Thiết kế công nghệ sản xuất cọc ván BTCT (Thuyết minh+bản vẽ)

CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.

CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA
KẾT CẤU SẢN PHẨM.

5

5.1/ Sơ lược về sản phẩm.
- Sản phẩm thiết kế là cọc ván bê tông cốt thép, được sử dụng trong các công trình
thủy.
- Sản phẩm gồm 3 loại kích thước :
+ SW-250 : Dài 10,0 m, phục vụ việc xây dựng bến tường cừ ( bến hành khách,
bến cho tàu công vụ ở vùng ven biển và đòa phương).
+ SW-180 : Dài 8,0 m, phục vụ việc xây dựng bến tường cừ ( bến hành khách,
bến cho tàu công vụ ở vùng ven biển và đòa phương).
+ SW-120 : Dài 6,0 m , phục vụ xây dựng bờ kè bảo vệ bờ biển.
5.2/ Thiết kế kết cấu :
5.2.1/ Đòa chất khu vực xây dựng.
- Khu vực xây dựng là các vùng ven bờ biển Bình Thuận và khu vực lân cận thuộc
bở biển miền Nam Trung Bộ.
- Đòa chất khu vực này được giả đònh là nền đất cát mòn lẫn bột, trạng thái bời rời.
Có các chỉ tiêu cơ lý sau:
+ Mực nước ngầm (MNN) : - 0,8 (m).
+ Dung trọng ướt (γW) : 1,860 (g/cm3).
+ Dung trọng khô (γd) : 1,475 (g/cm3).
+ Dung trọng đẩy nổi (γS) : 0,922 (g/cm3).
+ Tỷ trọng (GS) : 2,667 (g/cm3).
+ Độ rỗng (n) : 44,7 %.
+ Hệ số rỗng (e) : 0,808.
+ Độ bảo hòa (S) : 86,1 %.
+ Cường độ nén đơn (Qu) : 1,110 (Kg/cm2).

+ Góc ma sát trong (ϕ ) : 260.
+ Hệ số cắt nhanh trực tiếp (C ) : 0,027 (Kg/cm2).
+ Mô đun biến dạng (E ) : 35,591 (Kg/cm2).
5.2.2/ Xác đònh các thông số cơ bản của bờ kè bảo vệ:
- Chiều sâu nước trước công trình H1 (m) : 1,8 (m).
- Mực nước cao thiết kế (MNCTK*) : 2,2 (m).
- Cao trình mặt bờ kè (MBK) :
∇ MBK = ∇ MNCTK + a.
= 2,2 + 0,5

 19 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
= 2,7 (m).
.Với: a – Độ cao dự trữ, a = 0,5 m.
5.2.3/ Xác đònh các loại tải trọng tác động :
- Cọc ván SW-120.
* Tải trọng thường xuyên:
- Trọng lượng bản thân công trình TLBT (G) :
+ Công thức xác đònh:
G = SCV x LCV x γBT (tấn).
= 0,0624 x 6,0 x 2,5
= 0,936 (tấn).
Trong đó :
. SCV : Tiết diện cọc ván (m2). SCV = SSW-120 = 624 (cm2) = 0,0624 (m2).
. LCV : Chiều dài cọc ván (m). LCV = LSW-120 = 6,0 (m).
. γBT : Khối lượng riêng của bê tông cốt thép, γBT = 2,5 (T/m3).
+ Điểm đặt tại tâm cấu kiện.
* Xác đònh áp lực đất tác dụng lên tường cọc theo lời giải của lý thuyềt cân bằng

giới hạn.
- p lực đất chủ động ALDCD (σa): (Bảng 5.1)
+ Công thức xác đònh chung :
σa = (q0 + Σγi.hi).k.λa - 2.Ci.tg[450 - (ϕi/2)].
(5.1)
Với :
. q0 : Hoạt tải trên mặt bến, q0 = 2,0 (T/m2).
. γi : Dung trọng lớp đất thứ i, (T/m3).
. hi : Chiều cao lớp đất thứ i, (m).
. Ci : Lực dính của lớp đất thứ i.
. ϕI : Góc nội ma sát trong lớp đất thứ i.
. λa : Hệ số áp lực chủ động, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất (ϕ), góc
ma sát giữa đất và tường chắn (δ) và góc nghiêng của tường chắn (α). Tra
bảng VI.2 – Hệ số áp lực đất chủ động – trang 253 – Bài tập Cơ học đất.
. k : Hệ số giảm áp lực chủ động, phụ thuộc vào góc ma sát trong ϕ. Tra
bảng 5-3. Gía trò hai hệ số k và k’-trang 142 -Cảng công trình biển.
Bảng 5.1 Kết quả tính toán áp lực đất chủ động tác động lên tường cừ.

C (T/m2)

k

λa

26

0.27

1.80

0.394

1.860

0.99

26

0.27

1.80

0.394

0.922

4.91

Cao trình (m).

h(m)

ϕ

+0.000

0.00

-6.000

6.00

0

- p lực đất bò động ALDBD (σp) : (Bảng 5.2)
+ Công thức xác đònh chung :
σp = (q0 + Σγi.hi).k’.λp + 2.Ci.tg[450 - (ϕi/2)].

 20 

3

γ (T/m )

σa (T/m)

(5.2)


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
Với :
. q0 : Hoạt tải trên mặt bến, q0 = 2,0 (T/m2).
. γi : Dung trọng lớp đất thứ i, (T/m3).
. hi : Chiều cao lớp đất thứ i, (m).
. Ci : Lực dính của lớp đất thứ i.
. ϕI : Góc nội ma sát trong lớp đất thứ i.
. λp : Hệ số áp lực bò động, phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất (ϕ), góc
ma sát giữa đất và tường chắn (δ) và góc nghiêng của tường chắn (α). Tra
bảng VI.3 – Hệ số áp lực đất bò động – trang 254 – Bài tập Cơ học đất.
. k : Hệ số tăng áp lực bò động, phụ thuộc vào góc ma sát trong ϕ. Tra bảng

5-3.Gía trò hai hệ số k và k’ - trang 142 -Cảng công trình biển..
Bảng 5.2 Kết quả tính toán áp lực đất bò chủ động tác động lên tường cừ.
Cao trình (m). h(m)
-2.700
0.00
-6.000
3.30

0
2
λ p γ (T/m 3 ) σ p (T/m)
ϕ C (T/m ) k
26
0.27
0.54 2.620 0.922
3.26
26
0.27
0.54 2.620 0.922
7.56

* Tải trọng tạm thời :
- p lực nước với mực nước cao thiết kế ALNTK (p1) :
p1 = γN x h x b (T/m).
(5.3)
+ Với :
. γN : Trọng lượng riêng của nước, γN = 1,0 (T/m3).
. h : Chiều sâu mực nước bình thường tính từ cao trình mặt thoáng, (m).
. b : Chiều rộng của cấu kiện đònh hình, b = 0,996 (m).
+ Gía trò áp lực lớn nhất tại chân công trình:

p1h= 2,2 = 1,0 x 2,2 x 0,996
= 2,191 (T/m).
- p lực nước với mực nước bình thường ALNBT (p2) :
p2 = γN x h’ x b (T/m).
(5.4)
+ Với :
. γN : Trọng lượng riêng của nước, γN = 1,0 (T/m3).
. h’ : Chiều sâu mực nước bình thường tính từ cao trình mặt thoáng, (m).
. b : Chiều rộng của cấu kiện đònh hình, b = 0,996 (m).
+ Gía trò áp lực lớn nhất tại chân công trình:
p2h=1,8 = 1,0 x 1,8 x 0,996
= 1,793 (T/m).
- Cọc ván SW-180.
Tương tự như phần tính cho cọc ván SW-120. Ta có:
* Tải trọng thường xuyên:
+ TLBT : 1,762 (tấn).

 21 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
+ ALDCD : (Bảng 5.3)
Bảng 5.3 Kết quả tính toán áp lực đất chủ động tác động lên tường cừ.
Cao trình (m). h(m)
+0.000
0.00
-8.000
8.00

ϕ

2

0

C (T/m )

26
26

0.27
0.27

3

λ a γ (T/m ) σ a (T/m)
k
1.80 0.394 1.860
0.99
1.80 0.394 0.922
6.22

+ ALDBD : (Bảng 5.4)
Bảng 5.4 Kết quả tính toán áp lực đất bò chủ động tác động lên tường cừ.
Cao trình (m). h(m)
-2.700
0.00
-8.000
5.30

0
2
λ p γ (T/m 3 ) σ p (T/m)
ϕ C (T/m ) k
26
0.27
0.54 2.620 0.922
3.26
26
0.27
0.54 2.620 0.922
10.17

* Tải trọng tạm thời :
+ ALNTK :
p1h= 2,2 = 2,191 (T/m).
+ ALNBT :
p2h=1,8 = 1,793 (T/m).
- Cọc ván SW-250.
Tương tự như phần tính cho cọc ván SW-120. Ta có:
* Tải trọng thường xuyên:
+ TLBT : 2,9 (tấn).
+ ALDCD : (Bảng 5.5)
Bảng 5.5 Kết quả tính toán áp lực đất chủ động tác động lên tường cừ.
Cao trình (m). h(m)
+0.000
0.00
-10.000
10.00

ϕ

0

26
26

2

C (T/m )
0.27
0.27

3

λ a γ (T/m ) σ a (T/m)
k
1.80 0.394 1.860
0.99
1.80 0.394 0.922
7.53

+ ALDBD : (Bảng 5.6)
Bảng 5.6 Kết quả tính toán áp lực đất bò chủ động tác động lên tường cừ.
Cao trình (m). h(m)
-2.700
0.00
-10.000
7.30

0
2
λ p γ (T/m 3 ) σ p (T/m)
ϕ C (T/m ) k
26
0.27
0.54 2.620 0.922
3.26
26
0.27
0.54 2.620 0.922
12.78

 22 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
* Tải trọng tạm thời :
+ ALNTK :
p1h= 2,2 = 2,191 (T/m).
+ ALNBT :
p2h=1,8 = 1,793 (T/m).
5.2.4/ Tính toán nội lực bằng phần mềm SAP2000.
- Cọc ván được tính toán nội lực theo phương pháp hệ số nền [16].
- Thiên về an toàn ta sẽ xét bài toán, cọc ván làm việc với tiết diện chữ nhật, với
kích thước tiết diện :
+ SW-120 : 120 x 996 (mm).
+ SW-180 : 180 x 996 (mm).
+ SW-250 : 250 x 996 (mm).
- Xác đònh các thông số hình học.

* Đối với thanh liên kết giả đònh ngang:
+ Mô đun đàn hồi của đất, E0 = 3.559,1 KN/m2.
+ Mô đun đàn hồi của thanh liên kết, E = EB#350 = 240.105 KN/m2.
+ Khoảng cách giữa các thanh liên kết giả đònh ngang, L = 1,0 m.
+ Khoảng cách giữa các thanh neo, l = 100 m.
+ Hệ số đàn hồi, k1 = E0 . L = 3.559,1 KN/m.
+ Diện tích tiết diện thanh liên kết giả đònh ngang, F1 = (k1. l) /E = 0,01 m2.
* Đối với thanh liên kết giả đònh đứng:
+ Hệ số đàn hồi, k2 = CV = 2,5.105 KN/m.
+ Diện tích tiết diện thanh liên kết giả đònh đứng, F2 = (k2. l) /E = 1,04 m2.
- Sơ đồ tính : ( Trường hợp tường cừ không neo) (Hình 5.1).
+0.000

+0.000

+0.000

-2.700

-2.700

(đáy cảng)

(đáy cảng)

10000

8000

6000

-2.700
(đáy cảng)

-6.000

SƠ ĐỒ TÍNH
SW-120.

-8.000

SƠ ĐỒ TÍNH
SW-180.

-10.000

SƠ ĐỒ TÍNH
SW-250.

Hình 5.1 Sơ đồ tính tường cừ không neo.

 23 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
- Sơ đồ tính : ( Trường hợp tường cừ một neo, neo tại đỉnh tường cừ) (Hình 5.2).

+0.000

+0.000

+0.000

-2.700

-2.700

(đáy cảng)

(đáy cảng)

10000

8000

6000

-2.700
(đáy cảng)

-6.000

SƠ ĐỒ TÍNH
SW-120.

-8.000

SƠ ĐỒ TÍNH
SW-180.

-10.000

SƠ ĐỒ TÍNH
SW-250.

Hình 5.2 Sơ đồ tính tường cừ một neo, neo tại đỉnh tường cừ.
- Các trường hợp lực ( Trình bày của SW-120, các loại khác tương tự) : (Hình 5.3)
+0.000

p1 = 0,99 (T/m)

G = 0,936 (T)

-2.700

p3 = 3,26 (T/m)

(đáy cảng)

-6.000

p2 = 4,91 (T/m)

TH1 : TLBT.

TH2 : ALDCD.

p4 = 2,191 (T/m)

p4 = 7,56 (T/m)

TH3 : ALDBD.

p4 = 1,793 (T/m)

TH4 : ALNTK.

TH5 : ALNBT.

Hình 5.3 Các trường hợp lực tác dụng lên tường cừ.

 24 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
- Các trường hợp tổ hợp :
+ TH1 : TLBT + ALDCD + ALDBD + ALNTK. Hệ số tổ hợp : 1 -1 -1 - 0.9.
+ TH2 : TLBT + ALDCD + ALDBD + ALNBT. Hệ số tổ hợp : 1 -1 -1 - 0.9.
- Kết quả giải nội lực : ( Xem phụ lục ).

Hình 5.4 Dạng biểu đồ Mô men tác dụng lên tường cừ ( trường hợp tổ hợp)
(trường hợp tường cừ không neo và tường cừ một neo).

Hình 5.5 Dạng biểu đồ chuyển vò của tường cừ một neo, neo tại đỉnh tường cừ
(Trường hợp tổ hợp).

 25 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.

Hình 5.6 Dạng biểu đồ chuyển vò của tường cừ không neo
(Trường hợp tổ hợp).
5.2.5/ Thiết kế cốt thép .
- Tính toán cốt thép bằng phần mềm RCD.
- Trường hợp tường cừ không neo :
* Cọc ván SW-120 :
+ Famax = 2,234 cm2, tiết diện giữa cọc. Bố trí: 3Þ12 (Fabt = 3,393 cm2 ),
μ%= 0,31%.
+ Famin = 1,099 cm2, tiết diện hai đầu cọc. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,21%.
* Cọc ván SW-180 :
+ Famax = 2,712 cm2, tiết diện giữa cọc. Bố trí: 4Þ12 (Fabt = 4,524 cm2 ),
μ%= 0,29%.
+ Famin = 0,943 cm2, tiết diện hai đầu cọc. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,15%.
* Cọc ván SW-250 :
+ Famax = 3,328 cm2, tiết diện giữa cọc. Bố trí: 5Þ12 (Fabt = 5,655 cm2 ),
μ%= 0,27%.
+ Famin = 1,250 cm2, tiết diện hai đầu cọc. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,11%.
- Trường hợp tường cừ một neo, neo tại đỉnh tường cừ :
* Cọc ván SW-120 :
+ Famax = 0,896 cm2, tiết diện cách đỉnh 2,0 m. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,21%.

 26 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.

+ Famin = 0,716 cm2, tiết diện hai đầu cọc. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,21%.
* Cọc ván SW-180 :
+ Famax = Famin = 0,9 cm2, suốt cả chiều dài cọc. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262cm2 ),
μ%= 0,15%.
* Cọc ván SW-250 :
+ Famax = 1,296 cm2, tiết diện cách đỉnh 2,0 m. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,11%.
+ Famin = 1,250 cm2, tiết diện hai đầu cọc. Bố trí: 2Þ12 (Fabt = 2,262 cm2 ),
μ%= 0,11%.
*** So sánh hai trường hợp tính toán trên, ta nhận thấy cốt thép yêu cầu với
trường hợp tường cừ không neo, lớn hơn so với trường hợp tường cừ một neo,
neo tại đỉnh tường cừ.
5.3/ Tính toán và bố trí cốt thép cho các quá trình làm việc.
* Kiểm tra kết cấu các cấu kiện trong vận chuyển & thi công.
Trong thi công và bốc dỡ các sản phẩm cọc ván, các cấu kiện làm việc chủ yếu
theo 2 sơ đồ chòu tác dụng lực sau :
+ Sơ đồ I :
- Khi xếp, dỡ các cấu kiện.(Hình 5.7)

-

Hình 5.7 Hình mô phỏng khi xếp, dỡ cấu kiện.
Sơ đồ tính : (Hình 5.8)

-

Hình 5.8 Sơ đồ tính khi xếp, dỡ cấu kiện.
Biểu đồ Mômen (MI) : (Hình 5.9)

Hình 5.9 Biểu đồ Mômen khi xếp, dỡ cấu kiện .

 27 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
+ Sơ đồ II :
- Khi thi công dựng lắp. (Hình 5.10).
- Sơ đồ tính : (Hình 5.11).

Hình 5.11 Sơ đồ tính khi dựng lắp trong thi công.
- Biểu đồ Mômen (MII):(Hình 5.12)

Hình 5.12 Biểu đồ Mômen khi dựng lắp trong thi công.

Hình 5.10 Mô
phỏng khi dựng
lắp.

* Kiểm tra cốt thép chòu lực :
- SW-120 :
+ Trọng lượng bản thân phân bố trên 1 m dài :
gSW-120 = A SW-120 .  . 1,0 (m).
= 0,0624 x 2,5 x 1,0.
= 0,156 (T/m).
Trong đó:
. ASW-120 : Diện tích tiết diện cọc ván SW-120, ASW-120 = 0,0624 (m2).
.  : Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép,  = 2,5 (T/m3).
+ Chiều dài cọc ván SW-120, LSW-120 = 6,0 (m).
+ Gía trò mômen dương lớn nhất:

Mmax = Max {MI, MII}
= MII
= 0,07. g.L2
= 0,07 x 0,156 x 6,02
= 0,393 (T.m).
+ Diện tích cốt thép yêu cầu:
Fac = Mmax / (.Ra.h0)
= 0,393.105 / (0,9 x 2.600 x 9,0)
= 1,87 (cm2) < Fabt = 3,393 cm2. Thỏa điều kiện.
Trong đó :
. Ra : Cường độ chòu kéo của cốt thép C-II, Ra = 2.600 (kg/cm2).
. h0 : Chiều cao làm việc của tiết diện SW-120, h0 = 9,0 (cm).
.  : Hệ số, lấy  = 0,9. Đối với tiết diện có hình dạng đặc biệt.
- SW -180 :

 28 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
+ Trọng lượng bản thân phân bố trên 1 m dài :
gSW-180 = A SW-180 .  . 1,0 (m).
= 0,0881 x 2,5 x 1,0.
= 0,220 (T/m).
Trong đó:
. ASW-180 : Diện tích tiết diện cọc ván SW-180, ASW-180 = 0,0881 (m2).
.  : Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép,  = 2,5 (T/m3).
+ Chiều dài cọc ván SW-180, LSW-180 = 8,0 (m).
+ Gía trò mômen dương lớn nhất:
Mmax = Max {MI, MII}
= MII

= 0,07. g.L2
= 0,07 x 0,220 x 8,02
= 0,995 (T.m).
+ Diện tích cốt thép yêu cầu:
Fac = Mmax / (.Ra.h0)
= 0,995.105 / (0,9 x 2.600 x 14,0)
= 3,04 (cm2) < Fabt = 4,524 (cm2). Thỏa điều kiện.
Trong đó :
. Ra : Cường độ chòu kéo của cốt thép C-II, Ra = 2.600 (kg/cm2).
. h0 : Chiều cao làm việc của tiết diện SW-120, h0 = 9,0 (cm).
.  : Hệ số, lấy  = 0,9. Đối với tiết diện có hình dạng đặc biệt.
. D : Cáp căng dự ứng lực, cm.
- SW-250:
+ Trọng lượng bản thân phân bố trên 1 m dài :
gSW-250 = A SW-250 .  . 1,0 (m).
= 0,1160 x 2,5 x 1,0.
= 0,290 (T/m).
Trong đó:
. ASW-250 : Diện tích tiết diện cọc ván SW-250, ASW-250 = 0,1160 (m2).
.  : Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép,  = 2,5 (T/m3).
+ Chiều dài cọc ván SW-250, LSW-250 = 10,0 (m).
+ Gía trò mômen dương lớn nhất:
Mmax = Max {MI, MII}
= MII
= 0,07. g.L2
= 0,07 x 0,290 x 10,02
= 2,03 (T.m).
+ Diện tích cốt thép yêu cầu:
Fac = Mmax / (.Ra.h0)

 29 


CHƯƠNG V : THIẾT KẾ & KIỂM TRA KẾT CẤU SẢN PHẨM.
= 2,03.105 / (0,9 x 2.600 x 20,0)
= 4,34 (cm2) < Fabt = 5,655 (cm2). Thỏa điều kiện.
Trong đó :
+ Ra : Cường độ chòu kéo của cốt thép C-II, Ra = 2.600 (kg/cm2).
+ h0 : Chiều cao làm việc của tiết diện SW-120, h0 = 9,0 (cm).
+  : Hệ số, lấy  = 0,9. Đối với tiết diện có hình dạng đặc biệt.
. D : Cáp căng dự ứng lực, cm.
* Bố trí cốt thép đai :
+ Trong khoảng 0,1.L (hai bên vò trí thép làm móc cẩu), chọn : Þ 6 @100.
+ Trong khoảng 0,2.L (hai bên vò trí thép làm móc cẩu – trừ phần đã bố trí ở
trên), chọn : Þ 6 @200.
+ Phần còn lại (ở giữa cọc ván), chọn : Þ 6 @300.

 30 