9.1 Nguyên tắc thiết kế
(1) Các quy định trong chơng này cần đợc áp dụng để thiết kế bến kiểu hở trên các cọc đứng.
(2) Các bến kiểu hở trên các cọc đứng cần đợc thiết kế để thoả mãn các yêu cầu về khả năng chịu các loại tải trọng gây ra khi tầu neo cập, động đất, v.v...
[Chú giải]
(1) Các quy định trong chơng này chủ yếu đợc áp dụng cho các bến kiểu hở trên các cọc ống thép hay cọc thép hình và cũng có thể áp dụng cho các loại kết cấu tơng tự nhng cần phải xem xét đến các đặc trng động lực của kết cấu.
(2) Bến kiểu hở trên các cọc đứng phải đợc thiết kế phù hợp với phơng pháp trình bày trong chơng này. Việc kiểm tra các đặc trng chống động đất nói chung khác với nội dung trình bày trong chơng này cần phải tuân thủ Phần II, Chơng 12 các lực chấn động và lực động đất
(3) Trong việc thiết kế bến kiểu hở trên các cọc đứng,cần thiết phải xem xét đến các ứng xử động học của nó trong động đất bởi vì các kết cấu này nói chung là mềm hơn các dạng kết cấu khác trong
đó có loại trọng lực. Việc kiểm tra khả năng chống động đất có xét đến ứng xử động học của kết cấu cần phải tuân thủ 9.6 Kiểm tra khả năng chống động đất.
(4) Việc thiết kế bến kiểu hở trên các cọc đứng đợc trình bày trong chơng này dựa trên giả thiết rằng không có các biến dạng đáng kể xuất hiện ở móng hoặc nền đất phía sau kết cấu do sự hoá lỏng v.v... Trong trờng hợp móng hoặc nền đất xung quanh có nguy cơ xảy ra biến dạng đáng kể, thì
cần có các biện pháp thích hợp để ngăn ngừa.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Việc thiết kế bến kiểu hở trên các cọc đứng thông thờng đợc thực hiện theo trình tự giới thiệu trong H×nh 9.1.1
Theo trình tự thiết kế trong hình này, (a) Mặt cắt ngang bến kiểu hở đợc thiết kế trớc tiên để chịu các lực không động đất, (b) Mặt cắt ngang này đợc kiểm tra với lực động đất, và (c) Quá trình thiết kế chuyển sang giai đoạn thiết kế chi tiết nếu khả năng chống động đất của mặt cắt ngang đảm bảo.
Nếu không thì mặt cắt ngang bến đợc thay đổi và đợc kiểm tra lại. Nh vậy, trong bớc thứ nhất, cha có lực động đất thì cọc ống thép đợc thiết kế theo phơng pháp ứng suất cho phép, và phơng pháp khả năng chịu tải đợc sử dụng trong bớc thứ hai có tính lực động đất, với giả thiết là biến dạng của cọc ống thép đạt đến vùng biến dạng dẻo trong quá trình động đất khi tiếp nhận năng lợng lực
động đất.
(2) Về nguyên tắc, yêu cầu làm việc có nghĩa là (a) ứng suất sinh ra trong cọc ống thép phải nhỏ “ “ hơn ứng suất cho phép trong trờng hợp không có động đất, (b) Là độ lún, mức độ h hại.. là chấp nhận đợc theo các giá trị cho phép đợc xác định dựa trên mức độ quan trọng của công trình hoặc là các tiêu chuẩn liên quan khác chống lại lực động đất. Khả năng chịu lực của cọc và độ ổn định tổng thể của kết cấu cũng đợc sử dụng để đánh giá yêu cầu làm việc.
(3) Hình T 9.1.2 là một ví dụ về bến kiểu hở trên các cọc đứng. Nh hình vẽ cho thấy bến kiểu hở gồm có phần bệ cọc và phần kết cấu chắn đất.
(4) Khi bến đợc xây dựng trên nền đất mà ở đó dự tính sẽ xảy ra cố kết hoặc nén lún của đất, thì nên tách rời phần kết cấu chắn đất ra khỏi phần bệ cọc, vì phần kết cấu chắn đất thờng lún nhiều hơn phần bệ cọc. Khuyến cáo rằng trong thiết kế và thi công phải xem xét cẩn thận đến hiện tợng lún kéo theo hoặc chuyển dịch ngang của phần đất bên dới có thể xẩy ra ở một phần hoặc toàn bộ phần bệ cọc do lún của phần kết cấu chắn đất hoặc phần đất đắp, thậm chí ngay cả khi phần bệ cọc đã đợc tách rời khỏi phần kết cấu chắn đất.
(5) Trong trận động đất Hyogoken Nanbu (1995), số liệu báo cáo cho thấy rằng phần bệ cọc đã bị h hại do sự hoá lỏng của móng và nền đất đằng sau kè chắn đất. Dạng phá huỷ điển hình là (a) mất ổn định uốn của các cọc ống thép nằm gần biên giữa các các lớp đất khác nhau do sự hoá
lỏng của đất nền, (b) Sự mất ổn định uốn của đầu cọc và/hoặc là nứt dầm mũ cọc do tải trọng hình thành khi tờng kè chắn bị đẩy ra phía biển. Vì vẫn cha biết phải làm cách nào để đa hiện t- ợng này vào trong thiết kế, điều này đợc trình bày trong [Chú giải] (4) của phần này rằng các biện pháp phù hợp cần phải đợc tiến hành để ngăn ngừa hiện tợng này xẩy ra.
Tuy nhiên, do khó khăn của việc ngăn ngừa hoàn toàn biến dạng đất nền trong động đất, vì thế nên xác định trớc mức độ biến dạng và ảnh hởng của biến dạng lên công trình thông qua phơng pháp số hoặc một phơng pháp phù hợp khác đối với các công trình quan trong đặc thù.
- VIII. 60 - -
Các điều kiện thiết kế
Xác định kích th ớc mỗi phân đoạn và mặt cắt ngang bố trí cọc cọc
Phân tích ổn định mái dốc Giả thiết về kích th ớc kết cấu phần trên
Tính toán ổn định của phần chắn đất
Bốtrí trụ neo và đệm tàu Tính tĩnh tải của kết cấu bên trên Tính toán ngoại lực thiết kế
•Chất tải • Tải gió (cẩu...)
Lực đứng • Hoạt tải (cẩu...) Lực ngang • Phản lực đệm • Lực nâng (Nếu bến • Lực neo tàu
cã lùc sãng lín)
Các giả thiết về đất d ới đáy biển
Tính toán lực tác dụng của phân đoạn tác dụnglên cọc
Kiểm tra sức chịu tải của cọc - Ph ơng dọc trục cọc - Ph ơng ngang cọc Kiểm tra ứng suất hình thành trong mỗi cọc
Xác định chuyển vị tổng thể của bến
Kiểm tra khả năng chịu động đất của mặt cắt ngang
Kiểm tra khả năng chịu động đất - Độ dịch chuyển nền cấp 1 - Độ dịch chuyển nền cấp 2
( Trong tr ờng hợp bến đủ bền chống động đất )
ThiÕt kÕ chi tiÕt
Hình T 9.1.1. Sơ đồ trình tự thiết kế bến kiểu hở trên các cọc đứng
- VIII. 61 -
(6) Khi các thiết bị bốc xếp hàng, nh các cẩu contaitner chẳng hạn đợc lắp đặt trên bến hở trên các cọc đứng, thì nên bố trí theo cách thức tất cả các chân của cần cẩu hoặc nằm trên phần bệ cọc hoặc trên phần kết cấu chắn đất. Ví dụ, khi một chân của thiết bị bốc xếp đợc đặt trên phần bệ cọc và chân kia đặt trên phần kết cấu chắn đất, thì thiết bị dễ phải chịu ảnh hởng bất lợi của lún khác nhau và chuyển dịch do động đất khác nhau, vì có sự khác biệt nhau về đặc tính phản ứng của hai bộ phận. Trong trờng hợp không tránh đợc việc đặt một chân của thiết bị bốc dỡ lên phần bệ cọc và chân kia lên phần chắn đất, khuyến nghị áp dụng các móng phù hợp (Ví dụ nh móng cọc) để phòng tránh lún khác nhau do lún ở chân phía trong bờ. Trong trờng hợp này thông thờng không đặt chân cố định của thiết bị bốc xếp (nh cần trục trục cổng) trên phần bệ cọc.
(7) Khi thiết bị bốc xếp, nh cần cẩu container, đợc lắp đặt trên bến hở trên các cọc đứng, khuyến nghị là phải tiến hành phân tích ảnh hởng của động đất có xem xét độ rung tổng hợp của thiết bị bốc xếp và phần bệ cọc, bởi vì các đặc tính phản ứng của phần bệ cọc trong quá trình động đất có thể thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào tỷ số khối lợng và tỷ số chu kỳ tự nhiên giữa thiết bị và phần bệ cọc. Chi tiết xem Phần IX,2.4.Thiết bị bốc xếp.
(8) Kiến nghị rằng việc tính toán mô men uốn của cọc cần tiến hành theo cả hai phơng dọc và ngang với đờng mép bến
(9) Trong trờng hợp cần thiết phải tiến hành xem xét ảnh hởng xoay của sàn bến khi xác định các lực thành phần tác dụng lên cọc, thì việc tính toán thiết kế phải kể đến ảnh hởng này khi tính toán (10) Tại những nơi có thể chịu tác động sóng đáng kể, khuyến nghị cần tiến hành kiểm tra các đặc tr-
ng chống lại lực nâng tác dụng lên kết cấu phần trên và phần cầu dẫn nh sau đây:
(a) ổn định của cầu dẫn đối với lực nâng và sức chịu nhổ của cọc
(b) Độ bền của các phần tử kết cấu phần trên và phần cầu dẫn đối với lực nâng
Chi tiết về lực nâng do sóng xem Phần II, 5.5.1. Lực nâng tác dụng lên tấm bản ngang gần mực n- ớc tĩnh
Hình T- 9.1.2. Ví dụ về bến kiểu hở trên các cọc đứng
- VIII. 62 - -
Bản nối +3.200
+3.500 +2.750
+3.250 +3.300
+2.100 MNC +2.000
MNT 0.000 -1.000
+3.644
-11.200
-23.300 -21.750
-20.700 -2.700 -3.700 20.000
1.200 4.200 240
1.370 4.200 800 800 800
2.000 5.000 5.000 1770 570 5.660
230 100
1.200 600
600 6001.200600 6001.200600
400
BÝch neo 250kN Gờ chắn xe
(TÊm chèng xãi)
Cát sỏi lấp trở lại
Lớp vữa trát
Cọc ống thép SKK 490 =1000 t=15.0 l=24.00
φ
φ Cọc ống thép SKK 490 =1000 t=14.0 l=25.00
Cọc ống thép SKK 490 =1000φ t=14.0 l=26.50 1:1.5
1:1
1:1
Đá hỗn hợp làm móng (30 đến 50 kg)
Đệm tựa tầu H=600
=1.000
Mặt lát bê tông 1/100
PhÝa biÓn PhÝa bê
9.2. Mặt bằng và các kích thớc.
9.2.1 Kích cỡ của bản mặt bến và mặt bằng bố trí cọc.
Kích cỡ của bản mặt bến và khoảng cách giữa các cọc và các hàng cọc cần đợc xác định một cách thích hợp trên cơ sở xem xét các yếu tố sau đây:
(1) Chiều rộng dải tuyến bến (2) Vị trí nhà trên bến
(3) Đất đáy biển (đặc biệt là ổn định của mái dốc) (4) Kè hiện có
(5) Các vấn đề có liên quan đến thi công nh là công suất đổ bê tông tại chỗ (6) Tải trọng tĩnh và tải trọng động ( Đặc biệt là kích cỡ cần cẩu)
9.2.2 Kích thớc của kết cấu phần trên
Các kích thớc kết cấu phần trên của phần bệ cọc cần đợc xác định một cách thích hợp trên cơ sở xem xét các yếu tố sau đây:
(1)Khoảng cách giữa các cọc và các hàng cọc, hình dạng, kích thớc của cọc (2)Tĩnh tải, hoạt tải
(3)Cao độ thuỷ triều
(4)Sự dễ dàng cho công tác tạo hình và công tác ván khuôn (5)Điều kiện đất nền
(6)Bè trÝ trô neo
(7)Bố trí, hình dạng và các kích thớc của đệm tàu 9.2.3 Bố trí đệm tàu và trụ neo
Các đệm tầu và trụ neo cần đợc bố trí sao cho độ lêch tâm của các ngoại lực tác
động vào một phân đoạn mặt bến là nhỏ nhất có thể đợc.
9.3 Ngoại lực tác dụng lên bến kiểu hở 9.3.1 Ngoại lực thiết kế
(1) Các ngoại lực chính tác dụng lên phần bệ cọc của bến kiểu hở đợc liệt kê trong Bảng 9.3.1
Bảng 9.3.1 Các ngoại lực thiết kế
Lực đứng Lực ngang
Tải trọng bản thân của kết cấu phần trên
Tải trọng tĩnh Tải trọng động
• Tải trọng xe hoả
• Tải trọng do xe
• Tải trọng do thiết bị bốc dỡ
• Hoạt tải trên hành lang đi bộ Lực neo tàu
Lùc n©ng
Lực động đất tác dụng lên kết cấu phần trên
Lực động đất tác dụng lên phần tĩnh tải .
Lực động đất tác dụng lên phần hoạt tải
Tải trọng gió tác dụng lên hoạt tải
Phản lực từ các đệm tàu Lực neo tàu
(2) Lực động đất tác dụng lên kết cấu phần trên, các tĩnh tải và hoạt tải cần đợc xem xét trong bớc kiểm tra khả năng chống động đất của phần bệ cọc
(3) Ngoại lực tác dụng lên phần kết cấu chắn đất cần phải xác định bằng cách lấy các tải trọng liên quan đợc mô tả ở các chơng tơng ứng của phần này tuỳ thuộc vào từng loại kết cấu và sau đó cộng với phản lực của phần cầu dẫn lên nó.
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Trong số các ngoại lực liệt kê ra trong Bảng 9.3.1, lực động đất, tải trọng gió, và lực neo tàu thông thờng đợc xem xét nh các tải trọng trong điều kiện đặc biệt
(2) Thông thờng, tải trọng bản thân của kết cấu phần trên, và lực động đất tác dụng lên kết cấu phần trên nh đã chỉ ra trong bảng bao gồm cả tải trọng bản thân cọc và lực động đất tác dụng lên cọc t-
ơng ứng.
(3) Tĩnh tải cần đợc xác định phù hợp với Phần II, 15.3 Tĩnh tải, lực động đất do tĩnh tải thông thờng
đợc coi nh là tác dụng lên mặt trên của bản mặt bến. Tuy nhiên khi trọng tâm của phần tĩnh tải đ- ợc đặt ở một độ cao đáng kể, thì rất quan trọng lấy chiều cao của trọng tâm là điểm tác dụng của lùc ngang .
- VIII. 63 -
(4) Hoạt tải cần đợc xác định phù hợp với Phần II,15.4 Hoạt tải . Lực động đất do di chuyển của cần trục chạy trên ray (Xem 9.1 Nguyên tắc thiết kế [Chỉ dẫn kỹ thuật] ( 7) ) cần phải tính toán bằng cách nhân tải trọng bản thân với hệ số chấn động, và lực này có thể xem nh truyền từ các bánh xe xuống phần bệ cọc.
Tải trọng gió tác dụng lên cần cẩu v.v... cần đợc xác định phù hợp với Phần II.3.3 áp lực gió.
(5) Phản lực đệm tàu thông thờng đợc xác định phù hợp với 19.4 Hệ thống đệm khi sử dụng các ngoại lực tính toán theo Phần III. 2.2.2 Cập tàu và Phần II. 2.2.3 Neo tàu, và phản lực phải đợc coi nh là tải trọng ở điều kiện bình thờng hoặc điều kiện đặc biệt tuỳ thuộc vào tốc độ cập. Khi tốc
độ cập vào khoảng 10cm/s hoặc lớn hơn đợc giả định cho các loại tàu bách hoá thì phản lực đợc xem xét nh là một tải trọng trong điều kiện đặc biệt. Đối với tốc độ mà tàu cập tại bến thờng xuyên thì khuyến nghị xem xét phản lực nh là một tải trọng trong các điều kiện bình thờng
Lực va do chuyển động lắc ngang của tàu đang neo tại bến đợc xem xét nh là tải trọng trong điều kiện bình thờng hoặc đặc biệt tuỳ thuộc vào các điều kiện về khí tợng, điều kiện biển của vị trí xây dựng. Đối với các bến tổng hợp thì lực này có thể coi là tải trọng trong điều kiện đặc biệt khi tàu đ- ợc neo ở đó để tránh điều kiện thời tiết bất thờng, ví dụ nh bão
(6) Lực neo tầu cần đợc xác đinh phù hợp với Phần II 2.2.4 Lực neo tác dụng nên trụ neo và bích neo. Trong nhiều trờng hợp một phân đoạn bến chỉ đợc bố trí 1 bích neo.
9.3.2 Tính toán phản lực đệm va tàu
Việc tính toán phản lực của đệm va tàu cần đợc tiến hành phù hợp với Phần II, 2.2 Ngoại lực do tầu gây ra
[Chỉ dẫn kỹ thuật]
(1) Khi các đệm cao su đợc sử dụng làm giảm chấn trên bến lớn thông thờng có kích thớc phân đoạn dài từ 20 đến 30 m, thì thông thờng bố trí 2 đệm cao su cho một phân đoạn bến. Trong nhiều tr- ờng hợp, khoảng cách giữa các đệm từ 8 đến 13m. Một biện pháp xử lý để cập tàu với nhiều cỡ tàu khác nhau đã đợc áp dụng bằng cách lắp đặt các đệm cao su dài 1.5m lên bến lớn thông th - ờng. Biện pháp này cho thấy rằng nó phù hợp với tính toán lực cập tàu trên cơ sở giả thiết năng lực cập tàu đợc hấp thụ bởi một đệm. Vì vậy, phản lực có thể đợc tính toán trên cơ sở giả thiết rằng năng lợng cập đợc hấp thụ bởi một đệm khi dùng đệm nh một thiết bị giảm chấn. Tuy nhiên,
điều này không áp dụng cho các đệm đợc bố trí một cách liên tục trên suốt chiều dài mặt bến (2) Năng lợng cập cũng còn đợc hấp thụ bởi chuyển vị của phần bệ cọc. Tuy nhiên, thực tế thông th-
ờng không tính đến điều này bởi vì trong nhiều trờng hợp năng lợng do phần bệ cọc tiếp nhận nhỏ hơn 10% tổng năng lợng cập.
(3) Hình T 9.3.1 cho một ví dụ về cặp đờng cong Năng l“ ợng-Chuyển vị và Phản lực - Chuyển vị’” “ ” của một đệm cao su. Khi một đệm đơn hấp thụ năng lợng cập E1, biến dạng tơng ứng của đệm
đợc xác định, Sau đó sử dụng đờng cong kia, phản lực tơng ứng tác dụng lên bến đợc xác
định là H1( C H1). Tuy nhiên, nếu các tấm đệm đợc bố trí quá gần nhau và năng lợng cập đ- ợc 2 tấm đệm hấp thụ thì năng lợng cập tác dụng lên 1 đệm khi đó là E2=E1/2 và điều này gây ra biến dạng đệm tơng ứng . Có thể thấy trên hình đó ( D H2), phản lực tác dụng lên bến cũng hầu nh giống phản lực tạo ra đối với trờng hợp đệm đơn do đặc tính của đệm cao su. Nh vậy phản lực ngang tác dụng lên bến là 2H2‡2H1, điều đó có nghĩa là phản lực ngang đợc sử dụng trong thiết kế đã đợc nhân đôi. Khi sử dụng các đệm có các đặc tính nh vậy, thì tốt nhất là phải cẩn thận đối với ứng xử này của phản lực trong quá trình thiết kế và chọn vị trí lắp đặt đệm.
- VIII. 64 - -