Đồ án: tốt nghiệp kỹ sư ngành cảng đường thuỷ thiết kế thử nghiệm kết cấu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư cảng đường thủy: Thiết kế, thử nghiệm tường ụ khô ba son mới bằng thép ống. Khám phá giải pháp kết cấu tiên tiến.

• Tác giả: Mai Văn Tý
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Văn Đệ
• Trường học: Đại học Xây dựng
• Chuyên ngành: Cảng - Đường thủy
• Đề tài: Thiết kế thử nghiệm kết cấu tường ụ khô Ba Son mới bằng thép hình ống
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Hướng dẫn thiết kế đồ án kết cấu tường ụ khô bằng thép hình ống

Trong đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành cảng đường thủy, việc thiết kế kết cấu tường ụ khô mới bằng thép hình ống là một bước quan trọng. Phần này trình bày các nguyên tắc và quy trình để xây dựng một công trình đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, dựa trên các số liệu khảo sát địa chất, vật liệu và yêu cầu kỹ thuật hiện hành. Đồng thời phân tích các phương án kết cấu tối ưu nhằm đảm bảo tính bền vững, khả năng chịu lực và tuổi thọ của công trình trong môi trường làm việc khắc nghiệt của cảng.

1.1. Các tiêu chí lựa chọn kết cấu tường ụ khô phù hợp

Các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế được xem xét dựa trên điều kiện nền đất yếu, khả năng chịu lực của thép hình ống, phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi và kiến trúc kỹ thuật. Trong đó, đặc biệt chú trọng tới khả năng chống ăn mòn và ứng suất trong điều kiện môi trường biển, các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước về vật liệu thép hình ống.

1.2. Nguyên tắc thiết kế cấu trúc thép hình ống cho tường ụ khô

Nguyên tắc chính bao gồm tính toán nội lực, xác định khả năng chịu tải, kiểm tra trạng thái ứng suất, và lựa chọn vật liệu thép phù hợp theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. Các bước này đảm bảo kết cấu có khả năng chống chịu lực tác động từ môi trường, bão tố, và hoạt động của hệ thống máy móc trong quá trình vận hành.

II. Phương pháp phân tích và tính toán kết cấu tường ụ khô bằng thép hình ống

Trong phần này, trình bày các phương pháp phân tích cơ học, tính toán nội lực, ứng suất và khả năng chịu lực của tường ụ khô dựa trên số liệu khảo sát địa chất, tải trọng thực tế và các giả thiết kỹ thuật. Các phần mềm mô phỏng kết cấu, phương pháp số và kỹ thuật tính toán thủ công đều được áp dụng để đảm bảo độ chính xác cao của thiết kế. Nhấn mạnh việc kiểm tra khả năng chịu tải theo các tiêu chuẩn quy định, cũng như phương án tối ưu hóa cấu trúc nhằm tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo an toàn.

2.1. Phân tích nội lực và ứng suất trong kết cấu thép hình ống

Dựa trên các tải trọng tính toán từ trọng lượng, tải động, tác động môi trường và lực neo, nội lực trong các ống thép hình được xác định chính xác. Phương pháp phân tích số, phần mềm tính toán và các biểu thức đặc trưng định lượng ứng suất giúp dự đoán các vùng yếu, tối ưu cấu hình kết cấu, hạn chế ứng suất vượt giới hạn cho phép.

2.2. Tính toán khả năng chịu lực của các cọc ống thép và liên kết

Các bước tính toán ứng suất, cường độ chịu nén, chịu uốn, và chịu kéo của các cọc thép hình ống dựa trên các số liệu khảo sát địa chất, vật liệu và tải trọng quy định. Phân tích liên kết các mặt cắt, các điểm neo, và hệ thống liên kết giúp đảm bảo kết cấu đồng bộ có khả năng chống các tác động từ môi trường.

III. Phương án kết cấu và lựa chọn vật liệu cho tường ụ khô thép hình ống

Hai phương án kết cấu được đề xuất áp dụng dựa trên phân tích kỹ thuật, điều kiện thi công và chi phí. Phương án 1 sử dụng tường thép hình ống liên kết trực tiếp với móng cọc thép, còn phương án 2 sử dụng bê tông cốt thép toàn khối với hệ thống phân chia phân đoạn nhằm tăng khả năng chống va đập, chịu lực và chống thấm. Các tiêu chí lựa chọn vật liệu được căn cứ dựa trên tiêu chuẩn vật liệu xây dựng quốc gia, khả năng chống ăn mòn và tuổi thọ của sản phẩm trong môi trường biển.

3.1. So sánh các phương án kết cấu tường ụ khô thép hình ống

Phân tích về ưu điểm, nhược điểm, khả năng chống va đập, khả năng chống mài mòn, thẩm mỹ và chi phí thi công của hai phương án. Lựa chọn phương án tối ưu dựa trên yếu tố môi trường, điều kiện thi công và đặc điểm kỹ thuật của dự án.

3.2. Chọn vật liệu thép hình ống phù hợp theo tiêu chuẩn kỹ thuật

Phân tích đặc điểm các loại thép hình ống như ASTM, API, tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam, các phụ gia chống ăn mòn, xử lý bề mặt nhằm đảm bảo độ bền kết cấu theo thời gian, phù hợp với môi trường nước mặn, biển.

IV. Thiết kế kết cấu toàn bộ hệ thống tường ụ khô thép hình ống

Chi tiết về cấu tạo các phần tử chính của tường ụ như cọc thép ống, móng, mặt đứng, mặt trong, hệ thống liên kết khung, neo, móc giữ, và các thiết bị phụ trợ hỗ trợ thi công và vận hành. Các tính toán về kích thước, khả năng chịu lực, bố trí lớp sơn chống ăn mòn, lưới bảo vệ và hệ thống thoát nước tích hợp để đảm bảo hiệu quả thi công, độ bền và khả năng chịu tác động của môi trường biển.

4.1. Bố trí thép hình ống và cọc neo trong kết cấu tường ụ

Chi tiết bố trí các cọc thép hình ống, liên kết các mặt cắt, móc neo và hệ thống liên kết lớp ngoài và trong, đảm bảo phân phối đều tải trọng, tối ưu khả năng chịu lực và khả năng chống va đập của công trình.

4.2. Các hệ thống phụ trợ thi công và vận hành tường ụ

Các hệ thống thu nước, thoát nước, hệ thống phụ trợ cho máy móc, các thiết bị đo đạc, cảm biến, hệ thống bảo vệ chống gỉ sét, ăn mòn và hệ thống bơm, van để kiểm soát quá trình thi công và bảo trì kết cấu trong thời gian dài.

V. Ứng dụng thực tiễn và đánh giá kết quả nghiên cứu đồ án

Kết quả phân tích, tính toán, mô phỏng cho thấy phương án kết cấu tường ụ khô bằng thép hình ống phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của công trình thủy lợi, hệ thống cảng biển. Các số liệu thử nghiệm, mô phỏng ứng suất, ứng lực, khả năng chống va đập đều đạt tiêu chuẩn. Đặc biệt, khả năng chống ăn mòn, khả năng dẫn nhiệt, khả năng thích ứng với biến đổi môi trường môi trường biển đã được chứng minh qua các mô hình mô phỏng thực tiễn. Các kết quả này giúp đề xuất các giải pháp thi công an toàn, tiết kiệm chi phí, kéo dài tuổi thọ công trình.

5.1. Các kết quả mô phỏng và thử nghiệm kết cấu tường ụ khô thép hình ống

Dữ liệu phân tích nội lực, kiểm tra ứng suất, mỏi, va đập, khả năng chịu ăn mòn qua mô hình mô phỏng và thử nghiệm thực tế cho thấy thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật cao, phù hợp điều kiện môi trường.

5.2. Đánh giá tính ứng dụng trong thực tế công trình xây dựng cảng thủy

Công trình mẫu đạt tiêu chuẩn, có thể áp dụng thi công thực tế trong các dự án xây dựng các hệ thống nhà kho, ụ tàu, bến cảng, góp phần nâng cao năng lực ngành đóng tàu, sửa chữa tàu biển của Việt Nam, đồng thời phù hợp xu hướng phát triển các công trình biển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: SỐ LI ỆU THIẾT KẾ 1. Sự hình thành và phát triển nhà máy đóng tàu việt nam 1.Các dạng công trình thủy công chủ yếu trong nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy. Như đã biết, hiện nay số lượng tàu thủy trên thế giói rất lớn. Trong quá trình khai thác, do nhiều nguyên nhân làm cho các con tàu bi hao mòn hư hỏng cục bộ và xuông cấp.

Để tăng tuổi thọ của những con tàu, cũng như đóng mới một con tàu có chất lương và tuổi thọ cao la mục tiêu của sự hình thành và phát triển các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy. Các công trình thủy công trong xưởng đóng mới và sửa chữa tàu thủy là những bộ phận quan trọng nhất. Đối với các nhà máy đóng mới chúng ta dùng để hạ tàu xuống nước, còn đối với nhà máy sữa chữa chúng ta dùng để nâng hạ tàu lên bờ để sửa chữa, cạo gỉ, hàn và sơn lại đồng thời hạ tàu xuống nước khi đã sửa xong phần dưới nước của thân tàu. Theo nguyên tắc làm việc, các công trình thủy công được phân thành một số lọai sau đây: 1.1 Các công trình dùng biện pháp không chế mực nước (ụ tàu) 1.1 U tàu khô Về hình dáng ụ khô giống như một chiếc bể có đáy và ba mặt kín nước, còn mặt thứ tư gọi la đầu ụ, có cửa chắn nước.

Đầu ụ hướng ra khu nước để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đưa tàu vào hoặc ra khỏi ụ. Quá trình đóng mới và sữa chữa tàu trọng ụ được tiến hành trong trạng tháI ụ khô nước. Vì vậy bắt buộc phải có thiết bị cấp tháo nước. Hệ thống cấp nước chủ yếu la hệ thống đường hầm và van, còn để tháo nước người ta dùng trạm bơm.

U nước U nước là một dạng của âu nước kết hợp với ụ khô.Trong đóng mới ụ nước chỉ dùng để hạ thủy tàu. Phần có cao trình cao tương tự âu nước có thể đưa tàu ra khỏi ụ. Trong nhưng điều kiện cụ thể có thể dùng phần có cao trình thấp để làm bến trang trí, ngoài nhiệm vụ đưa tàu ra khu nước bên ngoài. Các công trình dùng đường trượt nghiêng.

Đà tàu Là loại công trình mái nghiêng, chỉ dùng để hạ thủy tàu, nên chỉ được xây dựng ở nhà máy đóng mới. Đà tàu gồm 2 đoạn: Đoạn trên khô, đồng thời là bệ đóng mới; Đoạn dưới nước là đường trượt. ĐỖ VĂN ĐỆ SVTH: MAI VĂN TÝ- MSSV:6979.N: THIẾT KẾ THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TƯỜNG Ụ KHÔ BA SON MỚI BẰNG THÉP HÌNH ỐNG Sau khi đóng mới, tàu tự trượt xuống nước theo máI nghiêng, nhờ trọng lượng bản thân cuar nó. Khi hướng trượt trùng với hướng trục dọc của thân tàu, thì đà đó được gọi là đà dọc, còn hướng trượt vuông góc với trục dọc của thân tàu thì đà ngang.

Triền tàu Đây la công trình mái nghiêng, song trên đường trượ có thiết bị kéo tàu và chở tàu để đưa tàu lên bờ va ngược lại. Thiết bị kéo và chở tàu bao gồm đường ray, xe chở tàu, tời kéo và hệ thống dây cáp va puly. Do triền tàu vừa có thể nâng và hạ thủy tàu nên có thể trang bị cho nhà máy đóng tàu và sửa chữa tàu thủy. Cũng như đà tàu, triền tàu cũng có hình thức triền dọc và triền ngang.

Tuy nhiên, so với đà tàu, giá thành xây dựng triền tàu cao hơn nhiều, vì vậy để tăng hiệu quả khai thác triền tàu trong thực tế người ta bố trí một hêh thống các bệ tàu ở hai bên đường triền, cho phép đóng mới hoặc sữa chữa nhiều chiếc tàu đồng thời. Máy nâng tàu Bao gồm những công trình nâng hoặc hạ tàu theo phương thẳng đứng, thường công trình loại này được kết hợp với nhiều bệ để tăng hiệu quả khai thác.1 Nâng tàu: - Hạ dàn nâng: - Đặt tàu lên dàn nâng - Đặt tàu lên xe trên dàn nâng - Chuyển tàu vào bệ 1.2 Hạ tàu: - Chuyển tàu từ bệ ra và đặt lên sàn nâng; - Hạ dàn nâng xuống cho đến khi tàu nổi được ; - Chuyển tàu vào bệ Đặc điểm chung của công trình này là: Thao thác, có thể cơ khí hóa và tự động hóa cao. Thích hợp cho vùng có dao động mực nước lớn. Tuy nhiên kết cấu và thiết bị phức tạp nên chưa được phổ biến.

Định hướng phát triển ngành đóng tàu Việt Nam Xuất phát từ vai trò vị trí và nhu cầu thực tế của thị trường trong và ngoài nước, đề án phát triển Tổng công ty Hàng hải Việt Nam giai đoạn 2001- 2002 và định hướng đến năm 2010 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo quyết định số: 1419/QĐ- TTg ngày 01/11/2001, trong đó định hướng phát triển và kế GVHD: PGS. ĐỖ VĂN ĐỆ SVTH: MAI VĂN TÝ- MSSV:6979.N: THIẾT KẾ THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TƯỜNG Ụ KHÔ BA SON MỚI BẰNG THÉP HÌNH ỐNG hoạch đầu tư cho ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam phải đạt được những mục tiêu sau: 1.Về định hướng phát triển ngành đóng tàu Việt Nam đến năm 2010: 1) Xây dựng và phát triển ngành công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, quốc phòng và an ninh của đất nước. 2) Ph¸t triển công nghiệp đóng tàu thành một chuyên ngành kinh tế kỹ thuật đồng bộ từ đào tạo, nghiên cứu đến sản xuất và tiêu thụ sản phẩm. 3) Xuất phát từ lợi thế về giao thông và hàng hải nước ta, để cho ngành công nghiệp đóng tàu đủ sức trở thành một ngành công nghiệp mở đối với bên ngoài, nghĩa là phải tính đến nhu cầu thị trường quốc tế, cần đặc biệt quan tâm tổ chức thực hiện tốt các dự án liên doanh liên kết với các nước có công nghiệp đóng tàu mạnh.

4) Về sản xuất chú ý các hình thức sau: - Coi trọng việc sửa chữa tàu, nâng cao năng lực sửa chữa để tham gia vào thị trường thế giới. - Trong việc đóng mới, đặt trọng tâm vào việc đóng tàu cỡ vừa và nhỏ, đồng thời kết hợp đầu tư mở rộng để có thể đóng mới tàu 53000DWT vào năm 2006 và các tàu vận tải có sức chở lớn hơn nữa. Phấn đấu đến năm 2020 trở thành nước có nền công nghiệp đóng tàu đứng thứ 2 thế giới. Về kế hoạch đầu tư đội tàu vận tải thuỷ Việt Nam giai đoạn 2006-2010: Tập trung phát triển đội tầu vận tải biển theo hướng chuyên dùng, hiện đại, phát triển thêm các tàu để mở rộng đội tàu.

Dự báo nhu cầu phát triển đội tầu thuỷ ở Việt Nam Theo số liệu thống kª, hµng năm thế giới cần ®ãng mới khoảng 20 triệu tấn đăng ký tµu, trung b×nh tăng 4-5% trọng tải đội tµu toµn thế giới. Trong những năm gần ®©y, c¸c nước cã c«ng nghệ ®ãng tµu cao muốn chuyển đầu tư vµo c¸c nước cã nh©n c«ng rẻ như Trung Quốc, Philippin, In®«nªxia, Th¸i Lan. vµ trong ®ã cã cả Việt Nam. Do ®ã, c«ng nghiệp ®ãng tµu của c¸c nước §«ng Nam á sẽ ph¸t triển mạnh.

Việt Nam cã ®iÒu kiÖn tù nhiªn (về biển) kh¸ thuận lợi cho việc ph¸t triển c«ng nghiệp ®ãng míi vµ sửa chữa tầu. Đồng thời, Việt Nam sẽ cã nhu cầu ®ãng mới vµ sửa chữa tầu hµng năm kh¸ lớn với tốc độ gia tăng tỷ lệ với nhu cầu vận chuyển hµng ho¸, hµnh kh¸ch, thi c«ng c«ng tr×nh biÓn, phục vụ khai th¸c dầu khÝ, du lịch, tuần tra,. Theo dự b¸o, đến năm 2010, nhu cầu vận chuyển đường biển vµ đường GVHD: PGS. ĐỖ VĂN ĐỆ SVTH: MAI VĂN TÝ- MSSV:6979.N: THIẾT KẾ THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TƯỜNG Ụ KHÔ BA SON MỚI BẰNG THÉP HÌNH ỐNG s«ng lµ 240 triệu tấn hµng, 210 triệu hµnh kh¸ch; nhu cầu nạo vÐt, hót bïn, thi c«ng c«ng tr×nh biển lµ 60 triệu m3; phục vụ khai th¸c dÇu khÝ trªn 40 triệu tấn; ®¸nh bắt thuỷ hải sản 1,2-1,3 triệu tấn; vận chuyển kh¸ch du lịch bằng đường thuỷ với tổng tải trọng 60.000 tấn; nhu cầu sửa chữa tầu lµ 3,5 tỷ USD.

Như vậy, đến năm 2010, thị trường trong nước cho ngµnh ®ãng míi vµ sửa chữa tµu rất lớn, đủ để ph¸t triển ngµnh với quy m« lớn vµ cã thÓ tÝnh tới việc xuất khẩu tầu ®ãng mới vµ xuất khÈu dịch vụ sửa chữa tầu. Vấn đề đối với ngµnh c«ng nghiệp ®ãng vµ sữa chữa tầu lµ năng lực cơ khÝ (đãng mới vµ sửa chữa), c¸c c«ng tr×nh thuû c«ng n©ng, hạ tµu cã thÓ ®¸p øng ®-îc ®Õn ®©u, điều nµy phụ thuộc vµo quy m« đầu tư, quyÕt t©m cña ChÝnh phñ vµ c¸c c¬ chÕ chÝnh s¸ch hç trî ®ång bé ®i kÌm. Hệ thống các nhà máy đóng mới và sửa chữa tầu thuỷ ở Việt Nam 1. Một số nhµ m¸y ®iÓn h×nh ở Miền Nam C¸c nhµ m¸y ®ãng mới vµ sửa chữa tµu thủy ở Miền Nam điển h×nh lµ: C«ng ty c«ng nghiệp tµu thñy Sµi Gßn, nhµ m¸y ®ãng tµu Ba Son, nhµ m¸y ®ãng tµu Soµi Rạp ( Tiền Giang ), nhµ m¸y ®ãng tµu c«ng nghệ cao vµ sản xuất trang thiết bị tµu Đồng Nai, nhµ m¸y ®ãng mới vµ sửa chữa tµu Cần Thơ, nhµ m¸y ®ãng tµu Cµ Mau.

Một số nhµ m¸y ®iÓn h×nh ở Miền Trung C¸c nhµ m¸y ®ãng mới vµ sửa chữa tµu được trải đều trªn toµn Miền Trung từ Thanh Ho¸ đến Nha Trang - Kh¸nh Hoµ như: nhµ m¸y ®ãng tµu Nghi Sơn, nhµ m¸y ®ãng tµu Vũng ¸ng, nhµ m¸y sửa chữa tµu Quy Nhơn, nhµ m¸y ®ãng tµu Nha Trang, nhµ m¸y ®ãng tµu Cam Ranh, nhµ m¸y ®ãng tµu Ninh Thuận. Điển h×nh lµ nhµ m¸y ®ãng tµu Hyundai - Vinashin tại tØnh Kh¸nh Hoµ, liªn doanh giữa Tổng c«ng ty c«ng nghiệp tµu thủy Việt Nam( Vinashin ) vµ Hµn Quốc cã khả năng ®ãng mới tµu cã trọng tải đến 400. Một số nhµ m¸y ®iÓn h×nh ở Miền Bắc Tập trung chủ yếu ở côm c«ng nghiệp ®ãng tµu Hải Phßng- Quảng Ninh như: nhµ m¸y ®ãng tµu Bạch Đằng, C«ng ty c«ng nghiệp tµu thủy Nam Triệu, nhµ m¸y sửa chữa tµu biển Phµ Rừng, nhµ m¸y ®ãng tµu Bến Kiền, C«ng ty ®ãng tµu LILAMA H¶i phßng, nhµ m¸y ®ãng tµu Hạ Long, côm c«ng nghiệp tµu thủy C¸i L©n. ĐỖ VĂN ĐỆ SVTH: MAI VĂN TÝ- MSSV:6979.N: THIẾT KẾ THỬ NGHIỆM KẾT CẤU TƯỜNG Ụ KHÔ BA SON MỚI BẰNG THÉP HÌNH ỐNG 1.

Vị trí địa lý khu vực xây dựng nhà máy 1. Vị trí xây dựng: Địa điểm xây dựng Nhà máy đóng tầu Ba Son mới đã được chỉ định nằm bên bờ trái sông Thị Vải, cách cửa sông Cái Mép (6km về phía thượng lưu, cách QL51 ( 5km theo các tuyến đường bộ, thuộc KCN Phú Mĩ II huyện Tân Thành - Bà Rịa Vũng Tàu. Phía Bắc, Đông và Tây giáp KCN cảng và KCN Phú Mĩ; phía Nam và Tây Nam giáp rạch Thạch Bàn và sông Thị Vải.