MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN I: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 7

I.1 SƠ ĐỒ TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG TẢI TRỌNG BẾN CẦU TÀU 7
I.1.1 Sơ đồ tính bến cầu tàu 7
I.1.2 Đặc trưng tải trọng bến cầu tàu 7
I.2 KHUNG TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN 8
I.3 KÍCH THƯỚC TÀU THIẾT KẾ 10
I.4 TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU 10
I.5 CHIỀU DÀI TÍNH TOÁN CỦA CỌC 11
I.5.1 Chiều dài chịu uốn của cọc 11
I.5.2 Chiều dài chị
u nén của cọc 14
I.5.3 Chiều dài chịu xoắn của cọc 14
I.6 TẢI TRỌNG DO TÀU 15
I.6.1 Tải trọng va 15
I.6.1.1 Năng lượng va tàu 15
I.6.1.2 Thiết kế đệm 17
I.6.1.3 Khoảng cách đệm 17
I.6.2 Tải trọng neo 18
I.6.2.1 Lực neo do gió 18
I.6.2.1.1 Lực neo do gió theo BS 6349-1:2000 18
I.6.2.1.2 Lực neo do gió theo OCIMF 1997 19
I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy 23
I.6.2.2.1 Lực neo do dòng chảy theo BS 6349-1:2000 23
I.6.2.2.2 Lực neo do dòng chảy theo OCIMF 1997 27
I.6.2.3 Tải trọng do sóng tác dụng lên tàu 28
I.6.2.4 Tổng lực do sóng, gió và dòng chảy 29

BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 66
II.2.1 Bước 1: Tạo sơ đồ tính 66
II.2.2 Bước 2: Gán vật liệu và tiết diện 67
II.2.3 Bước 3: Gán tải trọng và tổ hợp tải trọng 67
II.2.4 Bước 4: Giải kết cấu 67
II.2.5 Bước 5: Xuất kết quả theo BS 8110-1997 67
II.3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH BẾN BẰNG PHẦN MỀM SAP2000
68
II.3.1 Vẽ kết cấu nền cọc, hệ thống dầm trên Autocad 3D 68
II.3.2 Xuất sang file *.DXF 68
II.3.3 Load file *.DXF từ Acad sang SAP2000 69
II.3.4 Tạo hệ b
ản sàn cho kết cấu. 69
II.3.5 Khai báo liên kết 69
II.3.6 Khai báo đặc trưng vật liệu 70
II.3.7 Khai báo các loại tiết diện cọc, dầm, bản 71
II.3.8 Khai báo tiết diện cho từng cấu kiện 72
II.3.9 Khai báo các trường hợp tải trọng 72
II.3.10 Gán các trường hợp tải trọng 75
II.3.10.1 Tải trọng bản thân 75
II.3.10.2 Hoạt tải trên bến 75
II.3.10.3 Tải trọng do va tàu 75
II.3.10.4 Tải trọng do neo tàu 76
II.3.10.5 Tải trọng do nhiệt độ 76
II.3.10.6 Tải trọng do dòng chảy tác dụ
ng lên cọc 76
II.3.10.7 Tải trọng do thiết bị trên bến 76
II.3.10.8 Tải trọng do động đất (động đất do bản thân và do cần trục) 80
II.3.10.9 Tải trọng do gió tác dụng lên công trình 81
II.3.10.10 Tải trọng do sóng tác dụng lên cọc 81


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng I.1 Khung tiêu chuẩn tính toán thông số đầu vào 8
Bảng I.2 Tuổi thọ kinh tế trung bình của công trình bến cầu tàu 10
Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K 13
Bảng I.4 Xác định vận tốc của tàu khi cập bến (m/s) trường hợp có tàu lai dắt 16
Bảng I.5 Xác định hệ số C
B
17

, C
YAC
, C
XC
27
Bảng I.13 Chiều cao sóng có nghĩa H
s
tác dụng lên tàu neo bến tại vùng của biển 28
Bảng I.14 Chiều cao sóng có nghĩa H
s
tác dụng lên tàu neo bến tại vùng nước sâu 29
Bảng I.15 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy 29
Bảng I.16 Bảng tổng hợp lực do sóng, gió và dòng chảy 31
Bảng I.17 Kết quả phân phối lực ngang do sóng, gió và dòng chảy 32
Bảng I.18 Quan hệ giữa hệ số K
h
và cấp động đất M 35
Bảng I.19 Mối tương quan giữa gia tốc cực đại và cấp động đất 35
Bảng I.20 Quan hệ lý thuyết sóng tuyến tính 39
Bảng I.21 Xác định hệ số C
D
và C
M
44
Bảng I.22 Giá trị áp lực gió trên bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam 45
Bảng I.23 Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình 46
Bảng I.24 Xác định hệ số k 48
Bảng I.25 Tải trọng hoạt tải xe và hàng hóa 49
Bảng I.26 Mức độ ăn mòn của kết cấu thép 50
Bảng I.27 Môđun đàn hồi của bê tong (BS 5400:4-1990) 51

CL
24
Hình I.6 Đồ thị dùng để xác định hệ số C
CT
25
Hình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số C
CL
25
Hình I.8 Sơ đồ bố trí dây neo 30
Hình I.9 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu đầy hàng 30
Hình I.10 Sơ đồ bố trí dây neo xét đến dao động mực nước cho tàu ballast 31
Hình I.11 Sơ đồ phân bố tải trọng neo tàu trên một bích neo 31
Hình I.12 Nhiệt độ cực đại tuyệt đối và cực tiểu tuyệt đối của không khí 33
Hình I.13 Bản đồ vùng chấn động với tần suất lặp lại Bi  0.002 36
Hình I.14 Bản đồ
các vùng phát sinh động đất mạnh và phân vùng chấn động cực đại
Imax 37
Hình I.15 Xác định hệ số C
D
38
Hình I.16 Tải trọng sóng tác dụng lên cọc đứng 40
Hình I.17 Sự biến thiên của lực sóng từ sự biến thiên của vận tốc và gia tốc trong 1 chu
kỳ 41
Hình I.18 Mặt bằng nhóm cọc 42
Hình I.19 Tính toán tải trọng sóng tác dụng lên cọc xiên 42
Hình I.20 Xác định hệ số C
D
43
Hình I.21 Bản đồ phân vùng áp lực gió 47
Hình I.22 Xác định hệ số C

gồm 2 phần:
- Phần I: Tính toán các thông số đầu vào. Xác định chiều dài tính toán cọc, các tải
trọng tác dụng (do tàu, do nhiệt độ, do động đất, do sóng, do dòng chảy, do gió, do
áp lực đất), số liệu tàu thiết kế, các bảng biểu, đồ thị c
ần thiết cho việc tính toán.
- Phần II: Tính toán kết cấu bến cầu tàu. Trong đó hướng dẫn chi tiết tính toán
kết cấu bằng chương trình SAP2000 – khung không gian với các bước: tạo sơ đồ
tính, gán vật liệu và tiết diện, gán tải trọng và tổ hợp tải trọng, giải kết cấu và xuất
kết quả.
Tài liệu được tập thể phòng Quản lý Chất lượng kết hợp cùng phòng Công trình biên
so
ạn bước đầu với sự chỉ đạo của Kỹ sư trưởng TS. Trương Ngọc Tường. Trong quá trình
biên soạn đã được Lãnh đạo công ty, TS. Trần Minh Quang, TS. Phan Dũng và các Trưởng,
Phó phòng cùng các anh chị em kỹ sư trong công ty đóng góp nhiều ý kiến giá trị.
Tài liệu này được biên soạn với sự cố gắng rất nhiều, tuy nhiên do thời gian và kiến
thức có hạn nên không tránh khỏi những điều sai sót và nhiều vấn đề chư
a hoàn chỉnh, do
vậy trong quá trình vận dụng đề nghị anh em Kỹ sư nhiệt tình góp ý để Tài liệu hướng dẫn
này ngày càng hoàn chỉnh hơn. Mọi góp ý xin vui lòng gửi về phòng QLCL.
PHẦN I: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ
ĐẦU VÀO
I.1 SƠ ĐỒ TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG TẢI TRỌNG BẾN CẦU TÀU
I.1.1 Sơ đồ tính bến cầu tàu
Tính toán kết cấu bến cầu tàu thộc bài toán không gian chính là kết hợp đồng thời hai bài
toán: cơ học đất và cơ học kết cấu. Cầu tàu đài cao có chiều cao lớn >5m nên nó chứa đựng
đầy đủ khía cạnh móng sâu. Do vậy phải xét đến ứng suất đất nền xung quanh cọc, sức
ch
ống của đất, ma sát giữa cọc và đất, điểm ngàm của cọc trong đất, sức chịu tải theo đất
nền. Xét về mặt kết cấu, cầu tàu có thể phân thành hai loại cấu kiện: các thanh đứng (cọc) và
các thanh ngang (đài) nên nó sẽ là khung không gian siêu tĩnh làm nhiệm vụ tiếp nhận tải

 Phòng chống cháy nổ, gió bão, sét.
 Vệ sinh môi trường.
 An toàn công trình d
ưới tác động khí hậu địa phương.
 An toàn lao động.
Khi áp dụng tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn nước ngoài vào Việt Nam phải đảm bảo sự đồng
bộ của tiêu chuẩn được áp dụng. Khung tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán thông số đầu vào
của công trình bến cầu tàu trong tài liệu này theo bảng I.1
Bảng I.1 Khung tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán thông số đầu vào
Stt Các hạng mục tính toán
Tiêu chuẩn áp dụng
Sách chuyên khảo
Mã hiệu Tên tiêu chuẩn
1 Kích thước tàu thiết kế Port Designer ’s
Handbook
2 Tuổi thọ công trình Port Designer ’s
Handbook
3 Chiều dài tính toán cọc
- Chiều dài chịu uốn của cọc

- Chiều dài chịu nén của cọc
- Chiều dài chịu xoắn của
cọc

20 TCN 21-86

TCXD205-1998

BS 6349-4:1994
BS 6349-1: 2000

British Standard
British Standard
Port Designer ’s
Handbook Stt Các hạng mục tính toán
Tiêu chuẩn áp dụng
Sách chuyên khảo
Mã hiệu Tên tiêu chuẩn
5 Tải trọng chênh lệch nhiệt độ BS 6349-1:1994
TCVN-4088:1985
British Standard
Số liệu khí hậu
dùng trong thiết kế
xây dựng

6 Tải trọng động đất 22TCN-272-95
AASHTO LRFD
Tiêu chuẩn thiết kế
cầu– Tiêu chuẩn kỹ
thuật công trình
giao thông Tập VIII

7 Tải trọng do sóng tác dụng
lên cọc
Recommendations


British Standard
British Standard
Kết cấu bê tông và
bê tông cốt thép
thủy công. TCTK.
Kết cấu thép. Tiêu
chuẩn thiết kế.

13 Tải trọng do áp lực đất BS 6349:1-2000
22 TCN 207-92
British Standard
Công trình bến cảng
Biển

I.3 KÍCH THƯỚC TÀU THIẾT KẾ
Theo Port Designer ’s Handbook kích thước tàu thiết kế trong bến cầu tàu bao gồm các
thông số:
 Giới hạn độ tin cậy. (Phụ lục I.16.1 Số liệu tàu thiết kế)
 Kích thước tàu. (hình I.2)
Định nghĩa các loại tàu:
- Tàu nhỏ : DWT < 140.000 T
- Tàu lớn : 140.000 T < DWT < 400.000 T
- Tàu rất lớn : DWT > 400.000 T

Hình I.2 Định nghĩa kích thước tàu

I.4 TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH BẾN CẦU TÀU
Theo Port Designer ’s Handbook tuổi thọ kinh tế trung bình công trình bến cầu tàu phụ
thuộc vào mức độ duy tu bảo dưỡng và tỷ lệ chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm. (Bảng I.2)

,
xác định theo công thức sau: (Hình I.3)
eou
llL 
bd
ou
lL

2


Trong đó :
L : Chiều dài của cọc thiết kế, m
L
u
: Chiều dài cộc chịu uốn, m
l
o
: Chiều dài tự do của cọc (có tính đến chiều dày lớp bùn sét), m

bd
: Hệ số biến dạng, 1/m

5
.
.
IE
bK
b
c



3926,0
3
 DI

* Đối với cọc vuông:

12
.
3
hb
I 

D: Đường kính ngoài của cọc tiết diện tròn, m
 : Chiều dày thành cọc tiết diện tròn, m
b, h : Bề rộng của cọc tiết diện vuông, m Hình I.3 Độ sâu ngàm tương đương

Bảng I.3 Xác định hệ số tỷ lệ K
Loại đất quanh cọc và đặc trưng của nó
Hệ số tỷ lệ K (T/m
4
) cho cọc
Đóng Nhồi, cọc ống
và cọc cột
Sét, á sét dẻo chảy (0.75 < Is <1)
60 - 250 50 - 200

2.
Hệ số K đối với cát chặt phải lấy cao hơn 30% so với giá trị trong bảng trên của hệ số k
cho loại đất đang xét.

I.5.2 Chiều dài chịu nén của cọc
Tính theo Zavriev và G.K.Shpiro. Thiết kế móng sâu trụ cầu. Nhà xuất bản Xây dựng vận
tải, Maxcơva, 1975.

o
on
EF
LL


3
10.7

Trong đó:
L
o
: Chiều dài tự do của cọc, m

o
: Sức chịu tải của cọc, T, ( lay ntn)? Theo vat lieu hay theo dat nen?
E : Mođun biến dạng của vật liệu cọc, T/m
2

F : Diện tích tiết diện ngang cọc, m
2


EF
L
EF '
n
u
L
LF
F
.
'


I.5.3
Chiều dài chịu xoắn của cọc
Tính theo Zavriev và G.K.Shpiro. Thiết kế móng sâu trụ cầu. Nhà xuất bản Xây dựng vận
tải, Maxcơva, 1975.
Xác định chiều dài chịu uốn L
4
của cọc khi chịu M hoặc chuyển vị xoay đơn vị:


4
4
a
LL
ou


u
u



Độ cứng chống xoắn của đầu cọc:
).(2.0
45
mTx




Mô men xoắn (J
x
) và mô đuyn trượt (G) của vật liệu xác định như sau:
)(.0.2
4
mJJ
ux


)/(
6.2
2
mT
E
G 

Chiều dài chịu xoắn của cọc:

'

Từ công thức trên suy ra momen xoắn tính đổi J'
x

I.6 TẢI TRỌNG DO TÀU
I.6.1 Tải trọng va
I.6.1.1 Năng lượng va tàu
Năng lượng va của tàu lên công trình bến được tính toán theo Port Designer’s Handbook:
E = 0.5 x M
d
x V
2
xC
Trong đó:
E Năng lượng va (kN.m)
M
d
Lượng giãn nước của tàu (T)
V Vận tốc của tàu khi cập bến (m/s), Bảng I.4
C Hệ số va tàu, C = C
H
.C
E
.C
C
.C
S

C


C
S
Hệ số xét đến độ mềm, C
S
= 1.0 đối với tàu nhỏ, C
S
= 0.9 - 1.0 đối với tàu lớn
C
C
Hệ số xét đến hình dạng của bến, C
C
= 0.8 – 1.0
i Bán kính định khuynh của tàu, m. Với i = (0.2 – 0.25)L
bp

L
bp
Chiều dài tàu tính giữa hai đường vuông góc (m)
C
B

Hệ số khối, C
B
tính theo công thức

*** DBL
M
C
bp

oA
Chiều dài tàu (m)
Bảng I.4
Xác định vận tốc của tàu khi cập bến (m/s) trường hợp có tàu lai dắt
Lượng giản nước (T)
Điều kiện
thuận lợi
Điều kiện
bình thường
Điều kiện
khó khăn
Dưới 10 000 0.20 - 0.16 0.45 - 0.30 0.60 - 0.40
10 000 – 50 000 0.12 - 0.08 0.30 - 0.15 0.45 - 0.22
50 000 – 100 000 0.08 0.15 0.20
Trên 100 000 0.08 0.15 0.20
Bảng I.5 Xác định hệ số C
B

Loại tàu Hệ số C
B

Container Ship 0.60 - 0.80
General cargo ship and bulk carriers 0.72 - 0.85
Tankers 0.85
Ferries 0.55 - 0.65
Ro/ro ship 0.70 - 0.80
I.6.1.2 Thiết kế đệm
Phản lực của đệm tàu tác dụng lên công trình được lấy theo sự làm việc của đệm phụ thuộc
vào năng lượng hấp thụ và biến dạng của đệm khi tàu cập bến. Dựa kết quả tính toán năng
lượng đệm, chọn loại đệm phù hợp và xác định phản lực của đệm tựa tác dụng lên công

(.22
2
h
B
L
h
B
hl 

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

C
TWaft
: Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu
C
LW
: Hệ số cản gió theo phương dọc tàu
 : Mật độ không khí, Kg/m
3
,  = 1.1703 Kg/m
3
tại 30
o
C
 = 1.3096 Kg/m
3
tại 0
o
C
Hệ số C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
xác định dựa vào Bảng I.9 và bảng I.10
A
L
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

L
: Diện tích chắn gió theo phương dọc tàu phần nằm trên mặt nước (m
2
)
A
T
: Diện tích chắn gió theo phương ngang tàu phần nằm trên mặt nước (m
2
)

C
YFW
: Hệ số cản gió phía mũi tàu theo phương ngang tàu
C
YAW
: Hệ số cản gió phía đuôi tàu theo phương ngang tàu
C
XW
: Hệ số cản gió theo phương dọc tàu

A
: Mật độ không khí, Kg/m
3
, 
a
= 1.223 Kg/m
3
tại 20
o
C

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 C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
trong trường hợp ballast Bảng I.10 Xác định hệ số C
TWforward
, C
TWaft
, C
LW
trong trường hợp đầy tải I.6.2.2 Lực neo do dòng chảy

: Mớn nước của tàu (m)
L
bp
: Chiều dài tàu giữa hai thành cong (m)
C
TCforward
: Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía mũi tàu theo phương ngang tàu
C
TCaft
: Hệ số lực dòng chảy tác dụng phía đuôi tàu theo phương ngang tàu
C
LC
: Hệ số lực dòng chảy tác dụng theo phương dọc tàu
C
CT
: Hệ số lực cản dòng chảy tác dụng theo phương ngang tàu
C
CL
: Hệ số lực cản dòng chảy theo phương dọc tàu

: Dung trọng của nước, kg/m
3
.
Đối với nước biển  = 1025 kg/m
3

Đối với nước ngọt  = 1000 kg/m
3

Hệ số C

CTHình I.7 Đồ thị dùng để xác định hệ số C
CLLưu ý: Hệ số C
CL
, C
CT
được tính khi tỷ lệ
6
m
d
d
.
Đối với tàu dầu có trọng tải lớn hoặc tàu rất lớn tra theo Bảng I.11