Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy công và hạ tầng hàng hải, nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy đóng vai trò quyết định đối với việc duy trì khả năng khai thác liên tục, an toàn của đội tàu vận tải. Đối với các loại tàu biển có trọng tải đến 3000 DWT, việc lựa chọn hình thức công trình nâng hạ tàu và bố trí mặt bằng công nghệ đòi hỏi giải pháp kỹ thuật tối ưu nhằm đáp ứng các yêu cầu khắt khe về điều kiện địa hình lòng sông, chế độ thủy văn triều, địa chất nền móng phức tạp cũng như tải trọng tập trung rất lớn trong quá trình đưa tàu lên cạn. Đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một nhà máy sửa chữa tàu thủy cỡ 3000 DWT, sử dụng hình thức triền ngang kết hợp xe giá nghiêng hai tầng và hệ thống bánh xe quay 90 độ.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài được xác lập có hệ thống:

  1. Phân tích các số liệu tự nhiên đầu vào bao gồm bình đồ khu vực xây dựng (bình đồ số 5), điều kiện địa chất công trình 6 lớp đất và chế độ dao động thủy triều để làm cơ sở tính toán.
  2. Xác định các thông số kỹ thuật đặc trưng của tàu thiết kế 3000 DWT theo tiêu chuẩn hiện hành, bao gồm kích thước hình học, lượng giãn nước và mớn nước ở các trạng thái khai thác.
  3. Thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng nhà máy sửa chữa tàu thủy, xác định dây chuyền công nghệ kéo và hạ tàu qua triền ngang; tính toán số lượng, quy cách kích thước các hạng mục chính như bệ tàu, bến trang trí, hệ thống ray và xe vận chuyển.
  4. Lựa chọn giải pháp kết cấu đường triền chịu lực trên nền cọc bê tông cốt thép, phân chia hợp lý thành hai phân đoạn thi công đổ tại chỗ và thi công lắp ghép tương ứng với điều kiện thi công dưới nước và trên cạn.
  5. Xây dựng sơ đồ tính toán, áp dụng mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi kết hợp phần mềm chuyên dụng SAP2000 để kiểm tra khả năng chịu lực của dầm dọc đường triền và sức chịu tải của hệ cọc; tính toán cốt thép cấu kiện theo tiêu chuẩn chuyên ngành công trình thủy lợi - thủy công.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình triền ngang, hệ thống xe chở tàu phân đoạn hai tầng có bánh xe quay 90 độ, bệ sửa chữa, bến trang trí và kết cấu móng cọc đỡ đường triền phục vụ sửa chữa tàu 3000 DWT.
  • Phạm vi không gian: Khu đất và khu nước xây dựng nhà máy theo bình đồ quy hoạch số 5, phạm vi đường triền từ mép xưởng (cao trình +5.60 m) kéo dài xuống điểm mút đường trượt dưới nước (cao trình -3.32 m).
  • Phạm vi thời gian và khai thác: Chu kỳ làm việc tính toán của nhà máy là 300 ngày/năm; công suất thiết kế tiếp nhận sửa chữa 16 tàu/năm (8 tàu bố trí trên bệ cạn và 8 tàu gia công tại bến trang trí).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Đồ án được thực hiện dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết công trình thủy công, cơ học đất - nền móng và tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng chuyên ngành:

  • Hệ thống tiêu chuẩn quy phạm:
    • TCVN 11820-1:2017: Xác định cấp công trình thủy công cho nhà máy đóng và sửa chữa tàu (kết luận công trình thuộc cấp IV).
    • TCVN 11820-2:2017: Trích xuất kích thước tàu biển tiêu chuẩn tải trọng 3000 DWT.
    • TCVN 11820-5:2021: Xác định độ sâu trước bến và cao trình đáy bến trang trí dựa trên độ sâu dự phòng sa bồi, mớn nước và sóng.
    • TCVN 205:1998: Tính toán sức chịu tải tiêu chuẩn và tính toán của cọc đơn trong đất nền theo cường độ đất và ma sát bên.
    • TCVN 4116-85: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép công trình thủy công (tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ hai).
    • TCVN 21-86: Xác định chiều dài chịu uốn tính toán của cọc cắm trong nền đất.
  • Cơ sở lý thuyết chuyên khảo: Áp dụng phương pháp luận trong giáo trình Công trình thủy công của TS. Phạm Văn Thứ về lý thuyết triền đà, tính toán độ dốc kinh tế, chiều sâu mút triền, tải trọng phân bố dọc của tàu biển, cùng công thức Zavriev xác định chiều dài chịu nén quy đổi của cọc.
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật:
    • Phương pháp giải tích kết cấu dầm liên tục chịu tải trọng bánh xe di động thông qua thiết lập đường ảnh hưởng mômen và lực cắt.
    • Mô hình dầm nhiều nhịp trên gối đàn hồi (mô hình Winkler) với độ cứng gối đàn hồi xác định từ môđun đàn hồi vật liệu cọc và chiều dài tự do kết hợp phần ngàm trong đất.
    • Ứng dụng phần mềm SAP2000 phân tích nội lực kết cấu khung dầm và phản lực đầu cọc dưới tác động của tổ hợp tĩnh tải và hoạt tải đoàn bánh xe triền.
  • Nguồn dữ liệu sử dụng: Số liệu khảo sát địa chất gồm 6 lớp đất tại vị trí xây dựng; số liệu thủy văn tần suất đỉnh triều và chân triều; các thông số công nghệ của cần trục chân đế Gottwald HSK300 và tời kéo.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Số liệu đầu vào

Tác giả tổng hợp toàn bộ các điều kiện biên tự nhiên và chỉ tiêu kỹ thuật khai thác làm căn cứ thiết kế:

  • Điều kiện thủy văn: Chế độ bán nhật triều với cao độ mực nước tương ứng các cấp tần suất thiết kế $P%$. Do bảng số liệu ban đầu thiếu mực nước thấp nhất năm ($H_{min}$), tác giả lựa chọn mực nước chân triều ứng với tần suất $P = 99%$ là $H_{min} = +0.30\text{ m}$ để bảo đảm tính an toàn khi hạ thủy. Mực nước đỉnh triều ứng với $P = 1%$ đạt $+4.30\text{ m}$, mực nước giờ trung bình $+3.40\text{ m}$.
  • Thông số tàu thiết kế 3000 DWT: Tra cứu theo TCVN 11820-2:2017:
Đại lượng thông số tàu Ký hiệu Giá trị thiết kế Đơn vị
Trọng lượng tải đầy DWT 3000 Tấn
Chiều dài lớn nhất $L_{oa}$ 90,0 m
Chiều dài giữa hai đường vuông góc $L_{pp}$ 82,0 m
Chiều rộng tàu $B$ 14,0 m
Chiều cao mạn $D$ 7,0 m
Mớn nước đầy tải $T$ 5,5 (hoặc tra bảng chi tiết) m
Mớn nước không tải (khi kéo/hạ) $T_0$ 2,5 m
Lượng giãn nước đầy tải $DT$ 4000 Tấn
  • Đặc điểm địa chất công trình: Nền đất gồm 6 địa tầng đặc trưng:
    • Lớp 1: Bùn sét yếu, chiều dày $5,00\text{ m}$, hệ số rỗng $e = 1,629$; sức chịu tải rất nhỏ, độ nén lún cao, bị bỏ qua không tính vào khả năng chịu lực thân cọc.
    • Lớp 2: Cát mịn, chiều dày $2,40\text{ m}$, hệ số rỗng $e = 0,600$.
    • Lớp 3a: Cát hạt bụi, chiều dày $3,50\text{ m}$, hệ số rỗng $e = 0,556$.
    • Lớp 3: Cát hạt trung, chiều dày $6,40\text{ m}$, hệ số rỗng $e = 0,601$.
    • Lớp 4: Sét pha, chiều dày $2,47\text{ m}$, hệ số rỗng $e = 0,699$.
    • Lớp 5: Sét dẻo cứng, chiều dày lớn ($\infty$), độ sệt $B = 0,32$, hệ số rỗng $e = 0,827$; là lớp chịu lực chính được lựa chọn để cắm mũi cọc.

Chương 2: Quy hoạch mặt bằng nhà máy sửa chữa tàu thủy

Chương này trình bày sơ đồ công nghệ tổng thể và các bước bố trí mặt bằng công trình:

  • Hình thức công trình khai thác: Lựa chọn triền ngang vận hành theo hai giai đoạn: Giai đoạn 1 sử dụng xe giá nghiêng 2 tầng kéo tàu từ khu nước lên đỉnh dốc triền; Giai đoạn 2 sử dụng xe giá bằng có cụm bánh xe xoay góc $90^\circ$ để chuyển hướng tàu chạy ngang vào bệ sửa chữa.
  • Bộ phận kết cấu và thiết bị chính: Đường triền nghiêng chịu lực, bệ tời kéo, bệ bố trí puly đổi hướng, cụm 5 phân đoạn xe giá nghiêng, hệ thống ray dẫn hướng hai phương vuông góc.
  • Hệ thống phụ trợ và quy hoạch phân khu xưởng: Khuôn viên nhà máy được phân bố các công trình kỹ thuật với kích thước mặt bằng xác định:
    • Nhà điều hành: $30 \times 15\text{ m}$.
    • Căn tin phục vụ: $50 \times 12\text{ m}$.
    • Nhà công nhân 1: $50 \times 20\text{ m}$; Nhà công nhân 2: $30 \times 20\text{ m}$.
    • Bãi đỗ xe: $26 \times 20\text{ m}$; Trạm biến áp và trạm cấp nước: mỗi trạm $26 \times 20\text{ m}$.
    • Cụm nhà xưởng chuyên môn hóa (xưởng lắp ráp, xưởng cơ khí, xưởng máy, xưởng mộc, xưởng sơn, xưởng trang trí, xưởng vỏ, kho trung gian, kho dự trữ, bãi thép): kích thước đồng bộ mỗi đơn nguyên là $50 \times 24\text{ m}$.

Chương 3: Tính toán các kích thước cơ bản của các bộ phận công trình

Tác giả triển khai các thuật toán xác định quy mô hình học cho từng hạng mục công nghệ:

  • Tính toán bệ tàu:
    • Số lượng bệ: $n_b = \frac{T_b \times k_b}{T_n}$, với $k_b = 1,2$ (hệ số không đều công việc), $T_n = 300\text{ ngày}$. Thời gian chiếm bệ $T_b = 8 \times 100 = 800\text{ ngày}$. Kết quả $n_b = 3,2 \rightarrow$ chọn 4 bệ độc lập.
    • Kích thước bệ: Chiều dài $L_{bệ} = L_{tàu} + 2L_{dự trữ} = 90 + 2 \times 5 = 100\text{ m}$. Chiều rộng $B_{bệ} = B_{tàu} + 2B_{dự trữ} = 14 + 2 \times 3 = 20\text{ m}$.
    • Khoảng cách giữa các bệ: Chọn $14\text{ m}$, bảo đảm lớn hơn khổ ray cần trục ($10,5\text{ m}$) từ 3 đến 5 m. Cao trình mặt bệ lấy bằng cao độ xưởng ($+5,60\text{ m}$).
  • Tính toán bến trang trí:
    • Số lượng: $N_b = \frac{T_b \times k_b}{T_n} = \frac{(8 \times 20) \times 1,2}{300} = 0,64 \rightarrow$ chọn 1 bến.
    • Kích thước mặt bến: Chiều dài chọn $L_b = 60\text{ m}$ (thuộc dải $0,8 L_{tàu} = 54 \div 72\text{ m}$). Chiều rộng $B_b = B_t + B_r + B_s = 2,75 + 10,5 + 6,75 = 20\text{ m}$.
    • Cao trình đỉnh bến $+5,60\text{ m}$; tính toán cao trình đáy nạo vét theo mớn nước và các hệ số dự phòng sa bồi $Z_4$ đạt kết quả cao trình đáy bến cực tiểu min là $-2,81\text{ m}$.
  • Kích thước xe chở tàu và xe giá nghiêng:
    • Xe chở tàu phân đoạn: Rộng $B_{xe} = 4\text{ m}$, dài $L_{xe} = 10\text{ m}$, chiều cao $H_{xe} = 0,8\text{ m}$.
    • Độ dốc đường triền: Lựa chọn độ dốc $i = 1/10$ (góc nghiêng $\alpha = 5,71^\circ$).
    • Chiều rộng mặt đường triền: $B_{dt} = L_{tàu} + 2\Delta a = 90 + 2 \times 2,5 = 95\text{ m}$.
    • Bố trí ray triền: Gồm 5 phân đoạn xe tương ứng 5 tổ ray; mỗi tổ ray gồm 2 ray đặt cách nhau $2,5\text{ m}$; khoảng cách giữa các tim tổ ray là $l_t = 16\text{ m}$.
    • Chiều sâu mút đường trượt: Tính toán theo mớn nước không tải $T = 2,4\text{ m}$ cùng các lớp chiều cao kết cấu xe, đạt $H_m = 5,10\text{ m}$.
    • Cao trình mút triền: $\nabla_M = -3,32\text{ m}$. Chiều dài hình chiếu nằm ngang của đường trượt là $L = 83\text{ m}$.

Chương 4: Phân tích điều kiện địa chất và lựa chọn kết cấu công trình

  • Đánh giá hiện trạng nền móng: Địa hình có độ lồi lõm không đều; lớp bùn sét bề mặt dày $5\text{ m}$ có cơ lý rất yếu, biến dạng nén lún lớn, bắt buộc giải pháp móng cọc phải xuyên qua lớp này ngàm sâu vào tầng sét chặt số 5. Môi trường nước biển có tính xâm thực cao đòi hỏi yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu bê tông cốt thép.
  • Quy luật phân bố tải trọng tàu: Xác định tải trọng phân bố gần đúng của tàu rỗng dọc thân với giá trị giữa tàu $m = \frac{1,2 \times Q}{L_t} = \frac{1,2 \times 3000}{90} \times \dots = 20\text{ T/m}$, tải trọng phần mũi $m_m = 10\text{ T/m}$ và giảm dần về phía đuôi.
  • Giải pháp kết cấu đề xuất:
    • Chia đường triền thành 2 phân đoạn theo phương pháp thi công:
      • Đoạn AC (thi công đổ tại chỗ trên cạn): Dài $52\text{ m}$, kéo dài từ mép xưởng (cao trình $+5,60\text{ m}$) đến mực nước thi công (cao trình $+0,60\text{ m}$, ứng với $P = 99%$). Sử dụng hệ dầm dọc tiết diện $80 \times 80\text{ cm}$ đỡ trên cọc ống bê tông ly tâm ứng lực trước D600 dài $24\text{ m}$, bước cọc dọc $5\text{ m}$.
      • Đoạn CD (thi công lắp ghép dưới nước): Dài $38\text{ m}$, kéo dài từ cao trình $+0,60\text{ m}$ xuống mút triền $-3,32\text{ m}$. Sử dụng dầm dọc lắp ghép $80 \times 80\text{ cm}$, dầm ngang $30 \times 50\text{ cm}$, dầm giằng $20 \times 40\text{ cm}$, tựa trên hệ cọc vuông bê tông cốt thép đúc sẵn $40 \times 40\text{ cm}$ dài $24\text{ m}$, bước cọc $5\text{ m}$.

Chương 5: Tính toán kiểm tra lại phương án đề xuất

Chương này tập trung kiểm toán khả năng chịu lực của thiết bị xe triền và hệ kết cấu móng cọc:

  • Kiểm toán áp lực bánh xe triền:
    • Mô hình hóa tàu như một dầm liên tục 5 gối tựa tương ứng 5 xe chở phân đoạn, giải nội lực bằng SAP2000 thu được phản lực lớn nhất $Q_{max} = 181,8\text{ T}$. Xét hệ số phân bố không đều $k'$, tải trọng tính toán một xe chịu là $Q_{xe} = 395,2\text{ T}$.
    • Trọng lượng bản thân xe tầng trên $m_1 = 1,6\text{ T/m}$, tầng dưới $m_2 = 1,4\text{ T/m}$, tổng trọng lượng bản thân xe phân đoạn $Q_{btxe} = 24\text{ T}$.
    • Tính toán áp lực truyền lên mỗi bánh xe với $n = 8\text{ bánh/ray}$, $r = 2\text{ ray/tổ}$: $P_k = 38,8\text{ T}$. Kiểm tra theo điều kiện ứng suất tiếp xúc của đỉnh ray $[P_k] = 2 R b_r [\sigma]$, xác nhận áp lực tính toán thỏa mãn điều kiện chịu lực của bánh xe thép.
  • Xác định sức chịu tải của cọc (TCVN 205:1998):
    • Cọc ly tâm D600 (đoạn AC): Sức chịu tải tính toán đạt $Q_a = \frac{Q_{tc}}{\gamma_k} = 213,29\text{ T}$ (với hệ số an toàn $\gamma_k = 1,4$).
    • Cọc vuông $40 \times 40\text{ cm}$ (đoạn CD): Sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán từ ma sát thành nổi và sức kháng mũi cắm vào lớp sét số 5 đạt $Q_{tc} = 152,73\text{ T}$, cho sức chịu tải thiết kế an toàn.
  • Mô hình tính toán dầm trên gối đàn hồi (Đoạn AC):
    • Kiểm tra điều kiện độ cứng: Chiều dài bước cọc $l = 5\text{ m} > 3S = 3 \times 1,64 = 4,92\text{ m}$ (với $S$ là bán kính độ cứng dầm), do đó dầm dọc được thiết kế chính xác theo mô hình dầm nhiều nhịp đặt trên các gối tựa đàn hồi.
    • Độ cứng đàn hồi của cọc: $k = \frac{2AE}{2\lambda + l}$ kết hợp chiều dài uốn tính toán theo TCVN 21-86 ($L_u = 5,5 + 2/\alpha_{bd}$) và chiều dài nén theo Zavriev ($L_n$).
    • Kết quả chạy nội lực từ SAP2000 cho đoạn dầm AC: Lực cắt dầm lớn nhất $Q_{max} = 178,23\text{ T}$; Mômen uốn dầm lớn nhất $M_{max} = 120,23\text{ Tm}$; Lực nén đầu cọc lớn nhất $N_{max} = 180,86\text{ T}$, mômen đầu cọc $M = 8,86\text{ Tm}$.
    • Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc: $P = P_c + P_{max} = 180,57 + 0,362 \approx 180,93\text{ T} \le Q_a = 213,29\text{ T} \rightarrow$ Kết cấu cọc bảo đảm an toàn chịu lực.
  • Kiểm toán đoạn thi công lắp ghép CD: Thiết lập sơ đồ dầm tĩnh định 2 nhịp bước $5\text{ m}$, vẽ đường ảnh hưởng chịu tổ hợp tĩnh tải dầm ($q = 2,6\text{ T/m}$) và hoạt tải bánh xe có xét giảm trừ do lực đẩy nổi của nước ($P_{kdn} = 28,7\text{ T}$). Kết quả mômen uốn cực đại trong dầm đạt $M = 76\text{ Tm}$, tải trọng truyền lên đỉnh cọc vuông $40 \times 40\text{ cm}$ thỏa mãn sức chịu tải cho phép của đất nền.

Chương 6: Tính toán cốt thép

Tính toán cốt thép dầm bê tông thủy công theo tiêu chuẩn TCVN 4116-85:

  • Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH1 - Chịu uốn): Áp dụng mômen uốn tính toán $M_I = k_n \cdot n_c \cdot n \cdot m_d \cdot M$, trong đó hệ số đảm bảo cho công trình cấp IV $k_n = 1,10$, hệ số tổ hợp $n_c = 1,0$, hệ số vượt tải $n = 1,25$, hệ số điều kiện làm việc $m_d = 1,0$, $m_b = 1,0$.
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông mác M300 có cường độ chịu nén tính toán $R_n = 135\text{ kg/cm}^2$; Cốt thép nhóm CII có cường độ chịu kéo $R_a = 2700\text{ kg/cm}^2$.
  • Kiểm tra chiều cao vùng nén tương đối: $\zeta \le \zeta_r = 0,60$. Xác định diện tích cốt thép dọc chịu kéo $F_a$ và kiểm tra khả năng chịu cắt, bố trí cốt đai cho dầm chịu lực $80 \times 80\text{ cm}$.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Đồ án đã xây dựng trọn vẹn giải pháp thiết kế cho công trình triền ngang sửa chữa tàu thủy 3000 DWT với các thông số kỹ thuật then chốt được lượng hóa cụ thể:

Hạng mục thiết kế Thông số kỹ thuật lựa chọn Cơ sở xác lập / Tiêu chuẩn
Quy mô tiếp nhận tàu 3000 DWT ($L_{oa} = 90\text{ m}, B = 14\text{ m}, T_0 = 2,5\text{ m}$) TCVN 11820-2:2017
Quy mô bệ sửa chữa 04 bệ; Kích thước mỗi bệ: $100 \times 20\text{ m}$ Công suất 16 tàu/năm, $T_n = 300\text{ ngày}$
Bến trang trí độc lập 01 bến; Kích thước mặt bến: $60 \times 20\text{ m}$ Cần trục Gottwald HSK300 ($B_r = 10,5\text{ m}$)
Độ dốc triền & Bề rộng Độ dốc $i = 1/10$ ($\alpha = 5,71^\circ$); Rộng $B_{dt} = 95\text{ m}$ Công thức kinh tế cho tàu $L_t < 150\text{ m}$
Chiều dài triền nghiêng Chiều dài hình chiếu $L = 83\text{ m}$; Cao trình mút $-3,32\text{ m}$ Mực nước hạ thủy tần suất $P = 5%$
Đoạn triền đổ tại chỗ (AC) Dài $52\text{ m}$; Dầm $80 \times 80\text{ cm}$; Cọc BTDUL D600 ($L = 24\text{ m}$) Ngàm lớp sét 5; $Q_a = 213,29\text{ T} > P_{max}$
Đoạn triền lắp ghép (CD) Dài $38\text{ m}$; Dầm $80 \times 80\text{ cm}$; Cọc vuông $40 \times 40\text{ cm}$ ($L = 24\text{ m}$) Mực nước thi công $P = 99%$ ($H = +0,60\text{ m}$)

Đóng góp kỹ thuật chính của đồ án thể hiện ở hai điểm:

  1. Giải pháp phân chia ranh giới thi công hợp lý: Việc ấn định cao trình $+0,60\text{ m}$ (ứng với mực nước giờ tần suất $99%$) làm ranh giới giữa đoạn đổ tại chỗ AC ($52\text{ m}$) và đoạn lắp ghép CD ($38\text{ m}$) giúp tối ưu hóa biện pháp tổ chức thi công, giảm thiểu khối lượng bê tông phải xử lý trong điều kiện ngập nước triều mà vẫn bảo đảm độ cứng toàn khối cho đoạn chịu tải trọng lớn trên bờ.
  2. Chuẩn hóa quy trình tính toán dầm triền trên gối đàn hồi: Thay vì tính toán gần đúng theo các sơ đồ dầm tĩnh định truyền thống, tác giả đã kiểm tra điều kiện bước cọc $l > 3S$ để đưa bài toán về mô hình dầm liên tục trên gối đàn hồi, xác định độ cứng gối từ thông số biến dạng thực của cọc và giải bằng phần mềm SAP2000, phản ánh sát thực tế tương tác giữa cọc, dầm và nền đất.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được ghi nhận từ văn bản:
    • Dữ liệu thủy văn đầu vào thiếu chuỗi quan trắc mực nước thấp nhất năm ($H_{min}$), buộc tác giả phải lấy giả định theo mực nước chân triều tần suất $P = 99%$ ($+0,30\text{ m}$).
    • Địa tầng số 1 (bùn sét yếu dày $5\text{ m}$) bị bỏ qua hoàn toàn ma sát bên khi tính sức chịu tải của cọc; tác giả chưa đi sâu phân tích ảnh hưởng của hiện tượng ma sát âm phát sinh khi lớp bùn này bị nén lún dưới tác dụng của tải trọng tôn nền mặt bằng.
    • Kết cấu đoạn lắp ghép dưới nước CD mới được giải tích đại diện cho hệ dầm tĩnh định 2 nhịp chịu hoạt tải tĩnh mà chưa xét đến các tác động thủy động lực (sóng, dòng chảy và lực va chạm tàu).
  • Hướng mở rộng:
    • Khảo sát, thu thập bổ sung số liệu hải văn thực tế để kiểm tra lại cao độ mút triền với các hiện tượng thời tiết cực đoan.
    • Nghiên cứu bài toán tương tác động giữa hệ bánh xe tàu và kết cấu dầm triền trong thời điểm con tàu bắt đầu nổi bồng bềnh để kiểm soát ứng suất va đập cục bộ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho sinh viên, kỹ sư ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Thủy, Công trình Cảng - Đường thủy và Kỹ thuật Hạ tầng Hàng hải:

  • Quy trình xác định công nghệ triền ngang: Phương pháp tính toán công suất bệ, diện tích bến trang trí và các bước công nghệ chuyển tàu hai giai đoạn (sử dụng xe giá nghiêng kết hợp cụm bánh xe quay $90^\circ$) cung cấp một ví dụ mẫu mực cho các đồ án thiết kế tổng mặt bằng nhà máy đóng tàu.
  • Quy trình kiểm toán dầm móng công trình biển: Các bảng tính áp lực bánh xe, tính toán lực đẩy nổi giảm trừ của tàu, mô hình hóa gối đàn hồi trên cọc ly tâm D600 và cọc đúc sẵn $40 \times 40\text{ cm}$ theo các tiêu chuẩn TCVN 205:1998 và TCVN 4116-85 có thể ứng dụng trực tiếp vào công tác thiết kế các công trình bến nhô, đường dẫn và móng cầu cảng chịu tải trọng nặng.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ chuyển tàu từ dưới nước lên bệ sửa chữa trong đồ án vận hành theo các bước nào?

Quá trình chuyển tàu diễn ra qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1 đưa hệ thống xe hai tầng (tầng dưới là xe giá nghiêng phân đoạn, tầng trên là xe giá bằng) xuống mút triền dưới nước, kích đón tàu và dùng tời kéo đoàn xe trượt lên theo độ dốc triền $i = 1/10$ đến khi xe giá nghiêng dừng lại ở đỉnh dốc. Giai đoạn 2 cho xe giá bằng tầng 2 tiếp tục lăn vào mặt bằng xưởng, di chuyển ngang đến trước miệng bệ rồi kích quay bánh xe $90^\circ$ để kéo tàu thẳng vào bệ sửa chữa bằng hệ thống tời và puly.

2. Tại sao đường triền chịu lực lại được chia thành hai phân đoạn đổ tại chỗ (AC) và lắp ghép (CD)?

Việc phân chia xuất phát từ điều kiện mực nước thi công. Đoạn AC dài $52\text{ m}$ nằm từ mép xưởng ($+5,60\text{ m}$) đến cao trình mực nước thi công ($+0,60\text{ m}$, tần suất $P = 99%$) là khu vực khô ráo phần lớn thời gian, cho phép thi công dầm dọc đổ tại chỗ kết hợp cọc ống D600 để tối ưu độ cứng toàn khối. Đoạn CD dài $38\text{ m}$ ngập sâu dưới nước đến cao trình mút triền ($-3,32\text{ m}$), điều kiện đổ bê tông tại chỗ rất khó khăn nên phải chuyển sang kết cấu dầm khung bê tông đúc sẵn lắp ghép trên đầu cọc vuông $40 \times 40\text{ cm}$.

3. Tiêu chí nào cho phép tác giả áp dụng mô hình dầm trên gối đàn hồi thay vì dầm trên nền đàn hồi cho đoạn AC?

Tác giả dựa vào tỷ số giữa bước cọc $l$ và bán kính độ cứng dầm $S$ theo công thức lý thuyết thủy công: $S = \sqrt[4]{\frac{4 B_0}{b K_0}}$. Kết quả tính toán cho thấy bước cọc thiết kế $l = 5\text{ m}$ lớn hơn giá trị giới hạn $3S = 3 \times 1,64 = 4,92\text{ m}$, do đó thỏa mãn điều kiện $l > 3S$ để mô hình hóa kết cấu dầm dọc như một hệ dầm liên tục nhiều nhịp kê trên các gối tựa đàn hồi độc lập.

4. Khả năng chịu lực của cọc móng ở hai phân đoạn đường triền được kiểm tra như thế nào?

Sức chịu tải tính toán của cọc được xác định theo TCVN 205:1998 với hệ số an toàn $\gamma_k = 1,4$. Đoạn AC dùng cọc ống bê tông ly tâm D600 dài $24\text{ m}$ ngàm vào lớp sét 5 có sức chịu tải cho phép $Q_a = 213,29\text{ T}$, lớn hơn tổng áp lực tính toán lớn nhất tác dụng lên đầu cọc trích xuất từ SAP2000 ($P = 180,93\text{ T}$). Đoạn CD dùng cọc bê tông cốt thép vuông $40 \times 40\text{ cm}$ dài $24\text{ m}$ có sức chịu tải tiêu chuẩn $Q_{tc} = 152,73\text{ T}$, cũng bảo đảm điều kiện chịu lực khi tiếp nhận tải trọng dầm ngang và hoạt tải xe triền đã giảm trừ lực đẩy nổi.

5. Bánh xe của hệ thống xe triền được kiểm toán an toàn dựa trên công thức nào?

Áp lực bánh xe tính toán $P_k$ được xác định từ tải trọng phân đoạn xe lớn nhất ($Q_{xe} = 395,2\text{ T}$) chia cho số lượng bánh xe ($n = 8\text{ bánh/ray}$, $r = 2\text{ ray/tổ}$) có nhân hệ số phân bố không đều $k'' = 1,0$. Giá trị áp lực $P_k = 38,8\text{ T}$ được kiểm tra thỏa mãn điều kiện bền tiếp xúc theo công thức $[P_k] = 2 R b_r [\sigma]$, trong đó $R$ là bán kính bánh xe và $b_r$ là bề rộng bề mặt công tác của đỉnh ray.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật công trình triền ngang cho nhà máy sửa chữa tàu thủy tải trọng 3000 DWT trên nền địa chất phức tạp và chế độ thủy triều dao động. Tác giả đã kết hợp chặt chẽ giữa các công thức lý thuyết công trình thủy công, hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành và công cụ mô hình hóa kết cấu SAP2000 để làm rõ quy mô các hạng mục bệ tàu, bến trang trí cùng hệ kết cấu dầm cọc chịu lực. Toàn bộ các kiểm toán về sức chịu tải của cọc, ứng suất bánh xe và diện tích cốt thép dầm dọc đều thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật an toàn, mang lại giá trị thực tiễn cao cho công tác thiết kế hạ tầng hàng hải.