đồ án thiết kế khối chân đế công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (631.71 KB, 47 trang )
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Phần I : Giới thiệu tổng quan về công trình
Biển trọng lực bê tông cốt thép
I. mục đích của đồ án
Tính toán thiết kế khối chân đế công trình biển trọng lực bê tông kiểu DKI trong giai
đoạn khai thác trong vùng biển Việt Nam
II. đặc điểm của công trình
II.1. Mô tả kiến trúc thượng tầng
Phần này mô tả các bộ phận kiến trúc thượng tầng (tên bộ phận, chức năng, vị trí,
kích thước chính, tải trọng...)
Các bộ phận chính của bộ phận kiến trúc thượng tầng bao gồm:
II.1.1. Khối nhà ở
Gồm nhà ở cho 12 người, chứa các thiết bị đo khí tượng hải văn. Dạng hình bát giác,
trên mái là vườn khí tượng có đặt các dụng cụ đo.
Trọng lượng khối nhà ở gồm:
Khối nhà ở = 70 T , Hoạt tải người sử dụng = 2 T , Dự trữ lượng thực, thực phẩm =
8 T, bể chứa nước ngọt 50T.
II.1.2. Hệ thống dầm sàn chịu lực
Là hệ thống kết cấu bê tông cốt thép dùng để đỡ khối nhà ở và làm bể chứa nước
ngọt 50 m3. Kích thước mặt bằng của hệ thống dầm sàn chịu lực là 12m x 12m.
II.1.3. Hệ thống sàn công tác
Là hệ thống kết cấu thép dùng đỡ nhà vệ sinh, kho chứa, giá và xuồng cứu sinh, bể
chứa dầu, thang di động. Kích thước MB của hệ thống dầm sàn công tác là 12m x 12m.
Trọng lượng hệ thống sàn công tác bao gồm: nhà vệ sinh = 0.75 T , kho chứa = 1.45
T , giá và xuồng cứu sinh = 0.5 T , bể chứa dầu = 2.5 T , thang di động = 1.2 T , hệ
thống kết cấu của sàn công tác = 11 T
Phần thượng tầng được kể từ mép dưới của hệ thống kết cấu đỡ sàn công tác trở
lên. Phần này coi như đã được chế tạo định hình sẵn ; sẽ được ghép nối với KCĐ để tạo
thành công trình hoàn chỉnh. Đối với phần thượng tầng này, không cho phép chịu tác
động của sóng nuớc (kể cả bọt sóng vỡ). Bên dưới của phần thượng tầng là hệ thống
KCĐ.
SVTH:GROUP5-50CB1
2
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
II.2. Giới thiệu giải pháp kết cấu chung
II.2.1. Giải pháp kết cấu dầm đỡ thượng tầng
12000
Toàn bộ thượng tầng được đặt trên kết cấu đỡ thượng tầng . Kết cấu đỡ thượng
tầng được cấu tạo bằng bê tông cốt thép . Có kích thước như hình vẽ sau :
2000
5000
1000
600
12000
500
3500
4000
5000
500
3500
12000
II.2.2. Giải pháp kết cấu trụ đỡ
Là một cột trụ tròn, tiết diện vành khuyên có đường kính ngoài D1 = 5m 7m. Bề
dày của trụ 1 có thể thay đổi hoặc không đổi và > 250 mm .
Chiều dài của trụ tính từ mép dưới của chân khay tới đáy dưới của sàn đỡ khối nhà
ở. Trụ đỡ bng kết cấu bê tông cốt thép.
Trong lòng trụ có các bản vách cứng có bề dầy V không đổi và > 250 mm.Khoảng
cách giữa các vách cứng này theo chiều cao của trụ là HV = 5m 7m. Cần chú ý tại
đỉnh của trụ phải có vách cứng
SVTH:GROUP5-50CB1
3
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
1
1
1-1
t
t
d
t
D
- Giải pháp kết cấu trụ đỡ
II.2.2. Giải pháp kết cấu đế móng
Mặt bằng khối đế móng có thể tròn,vuông hay đa giác đều ( 6 hoặc 8 cạnh đều ).
Kích thước bề rộng đế móng D2 ( là đường kính ngoài nếu đế tròn, là đường kính vòng
tròn ngoại tiếp nếu đế là đa giác đều ).D2 =0.5 m 1.0 m.
Các dầm trong khối đế móng: Bao gồm các hệ dầm:
Hệ dầm chính xuyên tâm:
- Số lượng dầm chính: Với đế tròn, từ 6 8 dầm, với đế móng vuông = 8
dầm; với đế 6 - 8 cạnh đều bằng 6 8 dầm.
- Kích thước tiết diện dầm chính: Chiếu cao dầm chính hc =Hđ + a;
SVTH:GROUP5-50CB1
4
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Bề rộng dầm chính
bc > 400 mm;
Hệ dầm phụ theo phương vòng:
- Vị trí: Bố trí trên bản nắp, bản thành và đáy của đế móng.
- Tuyến dầm phụ: các tuyến của dầm phụ đồng dạng vói hình dạng của
đế móng.
- Số lượng tuyến dầm phụ:
Tại bản nắp và bản đáy:Số tuyến được xác định trên cơ sở khoản cách
giữa các dầm phụ (là nhịp của các ô bản đáy và bản nắp)nên trong phạm vi
Lp = 2.5 m 3.5m.
Nên chọn tiết diện, số lượng và vị trí tuyến dầm phụ tại bản nắp và bản đáy
là như nhau.
Tại bản thành: có 1 tuyến dầm phụ ở chính giữa chiều cao đế móng tính từ
mặt đất trở lên Hđ.
Kích thước tiết diện dầm phụ: Chiều cao dầm phụ hp = 400 mm 600
mm
Bề rộng dầm phụ bp > 300 mm.
Hệ dầm phụ hướng tâm:
- Vị trí: bố trí ở trên bản nắp, bản thành của đế móng.
Tuyến dầm phụ hướng tâm: Các tuyến của dầm phụ hướng tâm đi từ
bản thành hướng vào tâm đế; không nhất thiết tuyến dầm phụ này phải kết
thúc ở phần thân trụ trong đế móng.
- Số lượng tuyến dầm phụ : số tuyến được xác định trên cơ sở khoảng
cách giữa các dầm phụ(là nhịp của ô bản đáy và bản nắp)nên trong
phạm vi Lp = 2.5m 3.5 m. Nên chọn tiết diện tại, số lượng và vị trí
tuyến dầm phụ tại bản nắp và bản đáy như nhau.
- Kích thước tiết diện dầm phụ: Chiều cao dầm phụ hp = 400 mm 600
mm.
Bề rộng dầm phụ bp > 300 mm.
Các bản trong khối đế móng bao gồm:
Bản nắp: Bề dầy bản nắp của đế móng n > 250 mm. Có thể là mái phẳng
hoặc mái vỏ tròn xoay.
Bản thành: Bề dầy bản thành của đế móng t > 250 mm.
Bản đáy : Bề dầy bản đáy của đế móng đ > 250 mm.
II. đặc điểm môI trường vật liệuphương án thi công
II.1. Mô tả điều kiện khí tượng hải văn V A CHT CÔNG
TRìNH
Bảng 1: Số liệu thuỷ triều và nước dâng tại vị trí xây dựng công trình
Hế số điều chỉnh chiều cao sóng
SVTH:GROUP5-50CB1
0.4
5
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Biến động triều lớn nhất d1 (m)
Nước dâng tương ứng với bão thiết kế d2 (m)
Bảng 2: Độ sâu nước tại vị trí xây dựng công trình
1.5
1.0
Độ sâu hải đồ d0 = 25 (m)
Bảng 3,4: Số liệu địa chất công trình
Các thông số
1
Mô tả lớp đất
Tên lớp đất
Tên lớp đất 1 Tên lớp đất 2
Sét màu xám
vàng, trạng
Sét pha ,
thái
trạng
cứng
thái cứng
Tên lớp đất 3
Sét pha, trạng
thái dẻo cứng
7
Độ sâu đáy lớp đất (tính từ đáy
biển trở xuống (m) )
Độ ẩm W, %
Khối lượng thể tích tự nhiên w ,
g/cm3
Khối lượng thể tích tự nhiên c ,
g/cm3
Khối lượng riêng s , g/cm3
Độ lỗ rỗng n, %
8
Hệ số rỗng tự nhiên e
0.795
0.824
0.882
9
Độ bão hoà G, %
95.8
95.4
98.9
10
Giới hạn chảy WL, %
46.8
46.9
42.8
11
Giới hạn chảy WP, %
30.8
29.2
28.4
12
Chỉ số dẻo IP , %
16.0
17.7
14.4
13
Độ sệt Is
-0.17
-0.01
0.26
14
Lực dính kết C, kG/cm2
0.36
0.47
0.42
15
Góc ma sát
Hệ số lún a1-2 , cm2/kG
Mô đun tổng biến dạng E0 ,
kG/cm2
15002,
13045,
14035,
0.022
0.024
0.023
202.4
175.6
152.2
2
3
4
5
6
16
17
SVTH:GROUP5-50CB1
0.5
15
Vô hạn
28.1
29.1
32.2
1.93
1.91
1.91
1.51
1.48
1.44
2.71
2.70
2.71
44.3
45.2
46.9
6
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Bảng 5: Số liệu hà bám
Phạm vi hà bám tính từ mực nước thấp trở
xuống
Từ mực nước thấp nhất (0m) đến -4m
Từ -4m đến -8m
Từ -8m đến -10m
Từ -10m đến đáy biển
Chiều dày hà bám (mm)
80mm
87mm
100mm
70mm
Bảng 6: Số liệu vận tốc gió
Vận tốc gió trung bình đo trong 3 giây với chu kỳ lặp 100 năm đo ở độ cao 10 m so
với mực nước chuẩn.
Hướng
N
NE
E
SE
S
SW
W
NW
V( m/s)
44.7
57.4
4.9
24.2
5.6
41.6
39.8
39.0
Bảng 7: Số liệu sóng thiết kế
Sóng thiết kế sử dụng chu kỳ lặp lại là 100 năm, sóng kết hợp với dòng chảy, có 8
hướng thiết kế.
Hướng
N
NE
E
SE
S
SW
W
NW
Hs, m
10.8
16.4
9.9
6.2
8.6
13.1
9.3
7.4
T, s
10.3
14.3
11.6
10.8
12.4
12.5
12.0
12.3
Bảng 8: Vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất tương ứng với hướng sóng
tính toán (chu kỳ lặp 100 năm )
Các thông số
N
SVTH:GROUP5-50CB1
NE
E
Hướng sóng
SE
S
SW
W
NW
7
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Vận tốc
(cm/s)
Hướng
93
137
100
173
224
181
178
121
240
242
277
41
68
79
78
134
Bảng 9: Vận tốc dòng chảy đáy lớn nhất tương ứng với hướng sóng
tính toán (chu kỳ lặp 100 năm )
Các thông số
Vận tốc
(cm/s)
Hướng
N
NE
E
Hướng sóng
SE
S
68
119
90
109
182
137
119
97
2
300
60
295
329
53
329
197
SW
W
NW
II.2. Mô tả vật liệu sử dụng cho công trình biển trọng lực
Đặc trưng cơ học của thép cường độ cao:
+ Khối lượng riêng
t = 7850 (kG/m3)
+ Cường độ tiêu chuẩn Rac=17000 (kG/cm2)
+ Cường độ tính toán Ra=11000 (kG/cm2).
+ Môđun đàn hồi
Ea =2.1ì106 (kG/cm2)
Sợi thép ƯST được dùng lấy theo VSL hoặc tương đương
Thép thường nhóm AI, AII, AIII, AIV theo TCVN.
Bê tông:
+Với cấu kiện BTCT thường: BT mác 400#
+Với cấu kiện BTCTƯST: BT mác 500#.
II.3. Các phương án thi công
Mô tả nguyên lý về phương án thi công dự kiến:
Phương án thi công cho CTBCD kiểu DK trọng lực có thể chia làm các bước sau:
Bước 1: Chế tạo trên bờ (trong ụ khô hoạc trong đốc nổi ).
Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT được chế tạo trong ụ khô hay
đốc nổi. Sau khi chế tạo xong, tháo nước vào ụ để phần KCĐ đã chế tạo này tự nổi được
và kéo ra khu vực gần bờ để thi công tiếp bước hai.
Bước 2: Ghép phao phụ vào công trình ( gần bờ ).
Tại vị trí gần bờ, tiến hành gắn các phao phụ bằng thép vào KCĐ đã chế tạo từ bước
một để tăng tính nổi và ổn địn của hệ KCĐ - phao phụ.
Bước 3: Chế tạo và lắp dựng hoàn chỉnh ( ở gần bờ ).
SVTH:GROUP5-50CB1
8
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Tiếp tục chế tạo nốt phần trụ BTCT còn lại, đồng thời lắp khối thượng tầng vào KCĐ.
Hệ KCĐ và phao phụ phải đảm bảo tính nổi và tính ổn định cho toàn bộ hệ thống công
trình sau khi đã được chế tạo và lắp dựng ở bước 3 này.
Bước 4: Lai dắt râ vị trí xây dựng ngoài khơi. Dùng các tàu kéo, lai dắt hệ KCĐ phao phụ thượng tầng ra ngoài khơi. (nơi vị trí sẽ cố định công trình ).
Bước 5: San dọn nền và bơm nước dằn đánh chìm công trình .
Tại vị trí cố định công trình, tiến hành công tác san dọn nền đất, sau đó bơm nước vào
KCĐ để công trình từ từ hạ xuống. Chú ý phao phụ lúc này vẫn nổi trên mặt nước và có
tác dụng định vị, dẫn hướng cho công trình từ từ hạ xuống đáy biển .
Bước 6: Hoàn chỉnh các hạng mục khác :
Sau khi công trình hạ xuống xong, tiến hành các công tác khác như: bơm phụt vữa BT
vào khe giữa đáy móng và nền đất, dằn vật liệu vào KCĐ ( nếu cần ), tháo dỡ phao phụ
ra khỏi công trình, hoàn tất các việc phụ khác .
Phần II :
Lựa chọn phương án kiến trúc và
SVTH:GROUP5-50CB1
9
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Phương án kết cấu cho công trình
I. xây dựng phương án
I.1. Xác định chiều cao khối chân đế
Chiều cao cần thiết của khối chân đế :
Hcđ = do + d1 + d2 + à ..Hs +
Trong đó :
do : Độ sâu hải đồ 25,0 (m)
d1 : Biên độ triều lớn nhất 1,5 (m)
d2 : Chiều cao nước dâng do gió tương ứng với bão 1,0 (m)
: Hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán
Với lý thuyết sóng airy lấy
= 0,5
Với lý thuyết sóng Stockes lấy = 0,7
Hs : Chiều cao sóng cực đại ứng với chu kỳ lặp 100 năm là 16,4 m
: Độ tĩnh không phụ thuộc vào môi trường và công trình . =1,5 (m)
Hcđ = 25+1.5+1.0+0.4*0.7*16.4+1.5=33.592 (m)
Chn Hcđ = 34 m.
I.2. Xác định các kích thước khối chân đế
Để lựa chọn kích thước dầm ta dựa trên cơ sở sau :
1
1
ữ ) .lnhịp
12 20
1 1
+ Kích thước dầm phụ : hdầm chính= ( ữ ) .lnhịp
8 12
+ Kích thước dầm phụ : hdầm phụ= (
+ Bề rộng dầm chọn trong khoảng b= (0,3-0,5) *hdầm
Sau đây là một số phương án đề suất :
Dựa vào độ sâu nước đã cho và khối lượng kích thước thượng tầng ta sơ bộ
đưa ra 3 phương án sau (CTB TLBT loại một đế ):
Phương án 1: Trụ có tiết diện không thay đổi, đế móng là trụ tròn có bản nắp là mái
tròn xoay.
Bảng ii-1. Chọn sơ bộ kích thước và khối lượng trụ
SVTH:GROUP5-50CB1
10
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
STT Tên cấu kiện
1
Trụ dưới
Cao trình(m)
-0.5 ữ 9.0
D(m)
5
t (m)
1.0
h(m)
9.5
V(m3)
119.38
M(KN)
2984.5
0.5
25
176.71
4417.75
4.127
103.175
2
Trụ trên
9.0 ữ 34.0
5
3
Vách 1
8.8 ữ 9.2
4.0
0.4
4
Vách 2
13.8 ữ 14.2
4.0
0.4
4.127
103.175
5
Vách 3
18.8 ữ 19.2
4.0
0.4
4.127
103.175
6
Vách 4
23.8 ữ 24.2
4.0
0.4
4.127
103.175
7
Vách 5
28.8 ữ 29.2
4.0
0.4
4.127
103.175
8
Vách 6
32.8 ữ 33.2
4.0
0.4
4.127
103.175
Bảng ii-2. Chọn sơ bộ kích thước và khối lượng đế
Cấu kiện
đáy
Thành
D,l (m)
h
(m)
,b (m)
Số
lượng
V(m3)
M
(KN)
0.4
1
115.8
2895.29
Bản đáy
19.2
Dầm vòng
bản đáy
13
1.0
0.4
1
15.83
395.84
Thành
20
5
0.4
1
98.52
2463.00
20
0.8
0.4
1
19.3
482.55
20
1.2
0.6
1
42.52
1063.11
Bản nắp R1
27.89
4
0.4
1
131.3
3282.60
DC đáy
7.5
1.2
0.6
8
43.2
1080
DC thành
5
1.2
0.6
8
28.8
720.0
DC nắp
8.637
1.2
0.6
8
49.75
1243.73
Vành ngoài
20
0.5
0.4
1
12.32
307.876
Trụ trong
5
0.5
1
1
6.283
157.080
Dầm vòng
thành
Dầm vòng
đỉnh thành
Nắp
Dầm
chính
Chân
Khay
SVTH:GROUP5-50CB1
11
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Tổng trọng lượng công trình là : P=22112.38 (KN)
600
Dầm đỡ thượng tầng
3500
3500
25000
34000
5000
5000
5000
4000
1000
12000
4000
5000
500
9000
1200
500
1200
5000
1000
600
400
5000
- Phương án 1Phương án 2: Trụ có tiết diện không thay đổi, bản nắp nằm ngang
STT
Tên cấu kiện
Cao trình(m)
SVTH:GROUP5-50CB1
D(m)
t (m)
h(m)
V(m3)
12
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
1
Trụ dưới
-0.5 ữ 8.0
5
1.0
8.5
106.8
2
Trụ trên
8.0 ữ 34.0
5
0.5
25
183.78
3
Vách 1
7.8 ữ 8.2
4.0
0.4
4.127
4
Vách 2
12.8 ữ 13.2
4.0
0.4
4.127
5
Vách 3
17.8 ữ 18.2
4.0
0.4
4.127
6
Vách 4
22.8 ữ 23.2
4.0
0.4
4.127
7
Vách 5
27.8 ữ 28.2
4.0
0.4
4.127
8
Vách 6
32.8 ữ 33.2
4.0
0.4
4.127
Bảng ii-4. Chọn sơ bộ kích thước và khối lượng đế
Cấu kiện
Bản đáy
đáy
Thành
Nắp
Dầm
chính
Chân
Khay
Dầm vòng bản
đáy
Dầm phụ hướng
tâm
D,l
(m)
h
(m)
19.2
Số
V(m3)
lượng
M
(KN)
0.4
1
115.8
2895.29
,b (m)
12
1.0
0.4
1
14.58
364.5
4
0.8
0.4
8
10.24
256.0
Thành
20
6.8
0.4
1
167.48
4187.1
Dầm vòng giữa
20
1.0
0.4
1
23.87
596.9
Bản nắp
19.2
0.4
1
115.8
2895.29
Dầm vòng nắp
12
1.0
0.4
1
14.58
364.5
Dầm phụ hướng
tâm
4
0.8
0.4
8
10.24
256.0
DC nắp
7.5
1.2
0.6
8
36.0
1080
DC thành
5
1.2
0.6
8
24.0
720
DC đáy
7.5
1.0
0.6
8
36.0
900
Vành ngoài
20
0.5
0.4
1
12.32
307.876
1
1
6.283
157.080
0.4
8
Trụ trong
Cột chống
SVTH:GROUP5-50CB1
5
7.0
0.5
0.4
8.96
224
13
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
34000
8000
5000
5000
5000
5000
5000
1000
Tổng trọng lượng công trình là : P=22855.69 (KN)
20000
- Phương án 2Phương án 3: Trụ có tiết diện không thay đổi, nắp dốc đều.
STT
Tên
cấu
kiện
Cao trình(m)
SVTH:GROUP5-50CB1
D(m)
t (m)
h(m)
V(m3)
14
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Trụ
dưới
Trụ
trên
Vách
1
Vách
2
Vách
3
Vách
4
Vách
5
Vách
6
1
2
3
4
5
6
7
8
-0.5 ữ 9.0
5
1.0
9.5
119.38
9.0 ữ 34.0
5
0.5
25
176.71
8.8 ữ 9.2
4.0
0.4
4.127
13.8 ữ 14.2
4.0
0.4
4.127
18.8 ữ 19.2
4.0
0.4
4.127
23.8 ữ 24.2
4.0
0.4
4.127
28.8 ữ 29.2
4.0
0.4
4.127
32.8 ữ 33.2
4.0
0.4
4.127
Bảng ii-6. Chọn sơ bộ kích thước và khối lượng đế
Cấu kiện
đáy
Thành
D,l
(m)
Dầm
chính
Chân
Khay
,b (m)
Số
lượng
V(m3)
M
(KN)
0.4
1
115.8
2895.29
Bản đáy
19.2
Dầm vòng
bản đáy
13
1.0
0.4
1
15.83
395.84
Thành
20
4.2
0.4
1
103.5
2586.2
20
1.0
0.4
1
14.58
364.5
20
1.0
0.4
1
14.58
364.5
4
0.4
1
128.9
3222.5
Dầmvòng
thành
Dầm vòng
đỉnh thành
Bản nắp
Nắp
h
(m)
Dầm vòng
bản nắp
13
1.0
0.4
1
15.83
395.84
DC nắp
8.4
1.2
0.6
8
48.38
1209.6
DC thành
4
1.2
0.6
8
23.04
576
DC đáy
7.5
1.2
0.6
8
36
900
Vành ngoài
20
0.5
0.4
1
12.32
307.87
Trụ trong
5
0.5
1
1
6.283
157.08
SVTH:GROUP5-50CB1
15
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Cột chống
8
0.4
0.4
10
8
256
34000
5000
25000
5000
5000
4000
Tổng trọng lượng công trình là : P=22351.69 (KN)
600
500
A
5000
1000
A
9000
4000
5000
500
A-A
5000
13000
20000
- Phương án 3
I.3. Kiểm tra các điều kiện ban đầu
Trụ được thiết kế coi như cấu kiện chịu nén lệch tâm nên độ mảnh và kích
thước được giới han bởi các điều kiện sau :
=
l0
70
r
( TCVN 5574-91)
l0
17,7
D0
SVTH:GROUP5-50CB1
16
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
l0 : Là chiều dài tính toán của trụ, với sơ đồ tính coi như trụ là một thanh
conson ngàm tại mặt đế móng ta có : l0 = 2.ltrụ
r : Bán kính quán tính của tiết diện : r =
J
A
J : Mô men quán tính của tiết diện :
J =
64
( D 4 0 D 41 )
A : Diện tích tiết diện mặt cắt trụ :
A=
4
( D 2 0 D 21 )
Đối với cấu kiện khối chân đế :
Xét trong điều kiện thi công ở giai đoạn 1
Kiểm tra ổn định công trình theo công thức:
hi = ro + Zc ZG
Trong đó :
hi : chiều cao ổn định ban đầu của khối chân đế.
ro : Bán kính nghiêng ngang của mặt đường nước
Zc : Toạ độ trọng tâm của đoạn chân đế
ZG : Toạ độ phù tâm của khối chân đế
Tính mớn nước công trình:
Giả sử khi công trình được hạ thuỷ thì mớn nước của công trình là T
Ta có phương trình cân bằng:
P = Pdn
Trong đó :
P : tổng trọng lượng công trình
Pdn : lực dẩy nổi
Trong đó Pđn = Vchiếmchỗ*
: trọng lượng riêng của nước biển = 10.25 (KN/m3).
Tính trọng tâm công trình
Công thức tính toán trọng tâm:
MXGi = Pi.XGi
MZGi = Pi.ZGi
Trong đó:
MXG
: là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ x
MZgi
: là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ z
SVTH:GROUP5-50CB1
17
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Pi
: Khối lượng của từng cấu kiện.
XGi ; ZGi: Toạ độ trọng tâm của từng cấu kiện đối với trục toạ độ trung tâm x,z
Do kết cấu của toàn bộ công trình đối xứng qua trục z nên toạ độ trọng tâm của
toàn công trình nằm trên trục Z của toạ độ.
Tính phù tâm công trình:
Mzci = i.Xci
Mxci = i.Zci
Trong đó :
MXCi
: là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ x
MZCi
: là Mômen khối lượng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ z
Pi
: Khối lượng của từng cấu kiện.
XGi ; ZGi: Toạ độ trọng tâm của từng cấu kiện đối với trục toạ độ trung tâm x,z
i
: lực đẩy nổi của cấu kiện(khối lượng không nằm trong nước có lương
choán nước bằng 0)
i = Vi.1,025
Vi : Lượng choán nước của từng cấu kiện
Phương án 1:
o Kiểm tra điều kiện của trụ :
l(m)
l0(m)
25
50
J(m4)
18.113
A(m2)
r(m)
l0/D
[ ]
[l0 / D]
1.6
31.23
10
70
17.7
7.069
Điều kiện được thoả mãn
o Kiểm tra điều kiện của đế móng :
T (m)
HĐế (m)
h0 (m)
Kết luận
4.7
9
1.65
OK
Phương án 2:
o Kiểm tra điều kiện của trụ :
l(m)
l0(m)
J(m4)
SVTH:GROUP5-50CB1
A(m2)
r(m)
l0/D
[ ]
[l0 / D]
18
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
26
52
18.113
7.069
1.6
32.5
10.4
70
17.7
Điều kiện được thoả mãn
o Kiểm tra điều kiện của đế móng :
T (m)
HĐế (m)
h0 (m)
Kết luận
5.0
8
1.53
OK
Phương án 3:
o Kiểm tra điều kiện của trụ :
l(m)
l0(m)
25
50
J(m4)
18.113
A(m2)
r(m)
l0/D
[ ]
[l0 / D]
1.6
31.23
10
70
17.7
7.069
Điều kiện được thoả mãn
o Kiểm tra điều kiện của đế móng :
T (m)
HĐế (m)
h0 (m)
Kết luận
4.6
9
1.68
OK
II . Phân tích lựa chọn phương án kết cấu
Để lựa chọn phương án kết cấu phải dựa trên cơ sở sau:
So sánh phương án chịu lực của kết cấu.
So sánh các điều kiện ban đầu:
+Trọng lượng bản thân tổng công trình.
+ Chu kỳ dao động riêng tính bằng mô hình tổng thể ( tính bằng Sap)
và chu kỳ dao động riêng tính bằng mô hình đơn giản.
+ Kiểm tra điều kiện ổn định (lật,To,ho và dao động riêng).
So sánh về điều kiện thi công.
SVTH:GROUP5-50CB1
19
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Như vậy để lập được bảng so sánh ta cần xác định chu kỳ dao động riêng của
từng phương án kết cấu:
II.1. Tính toán dao động riêng
II.1. 2. Mục đích tính toán dao động riêng
Việc tính toán dao động riêng nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng do các tác
động của môi trường lên công trình.
II.1. 2. Phương pháp tính
Phương trình dao động riêng của hệ kết cấu:
M U +C U +K U =0
Trong đó:
+ M: Ma trận các thành phần khối lượng (bao gồm khối lượng của các bộ phận
chính và phụ của toàn bộ công trình và khối lượng của nước kèm ).
+C : Ma trận cản nhớt.
+K : Ma trận độ cứng của kết cấu.
+ U : Véc tơ chuyển vị của kết cấu (tại các nút)
Phương pháp tính toán động lực học kết cấu công trình biển hiện được sử dụng chủ
yếu là phương pháp phần tử hửu hạn (PTHH).
Tác động của các yếu tố môi trường biển (Sóng, gió, dòng chảy) là tác dụng động
với tác động của sóng là trội.Chu kỳ của song là trội. Chu kỳ của sóng biển nằm trong
khoảng 5 đến 30s. Thông thường ta phải xét đầy đủ bài toán động lực học công trình
biển cố định. Trong thực tế tính toán công trình biển cố định nếu chu kỳ dao động riêng
của công trình Tct>3s thì ảnh hưởng động của sóng là đáng kể vì vậy phải kể đến ảnh
hưởng động. Khi Tct<3s thì ảnh hưởng của sóng là không đáng kể, do đó có thể tính
toán kết cấu theo phương pháp tựa tỉnh,tức là cần xác định một hệ số động kd, rồi nhân
với giá trị tải trọng đầu vào hoặc kết quả nội lực đầu ra khi tính toán.
Hệ số động kd được xác định như sau:
kd=
u0
=
ut
1
2
2 2
1 + x
1 1 1
2
Trong đó:
-u0: biên độ của chuyển vị động
-ut : chuyển vị cực đại do tác động tỉnh của tải trọng
- 1 : tần số của dạng dao động riêng thứ nhất của kết cấu
- / 1 : hệ số giảm chấn lấy bằng 0.08.
- :tần số vòng của sóng tác dụng
SVTH:GROUP5-50CB1
20
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
II.1. 2. Xác định các loại khối lượng của công trình
II.1. 2.1. Khối lượng thượng tầng
Đơn vị (tấn)
Các loại khối lượng thượng tầng
Khối nhà ở
70
Hoạt tải sử dụng
2
Dự trữ lương thực thực phẩm
8
Nước ngọt
50
Hệ thống dầm thép chịu lực
38
Nhà vệ sinh
0.75
Kho
1.45
Bể chứa dầu
2.5
Trọng lượng bản thân sàn công tác
11
Tổng trọng lượng khối thượng tầng là 183.7 (tấn)
II.1. 2.2. Khối lượng hà bám
Khối lượng hà bám được tính từ mực nước biển trung bình trở xuống
MNTB= d0=25.0 (m)
* Khối lượng hà bám tại thanh thứ i là :
mh (i) = h.Ahi.Li
h Khối lượng riêng của hà bám (h = 1600 kg/m3).
Ahi Diện tích tiết diện ngoài cùng của thanh thứ i
Li Chiều dài thanh thứ i
Kết quả tính như bảng sau:
Phương án 1:
SVTH:GROUP5-50CB1
21
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
z
(m)
25
21
21
17
17
15
15
9
9
5
5
0
Kết
ĐK
trụ(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
Cấu
Trụ
Nắp
Thnh
BK
đới
cầu
(m)
KL
riêng
Chiều
Chiều
dày hà hà bám KL hà
bám(m) (t/m3) bám(tấn)
cao
(m)
Diện
tích(m2)
4
62.832
0.08
8.04248
4
62.832
0.087
8.74619
2
31.416
0.1
5.02655
6
94.248
0.07
10.5558
4
157
0.07
17.584
5
314.16
0.07
12.5
20
1.6
35.1858
Tổng khối lượng hà bám là: 85.141 (tấn)
Phương án 2:
z
(m)
25
21
21
17
17
15
15
8
8
Kết
Cấu
Trụ
Đế
Chiều
ĐK
trụ(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
20
SVTH:GROUP5-50CB1
KL
riêng
hà
bám
(t/m3)
cao
(m)
Diện
tích(m2)
Chiều
dày hà
bám(m)
4
62.83
0.08
8.0425
4
62.83
0.087
8.7462
2
31.42
0.1
5.0265
7
8
110
502.7
0.07
0.07
12.315
56.297
1.6
KL hà
bám(tấn)
22
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
0
Tổng khối lượng hà bám là: 90.428 (tấn)
Phương án 3:
z
Kết
BK đới
cầu
ĐK
(m)
trụ(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
Chiều
Diện
cao
tích(m2)
(m)
Cấu
(m)
25
21
4
62.832
21
17
4
62.832
17
15
2
31.416
15
9
6
94.248
Trụ
9
Nắp
5
12.5
4
157
5
0
5
314.16
Thnh
20
Tổng khối lượng hà bám là: 85.1408 (tấn)
II.1. 2.3. Khối lượng nước kèm
Chiều
dày hà
bám(m)
KL
riêng
hà bám
(t/m3)
KL hà
bám(tấn)
0.08
8.04248
0.087
8.74619
0.1
5.02655
0.07
10.5558
0.07
17.584
0.07
1.6
35.1858
Xác định khối lượng nước kèm tính từ MNTB xuống đáy biển.
Khối lượng nước kèm quy đổi tại nút thứ i là:
mnk(i) = n.Cam.Vi
Trong đó:
+ n - mật độ của nước biển = 1025 kg/m3.
+ C am - hệ số nước kèm, Cam = 0,2.
+ Vi - thể tích ống phần ngập nước, tính với đường kính mới có cả chiều dày
hà bám
SVTH:GROUP5-50CB1
23
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Kết quả tính như bảng sau:
Phương án 1:
Kết
z
(m)
25
21
21
17
17
15
15
9
9
5
5
0
Trụ
ĐK
trụ(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
Nắp
12.5
Thnh
20
Cấu
BK
đới
cầu
(m)
Chiều
cao
(m)
Chiều
dày hà
bám(m)
4
12.5
Thể tích
(m )
KL nớc
kèm(tấn)
0.08
83.6468
17.1476
4
0.087
84.1013
17.2408
2
0.1
42.4743
8.70724
6
0.07
124.499
25.5224
4
0.07
501.931
102.896
5
0.07
1592.86
326.537
3
Tổng khối lượng nước kèm là: 498.051 (tấn)
Phương án 2:
z
(m)
25
21
21
17
17
15
15
8
8
0
Kết
Chiều
Thể tích
(m )
KL nuớc
kèm(tấn)
cao
(m)
4
0.08
83.647
17.1476
4
0.087
84.101
17.2408
2
0.1
42.474
8.70724
Trụ
ĐK
trụ(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
Chiều
dày hà
bám(m)
7
0.07
145.25
29.7761
Thnh
20
8
0.07
2548.6
522.46
Cấu
3
Tổng khối lượng nước kèm là: 595.331 (tấn)
SVTH:GROUP5-50CB1
24
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
Phương án 3:
z
Kết
(m)
25
21
21
17
17
15
15
9
9
5
5
0
Chiều
cao
(m)
Chiều
dày hà
bám(m)
Thể tích
(m )
KL nớc
kèm(tấn)
4
0.08
83.647
17.1476
4
0.087
84.101
17.2408
2
0.1
42.474
8.70724
6
0.07
124.5
25.5224
Trụ
ĐK
trụ(m)
5
5
5
5
5
5
5
5
Nắp
12.5
4
0.07
501.93
102.896
Thnh
20
5
0.07
1592.9
326.537
Cấu
3
Tổng khối lượng nước kèm là: 498.051 (tấn)
Khai báo các loại khối lượng vào mô hình sap2000 ta được kết quả dao động
riêng:
Period (max)(s)
StepNum
1
PA1
0.4242
PA2
PA3
0.4469
0.4180
II.2 KIểM TRA SƠ Bộ ổn định lật
Điều kiện ổn định lật của công trình được xác định theo công thức:
Mgiữ/Mlật k
Trong đó :
k : Hệ số an toàn, thường lấy k = 1,5
Mgiữ : Momen chống lật do tải trọng công trình gây ra
Mlật : Mômen gây lật tại đế móng do tải trọng sóng, dòng chảy, do gió và
lực đẩy nổi gây ra tại mép đáy móng .
Với phương án 1:
Giá trị momen lật do tải trọng sóng và dòng chảy gây ra tính táon theo lý
thuyết sóng Stokes bậc 5 (xem trong tính toán lực Sóng chi tiết cho PA chọn)
SVTH:GROUP5-50CB1
25
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép
t
Fx(KN) Fy(KN) Mx(KNm) My(KNm)
0
-584.8 64.421
417
-4727
T/20
-1179
67
446
-9457
2T/20
-2149
65
413
-16260
3T/20
-2712
64
405
-18596
4T/20
-2752
64
396
-17441
5T/20
-2530
63
386
-15149
6T/20
-2168
63
378
-12987
7T/20
-1747
63
372
-10871
8T/20
-1299
63
369
-8917
9T/20
-770
59
351
-6765
t
Fx(KN) Fy(KN) Mx(KNm) My(KNm)
10T/20
-314
63
378
-4505
11T/20
294
63
368
-887
12T/20
944
63
370
3047
13T/20
1679
63
382
9053
14T/20
2209
63
381
11618
15T/20
2636
64
387
15221
16T/20
2768
64
394
17465
17T/20 2525
64
402
17570
18T/20
1839
64
414
14834
19T/20
852
64
417
7512
Mômen dương gây lật do sóng lớn nhất :
Mlật sóng = 17570KNm
Giá trị tải trọng do gió và mômen gây lật do gió
Tên cấu kiện
Dầm mái
Block nhà ở
Dầm đỡ thượng tầng
Trụ
SVTH:GROUP5-50CB1
z (m)
14.25
10.5
7
3.25
Tổng
cánh tay đòn(m)
41.75
38
34.5
30.75
F (kN)
34.35
125.23
18.32
12.60
190.51
(KN)
Momen
1434.13
4758.81
632.184
387.443
7212.57
(KNm)
26
