tính toán kết cấu cầu chính

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU CHÍNH
(BẾN TÀU 50.000DWT)
4.1. PHÂN TÍCH TẢI TRỌNG
4.1.1. TĨNH TẢI
Chỉ có tải trọng bản thân. Nhưng do đã khai báo trong SAP2000, nên không cần
khai báo ra.
4.1.2. HOẠT TẢI
1. Tải trọng hàng hóa (q
hh
= 4 (T/m
2
)
Xét trường hợp hàng hoá phân bố đều khắp mặt bến
2. Tải trọng do tàu tác dụng lên công trình
a. Tải trọng do gió và dòng chảy
a.1. Tải trọng do gió
Lực do gió theo phương ngang W
q
, phương dọc W
n
được xác đònh như sau :
a.1.1. Trường hợp tàu không hàng
Theo phương ngang:
W
q
= 73.6x10
-5
x A
q
xV

q
2
x ξ
Diện tích cản gió theo phương ngang tàu A
q
(m
2
) được xác đònh tùy thuộc vào
loại tàu:
A
q
= 4350m
2
: theo phụ lục 1 trang 12 hướng dẫn đồ án công trình bến.
V
q
= 38 (m/s): Vận tốc gió theo phương ngang tàu ứng với tần suất 1%.
ξ = 0,512: Hệ số phụ thuộc vào kích thước nằm ngang lớn nhất của mặt cản
gió theo hướng ngang.
⇒ W
q
= 73.6x10
-5
x4350x38
2
x0.512 =2367.03 (KN)
Theo phương dọc:
W
n
= 49,0x10

-5
x A
n
x V
n
2
x ξ
Diện tích cản gió theo phương dọc tàu A
n
(m
2
) có thể xác đònh tùy thuộc vào
loại tàu và chiều rộng B (m) của tàu tính toán:
A
n
= 985m
2
: theo phụ lục 1 trang 12 hướng dẫn đồ án công trình bến
V
n
= 38 (m/s): Vận tốc gió theo phương dọc tàu ứng với tần suất 1%
ξ = 1 : Hệ số phụ thuộc vào kích thước nằm ngang lớn nhất của mặt cản gió
theo hướng dọc.
⇒ W
n
= 49.0x10
-5
x985x38
2
x1 = 699.95 (KN)

THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 57
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
a.1.2. Trường hợp tàu đầy hàng
Theo phương ngang:
W
q
= 73.6x10
-5
x A
q
x V
q
2
x ξ
Diện tích cản gió theo phương dọc tàu A
n
(m
2
) có thể xác đònh tùy thuộc vào
loại tàu và chiều rộng B (m) của tàu tính toán:
A
q
= 2370m
2
: theo phụ lục 1 trang 12 hướng dẫn đồ án công trình bến
V
q
= 38 (m/s): Vận tốc gió theo phương ngang tàu ứng với suất bảo đảm 2%.
ξ = 1 : Hệ số phụ thuộc vào kích thước nằm ngang lớn nhất của mặt cản gió
theo hướng ngang.

⇒ W
q
= 73.6x10
-5
x2370x38
2
x1 = 2518.8 (KN)
Theo phương dọc:
W
n
= 49,0x10
-5
x A
n
x V
n
2
x ξ
Diện tích cản gió theo phương dọc tàu A
n
(m
2
) có thể xác đònh tùy thuộc vào
loại tàu và chiều rộng B (m) của tàu tính toán:
A
n
= 825m
2
: theo phụ lục 1 trang 12 hướng dẫn đồ án công trình bến
( B = 25m)

V
n
= 38 (m/s): Vận tốc gió theo phương dọc tàu ứng với tần suất 1%
ξ = 1 : Hệ số phụ thuộc vào kích thước nằm ngang lớn nhất của mặt cản gió
theo hướng dọc.
⇒ W
n
= 49.0x10
-5
x825x38
2
x1 = 358.74 (KN)
a.2. Tải trọng do dòng chảy
Lực do dòng chảy theo phương ngang Q
w
, phương dọc N
w
được xác đònh như
sau:
a.2.1. Trường hợp tàu không hàng
Theo phương ngang:
Q
ω
= 0.59 x A
1
x V
1
2
A
1

= L
t
x T: Diện tích chắn nước theo phương ngang tàu
L
t
= 212(m): Chiều dài tàu
T = 3.3(m): Mớn nước của tàu chưa có hàng
⇒ A
1
= 212x3.3 = 699.6 (m
2
)
V
1
= 0,18 (m/s): Vận tốc dòng chảy theo phương ngang tàu
⇒ Q
ω

= 0.59x699.6x0.18
2
=13.37 (KN)
Theo phương dọc:
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 58
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
N
ω
= 0.59 x A
t
x V
t

2
A
t
= B
t
x T: Diện tích chắn nước theo phương dọc tàu
B
t
= 27.5(m): Bề rộng tàu
T = 3.3(m): Mớn nước của tàu chưa có hàng
⇒ A
t
= 27.5x4.3 = 90.75 (m
2
)
V
t
=1.8 (m/s): Vận tốc dòng chảy theo phương dọc tàu
⇒ Q
ω

= 0.59x90.75x1.8
2
= 173.48 (KN)
a.2.2. Trường hợp tàu đầy hàng
Theo phương ngang:
Q
ω
= 0.59 x A
1

x V
1
2
A
1
= L
t
x T: Diện tích chắn nước theo phương ngang tàu
T = 12(m): Mớn nước của tàu đầy hàng
⇒ A
1
= 212x12 =2544 (m
2
)
V
1
= 0.18 (m/s) : Vận tốc dòng chảy theo phương ngang tàu
⇒ Q
ω

= 0.59x2544.8x0.18
2
=48.63 (KN)
Theo phương dọc:
N
ω
= 0.59 x A
t
x V
t

2
A
t
= B
t
x T: Diện tích chắn nước theo phương dọc tàu
T = 12(m): Mớn nước của tàu đầy hàng
⇒ A
t
= 27.5x12 = 330 (m
2
)
V
t
=1.8 (m/s) : Vận tốc dòng chảy theo phương dọc tàu
⇒ Q
ω

= 0.59x330x1.8
2
= 630.83 (KN)
a.3. Tổng tải trọng do gió và dòng chảy tác dụng lên tàu
Bảng : Kết quả tính tải trọng do gió và dòng chảy
Phương tác dụng Tải ngang tàu (KN) Tải dọc tàu (KN)
Tải trọng Không hàng Đầy hàng Không hàng Đầy hàng
Do gió
Do dòng chảy
Gió + Dòng chảy
2367.03
13.38

2380.41
2518.8
48.63
2567.43
699.95
173.48
873.43
358.74
630.83
989.57
b. Tải trọng tựa tàu
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 59
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
Tải trọng phân bố q do tàu đang neo đậu ở bến tựa trên công trình dưới tác
động của gió, dòng chảy được xác đònh như sau :
d
l
tot
Q
1,1q
=
b.1. Trường hợp tàu không hàng
Q
tot
= 2380.41(KN): Lực ngang do tác động tổng hợp của gio, dòng chảy.
l
d
=87m : Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình.(chiều dài thành tàu)
( theo phụ lục 1 trang 13 hướng dẫn đồ án công trình bến )
)/(1.30

87
41.2380
1.1 mKNq
==⇒
b.2. Trường hợp tàu đầy hàng
Q
tot
= 1435.7 (KN): Lực ngang do tác động tổng hợp của gió, dòng chảy
l
d
=109m : Chiều dài đoạn tiếp xúc giữa tàu và công trình (chiều dài thành tàu)
( theo phụ lục 1 trang 13 hướng dẫn đồ án công trình bến )
)/(9.25
43.2567
1.1
109
mKNq
==⇒
Nhận xét: Trường hợp tàu không hàng, thành phần của lực tựa tàu lớn hơn
trường hợp tàu đầy hàng nên ta chọn lực tựa tàu trong trường hợp tàu không hàng
để làm tải trọng tính toán (so sánh với lực va).
c. Tải trọng va tàu, chọn thiết bò đệm
Khi tàu cập vào công trình bến cảng thì động năng va của tàu được xác đònh theo
công thức :
2
2
vD
q
E
×

=
ψ
D = 62500 (T): Lượng nước của tàu tính toán.
ψ
= 0.65: Hệ số lấy theo bảng 30 trang 21- hướng dẫn đồ án công trình bến.
v=0.097(m/s): Thành phần vuông góc (với mặt trước công trình) của tốc độ cập
tàu, lấy theo bảng 29 trang20-HD đồ án công trình bến.
)(12.191
2
097.062500
65.0
2
KJE
q
=
×
×=⇒
⇒ Chọn thiết bò đệm : LMD - 400H - 2000L(CL1)(Tài liệu Pi-TYPE FENDERS
- SUMITOMO - Trang 12)
 Thành phần vuông góc với mép bến của lực va khi tàu cập vào công trình:
Xác đònh căn cứ vào trò số động năng va tàu:
⇒ F
q
= 32 (T) = 320 (KN)
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 60
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
 Thành phần song song với mép bến của lực va khi tàu cập vào công trình
được xác đònh theo công thức: F
n
= µF

q
µ
: Hệ số ma sát, phụ thuộc vào vật liệu lớp mặt của thiết bò đệm
Lớp mặt là cao su: µ = 0.5
⇒ F
n
= 0.5x32 = 16 (T) = 160 (KN)
d. Tải trọng tác dụng lên công trình do lực kéo dây neo, chọn bích neo tàu
Lực neo S được xác đònh theo công thức sau:
βα
CosSinn
tot
Q
S
××
=
Q
tot
: Lực ngang do tác động tổng hợp của gió, dòng chảy
n: Số lượng bích neo làm việc (Lấy theo bảng 2-7 trang 38-công trình bến)
α
,
β
: góc nghiêng của dây neo (Lấy theo bảng 2-8 trang 38-công trình bến)
Hình chiếu lực neo S lên các phương
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 61
S
V
S
q

S
S
n
β
α
ĐƯỜNG MÉP BẾN
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
Bảng : Kết quả tính toán lực neo:
Trạng thái tàu Q
tot
(KN) α(độ) β(độ) n (cái) S(KN)
Tàu đầy hàng 2380.41 30 20 6 844.4
Tàu không hàng 2567.43 30 40 6 1117.2
Hình chiếu lực neo S lên các phương:
 Theo phương vuông góc với mép bến : S
q
=
n
tot
Q
 Theo phương song song với mép bến : S
n
= S
×
Cos
α

×
Cos
β

 Theo phương thẳng đứng: S
v
= S
×
Sin
β
Bảng : Kết quả tính toán S
Q
, S
n
, S
v
Trạng thái tàu Q
tot
(KN) S( KN) S
q
(KN) S
n
(KN) S
v
(KN)
Tàu đầy hàng 2380.41 844.4 369.7 687.2 288.8
Tàu không hàng 2567.43 1117.2 427.9 741.2 718.1
Lực căng lớn nhất của một dây neo: 1117.2(KN)
Tra bảng 11-4, trang 355- Công trình bến
⇒ Chọn bích neo loại: J125
e. Phân phối lực ngang do tàu 50.000DWT tác dụng lên công trình
e.1. Xác đònh chiều dài tính toán các cọc
e.1.1. Chiều dài chòu uốn của cọc
Chiều dài chòu uốn của cọc được xác đònh sơ bộ theo công thức:

dη
0
L
uốn
L
+=
L
o
: Chiều dài tự do của cọc
d = 0,7 (m): Đường kính ngoài của cọc
η
= 5 ÷ 10: Hệ số phụ thuộc vào đất nền (đất yếu) ⇒ Chọn
η
= 10
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 62
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
Bảng : Kết quả tính toán chiều dài chòu uốn của cọc
Hàng cọc L
o
(m) L
u
(m)
Hàng cọc A
Hàng cọc B
Hàng cọc C
Hàng cọc D
Hàng cọc E
Hàng cọc F
Hàng cọc G
Hàng cọc H

14.640
14.575
15.535
14.636
13.596
12.613
11.492
10.645
21.640
21.575
22.535
21.636
20.596
19.613
18.492
17.645
e.1.2. Chiều dài chòu nén của cọc
Chiều dài chòu nén của cọc được xác đònh theo công thức :
L
nén
= L
o
+ 7
P
EF
3
10
−
×

L
o
: Chiều dài tự do của cọc
E = 3.6
×
10
6
(T/m
2
)

: Modun đàn hồi của vật liệu cọc
F : Diện tích mặt cắt ngang của cọc
F = (0.35
2
-0.24
2
)3.14 = 0.204 (m
2
)
P= 180.2 (T): Sức chòu tải của cọc theo đất nền
Bảng : Kết quả tính toán chiều dài chòu nén của cọc
Hàng cọc L
o
(m) L
nén
(m)
Hàng cọc A
Hàng cọc B
Hàng cọc C

Hàng cọc D
Hàng cọc E
Hàng cọc F
Hàng cọc G
Hàng cọc H
14.640
14.575
15.535
14.636
13.596
12.613
11.492
10.645
14.643
14.578
15.538
14.639
13.599
12.616
11.495
10.648
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 63
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
e.1.3. Diện tích qui đổi và đường kính qui đổi của cọc:
F
L
L
F
n
u

qd
.
=
Trong đó:
Fqd- diện tích qui đổi của cọc (m
2
)
Lu- chiều dài chòu uốn của cọc(m)
Ln- chiều dài chòu nén của cọc (m)
F- diện tích thực của cọc ( m
2
)
14.3
4F
D
qd
=
Bảng tính diện tích qui đổi và đường kính qui đổi của cọc:
Lu Ln Fth Fqd Dqd
21,6 14,6 0,385 0,569 0,851
21,6 14,6 0,385 0,570 0,852
22,5 15,5 0,385 0,558 0,843
21,6 14,6 0,385 0,569 0,851
20,6 13,6 0,385 0,583 0,862
19,6 12,6 0,385 0,599 0,873
18,5 11,5 0,385 0,619 0,888
17,6 10,6 0,385 0,638 0,902
e.2.2. Sơ đồ phân phối lực tác dụng lên một phân đoạn:
Sơ đồ phân phối lực va:
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 64

C
Y
X
F
q
= 32.0T
T
F
n
= 16.0T
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
Sơ đồ phân phối lực neo
3. Tải trọng do cần trục tác dụng lên công trình
a. Theo phương dọc bến:
Sơ đồ tải trọng cần trục tác dụng vào khung dọc
p lực lớn nhất lên 1 bánh xe là : 37.5T
b. Theo phương ngang bến:
- Áp lực max lên một chân khi cẩu: P
max chân
= 300T
⇒
Áp lực max tác dụng lên một bánh xe khi cẩu: P
0
=
8
300
= 37.5 (T)
- Độ vươn phía trước kể từ tim ray ngoài: 35 (m)
- Độ vươn phía sau kể từ ray trong: 22 (m)
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 65

C
Y
X
S
q
= 42.79 T
S
n
= 74.12T
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
- Khoảng cách 2 ray : 18.0 (m)
- Sức nâng: 30-50(T)
Sơ đồ tính toán áp lực lên chân cần trục
P
tương ứng
(1 chân) P
max
(1 chân)= 300T

- Áp lực lên một chân còn lại (P
tương ứng
)
Sơ đồ dời lực về tâm O
P
tương ứng
(1 chân) P
max
(1 chân)= 300T

Sau khi dời lực 50T về O, tại O xuất hiện lực 50T chia đều cho 4 chân,

moment M sẽ gây nên áp lực nén lên 2 chân A và áp lực kéo lên 2 chân B
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 66
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
Sơ đồ tính toán lực bằng phương pháp cân bằng lực
P
tương ứng
(1 chân) P
max
(1 chân)= 300T
P
B(do M)

bảnthân
P
A
P
4
50
max
P
++=
Trong đó:

)(1,61
36
2200
36
)99(2
T
M

B
P
A
P
B
P
A
PM
B
P
A
P
====⇒
+=
=





)T(4,226
4
50
11,61300
4
50
A
P
max
P

bảnthân
P
=−−=−−=⇒
)T(8,1771,61
4
50
4,226
B
P
4
50
bảnthân
P
tươngứng
P
=−+=−+=⇒
⇒
Áp lực lên một bánh xe của chân tương ứng khi cẩu:
P
0tư
=
)(225,22
8
8,177
8
T
tươngứng
P
==
- Dùng đường ảnh hưởng phản lực để xác đònh áp lực max dưới chân cần trục

tác dụng lên khung ngang tính toán .
Cần trục SSG mỗi chân cần trục gồm 8 bánh, khoảng cách giữa các bánh xe
1.2m.
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 67
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
4.1.3. CÁC TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG
1. TRƯỜNG HP LỰC NEO TÁC DỤNG VÀO CÔNG TRÌNH:
S
v
S
n
2. TRƯỜNG HP LỰC VA TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH :
F
q
F
n
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 68
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
3. CÁC TRƯỜNG TẢI TRỌNG VÀ TỔ HP TẢI TRỌNG:
Dựa vào bảng sau:
THTH TAI TRONG
DEAD DEAD
HHOA LIVE
NEO LIVE
VA LIVE
CANTRUC LIVE
COMB1 DEAD+CANTRUC+HHOA+VA
COMB2 DEAD+CANTRUC+HHOA+NEO
COMB3 DEAD+CANTRUC+VA
COMB4 DEAD+CANTRUC+NEO

BIEUDOBAO
Khi tổ hợp ta chỉ chú ý các trường hợp tải trọng gây nguy hiểm cho công trình
4.2. SƠ ĐỒ TÍNH :(khung không gian của cầu chính )
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 69
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN KẾT CẦU CẦU CHÍNH
4.3. TÍNH TOÁN NỒI LỰC KHÔNG GIAN BẰNG SAP2000:
Ta có một số biểu đồ tiêu biểu sau đây:
MOMENT 3-3 DIAGRAM(TOHOPBAO) ELEMENT FORCES FRAMES
SHEAR2-2 DIAGRAM (TOHOPBAO) ELEMENT FORCES FRAMES
THIẾT KẾ CẢNG NHÀ MÁY THÉP PHÚ MỸ 70