phương án kết cấu

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
Đối với 1 công trình bến cảng có thể sử dụng các kết cấu bến khác nhau như :
bến trọng lực, bến tường cừ, bến mái nghiêng, bến cầu tàu . . .Khi thiết kế ta phải
dựa vào điều kiện cụ thể của công trình mà đề xuất phương án kết cấu thích hợp
cho công trình. Trong điều kiện cụ thể của cảng nhà máy thép Phú Mỹ thì về đòa
chất : lớp số1 là bùn sét hữu cơ nhão có bề dày khoảng 12.2m, là lớp đất yếu khá
dày do đó không thích hợp cho kiểu bến trọng lực.
Với tính toán ở chương 2 thì chiều cao tự do của bến là 19.3 m, cộng với lớp đất
yếu bên trên khá dày nên không thích hợp cho kiểu bến tường cừ ( bến tường cừ
không thích hợp cho khu vực nước sâu mà lớp đất yếu khá dày ).
Riêng đối với bến mái nghiêng thì không thích hợp vì cảng nhà máy thép Phú
Mỹ tiếp nhận tàu biển ( mớn nước lớn ).
⇒
Trong trường hợp này công trình bến kiểu cầu tàu đài cao là loại kết cấu
thích hợp để làm công trình bến.
3.1. BẾN TÀU 50.000DWT
3.1.1. PHƯƠNG ÁN 1 : dùng cọc ống BTCT ứng suất trước
1. Nền cọc : Chọn kích thước cọc
Cọc ống BTCT ứng suất trước M500
Đường kính ngoài : 700mm
Độ dày thành : 110mm
Khả năng chòu nén ( Axial working load ) P
≥
273T
Moment uốn nứt ( cracking moment ) M
cr
≥
39.25Tm
Chiều dài: 38 m
Ứng suất cho phép:

σ
=630 T/m
2
a. Cầu chính: (dài 196m chia làm 4 phân đoạn )
- Theo phương ngang : Bố trí 8 hàng cọc gồm 6 hàng cọc thẳng, 2 hàng cọc chụm tại
2 chân cần trục là hàng thứ 2 và hàng thứ 6 tính từ ngoài mép bến vào.
Khoảng cách giữa các cọc: 150- 450- 450- 450- 450-450-450cm
- Theo phương dọc: Bố trí 10 hàng cọc
Khoảng cách giữa các cọc: 500cm.
Vậy tổng số cọc cho 1 phân đoạn là 10x8+10x2=100 cọc.
⇒
Tổng số cọc của cả 4 phân đoạn: 400 cọc.
b. Cầu dẫn : ( dài 79m )
( Dùng cọc ống D700 )
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 35
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
- Theo phương ngang : bố trí 4 hàng cọc đối với nhòp biên. Các nhòp còn lại bố trí 3
hàng cọc và khoảng cách giửa các hàng cọc la 3.5 m.
- Theo phương dọc: bố trí 14 hàng cọc gồm:
+ Hai hàng cọc sát cầu chính có4 cọc khoảng cách giữa 2 hàng cọc:
600cm.
+ 12 hàng cọc còn lại mỗi hàng có 3 cọc khoảng cách giữa các hàng:
600cm
Vậy Số cọc cho 1 cầu dẫn: 14x3+2=44 cọc.
⇒ Tổng số cọc cho cả hai cầu dẫn: 88 cọc
2. Dầm ngang
a. Cầu chính :
Dầm ngang BTCT tiết diện 1000x1500mm, M300, dài 28m được bố trí 10 dầm cho
mỗi phân đoạn.
⇒ Tổng số dầm ngang cho cả 4 phân đoạn: 40 dầm.

b. Cầu dẫn:
Dầm ngang BTCT tiết diện 400x600mm, M300, được bố trí 14 dầm cho mỗi cầu dẫn
gồm:
+ Hai dầm sát cầu chính dài 11m
+ 12 dầm còn lại dài 8m
⇒ Tổng số dầm ngang cho cả 2cầu dẫn: 36 dầm
3. Dầm dọc
a. Cầu chính:
- Dầm dọc ngoài ray cần trục : Dầm BTCT tiết diện 700x1100mm, M300, dài 49m
được bố trí 6 dầm cho mỗi phân đoạn.
⇒ Tổng số dầm cho cả 4 phân đoạn : 24 dầm
- Dầm dọc cần trục : Dầm BTCT tiết diện 1000x1500mm, M300, dài 49m được bố trí
(tại vò trí hai hàng cọc chụm) 2 dầm cho mỗi phân đoạn.
⇒ Tổng số dầm cho cả 4 phân đoạn:8 dầm
b. Cầu dẫn :
Dầm dọc BTCT tiết diện 300x400mm, M300, dài 79m được bố trí 3 dầm cho mỗi
cầu dẫn. Ngoài ra còn có một dầm dọc sát cầu chính có chiều dài 7.3m
⇒ Tổng số dầm dọc cho cả 2 cầu dẫn : 8 dầm

4. Bản mặt cầu:
Bản mặt cầu BTCT, M300, cầu chính dày 350mm, cầu dẫn dày 250mm.
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 36
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
5. Trụ va tàu:
Gồm 10 trụ va BTC, M300 tiết diện 3x3x3m cho mỗi phân đoạn.
6. Các chi tiết khác:
- Cầu thang: bố trí cầu thang lên xuống ở 2 bên cầu chính, mỗi cầu thang rộng
0.6m, dài 4.30m. các bậc thang được làm bằng thép
Φ
32AII, cách nhau 30cm và

được làm theo phương thẳng đứng.
- Gờ chắn xe: bố trí ở 2 mép cầu chính và dọc cầu dẫn bằng BTCT được sơn vàng
và đen
- Bích neo: sử dụng bích neo đònh hình chế tạo sẵn loại R100, hay loại tương
đương.
- Đệm tàu: sử dụng loại đệm LMD 400H-2000L(CLO1) của Nhật hay loại tương
đương.
- Kè bảo vệ: được thiết kế bao quanh khu vực bố trí tuyến đường song song với
bến.
7. Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu chính:
a. Sức chòu tải của cọc ( tính sức chòu tải theo cường độ đất nền )
Q
tc
= m(m
R
q
p
A
p
+U
∑
i
l
i
f
f
m
)
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 37
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

Trong đó:
m = 1 : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất
q
p
(T/m
2
): Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc:
+ Độ sâu hạ mũi cọc: 35.5- 16.5 = 19m.
+ Đất dưới mũi cọc: Cát hạt trung thô vừa, trạng thái chặt vừa
m
R
, m
f
: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọc.
Tra bảng 3.19

trang 201- Nền móng ( Châu Ngọc Ẩn )
⇒ m
R
= 1, m
f
= 1, sức kháng mũi ở bảng dưới.
U : Chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc
U= 3,14x0,7= 2,198 (m)
F : Diện tích chống của cọc lên đất
F = 0,35
2
x3,14= 0,385 (m
2
)

l
i
: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)
f
I
: Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên mặt hông cọc
Sức chòu tải tính toán của cọc là:
tc
K
tc
Q
P
=
Trong đó:
Q
tc
=252.3T: Sức chòu tải của cọc theo đất nền.
K
tc
= 1,4 : Hệ số tin cậy
T2.180P
1,4
252.3
==⇒
b. Tổng tải đứng cho 1 phân đoạn
Tổng tải đứng bao gồm : + Tải trọng bản thân
+ Tải trọng hàng hóa
+ Thiết bò bốc xếp
 Tải trọng bản thân:
- Lớp phủ bản mặt cầu dày 6 cm

G
1
=
xnxxLxBh
nbbn
γ
G
1
=0.06x31x49x2.4x1.05=229.673T
- Bản mặt cầu dày 35 cm
G
2
=
xnxxLxBh
btbbb
γ
G
2
=0.35x31x49x2.5x1.05=1395.581 T
- Dầm ngang : Gồm 10dầm, tiết diện 1000 x 1500
G
3
=
xnxxbxBhhx
btdbbd
γ
)(10
−
G
3

=10x(1.5-0.35)x31x1x2.5x1.05=935.812 T
- Dầm dọc cần trục : Gồm 2 dầm, tiết diện 1000x1500
G
4
=
xnxxbxLhhx
btdbbd
γ
)(2
−
G
4
=2x(1.5-0.35)x49x1x2.5x1.05=495.816 T
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 38
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
- Dầm dọc thường : Gồm 6 dầm, tiết diện 700x1100
G
5
=
xnxxbxLhhx
btdbbd
γ
)(6
−
G
5
=6x(1.1-0.35)x49x0.7x2.5x1.05=405.176 (T)
- Trụ va tàu:
G
6

=
05.15.210 xxBLH
TTT
G
6
= 10x3 x3x3x2.5x1.05 = 708.75T
 Hàng hóa trên bến: Hàng hóa phân bố đều trên bến với tải trọng q =
4(T/m
2
)
G
7
=
chhhhhh
xnxBxLq
xếp hàng hóa cách chân cần trục là 1.5m nên B
hh
được
tính như sau : B
hh
=31-(3x1.5+2.65)=23.85m
⇒ G
7
= 4x49x23.85x1.2=5609.52 (T)
 Thiết bò bốc xếp :
- Cần trục SSG40, trọng lượng cần trục là 1200 (T)
⇒
G
8
= 1200 (T)

Vậy tổng tải đứng tác dụng lên 1 phân đoạn là:
G = G
1
+ G
2
+ G
3
+ G
4
+ G
5
+ G
6
+ G
7
+ G
8

G = 229.673 + 1395.581 + 935.812 + 495.816 + 405.176 + 708.75 + 5609.52 + 1200
G =10908.328
≈
10908.3 T
c. Số lượng cọc:
coc
coccuaSucchiutai
gTongtaidun
coc
N 915,1
2.180
3.10908

5,1
1
=×=×=
⇒ N
cọc
< Số lượng cọc đã chọn là 100 cọc
( Vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn là tương đối hợp lý )
8. Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu dẫn
Q
tc
= m(m
R
q
p
A
p
+U
∑
i
l
i
f
f
m
)
Trong đó:
m = 1 : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất
q
p
(T/m

2
) : Sức chống tính toán của đất dưới mũi cọc, phụ thuộc :
+ Độ sâu hạ mũi cọc : 29-13.5=15.5m.
+ Đất dưới mũi cọc : Cát hạt trung thô vừa, trạng thái chặt vừa
m
R
, m
f
: Hệ số điều kiện làm việc của đất nền ở dưới mũi cọc, xung quanh cọc.
Tra bảng 3.19

trang 201- Nền móng ( Châu Ngọc Ẩn )
⇒ m
R
= 1, m
f
= 1, sức kháng mũi ở bảng dưới.
U : Chu vi ngoài của tiết diện ngang của cọc
U= 3.14x0.7 = 2.198(m)
F : Diện tích chống của cọc lên đất
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 39
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
F = 3.14x0.35
2
= 0.385 (m
2
)
l
i
: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với mặt hông cọc (m)

f
I
: Sức chống tính toán của lớp đất thứ i của nền lên mặt hông cọc
Vì cầu dẫn tải chủ yếu là xe H30 di chuyển nên ta tính toán như sau:
G
0
=10x30x1.2=360(T)
Tải trọng bản thân của cầu dẫn
• Tải trọng bản mặt cầu:
G
1
=h
b.
γ
b
.n(B
1
L
1
+B
2
L
2
) = 0.25x2.5x1.05(6x14+73x10) =534.19T
• Tải trọng lớp nhựa đường:
G
2
=h
n
.γ

n
.n(B
1
L
1
+B
2
L
2
) = 0.06x2.4x1.05(6x14+73x10) = 123.08T
• Tải trọng dầm dọc:
G
3
=3.(h
d
-h
b
).B
d
.L
d1
.γ
d
.n + (h
d
-h
b
).B
d
.L

d2
.γ
d
.n
=3x(1-0.25)x0.8x79x2.5x1.05+(1-0.25)x0.8x6x2.5x1.05=382.73T
• Tải trọng dầm ngang:
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 40
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
 Tải trọng 2dầm sát cầu chính:
G
a
=2(h
d
-h
b
)B
d
L
d
γ
d
.n =2(1-0.25)x0.8x14x2.5x1.05=44.1T
 Tải trọng12dầm còn lại:
G
b
=12(h
d
-h
b
)B

d
L
d
γ
n
n =12x(1-0.25)x0.8x10x2.5x1.05= 189T
⇒ G
4
= G
b
+ G
a
=44.1+189=233.1T
Vậy tải trọng bản thân của cầu dẫn:
G= G
0
+ G
1
+G
2
+G
3
+G
4
=1273.1T
Sức chòu tải tính toán của cọc là:
tc
K
tc
Q

P
=
Trong đó:
Q
tc
=93.4 (T) : Sức chòu tải của cọc theo đất nền.
K
tc
= 1,4 : Hệ số tin cậy
)(5.93P
1.4
130.9
T
==⇒
Vậy số lượng cọc của cầu dẫn được tính sơ bộ như sau:
)(4.205,1
5.93
1.1273
5,1
1
coc
coccuaSucchiutai
gTongtaidun
coc
N
=×=×=
⇒ N
cọc
< Số lượng cọc đã chọn là 44 cọc
( Vậy sơ bộ số lượng cọc đã chọn tương đối hợp lý )

3.1.2 PHƯƠNG ÁN 2
1. Nền cọc
a. Cầu chính : Chọn kích thước cọc : Cọc 450x450mm, M300,
- Theo phương ngang : Bố trí 8 hàng cọc gồm :
+ 6 hàng cọc thẳng
+ 2 hàng cọc chụm ( gồm 2 cọc xiên, 1 cọc thẳng ) tại 2 chân cần
trục là hàng thứ 2 và hàng thứ 7 tính từ ngoài mép bến vào.
Khoảng cách giữa các cọc : 150- 450- 450- 450- 450- 450- 450 cm
- Theo phương dọc : Bố trí 10 hàng cọc, khoảng cách các cọc : 9x500
Vậy tổng số cọc cho 1 phân đoạn là =10x8+10x4= 120 cọc
⇒
Tổng số cọc của cả 4 phân đoạn : 480 cọc
b. Cầu dẫn :Dùng cọc ống D700
Theo phương ngang bố trí 4 hàng cọc khoảng cách hai hàng cọc là 5.5m. ngoài ra còn
có 2 hàng cọc nhánh gồm có 2 cọc
Theo phương dọc bố trí 14 hàng cọc khoảng cách hai hàng cọc là 600cm
+ Hai hàng cọc sát cầu chính có 6 cọc khoảng cách:600cm
+ 12 hàng cọc còn lại có 4 cọc khoảng cách: 600cm
2. Dầm ngang
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 41
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU
a. Cầu chính:
Dầm ngang BTCT tiết diện 1000x1500mm, M300, dài 28m được bố trí 10 dầm cho
mỗi phân đoạn bến.
⇒ Tổng số dầm ngang cho cả 4 phân đoạn : 40 dầm
b. Cầu dẫn:
Dầm ngang BTCT M300 có tiết diện 800x1000cm bố trí 14 dầm cho mỗi cầu dẫn
+ 2 dầm sát cầu cầu chính dài 29.5m
+ 12 dầm còn lại dài 18.5m
3. Dầm dọc

a. Cầu chính:
- Dầm dọc ngoài ray cần trục:
Dầm BTCT tiết diện 700x1100mm, M300, dài 49m được bố trí 6
dầm cho mỗi phân đoạn bến
⇒ Tổng số dầm cho cả 4 phân đoạn: 24 dầm
- Dầm dọc cần trục:
Dầm BTCT tiết diện 1000x1500mm, M300, dài 49m được bố trí
(tại vò trí hai hàng cọc chụm) 2 dầm cho mỗi phân đoạn bến
⇒ Tổng số dầm cho cả 4phân đoạn: 8 dầm
b. Cầu dẫn:
Dầm dọc BTCT tiết diện 800x1000cm dài 79m BT M300 bố trí 4 dầm cho cầu dẫn.
Ngoài ra còn có2 dầm dọc nhánh cầu dẫn dài 8 m
4. Bản mặt cầu: Bản mặt cầu BTCT, M300 dày 350mm
5. Trụ va tàu: Gồm
- 10 trụ va BTCT, M300 tiết diện 3000x3000x3000mm
6. Các chi tiết khác
- Cầu thang : bố trí cầu một thang lên xuống ở bên trái cầu chính, cầu thang rộng
0.6m, dài 4.30m. các bậc thang được làm bằng thép
Φ
32AII, cách nhau 30cm và
được làm theo phương thẳng đứng.
- Gờ chắn xe : bố trí ở 2 mép cầu chính và dọc cầu dẫn bằng BTCT được sơn vàng
và đen
- Bích neo: sử dụng bích neo đònh hình chế tạo sẵn loại R100, hay loại tương đương.
- Đệm tàu: sử dụng loại đệm LMD 400H-2000L(CLO1) của Nhật hay loại tương
đương.
- Kè bảo vệ: được thiết kế bao quanh khu vực bố trí tuyến đường song song với bến.
7. Tính toán sơ bộ số lượng cọc cầu chính
a. Sức chòu tải của cọc ( Tính sức chòu tải theo cường độ đất nền )
Q

tc
= m(m
R
q
p
A
p
+U
∑
i
l
i
f
f
m
)
Trong đó:
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 42