều cao bến là 15,5 m.
1.2.2. Chiều dài bến và chiều rộng bến
1.2.2.1. Chiều dài bến
6
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
Do ở đây ta chỉ thiết kế bến cho 1 tàu bách hóa, nên chiều dài bến được xác
định bằng chiều dài tàu cộng với khoảng cách an toàn từ mũi tàu và đuôi tàu đến 2
mép ngoài cùng của bến, khoảng cách này phụ thuộc vào chiều dài tàu, xác định
chiều dài bến theo theo công thức :
L
bến
= L
tàu
+ 2l
Trong đó : L
tàu
= 135 m; l= 5m;

→
L
bến

= 135+ 10 = 145(m);
Chọn chiều dài bến L
bến
= 156 (m) chia làm 4 phân đoạn, mỗi phân đoạn dài 39m.
1.2.2.2. Chiều rộng bến
Đối với bến cầu tàu thì chiều rộng bến xác định theo công thức sau:
B = m.H = 1,75.15,5 = 27,125 m.
Ngoài ra chiều rộng bến phải đảm bảo sao cho việc khai thác trên mặt bến của
các phương tiện vận chuyển cũng như bốc dỡ hàng hóa được thuận tiện, và phải
đảm bảo được cự ly quay đầu của ô tô hoạt động trên mặt bến. Vì những lý do trên
ở đây ta lựa chọn chiều rộng bến B = 28 m.
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC BỘ PHẬN CỦA
BẾN
2.1. THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC BỘ PHẬN CỦA BẾN
2.1.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn kết cấu bến:
Bến dự định xây dựng có chiều dài bến L
b
= 156m và chiều rộng B =28m cho
tàu có trọng tải thiết kế 10000 T cập bến nên ta đưa ra phương án thiết kế sau:
 Cầu tàu đài mềm bằng bê tông cốt thép, cọc ống thép, thiết kế bến liền bờ.
Toàn bộ bến được chia làm 4 phân đoạn , mỗi phân đoạn dài 39m. Khe lún giữa
hai phân đoạn có chiều rộng là 3 cm.
Bố trí 7 bích neo cho toàn bến, khoảng cách nhỏ nhất giữa các bích neo chọn
bằng 24m.
Khoảng cách giữa các hàng cọc theo chiều ngang là 3,5m, theo chiều dọc bến là
4m. Ngoài các cọc thẳng đứng còn có các hàng cọc xiên 1:6 như hình 1.1
Cầu tàu bê tông cốt thép đài mềm có chiều rộng là 28 m bao gồm:.
• Cọc ống thép tiết diện tròn rỗng có:
+ Đường kính ngoài 508 mm.
7

Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
+ Chiều dày thành ống 10 mm.
+ Diện tích tiết diện phần thép là 156 cm
2
, phần rỗng là 0,245 m
2
.
+ Mô men quán tính là 48520 cm
4
.
+ Khối lượng 122,8 kg/m.
+ Chu vi tiết diện cọc: 1,6 m.
• Dầm dọc có kích thước bxh = 80x100 (cm).
• Dầm ngang có kích thước bxh = 80x100 (cm).
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép của dầm chọn bằng 7 cm.
• Bản BTCT có chiều dày 30 cm.
• Lớp bê tông asphalt dày 10 cm.
2.1.2. Mô tả kết cấu bến:
Kết cấu bến giả định được mô tả như trong hình 1.1
8
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
9
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
CHƯƠNG 3. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG
TRÌNH
3.1. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG DO TÀU
3.1.1. Các số liệu tính toán

3.1.1.1. Các số liệu về tàu
Tàu bách hóa tổng hợp 10000T với kích thước LxBxT = 135x20x8,5m.
3.1.1.2. Các số liệu về dòng chảy:
Vận tốc dòng chảy dọc theo thành tàu là v
d
= 0 m/s và theo phương ngang tàu là
1,4 m/s.
+ Diện tích cản nước theo phương ngang tàu: A
1
= T.L (m
2
)
- Khi đầy hàng: A
1
= 8,5.135=1147,5 (m
2
)
- Khi rỗng hàng:A
1
=6,8.135= 918 (m
2
)
+ Diện tích cản nước theo hướng dọc tàu: A
t
=T.B (m
2
)
- Khi đầy hàng: A
t
= 8,5.20 = 170 (m

2
)
- Khi rỗng hàng: A
t
=6,8.20 = 136 (m
2
)
3.1.1.3. Số liệu về gió
Vận tốc gió theo phương ngang tàu: v
n
=16 m/s;
Vận tốc gió theo phương dọc tàu: v
d
=16 m/s;
+ Diện tích cản gió theo hướng ngang tàu A
q
có thể xác định theo công thức
sau tùy thuộc vào loại tàu và chiều dài lớn nhất của tàu tính toán:
A
q
= α
q
.L
t
2
,max
- Khi không hàng: A
q
= 0,12.135
2

= 2187 (m
2
) ;
- Khi đầy hàng : A
q
= 0,1.135
2
= 1822,5 ( m
2
) ;
+ Diện tích cản gió theo hướng ngang tàu A
q
có thể xác định theo công thức
sau tùy thuộc vào loại tàu và chiều rộng của tàu tính toán:
A
n
= α
n
.B
t
2
- Khi không hàng: A
n
= 1,3.20
2
= 520 (m
2
) ;
- Khi đầy hàng : A
n

= 1,2.20
2
= 480 ( m
2
) ;
10
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
Bảng 3.1. Kết quả xử lý các số liệu
Yếu tố Đơn vị Giá trị
Vận tốc gió theo hướng ngang m/s 16
Vận tốc gió theo hướng dọc m/s 16
Diện tích cản gió theo hướng ngang A
q
đầy hàng m/s 1822,5
Diện tích cản gió theo hướng ngang A
q
không hàng
m
2
2187
Diện tích cản gió theo hướng dọc A
n
đầy hàng
m
2
480
Diện tích cản gió theo hướng dọc A
n
không hàng

m
2
520
Vận tốc dòng chảy theo hướng ngang tàu m/s 1,4
Vận tốc dòng chảy theo hướng dọc tàu m/s 0
Diện tích cản nước theo hướng ngang A
1
đầy hàng
m
2
1147,5
Diện tích cản nước theo hướng ngang A
1
không hàng
m
2
918
Diện tích cản nước theo hướng dọc A
t
đầy hàng
m
2
170
Diện tích cản nước theo hướng dọc A
t
không hàng
m
2
136
3.1.2. Tải trọng do neo tàu

3.1.2.1. Tải trọng do gió tác động lên tàu
- Tải trọng do gió tác dụng lên thành tàu, hướng gió tác dụng theo hướng vuông
góc và song song với mép bến được tính theo công thức:
W
q
= 73,6.
5
10
−
.A
q
.v
q
2
.
ξ
W
n
= 49.
5
10
−
.A
n
.v
n
2
.
ξ
+ Đầy hàng:

W
q
= 73,6.
5
10
−
.1822,5.16
2
.0,598=205,17 kN;
11
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
W
n
= 49.
5
10
−
.480.16
2
.0,598 = 35,98 KN;
+ Rỗng hàng:
W
q
= 73,6.
5
10
−
.2187.16
2

.0,598=246,42 kN;
W
n
= 49.
5
10
−
.520.16
2
.0,598 = 39,01 KN;
2.1.2.2. Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu
Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên tàu, hướng dòng chảy theo phương dọc tàu
và ngang tàu xác định theo công thức:
N
w
= 0,59.A
t
.v
t
2
(KN)
Q
w
= 0,59.A
1
.v
1
2
(KN)
Trong đó :

+ A
t
, A
1
: là diện tích chắn nước theo phương dọc và ngang tàu (m
2
);
+ v
t
, v
1
: là thành phần theo phương dọc và ngang của lưu tốc dòng chảy tính
toán (m/s);
- Khi đầy hàng:
N
w
= 0,59.170.0
2
= 0 (KN);
Q
w
= 0,59.1147,5.1,4
2
= 1326,97 (KN);
- Khi rỗng hàng:
N
w
= 0,59.136.0
2
= 0 (KN);

Q
w
= 0,59.918.1,4
2
= 1061,57 (KN);
Kết quả tính toán tải trọng do gió và dòng chảy tác động lên tàu cho hai trường
hợp tàu đầy hàng và không hàng được tổng hợp trong bảng sau:

Trường hợp Hướng ngang(KN) Hướng dọc (KN)
Đầy hàng 1362,95 205,17
Rỗng hàng 1100,58 246,42
3.1.3. Tải trọng do va tàu
Động năng va của tàu được tính toán theo công thức sau:
E
q
=
ψ
.
2
.
2
D v
Trong đó: D= 17213 T : lượng rẽ nước của tàu;
v=0,105 m/s: là thành phần vuông góc với mép bến của tốc độ cập tàu;
ψ
=0,55 :hệ số tra bảng.
12
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
E

q
= 0,55.
2
17213.0,105
2
= 47,44( KJ)
Chọn loại đệm V1000H có :
+ Vật liệu là cao su hình thang rỗng;
+ Phương pháp treo: liên kết cứng bằng bu lông được vít với dầm mũ BTCT;
+ Khoảng cách giữa các đệm dọc theo chiều dọc bến là 4m;
+ Kích thước: L =3m; H= 0,45m; D= 1m.
+ Dung năng biến dạng: E = 78 kJ.
Từ E
q
, tra bảng phụ lục 6 trong 22TCN222-95, ứng với đệm tàu đã chọn ta được
trị số phản lực: F
q
=225(KN).
Thành phần song song với mép bến F
n
(KN) của lực va tàu khi tàu cập vào công
trình xác định theo công thức:
F
n
=
µ
.F
q
=0,5.225=112,5(KN)
Trong đó

µ
=0,5: ứng với bề mặt đệm tàu là cao su.
4.1.4. Tải trọng do tựa tàu
Tải trọng phân bố q(KN/m) do tàu đang neo đậu ở bến tựa lên công trình dưới tác
dụng của gió và dòng chảy xác định theo công thức:
q = 1,1.
tot
d
Q
l
Trong đó:
+ l
d
: chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và bến, tính theo công thức sau:
l
d
= a
δ
.L
t, max
trong đó: a
δ
là

hệ số tra bảng phụ thuộc vào loại tàu và chiều dài lớn nhất
của tàu
- Khi không hàng: l
d
= 0,26.135 = 35,10 (m) ;
- Khi đầy hàng : l

d
= 0,29.135 = 39,15 ( m) ;
Chọn l
d
= 39,15 m để tính toán.
+ Q
tot
= 1362,95T;
Vì L
b
=152m > l
d
= l = 39,15m;

→
q = 1,1.
1362,95
39,15
= 38,29 KN/m
Như vậy lực tựa tàu khá nhỏ, ta chỉ sử đụng để tính toán dầm mũ.
13
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
3.1.5. Tải trọng tác dụng do lực kéo của các dây neo
Tải trọng do lực kéo của các dây neo phải xác định bằng cách phân phối các
thành phần vuông góc với mép bến của các lực ngang cho các bích neo. Lực ngang
do gió và dòng chảy tác dụng lên tàu.
Với chiều dài tàu L
t
=135m ta chọn số bích neo làm việc là 7, khoảng cách nhỏ

nhất giữa các bích neo là 24m.
Lực neo S (KN) tác động lên một bích neo:
S =
tot
Q
.sin . osn c
α β
∑
- Khi tàu đầy hàng: Ta có
α
= 30
°
;
β
= 20
°
;
S =
1362,95
7.sin 30. os20c
= 414,406 (KN)
- Khi tàu rỗng hàng: Ta có
α
= 30
°
;
β
= 40
°
;

S =
1100,58
7.sin 30. os40c
= 410,487 (KN)
→
Chọn S = 414,406 KN để tính toán.
Căn cứ vào lực neo S bằng 41,44T ta chọn bích neo tàu loại HW50, có lực căng
thiết kế là 50T.
Hình 3.1. Sơ đồ phân bố lực neo trên một bích neo

Hình chiếu của lực neo S lên các phương với mép bến là:
14
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
a
ß
S
v
S
q
S
S
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
- Theo phương vuông góc với mép bến:
S
q
=
tot
Q
n
=

1362,95
7
= 194,71 (KN);
- Theo phương song song với mép bến:
S
n
= S.cos
α
.cos
β
= 414,406.cos30.cos40 = 274,923 (KN);
- Theo phương thẳng đứng :
S
v
= S.sin
β
= 414,406.sin 40 = 266,375 (KN);
3.2. TẢI TRỌNG BẢN THÂN CÔNG TRÌNH
Giả thiết tính toán bỏ qua trọng lượng của các cọc.
Xét một dải tính toán có chiều dài bằng bước cọc theo chiều dọc bến là 4 m.
- Tải trọng do dầm ngang, bản sàn và lớp phủ mặt cầu quy về tải trọng phân bố
rải đều, cường độ:
q
bt
= 2,5.(0,8.1+ 0,3.4) + 0,1.2,25.4 = 5,9 ( T/m);
- Tải trọng do dầm dọc quy về tải trọng tập trung, cường độ:
P
1
= 2,5.4.0,8.1 = 8 (T);
- Tải trọng do vòi voi và bản tựa quy về tải trọng tập trung, cường độ:

P
2
= 8 (T).
3.3. TẢI TRỌNG DO THIẾT BỊ VÀ HÀNG HÓA
3.3.1. Tải trọng do hàng hóa
- Tải trọng khai thác trên bến coi như phân bố đều cường độ là q = 4 (T/m
2
)
- Quy về tải trọng lên một khung ngang q = 4.4 = 16 (T/m).
3.3.2. Tải trọng do thiết bị cần trục
- Các thông số của cần trục bốc xếp trên bến:
+ Số lượng trục: 2
+ Số bánh trên một trục: 8
+ Tải trọng trên một bánh: 30T
+Khoảng cách gần nhất giữa các bánh: 0.8 m
3.4. XÁC ĐINH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
Đối với bất kỳ một cọc nào thì sức chịu tải của cọc đều được tính toán theo 2
nhóm : theo vật liệu làm cọc và theo sức chịu tải của đất nền.
15
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
Nhưng trong thực tế sức chịu tải của cọc theo đất nền thường nhỏ hơn sức chịu
tải của cọc theo vật liệu, vì vậy ta chỉ cần kiểm tra sức chịu tải của cọc theo đất nền
là đủ.
Sức chịu tải của cọc theo đất nền xác định theo công thức sau:
Q
tc
= m.(m
f
.u.

si i
1
f .l
n
i=
∑
+ m
R
.q
p
.A
p
)
Trong đó:
m – hệ số điều kiện làm việc của đất lần lượt ở dưới mũi cọc và ở mặt bên
của cọc có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức chống tính toán của
đất, m = 0,8;
m
R
– hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, do sử dụng cọc ống
thép có đường kính 50,8cm, chiều dày thành ống 1 cm, suy ra m
R
= 0,7.
m
f
– hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, m
f
= 1
u - chu vi tiết diện cọc, u = 1,6 m;
l

i
– chiều dày mỗi lớp đất cọc đi qua (m);
q
p
– cường độ chịu tải ở mũi cọc (T/m
2
);
f
s
– cường độ chịu tải ở mặt bên của cọc (T/m
2
);
A
p
– Diện tích mũi cọc, A
p
= 0,0156 m
2
;
Ta tính cho cọc có chiều sâu trong đất ít nhất, đó là cọc ngoài cùng. Ta có:
l = 1m
→
f
s
= 3,5 T/m
2
;
l

= 3 m

→
f
s
= 4,8 T/m
2
;
l

= 5 m
→
f
s
= 5,6 T/m
2
;
l

= 6 m
→
f
s
= 5,8 T/m
2
;
l

= 8 m
→
f
s

= 4,94 T/m
2
;
l

= 10 m
→
f
s
= 5,17 T/m
2
;
l

= 12 m
→
f
s
= 5,38 T/m
2
;
l

= 14 m
→
f
s
= 5,59 T/m
2
;

l

= 15 m
→
f
s
= 5,7 T/m
2
;
→
si i
1
f .l
n
i=
∑
= 1.3,5 + 3.4,8 + 5.5,6 + 6.5,8 + 8.4,94 + 10.5,17 + 12.5,38 + 14.5,59 +
15.5,7 = 400,24 T/m;
Độ sâu cọc = 12m, đặt trong lớp 3 là lớp sét có độ sệt là 0,27, tra bảng và nội suy
16
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2

→
q
p
= 416 T/m
2
;
Vậy sức chịu tải của cọc:

Q
tc
= 0,8.
[ ]
1.1,6.400,24 0,7.416.0,0156
+
= 515,94 T
Sức chịu tải của cọc đơn theo đất nền được tính như sau:
Q
a
=
tc
tc
Q
K
=
515,94
1,4
= 368,53 T;
Do bệ cọc được đặt trên nền cọc với số cọc lớn hơn 21 nên k
tc
= 1,4.
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHUNG CỦA
CẦU TÀU
4.1. NỘI DUNG TÍNH TOÁN
- Kiểm tra ổn định với mặt trượt đi qua chân cọc hàng thứ nhất từ mép bến,
Xác định tâm trượt theo phương pháp sau:
+ Các phân tố có bề rộng b
i
= 0,1.R

i
, cột đất có đường kính O
i
M đi qua
trọng tâm ký hiệu là cột đất thứ 0.
+ Các cột khác bên trái kí hiệu là -1, -2, -3,…,-m, cách đường thẳng đứng
O
i
M tương ứng bằng –b, -2b,…, các cột khác bên phải kí hiệu là +1, +2, +3, …,
+m, cách đường thẳng đứng O
i
M tương ứng bằng b, 2b,…
- Vì địa chất công trình không tồn tại những lớp đất yếu xen kẽ cũng như các
lớp đá, nên ta kiểm tra ổn định trượt cung tròn. Đối với bến cầu tàu thế ổn định
được tạo bởi ma sát giữa các cọc với đất và trong thành phần gây tạo thế ổn định
bao giờ cũng có lực cắt của cọc.
Ta kiểm tra theo công thức sau đây:
n
c
.n.m
d
.M
tr
≤
n
k
m
.M
g
- Công trình chỉ ổn định khi và chỉ khi:

K =
g
tr
M
M
≥
n c d
k .n .n.m
m
=1.37
Trong đó:
+ M
tr
, M
g
– tương ứng là tổng mô men các lực gây trượt và lực giữ tương
ứng với tâm cung trượt nguy hiểm, xác định theo công thức:
17
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
M
tr
= R.
.
.sin W
i i i i
g Z
α
+
∑ ∑

M
g
= R(
. os . .
i i il il i
g c tg c l
α ϕ
+
∑ ∑
+
ci
Q
∑
)
+ R – bán kính cung trượt;
+ g
i
– tổng trọng lượng của các lớp đất, của cấu kiện công trình và hoạt tải
trong phạm vi cột đất thứ i;
+ α
i
– góc nghiêng so với phương nằm ngang của đường tiếp tuyến với cung
trượt ở giao điểm của cung trượt với đường tác động của g
i
, đó cũng là góc giữa
đường thẳng dứng với bán kính R vẽ qua giao điểm trên:
α
i
= arcsin(r
i

/ R)
+ r
i
– khoảng cách theo đường nằm ngang từ tâm quay O đến đường tác động
của lực g
i
.
+
,
il il
c
ϕ
- góc nội ma sát và lực dính của đất ở đáy cột đất thứ i;
+ l
i
– chiều dài cung trượt ở đáy cột đất thứ i;
+ W
i
– Áp lực thủy động;
+ Z
i
– khoảng cách từ tâm cung trượt đến lực W
i
;
+ Q
ci
– lực kháng trượt tính cho 1m dài công trình, do sức chống gãy của các
cọc đóng xuống qua mặt trượt 1 đoạn sâu t
n
. Trị số xác định:

Q
ci
=
4
.
c
n
M
t L

M
c
– mô men uốn trong cọc ở dưới mặt trượt, ở đây ta tính M
c
theo điều
kiện ngàm cọc dưới mặt trượt 1 đoạn t
z
= t
n
/ 1,25:
M
c
=
2
( ). .
8
p a c z
l t
σ σ
−

, nếu
p a
σ σ
≤
thì M
c
=0.
L – khoảng cách cọc theo tuyến mép bến; L = 4m.
,
p a
σ σ
- áp lực bị động và chủ độngtại cung trượt thứ i ;
T
z
– nửa chiều dài cọc bị uốn giữa 2 mặt phẳng ngàm
L
c
– chiều dài của đoạn thẳng mà trên phạm vi đó áp lực chủ động và bị
động của đất sẽ truyền lên cọc:
Ta có :L = 4m > 3.d
c
=3.0,508=1,524 nên l
c
= 1,524m
Ở đây trong phạm vi đồ án thiết kế này, ta chỉ tính lực cắt cọc cho 1 cọc, cụ thể là
đối với cọc bị cắt đầu tiên theo hướng từ mép bến vào, các cọc còn lại có giá trị
tương tự.
18
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2

4.2. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
4.2.1. Kiểm tra ổn định với tâm O
1
 Tính lực cắt cọc đối với tâm O
1
:
t
x
= t
n
/1,25 = 1,04/1,25=0,832 m;
p
σ
=
. . 2 .
dn i p i p
h C
γ λ λ
+
∑
=0,8.2,8.tg
2
(45+42/2)+9,25.0,778tg
2
(45+15,5/2)+0,593.7,11.tg
2
(45+24,4/2) +
2.4,22. tg (45+15,5/2) + 2.0,82. tg (45+24,4/2) = 47,54 T/m
2
;

a
σ
=
. . 2 .
dn i a i a
h C
γ λ λ
−
∑
=0,8.2,8.tg
2
(45- 42/2)+9,25.0,778tg
2
(45-15,5/2)+0,593.7,11.tg
2
(45-24,4/2) -
2.4,22. tg (45-15,5/2) - 2.0,82. tg(45-24,4/2) = -1,12 T/m
2
;
M
c
=
2
2
( ). .
(47,54 1,12).1,524.0,832
8 8
p a c z
l t
σ σ

−
+
=
= 1,692Tm;
Q
ci
=
4
4.1,692
. 1,04.4
c
n
M
t L
=
= 1,627 T
→
ci
Q
∑
= 14,645 T;
Hình 4.1 . Kiểm tra ổn định với tâm O1
19
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
STT
STT cột
đất S1 S2 S3 đất
Đá(dưới
MNTTK)

Đá(trên
MNTTK) đá
Dầm +
bản Hàng hóa cọc g
i

(m
2
) (m
2
) (m
2
) T (m
2
) (m
2
) T T T T T
1 -9 0 9.1157 0 8.732841 0 0 0 0 0 0 8.7328
2 -8 0 19.476 0 18.65801 0 0 0 0 0 0 18.658
3 -7 0 25.3364 2.1839 27.98053 0 0 0 0 0 0 27.981
4 -6 0 25.5 8.3765 38.6523 0 0 0 0 0 0 38.652
5 -5 0 25.5 13.405 47.19069 0 0 0 0 0 0 47.191
6 -4 0 25.5 17.32 53.83836 0 0 0 0 0 0 53.838
7 -3 0 25.5 20.256 58.82369 0 0 0 0 0 0 58.824
8 -2 0 24.488 22.3 61.32443 1.0125 0 0.81 0 0 0 62.134
9 -1 0 21.007 23.5069 60.03981 4.5 0 3.6 0 0 0 63.64
10 0 0 21.007 23.906 60.71731 4.5 0 3.6 0 0 1.563244 65.881
20
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2

11 1 0 22.499 23.507 61.46847 4.0792 0 3.6632 11.565 5 2.195664 83.492
12 2 0 25.499 22.3 62.29366 4.579 0 5.28104 10.25 12 2.004096 90.211
13 3 0 28.5 20.256 61.69803 6.6013 0 6.99432 10.25 12 2.2411 91.47
14 4 0 31.5 17.32 59.58653 8.7429 0 8.70936 10.25 12 5.471968 94.303
15 5 0 34.5 13.405 55.81286 10.887 0 10.42288 10.25 12 5.715112 92.487
16 6 0 37.5 8.3765 50.1483 13.029 0 12.13712 10.25 12 4.8813 87.702
17 7 0 40.351 2.236 42.4527 15.171 1.6629 15.51434 10.25 12 2.755632 82.589
18 8 1.5 35.967 0 35.13289 12.75 6.0855 21.1539 9.25 12 1.172126 78.709
19 9 4.5 25.553 0 26.50899 9.75 6.75 19.95 9.25 12 1.172126 68.881
20 10 7.5 11.143 0 14.0573 6.7801 6.7887 17.64374 11.3 12 1.79902 56.8
21 11 2.667 0 0 1.202817 2.3071 4.2947 9.57614 0.71 12 0 23.489
21
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
STT STT
Cột đất
g
i
(T)
Sinα
i
cosα
i
tgφ
i
c
il
(t/m
2
)

l
i
(m)
R
(m)
M’
g
(Tm)
M
tr
(Tm)
1 -9 8.7328 -0.743 0.6695 0.277 4.22 6.18 34 940.11 -220.2
2 -8 18.658 -0.705 0.7088 0.277 4.22 4.25 34 733.05 -446.7
3 -7 27.981 -0.614 0.7895 0.4533 0.82 3.82 34 446.18 -582.8
4 -6 38.652 -0.516 0.8565 0.4533 0.82 3.03 34 593.64 -677.2
5 -5 47.191 -0.437 0.8995 0.4533 0.82 3.54 34 751.57 -699.8
6 -4 53.838 -0.354 0.9353 0.4533 0.82 3.34 34 867.67 -646.6
7 -3 58.824 -0.262 0.965 0.4533 0.82 3.21 34 962.67 -523.5
8 -2 62.134 -0.177 0.9842 0.4533 0.82 3.11 34 1027.4 -373.4
9 -1 63.64 -0.08 0.9968 0.4533 0.82 3.05 34 1060.9 -171.8
10 0 65.881 0 1 0.4533 0.82 3 34 1097.1 0
11 1 83.492 0.0872 0.9962 0.4533 0.82 3.05 34 1364.5 247.14
12 2 90.211 0.1762 0.9844 0.4533 0.82 3.11 34 1452.7 539.46
13 3 91.47 0.2655 0.9641 0.4533 0.82 3.21 34 1446.1 824.15
14 4 94.303 0.3553 0.9347 0.4533 0.82 3.34 34 1449.1 1137.3
15 5 92.487 0.4425 0.8967 0.4533 0.82 3.54 34 1374.5 1389.2
16 6 87.702 0.528 0.8493 0.4533 0.82 3.03 34 1230.2 1571.6
17 7 82.589 0.6152 0.7884 0.4533 0.82 3.82 34 1108 1724.5
18 8 78.709 0.698 0.7161 0.277 4.22 4.25 34 1138.6 1864.6
19 9 68.881 0.7917 0.6109 0.277 4.22 4.97 34 1107.5 1850.8

22
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
20 10 56.8 0.8603 0.5097 0.277 4.22 7.31 34 1319.2 1658.6
21 11 23.489 0.9549 0.2969 0.0308 0.3 2.87 34 36.512 761.28
Tổn
g 21507 9226.5
Bảng 4.1: Tính tâm ổn định O
1
( R = 34m)
Trong đó:
M
g
’: mô men của các lực giữ chưa tính đến lực cắt cọc, M
g
’ = 21507 Tm
→
M
g
= M
g
’ + R.
ci
Q
∑
= 21507 + 14,645.34 = 22004,936Tm;
M
tr
= 9226,5 Tm.
Vậy K

1
= 23736,346/9226,5 = 2,38 > 1,37 (thỏa mãn).
4.2.2. Kiểm tra ổn định với tâm O
2
 Tính lực cắt cọc đối với tâm O
2
:
t
x
= t
n
/1,25 = 1,56/1,25=1,248 m;
p
σ
=
. . 2 .
dn i p i p
h C
γ λ λ
+
∑
=0,8.2,8.tg
2
(45+42/2)+9,25.0,778tg
2
(45+15,5/2)+0,593.6,45.tg
2
(45+24,4/2) +
2.4,22. tg (45+15,5/2) + 2.0,82. tg (45+24,4/2) = 46,60 T/m
2

;
a
σ
=
. . 2 .
dn i a i a
h C
γ λ λ
−
∑
=0,8.2,8.tg
2
(45- 42/2)+9,25.0,778tg
2
(45-15,5/2)+0,593.6,45.tg
2
(45-24,4/2) -
2.4,22. tg (45-15,5/2) - 2.0,82. tg(45-24,4/2) = -1,28 T/m
2
;
M
c
=
2
2
( ). .
(46,60 1,28).1,524.1,248
8 8
p a c z
l t

σ σ
−
+
=
= 14,21Tm;
Q
ci
=
4
4.14,21
. 1,56.4
c
n
M
t L
=
= 9,107 T
→
ci
Q
∑
= 81,959 T;
23
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2
Hình 4.2 . Kiểm tra ổn định với tâm O
2
24
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47
GVHD: NguyÔn ThÞ B¹ch D¬ng ThiÕt kÕ m«n häc c«ng tr×nh bÕn 2

STT
STT cột
đất S1 S2 S3 đất
Đá(dưới
MNTTK)
Đá(trên
MNTTK) đá
Dầm +
bản Hàng hóa cọc g
i

(m
2
) (m
2
) (m
2
) T (m
2
) (m
2
) T T T T T
1 -9 0 9.1003 0 8.718087 0 0 0 0 0 0 8.7181
2 -8 0 19.5044 0 18.68522 0 0 0 0 0 0 18.685
3 -7 0 25.3484 2.2371 28.08236 0 0 0 0 0 0 28.082
4 -6 0 25.5 8.4592 38.79272 0 0 0 0 0 0 38.793
5 -5 0 25.5 13.5 47.352 0 0 0 0 0 0 47.352
6 -4 0 25.5 17.4234 54.01393 0 0 0 0 0 0 54.014
7 -3 0 25.5 20.3654 59.00945 0 0 0 0 0 0 59.009
8 -2 0 25.5 22.414 62.48712 0 0 0 0 0 0 62.487

9 -1 0 22.988 23.6223 62.13269 2.5125 0 2.01 0 0 0 64.143
10 0 0 21 24.022 60.90736 4.5 0 3.6 0 0 0 64.507
25
Ph¹m Hång Qu©n C«ng tr×nh giao th«ng Thñy K47