Hướng dẫn tính toán công trình bến cầu tàu

ông thức : (Xem Hình I.4) ) .8 (.22 2 h B L h Bhl  Trong đó : 2 l : Khoảng cách đệm (m) L : chiều dài của tàu tính toán (m) B : Chiều rộng của tàu tính toán (m) h : Chiều cao đệm khi chịu năng lượng va tàu (m) Hình I.4 Góc cập tàu và khoảng cách đệm tàu I.6.2 Tải trọng neo Tải trọng do neo tàu được tính toán theo tài liệu Port Designer’s Handbook và BS 6349- 1:2000 I.6.2.1 Lực neo do gió I.6.2.1.1 Lực neo do gió theo BS 6349-1:2000 Lực do gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau : 24 24 ....10 ..)..(10 WLLWLW WLTWaftTWforwardTW VACF VACCF       Trong đó : FTW : Lực do gió theo phương ngang tàu tác dụng mũi tàu và đuôi tàu (KN) FLW : Lực do gió theo phương dọc tàu (KN) VW : Vận tốc gió tính toán tại chiều cao 10m trên mực nước, tính toán cho trường hợp neo với vận tốc gió có nghĩa trong 1 phút (m/s) Xác định VW theo Bảng I.7 và bảng I.8, AL : Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m2) CTWforward : Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu CTWaft : Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu CLW : Hệ số cản gió theo phương dọc tàu  : Mật độ không khí, Kg/m3,  = 1.1703 Kg/m3 tại 30oC  = 1.3096 Kg/m3 tại 0oC Hệ số CTWforward, CTWaft, CLW xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10 AL lấy theo tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20 hoặc xem mục I.16.1 Số liệu tàu thiết kế. I.6.2.1.2 Lực neo do gió theo OCIMF 1997 (Phần tính toán này áp dụng cho tàu dầu) Lực do gió tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau : 2012 ... 2012 ..).( 2 2 W TWXWXW W LWYFWYAWYW VACF VACCF     Trong đó : FYW : Lực do gió theo phương ngang tàu (KN) FXW : Lực do gió theo phương dọc tàu (KN) AL : Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m2) AT : Diện tích chắn gió theo phương ngang tàu phần nằm trên mặt nước (m2) CYFW : Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu CYAW : Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu CXW : Hệ số cản gió theo phương dọc tàu A : Mật độ không khí, Kg/m3, a = 1.223 Kg/m3 tại 20oC VW : Vận tốc gió tính toán tại chiều cao 10m trên mực nước, tính toán cho trường hợp neo với vận tốc gió trung bình 30s, m/s, lấy theo Bảng I.7 và bảng I.8. 2012 : Hệ số chuyển đổi vận tốc từ đơn vị knot/s sang m/s. Hệ số CYAW, CYFW, CXW xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10 AL, AT lấy theo tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20 hoặc xem mục I.9.1 Số liệu tàu thiết kế. Bảng I.7 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa 10s và hệ số gió giật Chu kỳ gió có nghĩa Hệ số gió giật 3s 1.35 10s 1.30 15s 1.27 30s 1.21 1 phút 1.15 10 phút 1.00 Bảng I.8 Mối quan hệ giữa vận tốc gió có nghĩa trong 1 giờ và hệ số gió giật Chu kỳ gió có nghĩa Hệ số gió giật 3s 1.56 10s 1.48 1 phút 1.28 10 phút 1.12 30 phút 1.05 1 giờ 1.00 Người sử dụng lưu ý khi sử dụng Bảng I.7 và bảng I.8: - Bảng I.7 áp dụng cho vận tốc gió thổi trong thời gian 10 phút. - Bảng I.8 áp dụng cho vận tốc gió thổi trong thời gian 1 giờ. Bảng I.9 Xác định hệ số CTWforward, CTWaft, CLW trong trường hợp ballast Bảng I.10 Xác định hệ số CTWforward, CTWaft, CLW trong trường hợp đầy tải I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy I.6.2.2.1 Lực neo do dòng chảy theo BS 6349-1:2000 Lực neo do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau : 24 24 ......10 ....)..(10 CmbpCLLCLC CmbpCTTCaftTCforwardTC VdLCCF VdLCCCF       Trong đó: FTC : Lực dòng chảy theo phương ngang tàu (KN) FLC : Lực dòng chảy theo phương dọc tàu (KN) Vc : Vận tốc dòng chảy trung bình (m/s ) dm : Mớn nước của tàu (m) Lbp : Chiều dài tàu giữa hai thành cong (m) CTCforward : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía mũi tàu theo phương ngang tàu CTCaft : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía đuôi tàu theo phương ngang tàu CLC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu CCT : Hệ số lực cản dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu CCL : Hệ số lực cản dòng chảy theo phương dọc tàu  : Dung trọng của nước, kg/m3. Đối với nước biển  = 1025 kg/m3 Đối với nước ngọt  = 1000 kg/m3 Hệ số CTCforward, CTCaft, CLC xác định dựa vào Hình I.5 Hệ số CCT xác định dựa vào Hình I.6 Hệ số CCL xác định dựa vào Hình I.7 Hình I.5 Đồ thị dùng để xác định hệ số CTCforward, CTCaft, CLC Hình I.6 Đồ thị dùng để xác định hệ số CCT Hình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số CCL Lưu ý: Hệ số CCL, CCT được tính khi tỷ lệ 6 md d . Đối với tàu dầu có trọng tải lớn hoặc tàu rất lớn tra theo Bảng I.11 Bảng I.11 Xác định hệ số CTCforward, CTCaft, CLC, CCT, CCL I.6.2.2.2 Lực neo do dòng chảy theo OCIMF 1997 (Phần tính toán này áp dụng cho tàu dầu) Lực neo do dòng chảy tác dụng lên tàu được xác định theo công thức sau : 2012 .... 2012 ...).( 2 2 C bpWXCXC C bpWYACYFCYC VLDCF VLDCCF     Trong đó : FYC : Lực dòng chảy theo phương ngang tàu (KN) FXC : Lực dòng chảy theo phương dọc tàu (KN) Vc : Vận tốc dòng chảy trung bình (m/s ) D : Mớn nước của tàu (m) Lbp : Chiều dài tàu giữa hai thành cong (m) CYFC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía mũi tàu theo phương ngang tàu CYAC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía đuôi tàu theo phương ngang tàu CXC : Hệ số lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu   W : Dung trọng của nước biển W = 1025 kg/m3 2012 : Hệ số chuyển đổi vận tốc từ đơn vị knot/s sang m/s. Hệ số CYFC, CYAC, CXC xác định dựa vào Bảng I.12 Bảng I.12 Xác định hệ số CYFC, CYAC, CXC I.6.2.3 Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu tính theo tài liệu Port Designer’s Handbook. (Spanish Standard ROM 0.2-90) 10.sin..... 2'2  DHCCF deswdwfwTwave  10.cos..... '2  DHCCF deswdwfwLwave  Với:  cos.sin.' BLD bp  Trong đó: FTwave Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu theo phương ngang tàu (KN) FLwave Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu theo phương dọc tàu (KN) Cfw Hệ số cản nước, phụ thuộc vào chiều dài sóng Lw tại vị trí tính toán và mớn nước D của tàu. Nếu (2/Lw).D >1.4 thì Cfw = 0.064 Nếu (2/Lw).D <0.2 thì Cfw = 0.000 Cdw Hệ số độ sâu, phụ thuộc vào chiều dài sóng Lw và chiều sâu nước h tại vị trí tính toán. Nếu (4/Lw).h > 6.0 thì Cdw = 1.00 Nếu (4/Lw).h = 0 thì Cdw = 2.00 w Dung trọng của nước. Đối với nước biển: w =1.034T/m3, nước ngọt w =1.00T/m3. Hdes Chiều cao sóng có nghĩa thiết kế (m) Đối với loại kết cấu bến: Hdes/Hs = 1.8  2.0 Hs Chiều cao sóng có nghĩa (m)  Góc giữa trục dọc của tàu, xét từ mũi tàu đến đuôi tàu và hướng sóng tác dụng. D’ Chiều dài chắn sóng của tàu theo hướng sóng tác dụng (m) Lbp Chiều dài tàu tính toán (m) B Chiều rộng của tàu tính toán (m) Theo PIANC Bullertin No.56, Mr H.Velsink chiều cao sóng có nghĩa tại vùng cửa biển theo bảng I.13. Đây là chiều cao sóng có nghĩa bất lợi Hs nhất tác dụng lên tàu neo tại bến. Bảng I.13 Chiều cao sóng có nghĩa Hs tác dụng lên tàu neo bến tại vùng của biển Trong trường hợp xuất hiện sóng vùng nước sâu chu kỳ sóng dao động từ 7-12s và có xét đến hướng sóng tác dụng lên tàu neo tại bến thì chiều cao sóng có nghĩa bất lợi nhất Hs lấy theo bảng I.14 Bảng I.14 Chiều cao sóng có nghĩa Hs tác dụng lên tàu neo bến tại vùng nước sâu I.6.2.4 Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy cho trường hợp: tàu đầy tải và tàu không tải. (Bảng I.15) Bảng I.15 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy Góc (độ) Lực theo phương ngang (KN) Tổng hợp (KN) Lực theo phương dọc (KN) Tổng hợp (KN) Gió Dòng Sóng Gió Dòng Sóng Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full 0 FTW FTW FTc FTc FTwave FTwave Fx FTW FTW FTc FTc FTwave FTwave FY … 180 FTW FTW FTc FTc FTwave FTwave Fx FTW FTW FTc FTc FTwave FTwave FY Tổng lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu: )(KNFFFF LWaveLCLWX  Tổng lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu: )(KNFFFF TWaveTCTWY  I.6.2.5 Phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy tác dụng lên bích neo Hình I.8 Sơ đồ bố trí dây neo Đối với trường hợp neo 6 điểm neo, lực tác dụng lên bích neo có giá trị bằng 1/3 tổng lực tác dụng. (Hình I.8) Đối với trường hợp neo 2 điểm neo, lực tác dụng lên bích neo có giá trị bằng ½ tổng lực tác dụng. Lực ngang do sóng, gió và dòng chảy phân phối lên các điểm neo có xem xét đến các điều kiện làm việc của tàu và cao độ mực nước. (Hình I.9 và hình I.10) Hình I.9 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu đầy hàng Hình I.10 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu ballast Lực theo phương ngang sẽ tác dụng lên lên neo mũi, neo lái và neo hông, lực tác dụng theo phương dọc sẽ tác dụng lên dây neo giằng (BS 6349-4:1994). Giá trị của các thành phần lực được lấy theo các công thức trong Bảng I.16 Bảng I.16 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy HX(kN) HY(kN) HZ(kN) Tại điểm neo mũi / lái tan Y X HH  YY FH 2 1   sin tan.Y Z HH  Tại điểm neo hông tan Y X HH  YY FH 2 1   sin tan.Y Z HH  Tại điểm neo giằng chéo XX FH  tan.XY HH    sin tan.Y Z HH  Hình I.11 Sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu trên một bích neo   Sv Sq Sn S HZ HY HX Với: XF Tổng lực ngang do sóng, gió & dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu (KN) YF Tổng lực ngang do sóng, gió & dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu (KN) XH Lực do sóng, gió & dòng chảy tác dụng lên phương nằm ngang tại một điểm neo, theo phương song song với tuyến bến (KN) YH Lực do sóng, gió & dòng chảy tác dụng lên phương nằm ngang tại một điểm neo, theo phương vuông góc với tuyến bến (KN) ZH Lực do sóng, gió & dòng chảy tác dụng lên phương thẳng đứng tại một điểm neo, theo phương vuông góc với mặt bến (KN) S Lực căng dây neo,  222 ZYX HHHS  (KN)  Góc nghiêng dây neo theo phương nằm ngang  Góc nghiêng dây neo theo phương thẳng đứng X Phương dọc theo tuyến bến Y Phương vuông góc với tuyến bến Z Phương thẳng góc với mặt bến Kết quả phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy trình bày theo bảng I.17 Bảng I.17 Kết quả phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy Trường hợp Góc (độ) HY (kN) HX (kN) HZ (kN) S (kN)   Ballast Full Ballast Full Ballast Full Ballast Full Full + L.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - - Full + H.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - - Ballast + L.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - - Ballast + H.W.L Góc tính toán Góc tính toán - - - - Dựa vào kết quả tính toán cho ở bảng bên trên, chọn loại bích neo phù hợp. Người sử dụng lấy kết quả tính toán tải trọng do neo tàu HX, HY, HZ để nhập vào chương trình Sap2000. I.7 TẢI TRỌNG DO CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ Tải trọng do nhiệt độ được tính theo BS6349-1:2000 Người sử dụng cần thu thập đầy đủ số liệu khí tượng, thủy hải văn tại khu vực xây dựng. Sau khi có đầy đủ các số liệu, chọn biên nhiệt độ tính toán cho phù hợp. Nếu trong trường hợp số liệu thu thập chưa phù hợp có thể lấy theo tiêu chuẩn TCVN 4088:1985: Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng. (Hình I.12) Hình I.12 Nhiệt độ cực đại tuyệt đối và cực tiểu tuyệt đối của không khí Ví dụ: Tại khu vực xây dựng của dự án A có: Nhiệt độ bình quân cao nhất : 34oC Nhiệt độ bình quân thấp nhất: 18oC Phạm vi thay đổi nhiệt độ trong khoảng = 34oC - 18oC = 16 oC Vậy chọn biên nhiệt độ tính toán là  8 oC Người sử dụng cần lấy kết quả biên độ tính toán nhập vào chương trình Sap2000. I.8 TẢI TRỌNG DO ĐỘNG ĐẤT Tải trọng động đất được tính toán theo 22 TCN-272-95 ( AASHTO) Tải trọng động đất tác dụng lên công trình bao gồm: 1) Tải trọng động đất đối với trọng lượng bản thân kết cấu như dầm, bản, trụ, cọc. 2) Tải trọng động đất đối với trọng lượng khối nước kèm theo. 3) Tải trọng động đất đối với trọng lượng bản thân thiết bị (nếu có) Tải trọng động đất sẽ được xác định bằng phương pháp hệ số gia tốc chấn rung. Người sử dụng lấy kết quả tính toán tải động đất để nhập vào chương trình Sap2000, tải trọng động đất vào công trình gồm hai thành phần tác dụng động thời như sau:  Thành phần tác dụng theo phương chính = 1.0 x Tải động đất  Thành phần tác dụng theo phương phụ = 0.3 x Tải động đất phương chính Theo OCDI tải trọng động đất xác định theo công thức sau: F = Kh.m.g Với m: Khối lượng của kết cấu và khối nước Theo Dynamics of Marine Structures publish by the Underwater Engineering Group tính khối nước động phần cọc ngập trong nước xác định: ws mmm  Trong đó: sm : Trọng lượng bản thân cọc, (T) .. wpilew LAm  , (T) A: diện tích mặt cắt ngang cọc ngập trong nước, (m2) Lwpile : chiều dài cọc ngập trong nước, (m) γ: trọng lượng riêng nước, (T/m3) g: Gia tốc trọng trường, (m/s2) Kh: Hệ số gia tốc nằm ngang khi chấn rung, xác định theo cấp động đất. (Bảng I.18) Bảng I.18 Quan hệ giữa hệ số Kh và cấp động đất M Hệ số gia tốc Kh Vùng động đất Cấp (MSK-64) Kh  0.09 1 Cấp  6.5 0.09  Kh 0.19 2 6.5  cấp  7.5 0.19  Kh  0.29 3 7.5 < cấp  8 Ghi chú: Cấp động đất xem Hình I.13 và Hình I.14 Tham khảo mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất theo tài liệu “Cơ sở tính toán cầu chịu tải trọng của động đất” của PGS.TS. Nguyễn Viết Trung & ThS. Nguyễn Thanh Hà (Bảng I.19). Bảng I.19 Mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất Thang MSK -64 Thang MM Cấp động đất amax = Kh.g Cấp động đất amax = Kh.g IV IV 0.015 - 0.020g V V 0.030 - 0.040g VI 30 - 60cm/s2 (0.031 - 0.061g) VI 0.060 - 0.070g VII 61 - 120cm/s2 (0.062 - 0.122g) VII 0.100 - 0.150g VIII 120 - 240cm/s2 (0.122 - 0.245g) VIII 0.250 - 0.300g IX 241 - 480cm/s2 0.246 - 0.490g IX 0.500 - 0.550g X > 0.600g Ghi chú: amax: Gia tốc cực đại (cm/s2), amax = Kh.g g: Gia tốc trọng trường, g = 980cm/s² Kh: Hệ số gia tốc nằm ngang khi chấn rung * amax trong thang MM tương ứng với giới hạn trên của amax trong thang MSK-64. Hình I.13 Bản đồ vùng chấn động với tần suất lặp lại Bi  0.002 (Chu kỳ T1  500 năm – xác suất xuất hiện chấn động P  0.1 trong khoảng thời gian 50 năm) Hình I.14 Bản đồ các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực đại Imax I.9 TẢI TRỌNG DO SÓNG TÁC DỤNG LÊN CỌC Tải trọng sóng tác dụng lên cọc theo tài liệu Recommendations of Committee for Waterfront Structures Habours and Waterways EAU 2004 Tải trọng do sóng tác dụng lên toàn bộ chiều dài cọc ngập trong nước được xác định theo công thức bên dưới, áp dụng cho trường hợp tính toán bước thiết kế kỹ thuật thi công Người sử dụng lấy giá trị lực p để nhập vào chương trình Sap2000. I.9.1.1 Tải trọng do sóng tác dụng lên 1m dài cọc theo công thức Morison Với điều kiện 05,0 L D và cho sóng không vỡ t uA g CuuD g Cppp wM W DMD   ........ 2 1  (*) Với: pM Lực quán tính trên một đơn vị chiều dài cọc (KN/m) pD Lực cản do tốc độ phân tử nước tạo ra trên một đơn vị chiều dài(KN/m) p Tổng lực tác dụng trên 1m dài cọc (KN/m) CM Hệ số lực quán tính, CM = 2.0 CD Hệ số lực cản, lấy theo Hình I.15 w Dung trọng nước biển: w = 10.3KN/m3 g Gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2 D Đường kính cọc (m) A Diện tích mặt cắt ngang của cọc tính toán cản sóng (m2) u Vận tốc phân tử nước tại vị trí cọc tính toán (m/s), lấy theo Bảng I.20 dt du t u   Gia tốc phân tử nước tại vị trí cọc tính toán (m/s2), lấy theo Bảng I.20 L Chiều dài sóng [m] D D/2 1.551.102.052.201.16C =D 1.98 Hình I.15 Xác định hệ số CD Bảng I.20 Quan hệ lý thuyết sóng tuyến tính Vùng nước nông Vùng chuyển tiếp Vùng nước sâu 20 1 L d 2 1 20 1  L d 2 1 L d 1. Phương trình mặt sóng  cos. 2 H 2. Tốc độ truyền sóng gdkdg T Lc   )tanh()tanh( kdk gkdg T Lc   k gg T Lc   3. Chiều dài sóng TgdkdTgTcL ..   Tkdk gTkdgTcL .)tanh().tanh(.   Tk gTgTcL ...   4. Vận tốc phân tử nước a. Phương ngang cos.. 2 d gHu   cos.)sinh( )](cosh[.. 2 kd dzkHu   cos... 2 kzeHu  b. Phương đứng  sin1.. 2     d zHw  sin. )sinh( )](sinh[.. 2 kd dzkHw   sin... 2 kzeHw  5. Gia tốc phân tử nước a. Phương ngang  sin... 2 d gH t u    sin.)sinh( )](cos[.. 2 2 kd dzkH t u    sin... 2 2 kzeH t u   b. Phương đứng  cos.1.. 2 2      d zH t w  cos. )sinh( )](sinh[.. 2 2 kd dzkH t w    cos... 2 2 kzeH t w   Trong Bảng I.20, với: tkx T t L x   .2.2 k c TL k   ,2,2 v Trong đó:  : Góc pha t : Thời gian tính toán (sec) T : Chu kỳ sóng (sec) c : Tốc độ truyền sóng (m/s) k : Số sóng (1/m)  : Tần số góc (1/sec) L : Chiều dài sóng (m) d : Chiều sâu nước (m) H : Chiều cao sóng (m) x : toạ độ theo phương trục x của điểm khảo sát (m) (theo phương truyền sóng) z : toạ độ theo phương trục z của điểm khảo sát (m) (theo phương thẳng đứng) I.9.1.2 Tính toán cho cọc đơn Hình I.16 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc đứng Thành phần tải trọng sóng lớn nhất pD và pM xảy ra không cùng pha. Vì vậy, phải tính toán các góc pha khác nhau và xác định tải lớn nhất từ đường bao của thành phần vận tốc và gia tốc của hạt nước.Trong trường hợp tính toán cho cọc đơn theo lý thuyết sóng tuyến tính, thành phần gia tốc lệch pha 90o so với thành phần vận tốc (Hình I.16). Hình I.17 Sự biến thiên của lực sóng từ vận tốc (đường chấm nhạt) và gia tốc (đường chấm đậm) trong 1 chu kỳ Chọn hệ trục Oxz, đối với cọc đơn tính toán tại x = 0 Khi tính toán tải trọng sóng tác dụng lên cọc đơn phải xét từ mặt đất lên tới vị trí z = d +  theo thời gian t = (0, 0.1, 0.2, …..T) trong 1 chu kỳ. Trong đó d là độ sâu nước (m) và  là cao độ phương trình mặt sóng, T là chu kỳ sóng. (Hình I.17). Xác định đặc trưng của các con sóng thuộc vùng tính toán nào, sau đó áp dụng theo các công thức tính vận tốc và gia tốc tương ứng. (Bảng I.20). Sau khi có đầy đủ các thông số, xác định áp lực sóng tác dụng lên kết cấu theo công thức (*). I.9.1.3 Tính toán cho nhóm cọc    N n nnpP 1 )( (**) Trong đó: N : Số lượng cọc )( nnp  : Tải sóng tác dụng lên từng cọc riêng lẻ, lấy theo góc pha txk n   . xn : Khoảng cách giữa các cọc trong mặt phẳng yz P : Tổng tải trọng ngang của sóng tác động lên nhóm cọc gồm N cọc. - Nếu khoảng cách giữa các bước cọc trong nhóm cọc nhỏ hơn nhiều so với chiều dài sóng, khi đó tính toán áp lực sóng tác dụng lên cọc như là cọc đơn. Tổng áp lực sóng tác dụng lên nhóm cọc sẽ bằng áp lực sóng tác dụng lên 1 cọc nhân với số lượng cọc. - Nếu khoảng cách giữa các bước cọc trong nhóm cọc nhỏ hơn ½ chiều dài sóng, khi đó tính toán áp lực sóng tác dụng lên nhóm cọc (Hình I.18). Chọn hệ trục Oxz, đối với nhóm cọc phải xét riêng cho từng cọc tại từng vị trí và thời điểm khác nhau. Khi tính toán tải trọng sóng tác dụng lên nhóm cọc phải xét từ mặt đất lên tới vị trí z = d +  theo thời gian t = (0, 0.1, 0.2, …..T) trong 1 chu kỳ cho từng vị trí cọc riêng biệt. Xác định đặc trưng của các con sóng thuộc vùng tính toán nào, sau đó áp dụng theo các công thức tính vận tốc và gia tốc tương ứng ở bảng I.20. Sau khi có đầy đủ các thông số, xác định áp lực sóng tác dụng lên nhóm cọc theo công thức (*) và tổng áp lực sóng tác dụng lên nhóm cọc theo công thức (**). Hình I.18 Mặt bằng nhóm cọc I.9.1.4 Cọc xiên Trong trường hợp cọc xiên, áp lực sóng tác dụng lên cọc tại vị trí xem xét được xác định trong tọa độ (xo, yo, zo). (Hình I.19). Tổng lực p.ds do vận tốc và gia tốc hạt nước tác dụng lên phần tử cọc ds (p = f [xo, yo, zo]) có thể bằng với lực ngang tác dụng lên cọc đứng giả định tại tọa độ (xo, yo, zo) Áp lực sóng tác dụng cọc xiên tính toán tương tư như cọc đơn nhưng xem xét trong tọa độ (xo, yo, zo) .Khi đó, vận tốc và gia tốc hạt nước xác định như sau: Hình I.19 Tính toán tải trọng sóng tác dụng lên cọc xiên 22 22            t w t u t v wuv I.10 TẢI TRỌNG DO DÒNG CHẢY TÁC DỤNG LÊN CỌC Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên 1m dài cọc được xác định theo công thức BS 6349-1: 2000 Người sử dụng lấy kết quả tính toán FD để nhập vào chương trình Sap2000. nDD AUCF 2 2 1  Với FD Lực do dòng chảy tác dụng lên cọc (KN/m) CD Hệ số lực cản, xác định theo bảng I.21 và hình I.20  Dung trọng nước biển:  = 10.3KN/m3 U Vận tốc trung bình dòng chảy (m/s)  Điều kiện bình thường: v1 (m/s)  Điều kiện gió bão: v2 (m/s) An Diện tích cản dòng chảy của cọc (m2) Re Hệ số Reynolds,  S e WUR . Ws Đường kính của cọc có xét them độ nhám ở thành cọc, (m) Ws = (1 + k)*D, với D: đường kính cọc, (m)  Hệ số nhớt động học = 10-6(m2/s) k Hệ số nhám Hình I.20 Xác định hệ số CD Bảng I.21 Xác định hệ số CD và CM Loại mặt cắt ngang Dạng dòng chảy hoặc hướng sông Hệ số lực cản CD Hệ số lực quán tính CM Hình tròn Bất kỳ Xem hình 11 2.0 Hình vuông 2.0 1.6 2.5 2.2 Hình vuông có các góc vát 0.6 0.5 2.5 2.5 Hình lục lăng * * * * Hình bát giác Bất kỳ 1.4 * Dodecagon Bất kỳ 1.1 * Cọc Rendhex 1.3 0.8 * * * Nên dùng giá trị cho hình vuông thích hợp trừ khi có thể có những giá trị tin cậy hơn I.11 TẢI TRỌNG DO GIÓ I.11.1 Áp lực gió tác dụng lên công trình Áp lực gió tác dụng lên công trình được tính theo TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế. Thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao z so với mốc chuẩn được xác định theo công thức: ckWW ..0 (daN/m²) Trong đó: W0 Giá trị của áp lực gió (daN/m²), lấy theo bảng I.22 Đối với công trình xây dựng ở địa hình phức tạp 200 .0613.0 VW  Vo Vận tốc gió ở độ cao 10m so với mặt chuẩn tương ứng với địa hình dạng B(m/s) k Hệ số kể đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, lấy theo bảng I.23 c Hệ số khí động Đối với các trụ, cột, sàn, dầm lấy 40.1)6.08.0( c Đối với kết cấu cọc lấy  xckc . Đối với kết cấu dàn không gian   11 kcc xt  Bảng I.22 Giá trị áp lực gió trên bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam Vùng áp lực gió trên bản đồ I II III IV V Wo (daN/m2) 65 95 125 155 185 Chú thích: Phân vùng áp lực gió xem Hình I.21 Bảng I.23 Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình Độ cao Z (m) Dạng địa hình A B C 3 1.00 0.80 0.47 5 1.07 0.88 0.54 10 1.18 1.00 0.66 15 1.24 1.08 0.74 20 1.29 1.13 0.80 30 1.37 1.22 0.89 40 1.43 1.28 0.97 50 1.47 1.34 1.03 60 1.51 1.38 1.08 80 1.57 1.45 1.18 100 1.62 1.51 1.25 150 1.72 1.63 1.40 200 1.79 1.71 1.52 250 1.84 1.78 1.62 300 1.84 1.84 1.70 350 1.84 1.84 1.78 350 1.84 1.84 1.84 Chú thích: 1. Đối với độ cao trung gian cho phép xác định giá trị k bằng cách nội suy tuyến tính các giá trị trong bảng này. 2. Khi xác định tải trọng gió cho 1 công trình, đối với các hướng gió khác nhau có thể có dạng địa hình khác nhau. 3. Các dạng địa hình: * Địa hình dạng A là địa hình trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không quá 1.5m (bờ biển thoáng, mặt sông, hồ lớn, đồng muối, cánh đồng không có cây cao…) * Địa hình dạng B là địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không qua 110m (vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa hoặc trừng non, vùng trống cây thưa,…) * Địa hình dạng C là địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau cao từ 10m trở lên (trong thành phố, vùng rừng rậm,…) Hình I.21 Bản đồ phân vùng áp lực gió I.11.2 Áp lực gió tác dụng lên cọc Xác định hệ số khí động  xckc . Trong đó với: k Hệ số, được xác định như sau: b l e  tra bảng I.24, suy ra hệ số k l Phần chiều dài lớn nhất của cọc chịu tác dụng của gió (m) b Đường kính cọc (m) xc Hệ số cản, được xác định theo hình I.22 xc    d/ Re Re Số Reynold, 510.).(.88.0Re zkWd o d Đường kính cọc (m) Wo Áp lực gió (daN/m²) k(z) Hệ số thay đổi áp lực động theo độ cao  Hệ số độ tin cậy, lấy bằng 1.2 Bảng I.24 Xác định hệ số k e 5 10 20 35 50 100  k 0.6 0.65 0.75 0.85 0.9 0.95 1 Hình I.22 Xác định hệ số Cx I.12 TẢI TRỌNG HOẠT TẢI XE VÀ HÀNG HÓA Theo Port Designer ’s Handbook & BS 6349-1:2000 quy định hoạt tải xe và hàng hóa trên công trình bến cầu tàu theo bảng I.25. Bảng I.25 Tải trọng hoạt tải xe và hàng hóa I.13 TẢI TRỌNG HOẠT TẢI CẦN CẨU CONTAINER Theo BS 6349-1:2000: Code of practice for general quy định hoạt tải cần cẩu container chuyên dụng từ 4000kN đến 6000kN trên một chân cẩu. (Hình I.23) Hình I.23 Kích thước loại cẩu container I.14 QUY ĐỊNH VỀ VẬT LIỆU I.14.1 Theo BS 5400:3-2000 và BS 5400:4-1990 Theo BS 5400:3-2000: Code of practice for design of steel bridges. Lưu ý đối với kết cấu thép cần tính đến vấn đề ăn mòn trong môi trường nhiệt độ thay đổi, quy định về mức độ ăn mòn của kết cấu thép lấy theo bảng I.26. Bảng I.26 Mức độ ăn mòn của kết cấu thép Theo BS 5400:4-1990: Code of practice for design of concrete bridges. (bảng I.27 & bảng I.28). Bảng I.27 Môđun đàn hồi của bê tong (BS 5400:4-1990) Bảng I.28 Cường độ của cốt thép (BS 5400:4-1990) I.14.2 Theo TCVN5575-1991 & TCVN4116:1985 Theo TCVN5575-1991: Kết cấu thép. Tiêu chuẩn thiết kế quy định các giá trị đặc trưng vật lý của vật liệu cho kết cấu thép theo bảng I.29. Bảng I.29 Các đặc trưng vật lý của vật liệu cho kết cấu thép Theo TCVN4116-1985: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công. Tiêu chuẩn thiết kế quy định: */ Bê tông :  Trị số mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo Eb được xác định theo bảng I.30.  Hệ số biến dạng ngang ban đầu của bê tông µ được lấy bằng 0,15, còn mô đun trượt của bê tông G được lấy bằng 0,4 trị số Eb tương ứng.  Khi không có số liệu thí nghiệm, được phép lấy khối lượng thể tích của bê tông nặng bằng 2,3 T/m3 đến 2,5T/m3.  Các trị số cường độ tiêu chuẩn và tính toán của bê tông phụ thuộc vào mác thiết kế theo cường độ chịu nén và chịu kéo dọc trục lấy theo bảng I.31 Bảng I.30 Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông thủy công Bảng I.31 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của bê tông */ Cốt thép:  Trị số mô đun đàn hồi ban đầu của cốt thép thường và cốt thép thanh được kéo căng lấy theo bảng I.32.  Các trị số cường độ tiêu chuẩn và tính toán của cốt thép chủ yếu dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép thủy công tùy thuộc vào nhóm cốt thép lấy theo bảng I.33. Bảng I.32 Mô đun đàn hồi ban đầu của cốt thép Bảng I.33 Cường độ tiêu chuẩn và tính toán của cốt thép I.15 TẢI TRỌNG DO ÁP LỰC ĐẤT Tải trọng do áp lực đất tác dụng lên công trình tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế cảng biển hoặc BS 6349:1-2000. I.16 PHỤ LỤC I.16.1 Số liệu tàu thiết kế I.16.1.1 Công thức quy đổi * Công thức quy đổi theo OCDI Tàu hàng : GT = 0,541DWT Tàu Container : GT = 0,880DWT Tàu dầu : GT = 0,553DWT * Công thức quy đổi theo BS6349 Part1-1984 Tàu cá nhỏ : D = (2.0 2.5) GT Tàu cá lớn : D = (1.5 2.0) GT Tàu hàng : D = 2.0 GT Tàu cá nhỏ : D = (1.4 1.6) DWT Tàu khách : D = 1.1 GT Tàu container : D = 1.4 DWT Tàu hàng rời : D = (1.2 1.3) DWT * Công thức tính DT theo OCDI Tàu hàng (dưới 10.000 DWT): log(DT) = 0,550 + 0,899 log(DWT) Tàu hàng (10.000 DWT hoặc hơn): log(DT)= 0,511 + 0,913 log(DWT) Tàu container: log(DT)= 0,365 + 0,953 log(DWT) Phà (đường xa): log(DT)= 1,388 + 0,683 log(GT) Phà (đường gần và trung bình): log(DT)= 0,506 + 0,904 log(GT) Tàu bốc xếp theo phương ngang: log(DT)= 0,657 + 0,909 log(DWT) Tàu khách (Nhật): log(DT)= 0,026 + 0,981 log(GT) Tàu khách (ngoại quốc): log(DT)= 0,341 + 0,891 log(GT) Tàu chở ô tô: log(DT)= 1,915 + 0,588 log(GT) Tàu chở dầu: log(DT)= 0,332 + 0,956 log(DWT) Trong đó : GT : Trọng tải đăng ký của tàu (T) DWT : Trọng tải toàn phần của tàu (T) D : Lượng giãn nước của tàu (T) I.16.1.2 Thông số tàu thiết kế Kích thước của tàu thiết kế cho ở các bảng sau: Người sử dụng cần tham khảo thêm tài liệu Port Designer’s Handbook, chương 20, trang 486 đến 515. Bảng I.34 Kích thước tàu Bulk carriers I.16.2 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc theo SPM 1984 VOL.II Tải trọng do sóng tác dụng lên toàn bộ chiều dài cọc ngập trong nước được xác định theo công thức SPM 1984 Vol.II bên dưới áp dụng cho trường hợp tính sơ bộ. Tổng lực sóng tác dụng lên cọc bao gồm lực quán tính và lực cản: Fw = Fim + FDm Người sử dụng lấy giá trị lực Fw để nhập vào chương trình Sap2000. imMim HK DgCF 4 2 DmDDm KgDHCF 2 2 1  Với: Fim Lực quán tính (KN) FDm Lực cản (KN) CM Hệ số lực quán tính, lấy theo Bảng I.16 CD Hệ số lực cản, lấy theo Bảng I.16  Dung trọng nước biển:  = 10.3KN/m3 g Gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2 D Đường kính cọc (m) H Chiều cao sóng tính toán (m) Kim, KDm Hệ số lấy theo đồ thị Hình I.24, Hình I.25 * Xác định chu kỳ sóng T:  2T , thkdkg ..2  , L k 2 Trong đó: T : Chu kỳ sóng (sec) k : Số sóng (1/m)  : Tần số góc (1/sec) L : Chiều dài sóng (m) d : Độ sâu nước (m) Hình I.24 Xác định hệ số Kim Hình I.25 Xác định hệ số KDm KD PHẦN II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẾN CẦU TÀU II.1 TRÌNH TỰ GIẢI MỘT BÀI TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU BẰNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) Tất cả các phần mềm phần tử hữu hạn nói chung có các bước thực hiện cơ bản giống nhau, chỉ có cách thức giao tiếp là khác nhau, trình tự giải một bài toán kết cấu bằng phần mềm phần tử hữu hạn có thể bao gồm các bước cơ bản: Bước 1: - Xác định yêu cầu tính toán, các kết quả cần tìm. - Xác định dạng hình học của kết cấu. - Xác định tải trọng… - Xác định các liên kết giữa phần tử với nhau và phần tử với đất nền. - Chuyển từ sơ đồ kết cấu sang sơ đồ tính. Bước 2: - Rời rạc hóa các kết cấu, chọn phần tử mẫu thích hợp. - Xác định hệ tọa độ. - Đánh số các điểm nút, phần tử. - Xác định đặc trưng vật liệu theo tiêu chuẩn thiết kế. - Xác định đặc trưng mặt cắt của các phần tử. - Phân chia các trường hợp tải trọng. - Nhập dữ liệu Bước 3: - Tổ hợp tải trọng. - Phân tích bài toán kết cấu: động, tĩnh, động lực học. - Phân tích tuyến tính hoặc phi tuyến tính và phân tích động đất. - Thực hiện giải bài toán. - Kiểm tra độ chính xác của kết quả. - Hiệu chỉnh dữ liệu ban đầu nếu cần thiết. Bước 4: - Biểu diễn kết quả bằng hình vẽ. - Xử lý các kết quả nếu cần. - Sử dụng kết quả. Hình II.1 Tính toán kết cấu bằng phần mềm phần tử hữu hạn II.2 CÁC LƯU Ý KHI TIẾN HÀNH CÁC BƯỚC ĐỂ GIẢI CÔNG TRÌNH BẾN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 II.2.1 Bước 1: Tạo sơ đồ tính Các cách tạo sơ đồ tính được liệt kê như sau:  Tạo sơ đồ tính thông qua giao diện của chương trình Sap2000.  Tạo sơ đồ tính bằng cách soạn file text.  Tạo sơ đồ tính thông qua chương trình Autocad. Trong tài liệu hướng dẫn này chỉ hướng dẫn cách tạo sơ đồ tính thông qua chương trình Autocad. Lưu ý: Trong Autocad cần sử dụng layer là Sap_Frames để nhóm các đối tượng muốn import qua Sap2000. Người sử dụng cần phải xác định được chiều dài chịu uốn Lu, chiều dài chịu nén Ln, để có thể tạo được khung tính toán cũng như các hệ số để gán vào chương trình (xem thêm ở phần hướng dẫn cách xác định chiều dài tính toán của cọc). Sau khi import vào chương trình Sap2000, người sử dụng cần gán các liên kết để phù hợp với các điều kiện biên tính toán. Ví dụ như là điều kiện biên là ngàm chặt, gối di động, liên kết thanh, liên kết khớp,… (xem thêm ở phần hướng dẫn về cách gán liên kết). Khung cầu tàu được xét theo khung không gian. Do tính chất làm việc trong không gian, trong trường hợp tổng quát tất cả các thành phần độ cứng kéo, nén, uốn, cắt, xoắn đều Bước 1 Xác định các yếu tố đầu vào Bước 2 (Pre-processing) Thực hiện xây dựng mô hình kết cấu Bước 3 (Processing) Thực hiện phân tích Bước 4 (Post-processing) Biểu diễn kết quả (GRAPHICS) Đúng Đúng Đúng Sai tham gia làm việc. Kết cấu chịu kéo, uốn và nén dọc trục được mô phỏng dạng thanh, bản sàn mô phỏng dạng shell, khối mô phỏng dạng solid… Phần tử thanh dầm (frame) được mô tả bởi đường trục trung hòa của nó là đoạn thẳng giới hạn bởi hai điểm nút có tọa độ xác định trong không gian. Phần tử cọc (frame) được mô tả bởi đường trục trung hòa của cọc tính từ giao điểm trục cọc với đường trục của dầm đến một điểm ngàm chặt của cọc trong đất, nơi mà mọi chuyển vị và biến dạng bằng không (chiều dài tính toán của cọc) Phần tử bản sàn (shell) loại phần tử 2 chiều, tam giác và tứ giác phẳng Mỗi nút có 6 bậc tự do gồm 3 thành phần chuyển vị thẳng và 3 thành phần chuyển vị xoay. Nội lực trong phần tử gồm 6 thành phần: lực dọc, môment xoắn, 2 môment uốn và 2 lực cắt Dọc theo chiều dài phần tử tiết diện có thể thay đổi theo quy luật tuyến tính, parabol hay bậc 3. Để dễ dàng trong việc kiểm soát kết quả nội lực và chuyển vị tại các vị trí tính toán, người sử dụng cần đánh số thứ tự phần tử và nút theo quy tắc ma trận từ mép tuyến ngoài bến vào đến mép trong theo quy luật từ trái qua phải, từ trong ra ngoài và từ dưới hướng lên trên. II.2.2 Bước 2: Gán vật liệu và tiết diện Các lưu ý khi gán vật liệu và tiết diện cho phần tử: Người sử dụng cần chuẩn bị trước các tham số tính toán của vật liệu (Bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép ứng suất trước và thép) tùy vào quy trình sử dụng theo yêu cầu của dự án (xem thêm ở phần hướng dẫn về tiêu chuẩn các vật liệu). II.2.3 Bước 3: Gán tải trọng và tổ hợp tải trọng Các lưu ý khi gán tải trọng:  Người sử dụng cần phải có các bảng tính toán xác định tải trọng tác dụng lên kết cấu, bao gồm các nhóm tải như sau: a. Nhóm tĩnh tải: có thể là trọng lượng bản thân của kết cấu (cọc, dầm, bản, gờ chắn xe,lan can, lớp phủ,…), trọng lượng bản thân của thiết bị lắp trên kết cấu (máy bơm, đường ống, dàn thép, đệm, bích neo,…), áp lực đất. b. Nhóm hoạt tải và các tải trọng khác: là các tải trọng của hàng hóa, cần trục, ôtô, sóng, gió, dòng chảy, nhiệt độ,…(xem cách xác định ở phần tính toán các tải trọng tác dụng lên công trình). c. Nhóm tải động đất: là tải trọng gây ra bởi trọng lượng bản thân và các thiết bị trên bến trong khi có chấn động (xem cách xác định ở phần tính toán tải trọng do động đất).  Người sử dụng cần phải có các bảng tổ hợp tải trọng, các tổ hợp này phải tuân theo tiêu chuẩn mà dự án yêu cầu (xem hướng dẫn ở phần tổ hợp tải trọng).  Người sử dụng nên tuân thủ theo các quy ước ký hiệu trong hướng dẫn này của các trường hợp tải trọng tác dụng lên công trình. II.2.4 Bước 4: Giải kết cấu II.2.5 Bước 5: Xuất kết quả theo BS 8110-1997 Người sử dụng xuất kết quả nội lực và chuyển vị của các phần tử cọc/dầm/sàn/… theo các nhóm như sau: + Trường hợp với ULS - Nội lực của phần tử cọc: P, V2, V3, T, M2, M3 - Nội lực của phần tử dầm: P, V2, V3, T, M2, M3 - Nội lực của phần tử sàn: F11, F22, F12, FMAX, FMIN, FVM, M11, M22, M12, MMAX, MMIN, V13, V23, VMAX - Nội lực của phần tử solid (nếu có) + Trường hợp với SLS - Chuyển vị: UX, UY, UZ, RX, RY, RZ - Nội lực của phần tử cọc: V2, V3, T, M2, M3 - Nội lực của phần tử dầm: V2, V3, T, M2, M3 - Nội lực của phần tử sàn: F11, F22, F12, FMAX, FMIN, FVM, M11, M22, M12, MMAX, MMIN, V13, V23, VMAX II.3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 Người sử dụng lưu ý, áp dụng này được thực hiện trên chương trình Sap 2000 Version V8, các version khác có thể không trùng khớp như trong tài liệu này. II.3.1 Vẽ kết cấu nền cọc, hệ thống dầm trên Autocad 3D Người sử dụng cần lưu ý hệ trục bên Autocad: - Mặt phẳng Oxy song song mặt bằng bến - Mặt phẳng Oxz song song với mặt trước bến - Mặt phẳng Oyz song song mặt bên bến II.3.2 Xuất sang file *.DXF File\Export\*.DXF X Z Y O II.3.3 Load file *.DXF từ Acad sang SAP2000 File\Import\*.DXF -Chọn hệ đơn vị: Ton_m -Chọn phần tử: Frames Để đảm bảo lời giải chính xác và xuất kết quả tại những vị trí mong muốn, người sử dụng cần chia nhỏ phần tử thanh, không nhất thiết phải chia theo ví dụ này. - Chọn tất cả phần tử dầm - Assign\Frame\Output Segments - Number of Segments: nhập số phân đoạn phần tử cần chia nhỏ. II.3.4 Tạo hệ bản sàn cho kết cấu. * Draw\Draw Quad Area hoặc chọn biểu tượng để vẽ ô bản sàn *Chia bản sàn thành nhiều phần tử, nhấp vào phần tử bản sàn, dùng lệnh Edit\Mesh Curved Frame\OK *Chia hệ thống dầm thành nhiều phần tử, nhấp vào phần tử dầm, dùng lệnh Edit\Divide Frames\Divide into\OK II.3.5 Khai báo liên kết Assign\Joint \ Restraint\ \OK II.3.6 Khai báo đặc trưng vật liệu - Define\Material - Modify\Show Material\OK Tham số Mác bê tông cốt thép thường Mác bê tông cốt thép ứng suất trước Mác thép Mass per unit Volume 0 (0.25) 0 (0.25) 0 (0.785) Weight per unit Volume (T/m3) 2.50 2.50 7.85 Modulus of Elasticity (T/m2) 2.100.000 3.800.000 21.000.000 Poisson’s ratio 0.20 0.20 0.30 Coeff of thermal expansion 12x10-6 (BS5400:Part 4: 1990- Page 11) Hoặc lấy hệ số mặc định từ chương trình tính 12x10-6 (BS5400:Part 4: 1990- Page 11) Hoặc lấy hệ số mặc định từ chương trình tính 12x10-6 (BS5400:Part 4: 1990- Page 14) Hoặc lấy hệ số mặc định từ chương trình tính II.3.7 Khai báo các loại tiết diện cọc, dầm, bản *Tiết diện cọc - Define\Frame Sections\Chọn Add Pipe - Modify\Show Property Section name: CBTUSTD700 Material name: RECON Outside diameter (t3): nhập đường kính cọc Wall thickness (t2): nhập bề dày thành cọc -Property Modifiers\Set Modifers Cross-section (axial) Area : nhập tiết diện quy đổi Torsional Constant: Nhập hệ số momen xoắn (Cách xác định tiết diện quy đổi và hệ số momen xoắn xem ở phần tính toán chiều dài cọc) *Tiết diện dầm - Define\Frame Sections\Chọn Add Rectangular - Modify\Show Property Section name: DN-MR Material name: CONC Dedth (t3): nhập chiều cao tiết diện Width (tw): nhập chiều rộng tiết diện *Tiết diện bản sàn - Define\ Area Sections - Modify\Show Section Section name: BAN Material name: CONC Area type: Shell Type: Shell -Thickness Membrane: nhập chiều dày chịu nén, kéo Bending: nhập chiều dày chịu uốn II.3.8 Khai báo tiết diện cho từng cấu kiện (Người sử dụng cần phải chọn đối tượng cần gán tiết diện trước khi tiến hành gán tiết diện cho từng cấu kiện tương ứng)  Chọn cửa sổ làm việc với mặt phẳng  Chọn phần tử cọc BTƯST Assign\Frame\Section\CBTUSTD700\OK  Chọn phần tử dầm Assign\Frame\Section\DN-MR\OK  Chọn phần tử bản sàn Assign\Area\Section\BAN\OK II.3.9 Khai báo các trường hợp tải trọng Quy ước ký hiệu tải trọng (Các quy ước ký hiệu tải trọng căn cứ vào tiêu chuẩn ACI - CODE 350/350R-101) STT TRƯỜNG HỢP TẢI KÝ HIỆU 1 TĨNH TẢI (DEAD LOAD) D . Tải bản thân kết cấu DLS . Tải bản thân tuyến ống DLP . Tải bản thân thiết bị (tùy từng phân đoạn) DLE STT TRƯỜNG HỢP TẢI KÝ HIỆU 2 HOẠT TẢI (LIVE LOAD) L . Tải cần trục trên bến trường hợp bến hoạt động LVC . Tải cần trục trên bến trường hợp gió bão LVS . Tải do các thiết bị khi sửa chữa cẩu, … LVR . Tải đoàn xe chạy trên bến LVT . Tải hàng hóa chất đầy LGF . Tải hàng hóa chất cách nhịp theo phương dọc bến LGL . Tải hàng hóa chất cách nhịp theo phương ngang bến LGT . Tải va tàu 1 điểm (Tàu đầy hàng) LBFO . Tải va tàu 1 điểm (Tàu không hàng) LBBO . Tải va tàu 2 điểm (Tàu đầy hàng) LBFT . Tải va tàu 2 điểm (Tàu không hàng) LBBT . Tải neo tàu (Tàu đầy hàng - Trường hợp bến hoạt động) LMFW . Tải neo tàu (Tàu đầy hàng - Trường hợp gió bão) LMFS . Tải neo tàu (Tàu không hàng - Trường hợp bến hoạt động) LMBW . Tải neo tàu (Tàu không hàng - Trường hợp gió bão) LMBS . Tải do tràn dầu (+) LOUP . Tải do tràn dầu (-) LOUN 3 TẢI TRỌNG DO GIÓ (WIND) W . Tải gió tác dụng lên tuyến ống theo phương dọc cầu (+) WPLP . Tải gió tác dụng lên tuyến ống theo phương dọc cầu (-) WPLN . Tải gió tác dụng lên tuyến ống theo phương ngang cầu (+) WPTP . Tải gió tác dụng lên tuyến ống theo phương ngang cầu (-) WPTN . Tải gió tác dụng lên công trình theo phương dọc (+) WSLP . Tải gió tác dụng lên công trình theo phương dọc (-) WSLN . Tải gió tác dụng lên công trình theo phương ngang (+) WSTP . Tải gió tác dụng lên công trình theo phương ngang (-) WSTN 4 TẢI TRỌNG DO SÓNG VÀ DÒNG CHẢY (FLUID) F . Tải do sóng tác dụng lên công trình theo phương dọc, max (+) FWLP STT TRƯỜNG HỢP TẢI KÝ HIỆU . Tải do sóng tác dụng lên công trình theo phương dọc, max (-) FWLN . Tải do sóng tác dụng lên công trình theo phương ngang, max (+) FWTP . Tải do sóng tác dụng lên công trình theo phương ngang, max (-) FWTN . Tải do dòng chảy tác dụng lên công trình theo phương dọc, max (+) FCLP . Tải do dòng chảy tác dụng lên công trình theo phương dọc, max (-) FCLN . Tải do dòng chảy tác dụng lên công trình theo phương ngang, max (+) FCTP . Tải do dòng chảy tác dụng lên công trình theo phương ngang, max (-) FCTN 5 TẢI TRỌNG DO NHIỆT ĐỘ (TEMPERATURE) T . Tải nhiệt độ tác dụng lên tuyến ống (+) TPP . Tải nhiệt độ tác dụng lên tuyến ống (-) TPN . Tải nhiệt độ tác dụng lên công trình (+) TSP . Tải nhiệt độ tác dụng lên công trình (-) TSN 6 TẢI ĐỘNG ĐẤT (EARTHQUAKE) E . (+1.0 Dọc) (+0.3 Ngang) (90 độ) ESLPP . (+1.0 Dọc) (-0.3 Ngang) (90 độ) ESLPN . (-1.0 Dọc) (-0.3 Ngang) (90 độ) ESLNN . (-1.0 Dọc) (+0.3 Ngang) (90 độ) ESLNP . (+0.3 Dọc) (+1.0 Ngang) (90 độ) ESTPP . (+0.3 Dọc) (-1.0 Ngang) (90 độ) ESTPN . (-0.3 Dọc) (-1.0 Ngang) (90 độ) ESTNN . (-0.3 Dọc) (+1.0 Ngang) (90 độ) ESTNP 7 TẢI TRỌNG DO ÁP LỰC ĐẤT H . Áp lực đất tác dụng lên công trình HEPS Cách tính các giá trị của các trường hợp tải xem ở phần phụ lục tính toán tải trọng. Người sử dụng không nên thay đổi hệ thống ký hiệu trong bảng trên, tùy theo tải trọng tác dụng mà người sử dụng sẽ mở rộng thêm các ký hiệu bên trên cho thích hợp với dự án. Define\Load Cases * Đối với tải trọng bản thân, khai báo: Type: DEAD Self Weight Multiplier = 1 (Lưu ý: không phải SWM lúc nào cũng bằng 1) * Đối với tải trọng hoạt tải, khai báo: Type: LIVE Self Weight Multiplier = 0 * Đối với tải trọng khác, khai báo: Type: chọn type cho phù hợp với từng loại tải trọng như sóng, gió, động đất,… Self Weight Multiplier = 0 II.3.10 Gán các trường hợp tải trọng II.3.10.1 Tải trọng bản thân Tải trọng bản thân chương trình sẽ tự tính II.3.10.2 Hoạt tải trên bến Assign\Area loads\Uniform(Shell) II.3.10.3 Tải trọng do va tàu (Cách xác định tải trọng do va tàu xem thêm ở phần tính toán tải trọng do lực va tàu). Chọn vị trí điểm va Assign\Joint loads\Forces O O O II.3.10.4 Tải trọng do neo tàu (Cách xác định tải trọng do neo tàu xem thêm ở phần tính toán tải trọng do lực neo tàu). Chọn vị trí điểm neo Assign\Joint loads\Forces II.3.10.5 Tải trọng do nhiệt độ Người sử dụng lưu ý, cách nhập tải trong nhiệt độ chỉ mang tính minh họa. Ví dụ ở đây là nhập cho trường hợp nhiệt độ âm -7o. (Cách xác định tải trọng do nhiệt độ xem thêm ở phần tính toán tải trọng do nhiệt độ). - Select All - Assign\Frame loads\Temperature - Assign\Area loads\Temperature II.3.10.6 Tải trọng do dòng chảy tác dụng lên cọc (Cách xác định tải trọng do dòng chảy tác dụng lên cọc xem thêm ở phần tính toán tải trọng do dòng chảy) - Chọn tất cả các cọc - Assign\Frame Loads\Distributed II.3.10.7 Tải trọng do thiết bị trên bến a. Nhập thủ công - Chọn phần tử dầm cần trục - Assign\Frame Loads\Point b. Nhập tải trọng di động từ chương trình. b-1.Định nghĩa ray cần trục Define\Moving Load Cases\Lanes Lane1: Đường ray cần trục 1 Lane2: Đường ray cần trục 2 b-2. Khai báo dữ liệu làn xe Define\Moving Load Cases\Lanes Chọn Lane1\Modify/Show Lane Frame: Số hiệu của phần tử thanh tạo thành dầm cần trục Eccentricity: Độ lệch tâm của phần tử đối với tâm của làn xe (Làn xe có độ lệch tâm bằng 0) Người sử dụng cần lưu ý, để đảm bảo tính chính xác số hiệu phần tử thanh tạo thành dầm cần trục, chọn chức năng Set Element để bậc label của phần tử thanh. Nhập số hiệu của phần tử thứ tự từ đầu đến cuối phần tử dầm cần trục, cả hai lane đều nhập giống nhau và cùng chiều, tránh trường hợp 2 lane nhập ngược chiều nhau. b-3. Khai báo thiết bị và tải trọng -Define\Moving Load Cases\Vehicles Add Standard Vehicle: Thêm một tải trọng xe tiêu chuẩn theo AASHTO Add General Vehicle: Thêm một tải trọng xe tổng quát. CT1: Tải trọng các bánh xe cần trục trên đường ray thứ nhất. CT2: Tải trọng các bánh xe cần trục trên đường ray thứ hai. - Chọn tên tải trọng cần khai báo - Modify/Show Vehicle Axle: Nhập giá trị tải trọng mỗi bánh xe của cần trục trên đường ray thứ nhất. Min Distance: Nhập khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 bánh xe đứng gần nhau của cần trục. MaxDistance: Nhập khoảng cách lớn nhất giữa 2 bánh xe đứng gần nhau của cần trục. Làm tương tự cho CT2 Người sử dụng lưu ý, khi nhập tải trọng bánh xe phải nhập cho cả các chân cần trục ở trên cùng trên 1 đường ray. b-4. Khai báo nhóm tải trọng Define\Moving Load Cases\ Vehicle Classes \Add Load Modify/Show Class Vehicle name: chọn tải trọng cần trục LVC1 chứa tải trọng chân cần trục trên đường ray thứ nhất LVC2 chứa tải trọng chân cần trục trên đường ray thứ hai Người sử dụng lưu ý, nếu có hai hay nhiều cần trục cùng chạy trên ray, khi khai báo nhóm tải trọng phải khai báo tất cả các tải trọng hoạt động trên đường ray. Khai báo tương tư cho LVC2 b-5. Khao báo các trường hợp tải trọng Define\Moving Load Cases\ Moving Load Cases \Add Load Modify/Show Load Modify/Show Assign/OK Làm tương tự cho CR2 II.3.10.8 Tải trọng do động đất (động đất do bản thân và do cần trục) (Cách xác định tải trọng do động đất xem thêm ở phần tính toán tải trọng do động đất) Select All Assign\Frame Loads\Gravity - Nhập tải động đất do bản thân - Nhập tải động đất do cần trục: nhân hệ số với các lực tại chân cần trục và nhập trực tiếp tải vị trí các chân cần trục đó. II.3.10.9 Tải trọng do gió tác dụng lên công trình (Cách xác định tải trọng do gió xem thêm ở phần tính toán tải trọng do gió tác dụng lên công trình) Chọn các phần tử chịu tác dụng tải trọng do gió Assign\Frame Loads\ Distributed II.3.10.10 Tải trọng do sóng tác dụng lên cọc (Cách xác định tải trọng do sóng xem thêm ở phần tính toán tải trọng do sóng tác dụng lên cọc) Chọn các phần tử chịu tác dụng tải trọng do sóng Assign\Frame Loads\ Distributed II.3.10.11 Tải trọng do áp lực đất (Cách xác định tải trọng do áp lực đất xem thêm ở phần tính toán tải trọng do áp lực đất) Chọn các phần tử chịu tải trọng do áp lực đất Assign\Frame Loads\ Distributed II.3.11 Tổ hợp các trường hợp tải trọng Define\Combination\Add New Combo Người sử dụng cần lưu ý, đây chỉ là COM cho các tổ hợp tải trọng chung. Khi tổ hợp các trường hợp tải trọng, người sử dụng phải tổ hợp theo các tải trọng của dự án. Các trường hợp tổ hợp tải trọng bên dưới lấy theo Tiêu chuẩn ACI - Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures ( ACI 350-01) and Commentary (ACU 350R-01). Người sử dụng có thể tham khảo thêm Tiêu chuẩn AASHTO, BS 6349-1:2000 II.3.11.1 Trường hợp tới hạn ULS COM001 = 1.4D + 1.7L COM002 = 0.75 x (1.4D + 1.7L + 1.7W) COM003 = 0.9D + 1.3W COM004 = 1.05D + 1.28L + 1.4E COM005 = 0.9D + 1.43E COM006 = 1.4D + 1.7L + 1.7H COM007 = 1.4D + 1.7L + 1.7F COM008 = 0.75 x (1.4D + 1.4T + 1.7L) II.3.11.2 Trường hợp làm việc SLS COM001 = D + L COM002 = D + L + W COM003 = D + W COM004 = D + L + E COM005 = D + E COM006 = D + L + H COM007 = D + L + F COM008 = D + T + L Người sử dụng cần lưu ý, các ký hiệu D, L, E, F, T, H cần xem ở mục III.9 Người sử dụng nên tuân thủ theo hệ thống ký hiệu tổ hợp tải trọng bao gồm 3 text và 3 chữ số như bên trên. Ví dụ: COM001 (3 text: COM, 3 chữ số: 001) II.3.12 Giải bài toán: Analyze\Run Analysis\Run now\OK II.3.13 Xuất kết quả  Nội lực - Nội lực của phần tử cọc - Nội lực của phần tử dầm - Nội lực của phần tử sàn  Chuyển vị II.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tiêu chuẩn ngành Công trình bến cảng Biển – Tiêu chuẩn thiết kế 20 TCN 207-92 – Bộ Giao thông Vận tải – NXB Xây dựng – Hà Nội 1992. 2. Tiêu chuẩn ngành Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế 20 TCN 21-86 – Bộ Xây Dựng – NXB Xây dựng – Hà Nội 1991. 3. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-95 – Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông Tập VIII – NXB Giao thông vận tải. 4. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 2737-1995 – Tập I – Bộ Xây Dựng – NXB Xây dựng – Hà Nội 1997. 5. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 2737-1995 – Tập III – Bộ Xây Dựng – NXB Xây dựng – Hà Nội 1997. 6. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 2737-1995 – Tập V – Bộ Xây Dựng – NXB Xây dựng – Hà Nội 1997. 7. Cơ sở tính toán cầu chịu tải trọng của động đất – PGS.TS. Nguyễn Viết Trung & ThS. Nguyễn Thanh Hà – NXB Giao thông vận tải – Hà Nội 2004. 8. Zavriev và G.K.Shpiro. Thiết kế móng sâu trụ cầu. Nhà xuất bản Xây dựng vận tải, Maxcơva, 1975. 9. Techical Standards and Commentaries for Port and Harbours facilities in Japan (OCDI). 10. Port Designer’s Handbook – Recommendations and Guidelines – Carl A Thoresen 11. Shore Protection Manual Volume II – Department of the Army US Army Corps of Engineers Washingotn, DC 20314 12. Recommendations of Committee for Waterfront Structures Habours and Waterways EAU 2004. 13. British Standard BS 6349-4:1994, BS 6349-1:2000, BS 8110-1997, BS 5400-3:2000, BS 5400-4:1990 – British Standards Institution. 14. ACI - Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures ( ACI 350-01) and Commentary (ACU 350R-01) 15. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications – ISBN: 1-56051-251-5 Publication Code: LRFDSI – 3 – American Association of State Highway and Transporttaion Officials. 16. Hướng dẫn sử dụng Sap2000 – Ths. Bùi Văn Chúng & KS. Trần Trọng Hải – Trường Đại học Báck Khoa TPHCM.