Chương 6: Tính toán kết cấu âu tàu
6-1
Chương 6
TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÂU TÀU.
6.1. Nguyên lý chung.
6.1.1. Cấp công trình:
Khi thiết kế các bộ phận trong công trình âu tàu cần căn cứ vào cấp công trình mà
định ra hệ số ổn định, các trị số cho phép, phương pháp tính toán.
Cấp công trình phụ thuộc vào cấp luồng lạch và tính chất quan trọng của từng bộ
phận công trình.
Theo lượng hàng hoá vận chuyển qua tuyến âu tàu, qui phạm của liên bang Nga
phân công trình thành các cấp sau:
- Cấp 1: Khối lượng hàng hoá > 3.000.000 T/năm.
- Cấp 2: Khối lượng hàng hoá từ 700.000 ÷ 3.000.000T/năm.
- Cấp 3: Khố
i lượng hàng hoá từ 150.000 ÷ 700.000T/năm.
- Cấp 6: Khối lượng hàng hoá < 150.000T/năm.
Dựa vào tính chất quan trọng của từng bộ phận công trình, người ta chia ra bộ phận
chủ yếu và bộ phận thứ yếu của âu tàu:
+ Bộ phận chủ yếu của âu tàu: là những bộ phận mà nếu bị hư hỏng thì âu tàu
không làm việc được như đầu âu, thân âu, cửa âu, hệ thống cấp tháo nước.
+ Bộ ph
ận thứ yếu: là những bộ phận mà nếu bị hư hỏng thì âu tàu vẫn làm việc
được như giá hướng tàu, phai sửa chữa.
6.1.2. Khái niệm tải trọng, tổ hợp tải trọng:
* Khái niệm tải trọng:
Là các đại lượng đặc trưng cho các tác động của môi trường lên kết cấu, tải trọng có
thể chia thành nhiều loại:

- Tổ hợp bao (Lấy giá trị lớn nhất): Giá trị
của tổ hợp sẽ là giá trị lớn nhất trong các
giá trị của mỗi tải trọng hay tổ hợp con của nó, thường được dùng cho việc so sánh và
lấy giá trị tác động lớn nhất giữa các tổ hợp tải trọng thông thường của âu tàu.
6.1.3. Các loại tải trọng tác dụng lên công trình âu tàu:
Tải trọng tác dụng lên công trình âu tàu bao gồm:
* Trọng lượng bản thân công trình:
- Trọng lượng tường âu.
- Trọng lượng đáy âu.
- Trọng lượng nhà cửa trên âu.
- Trọng lượng cầu giao thông.
* Ngoại lực do nước:
- Lực do sóng.
- Lực đẩy nổi.
- Áp lực thuỷ tĩnh, thuỷ động.
* Áp lực đất:
- Trọng lượng đất.
- Áp lực đất chủ động.
- Áp lực đất bị động.
* Lực do biến dạng của kết cấu công trình:
- Lực xuất hiện do nhiệt độ thay đổi.
- Lực xuất hiện do bê tông co ngót.
* Các phản lực:
- Phản lực ma sát cạnh.
- Phản lực ma sát đáy.
Chương 6: Tính toán kết cấu âu tàu
6-3

- Hệ số truyền áp lực đất chủ động:
)
24
(
2
ϕπ
λ
−= tg
c

- Hệ số truyền áp lực đất bị động:
)
24
(
2
ϕπ
λ
+= tg
b

6.1.3.2. Lực do tàu thuỷ:
a. Lực va (P
va
):
Lực pha phụ thuộc vào góc β (góc giữa trục tàu và trục tuyến công trình) vào lượng
thoát nước của tàu w, vào tốc độ của tàu (v = 1 ÷ 2 m/s)
Khi tính toán sơ bộ, P
va
được xác định theo công thức:
3

a. Sử dụng 1:









mnncn




mnhl




Hình 6. 1 : Trường hợp sử dụng 1
Ở trường hợp này, mực nước trong buồng âu là mực nước thấp nhất, ngoài âu mực
nước ngầm cao nhất (Tổ hợp lực tác dung có xu hướng vào trong)
Tải trọng tác dụng bao gồm:
+ Áp lực nước trong buồng âu: w
1
.
+ Áp lực nước ngầm bên ngoài âu: w
2
.




mntl



Hình 6. 2 : Trường hợp sử dụng 2.
Ở trường hợp này, mực nước trong buồng âu là mực nước cao nhất, ngoài âu mực
nước ngầm thấp nhất (Tổ hợp lực tác dung có xu hướng ra ngoài)
Tải trọng tác dụng gồm:
+ Áp lực nước trong buồng âu: w
1
.
+ Áp lực nước ngầm bên ngoài âu: w
2
.
+ Áp lực đẩy nổi: w
3
.
+ Trọng lượng bản thân G.
+ Áp lực đất E
1
, E
2

Lưu ý: Vì tổ hợp lực phải có xu hướng ra ngoài nhưng lại chưa thể biết được là áp
lực đất làm việc ở trạng thái chủ động hay bị động. do đó khi tính toán nên tính
toán cho cả hai trường hợp: Áp lực đất là chủ động và bị động. Sau đó so sánh
biểu đồ mômen của tường buồng hoặc đầu âu và lấy trường hợp cho mômen

2
.
+ Áp lực đẩy nổi w
3
.
+ Trọng lượng bản thân G.
+ Áp lực đất chủ động: E
1
, E
2
.
+ Tải trọng phân bố q.
b. Sửa chữa 2 (sửa chữa ngoài):


mntl




Hình 6. 4 : Trường hợp sửa chữa ngoài
Chương 6: Tính toán kết cấu âu tàu
6-7
Trường hợp này, trong âu mực nước cao nhất, ngoài âu không có nước ngầm và lớp
đất đắp.
Tải trọng tác dụng gồm:
+ Áp lực nước trong buồng âu: w

tr
ms
tr
K
H
kP
K ≥=
∑
∑
.
(6-6)
Trong đó:
K
tr
- Hệ số ổn định trượt.
ΣP: tổng các lực thẳng đứng.
ΣH: tổng các lực nằm ngang.
k
ms
: hệ số ma sát trượt của nền và móng (k
ms
= tgϕ).
[]
tr
K
- Hệ số ổn định trượt cho phép, quy định theo cấp công trình và tổ hợp tải
trọng. Với tổ hợp tải trọng cơ bản ta có: