Xem mẫu

Chương 2. Tải trọng tác động lên công trình bến.

Chương 2.

TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH
BẾN.
2.1.Tải trọng và tổ hợp tải trọng.
2.1.1. Các tải trọng tác động lên công trình bến

Tùy theo tính chất và thưòi gian tác động của các tải trọng trên công trình bến người
ta chia những tải trọng này thành hai loại: tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời.
Trong đó các tải trọng tạm thời lại được phân ra ba nhóm. Tải trọng tạm thời tác động lâu
dài, tải trọng tạm thời tác động tức thời (nhanh) và tải trọng tạm thời đặc biệt.
2.1.1.1. Tải trọng thường xuyên:

Là tải trọng tác động lên công trình hay kết cấu công trình trong suốt quá trình khai
thác, bao gồm:
- Trọng lượng bản thân của công trình bến;
- Trọng lượng đất lấp trên công trình bến;
- Tải trọng do các công trình và thiết bị công nghệ đặt cố định trên bến;
- Áp lực chủ động của đất lấp sau công trình bến.
2.1.1.2. Tải trọng tạm thời

Là tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian hoặc từng thời kỳ nhất định
trong quá trình xây dựng và khai thác công trình.
a) Tải trọng tạm thời tác động lâu dài:
Tải trọng tác động lên công trình trong một thưòi gian tương đối dài.
- Tải trọng do các máy bốc xếp di động, các phương tiện vận tải và hàng hóa xếp
trên bến;
- Áp lực chủ động của đất do ảnh hưởng của tải trọng tạm thời trên bến;
- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước
bến, trong điều kiện hệ thống công trình thoát nước ngầm của bến vẫn hoạt động
bình thường.
b) Tải trọng tạm thời tác động tức thời:
Tải trọng tác động lên công trình trong một thời gian ngắn
- Tải trọng do sóng;
- Tải trọng do tàu: lực neo tàu, lực tựa tàu và lực va khi tàu cặp bến;
- Tải trọng ngang do cần cẩu;
- Tải trọng tác động trong giai đoạn xây lắp.
c) Tải trọng tạm thời đặc biệt:
Tải trọng tác động lên công trình trong thời gian ngắn, trong điều kiện đặc biệt

2-1

Chương 2. Tải trọng tác động lên công trình bến.

- Áp lực thủy tĩnh do mực nước ngầm sau công trình bến cao hơn mực nước trước
bến, trong điều kiện chỉ có một nửa hệ thống công trình thoát nước ngầm còn hoạt
động được;
- Tải trọng do động đất, sóng thần.
Các tải trọng nói trên được chọn để ghép vào với nhau thành nhiều tổ hợp khác
nhau. Công trình bến được tính toán theo hai loại tổ hợp tải trọng: Tổ hợp cơ bản và tổ
hợp đặc biệt.
2.1.2.Các tổ hợp tải trọng:

Khi tính toán công trình bến hay kết cấu của nó người ta phải tổ hợp tất cả các tải
trọng có thể đồng thời tác dụng lên công trình gây trạng thái ứng suất biến dạng bất lợi
nhất cho công trình hay các bộ phận của nó.
2.1.2.1. Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm:

Các tải trọng thường xuyên, các tải trọng tạm thời tác động lâu dài và một trong số
các tải trọng tạm thời tác động tức thời. Trong đó tải trọng tạm thời tác động tức thời
được chọn đưa vào tổ hợp cơ bản phải là tải trọng gây ảnh hưởng nhiều nhất đối với trạng
thái ứng suất, biến dạng của toàn bộ kết cấu hoặc của từng bộ phận kết cấu và nền công
trình. ngoài ra phải lựa chọn thành phần và cách xếp đặt các tải trọng sao cho có được tổ
hợp bất lợi nhất.
2.1.2.2) Tổ hợp tải trọng đặc biệt.

Gồm các tải trọng thường xuyên các tải trọng tạm thời có khả năng xảy ra cùng một
lúc và một trong số các tải trọng tạm thời đặc biệt. Trong đó các tải trọng tạm thời tác
động nhanh được nhân với hệ số tổ hợp n1 = 0,8 để xét đến việc trong thực tế tải trọng
tạm thời đặc biệt và các tải trọng tạm thời khác ít có xác suất đạt đến giá trị lớn nhất
trong cùng một lúc.
Ngoài những tải trọng kể trên, khi thiết kế công trình bến phải xem xét những tác
động khác có ảnh hưởng đến an toàn và tuổi thọ công trình như khả năng đất nền bị bào
xói do dòng chảy, sóng, hoặc chân vịt của tàu, khả năng các cấu kiện bị han gỉ hoặc bị tác
động bao mòn của phù sa.
Tải trọng dùng để tính toán kết cấu và nền công trình có thể có hai giá trị Tiêu
chuẩn và tính toán. Việc sử dụng giá trị nào để tính toán phải phù hợp với quy định của
từng bài toán cụ thể.
Giá trị tiêu chuẩn của từng loại tải trọng được quy định trên cơ sở quan trắc những
yếu tố tạo ra tải trọng đó và chỉnh biên các số liệu quan trắc bằng phương pháp xác suất
thống kế. Giá trị tính toán của tải trọng được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn
với hệ số vượt tải n. Nếu việc giảm nhỏ trị số của một tải trọng nào đó sẽ ảnh hưởng xấu
đến khả năng chịu tải của công trình hoặc từng bộ phận công trình thì giá trị tính toán của
tải trọng dó được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với số nghịch đảo của hệ số
vượt tải (1/n).
Trong bảng 2.1 ghi giá trị hệ số vượt tải của các tải trọng thường gặp trong tính toán
công trình bến.

2-2

Chương 2. Tải trọng tác động lên công trình bến.

Bảng 2_ 1 Giá trị vượt tải của một số tải trọng
STT
Tải trọng
Hệ số vượt tải (n)
1
Trọng lượng bản thân của các kết cấu bê tông, bê tông
1,05 (0,95)
cốt thép, thép, đá và gỗ
2
Trọng lượng bản thân của đất lấp
1,10 (0,90)
3
Trọng lượng của các máy bốc xếp, phương tiện vận tải
1,20
và hàng hóa xếp ở vùng ven bến
4
Tải trọng phân bố đều của hàng hóa xếp ở vùng
1,30
chuyển tiếp và vùng sau bến
5
Áp lực hông của đất
1,20 (0,80)
6
Tải trọng do tàu
1,20
7
Tải trọng do sóng
1,00
8
Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm
1,10
9
Tải trọng do động đất
1,00
Ghi chú:
- Các trị số trong ngoặc được lấy khi tính toán làm cho công trình nguy hiểm thêm.
- Theo Tiêu chuẩn ngành 22TCN 207-92 hàng dùng hệ số vượt tải n = 1,25 thì
không sử dụng các hệ số trong bảng trên.
2.2.Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến.
Trọng lượng bản thân của các cấu kiện công trình bến được xác định trên cơ sở
kích thước hình học của cấu kiện và dung trọng vật liệu dùng để chế tạo ra cấu kiện đó.
Trường hợp công trình nằm dưới mực nước tính toán, khi xác định trọng lượng các cấu
kiện phải trừ đi lực đẩy nổi thủy tĩnh tác dụng lên cấu kiện. Trị số lực đẩy nổi thủy tĩnh
bằng trọng lượng khối nước bị choán chỗ. Đối với vật liệu có cấu trúc đặc (kim loại, bê
tông, bê tông cốt thép v.v...) dung trọng của vật liệu nằm dưới nước bằng:

γ ®n = γ - 1

(2. 1)

Trong đó:
γ: dung trọng vật liệu trong không khí.

Trọng lượng đất lấp tác động trên một đơn vị diện tích bề mặt nằm ngang của công
trình lấy bằng tích số giữa dung trọng đất và chiều cao lớp đất lấp. Dung trọng đất trong
trạng thái đẩy nổi (nằm dưới nước) được xác định có xét đến độ rỗng của đất theo công
thức:
γ ®n =

γr -1
1+ ε

Trong đó:
γr : Tỷ trọng bình quân của các hạt rắn, thông thường;
γr = 2,65 ÷ 2,75 T/m3;
ε: Hệ số độ rỗng.

Đối với đất cát trong tính toán thực tế có thể lấy γđn = 1,0 T/m3.
2.3. Áp lực thủy tĩnh và tải trọng do sóng.
2-3

(2. 2)

Chương 2. Tải trọng tác động lên công trình bến.
2.3.1. Áp lực thủy tĩnh

Áp lực thủy tĩnh tác động lên công trình bến xuất hiện khi mực nước trong lòng bến
cao hơn mực nước trước bến. Nguyên nhân dẫn đến sự chênh lệch này giữa hai mực nước
thường là do mực nước trước bến hạ xuống khi triều rút, khi chịu tác động của gió theo
hướng từ bờ ra biển, hoặc khi mực nước dao động theo mùa cũng có khi, mực nước ngầm
dâng lên do nước mưa rào hoặc nước thải ra từ các máy bốc xếp thủy lực.
Có những loại kết cấu công trình bến có kảh năng thoat nước, nhờ đó áp lực thủy
tĩnh của ngước ngầm haùa như không xuất hiện. Đó là những công trình bến có kết cấu
dạng chuồng, dạng tường cừ bằng cọc bê tông cốt thép không có khóa liên kết, dạng
tường trọng lực trên đệm đá có lăng thể giảm tải lòng bến v.v...
Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm thường xuất hiện ở các công trình bến dạng tường
cừ bằng thép đóng vào tầng sét, hoặc dưới chân tường có tầng sét, có tác dụng như tầng
không thấm nước. Lớp đất được coi là tầng không thấm nước khi hệ số thấm của lớp đất
đó nhỏ hơn 1/10 hệ số thấm của lớp đất lấp bên trên. Trong thực tế đã có trường hợp sau
bến tường cừ mực nước ngầm cao hơn 3 ÷ 4 mét so với mực nước trước bến. Độ chênh
mực nước đó đã làm mô men uốn trong cừ và nội lực trong thanh neo tăng lên 1,5 lần.
Bởi vậy, khi kết cấu bến và tầng đất bên dưới có tác dụng ngăn nước thì khi thiết kế cần
xét tới xây dựng hệ thống công trình thoát nước ngàm thích hợp đồng thời để lấp lòng
bến phải dùng loại đất có hệ số thấm không nhỏ hơn 5m ngày đêm.
Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm có thể không cần xét đến trong những trường hợp
sau:
- Bến có kết cấu tường trọng lực đặt trên đệm đá với chiều dày lớp đệm đá trên
0,5m (không phụ thuộc gì vào độ thấm nước của nền đá và biện pháp kết cấu đã
dùng để che chắn không cho đát lọt qua khe tiếp giáp giữa các cấu kiện);
- Bến dạng tường góc họăc tường cừ có những khe tiếp giáp giữa các cấu kiện nằm
cách nhau không quá 4 mét theo chiều dài bến và được che chắn bằng tầng lọc
ngược (không phụ thuộc gì vào độ thấm nước của nền).
Trong trường hợp khe tiếp giáp giữa các cấu kiện tường mặt của bến có cấu tạo
không thấm nước (cừ thép liên kết khóa màn chắn bằng vật liệu tổng hợp v.v...) cần tính
toán áp lực thủy tĩnh tác động lên công trình do mực nước ngầm cao hơn mực nước trước
bến. Trong thực tế có thể có hai trường hợp tính toán sau đây.
2.3.1.1).Trường hợp 1

Bến tường cừ có chôn cừ nằm trong tầng không thấm nước (hình 2.1a) hoặc bến
tường góc mà giữa bản đáy và tầng không thấm nước có lớp đệm đá dày không quá 0,5m
(hình 2.1b).
Trong trường hợp này áp lực thủy tĩnh xác định theo biểu đồ vẽ trên các hình 2.1a,
và 2.1b, trong đó cột áp lực ∆h lấy bằng hiệu số độ cao giữa mực nước cao nhất và mực
nước thấp nhất trước bến, tức là xem mực nước ngầm vẫn giữ nguyên ở cao độ mực nước
cao nhất khi mực nước trước bến đã hạ đến vị trí thấp nhất do quá trình dao động mực
nước theo ngày. Với chế độ dao động mực nước theo mùa và chiều dài tuyến bến trên
1000m, để dựng biểu đồ áp lực thủy tĩnh trị số ∆h được giảm di 10 ÷ 20%.

2-4

Chương 2. Tải trọng tác động lên công trình bến.

b)

a)
MNCN

ngÇm

MN

σ= h

MNTN

TÇng
kh«ng
thÊm
n−íc

h

MNTN

BiÓu ®å
AL thuû tÜnh

BiÓu ®å
¸p lùc
thuû tÜnh

TÇng kh«ng thÊm n−íc
c)
MNCN
MN

ngÇm tÝnh to¸n

MNTN

l3

l1

l2

BiÓu ®å
AL thuû tÜnh

TÇng kh«ng thÊm

Hình 2_ 1 Sơ đồ tính áp lực thủy tĩnh của nước ngầm
trên công trình bến.
2.3.1.2.Trường hợp 2

Bến tường cừ có chân tường đóng chưa đến tầng không thấm nước (hình 2.1c).
Trong trường hợp này để dựng biểu đồ áp lực thủy tĩnh của nước ngầm cột nước ∆h được
xác định riêng cho hai chế độ dao động mực nước, theo mùa và theo ngày.
Đối với dao động mực nước theo mùa, cột nước ∆h có thể tính toán theo công thức
của Shul.
∆h =

Vy .L ⎡
⎛ K th .t ⎞⎤
⎢1 − exp⎜ − L ⎟⎥
K th ⎣

⎠⎦

(2. 3)

Trong đó:
Vy - Tốc độ hạ trung bình của mực nước trước bến (xác định theo đường quá trình
mực nước);
L - Chiều dài giả định của mạch thấm
kth - Hệ số thấm của đất;
t - Thời gian hạ từ mực nước cao nhất xuống mực nước thấp nhất.
Công thức tính chiều dài giả định L của mạch thấm có dạng:

(

)

L = 2 1 + 3 l1 / l 2 (l 2 + l3 )sin 45o
Trong đó:
2-5

l2
l 2 + l3

(2. 4)

nguon tai.lieu . vn