Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế kỹ thuật bể chứa trụ đứng V=45000m3.docx (Đồ án tốt nghiệp)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 LỜI CẢM ƠN -----------  ----------- Đối với mỗi sinh viên đồ án tốt nghiệp có vai trò rất quan trọng, đặc biệt là khối nghành kĩ thuật như trường Đại học Xây Dưng. Nó giúp sinh viên vận hoàn thiện, tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã tích lũy, trau dồi trong suốt quá trình học tập tại trường. Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Phan Ý Thuận và sự cố gắng, tìm tòi học hỏi của bản thân sau 3 tháng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài:” Thiết kế kĩ thuật bể chứa trụ đứng V=45000m 3”. Đây là đề tài mang ý nghĩa thực tế cao, em cũng đã cố gắng tập trung nghiên cứa, học hỏi , làm việc nghiêm túc nhưng kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế thi công thực tế chưa có, khối lượng công việc lớn vì vậy không tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự, hướng dẫn, chỉ bảo của các thầy cô để em có thể hoàn thiện mình hơn khi ra trường. Qua đây cho phép em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong trường Đại học Xây Dựng nói chung, các thầy cô trong Viện Xây dựng Công trình biển nói riêng đã truyền đạt, dạy dỗ em trong suốt quá trinh học tập tại trường. Đặc biệt cho phép em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS.Phan Ý Thuận đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè - Những người đã luôn ở bên cạnh động viên, giúp đỡ em trong những lúc khó khăn nhất khi làm đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 06 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Xuân Thành SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ CHỨA DẦU...............................................7 I. Khái niệm và phân loại bể chứa...................................................................7 1. Khái niệm bể chứa.........................................................................................7 2. Phân loại bể chứa...........................................................................................7 II. Các dạng bể chứa........................................................................................7 1. Bể chứa trụ đứng...........................................................................................7 1.1. Bể chứa trụ đứng áp lực thấp....................................................................7 1.2. Bể chứa trụ mái nón...................................................................................9 1.3. Bể chứa trụ đứng mái phao.......................................................................9 1.4. Bể chứa trụ đứng mái cầu........................................................................10 2. Bể chứa trụ ngang........................................................................................10 3. Bể chứa cầu.................................................................................................. 11 4. Bể chứa hình giọt nước................................................................................12 5. Bể chứa trụ đứng mái dome........................................................................12 III. Nhu cầu và tình hình xây dựng các công trình bể chứa ở Việt Nam....16 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÂN BỂ.............................................19 I. Số liệu thiết kế..............................................................................................19 II. Phân tích lựa chọn phương án....................................................................19 1. Tính toán sơ bộ các phương án xây dựng...............................................20 1.1. Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa.......................................................20 2. Kết luận phương án chọn.........................................................................23 3. Tính toán kết cấu thân bể........................................................................23 3.1. Tính toán chiều dày thân bể (theo API650)............................................23 3.2. Phương pháp điểm thiết kế biến thiên....................................................24 4. Tính toán kết cấu đáy bể..........................................................................26 4.1. Cấu tạo đáy bể..........................................................................................26 4.2. Tính toán chiều dày đáy bể......................................................................27 4.3. Tính toán tấm vành khăn (annular bottom plate).................................27 4.3.1. Tính toán chiều dày tấm vành khăn....................................................27 4.3.2. Tính toán chiều rộng của tấm vành khăn...........................................27 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 5. Tính toán vành gia cường chống gió..........................................................28 CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁI BỂ...............................................31 1. Thiết kế mái bể.............................................................................................31 1.1. Lựa chọn kết cấu mái bể..........................................................................31 1.2. Đặc điểm....................................................................................................31 1.3. Xác định các kích thước cơ bản của mái................................................31 1.4. Tải trọng tác dụng lên mái.......................................................................31 1.5. Tính toán thiết kế chi tiết kết cấu mái:...................................................34 1.5.1. Tính toán xà gồ vòng:............................................................................34 1.5.2. Tính toán thiết kế dàn vì kèo................................................................37 1.5.3. Thiết kế cột trung tâm đỡ dàn vì kèo...................................................44 1.5.4. Tính toán thiết kế liên kết các nút dàn................................................46 1.5.4.1. Nguyên tắc chung của liên kết hàn...................................................46 1.5.4.2. Tính toán liên kết hàn........................................................................46 2. Kiểm tra ổn định lật của bể dưới tác dụng của tải trọng gió...................49 2.1. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên bể...................................................49 2.2. Kiểm tra lật của bể...................................................................................49 3. Lựa chọn kết cấu mái nổi cho bể................................................................49 3.1. Giới thiệu về mái nổi................................................................................49 3.2. Các phương án mái nổi............................................................................50 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ NỀN MÓNG...............................................................51 I. Đặt vấn đề.....................................................................................................52 II. Số liệu địa chất tại nơi xây dựng công trình: ( Xem phụ lục địa chất ). .52 III. Xây dựng phương án nền móng..............................................................53 1. Các phương án móng:.................................................................................53 1.1. Phương án cọc ép......................................................................................53 1.2. Phương án cọc đóng.................................................................................53 1.3. Phương án cọc khoan nhồi.......................................................................54 1.4. Lựa chọn phương án móng......................................................................54 2. Vật liệu móng và các thông số cơ bản........................................................54 3. Xác định tải trọng........................................................................................55 3.1. Trọng lượng bản thân của bể chứa : ( Xem phụ lục 4 )........................55 3.2. Tải trọng ngang lên đài cọc......................................................................56 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 3.3. Tải trọng phân bố trên đài móng............................................................56 3.4. Tải trọng phân bố đều lên dầm vòng......................................................56 3.5. Tải trọng theo phương ngang tác dụng lên dầm vòng...........................57 4. Kiểm tra chiều sâu đáy đài:........................................................................58 5. Tính toán sức chịu tải của cọc.....................................................................59 5.1. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.............................................................59 5.2. Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT......................59 6. Xác định số lượng cọc..................................................................................61 7. Xác định tải trọng phân phối lên cọc.........................................................62 8. Tính lún cho hệ kết cấu móng.....................................................................62 9. Xác định độ cứng của các lò xo...................................................................63 10. Đưa vào sơ đồ tính và nhập các số liệu tải trọng vào sơ đồ.................64 11. Xác định tải trọng phân phối lên các cọc................................................64 12. Tính toán kiểm tra cọc.............................................................................64 12.1. Khi vận chuyển......................................................................................64 12.2. Trường hợp đưa cọc lên giá búa:.........................................................65 12.3. Tính toán thép móc cẩu:.......................................................................66 13. Tính toán kiểm tra đài cọc.......................................................................67 13.1. Kiểm tra điều kiện đâm thủng.............................................................67 13.2. Tính cốt thép cho đài cọc......................................................................69 14. Tính cốt thép cho dầm vòng.....................................................................72 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN BẰNG MÁY TÍNH.................................................74 1. Tải trọng tác dụng lên bể............................................................................74 1.1. Tải trọng gió tác dụng lên mái bể............................................................74 1.2. Tải trọng gió tác dụng lên thân bể..........................................................74 2. Tải trọng mái................................................................................................83 3. Áp lực của chất lỏng....................................................................................84 4. Mô hình hóa nền đất....................................................................................86 5. Tính toán máy tính......................................................................................86 5.1. Tính toán với móng mềm.........................................................................86 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 CHƯƠNG 6: CHI TIẾT CÔNG NGHỆ BỂ.........................................................91 I. Các loại van cửa bể :....................................................................................91 II. Các loại cửa bể..........................................................................................91 1. Cửa xuất :..................................................................................................... 91 2. Cửa nhập...................................................................................................... 92 III. Cầu thang bể :...........................................................................................93 CHƯƠNG 7: QUY TRÌNH KỸ THUẬT THI CÔNG.........................................95 I. Công tác chuẩn bị........................................................................................95 1. Mặt bằng thi công........................................................................................95 2. Máy móc thiết bị thi công............................................................................95 3. Chuẩn bị vật tư............................................................................................95 3.1. Công tác cắt thép......................................................................................95 3.2. Công tác gia công mài..............................................................................96 3.3. Công tác cuộn thép...................................................................................96 II. Quy trình công nghệ thi công..................................................................96 1. Quy trình thi công móng bể........................................................................96 1.1. Những yêu cầu khi thi công.....................................................................96 1.2. Trình tự thi công.......................................................................................97 2. Quy trình thi công đáy bể............................................................................98 2.1. Những yêu cầu khi thi công.....................................................................98 2.2. Gia công chế tạo tấm đáy.........................................................................98 2.3. Thi công lắp dựng.....................................................................................99 3. Thi công thành bể........................................................................................99 3.1. Những yêu cầu khi tiến hành thi công thành bể....................................99 3.2. Gia công chế tạo......................................................................................100 3.3. Lắp dựng tại công trường......................................................................100 3.4. Thi công kết cấu mái..............................................................................101 4. Các quy định về đường hàn......................................................................102 5. An toàn lao động........................................................................................102 III. Các yêu cầu kỹ thuật..............................................................................103 1. Vật liệu chế tạo- thép:................................................................................103 2. Yêu cầu gia công chế tạo:..........................................................................103 3. Yêu cầu về vật liệu:....................................................................................103 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 4. Yêu cầu về chế tạo:....................................................................................103 5. Yêu cầu về hàn bể:.....................................................................................103 DANH MỤC BẢN VẼ......................................................................................106 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................107 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN....................................................................................108 PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT................................................................109 PHỤ LỤC 2: TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY THÂN BỂ....................................117 PHỤ LỤC 3: TÍNH TOÁN KIỂM TRA CẤU KIỆN MÁI BỂ....................122 PHỤ LỤC 4: TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN THÀNH BỂ................124 PHỤ LỤC 5: TÍNH LÚN MÓNG...................................................................133 PHỤ LỤC 6: TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐẦU CỌC...........................134 PHỤ LỤC 7: BẢN VẼ KĨ THUẬT.................................................................159 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ CHỨA DẦU I. Khái niệm và phân loại bể chứa 1. Khái niệm bể chứa Bể chứa là một công trình xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho công tác tàng trữ các sản phẩm dầu (xăng, dầu hoả…), khí hoá lỏng, nước, axít, cồn công nghiệp… Hiện nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và yêu cầu về mặt công nghệ, người ta đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng các loại bể chứa có cấu trúc phức tạp nhưng hợp lý hơn về mặt kết cấu góp phần mang lại hiệu quả kinh tế cao. 2. Phân loại bể chứa a) Phân loại theo hình dạng bể - Bể chứa hình trụ - Bể hình cầu, hình giọt nước Bể chứa hình trụ (trụ đứng, trụ ngang), bể hình cầu, hình giọt nước… tuỳ theo vị trí của bể trong không gian chúng có thể đặt cao hơn mặt đất (trên gối tựa), đặt trên mặt đất, ngầm hoặc nửa ngầm dưới đất hoặc dưới nước. b) Phân loại theo mái bể - Bể chứa có thể tích không đổi (mái tĩnh – cố định). - Bể chứa có thể tích thay đổi (mái phao – ngoài mái cố định còn có mái cố định nổi trên mặt chất lỏng, hoặc mái nổi – bản thân là mái phao). c) Phân loại theo áp lực dư ( do chất lỏng bay hơi) - Bể chứa áp lực thấp : khi áp lực dư P d <= 0.002 MPa. Và áp lực chân không Po <=0.00025 MPa. - Bể chứa trụ đứng áp lực cao : khi áp lực dư Pd => 0.002 MPa. II. Các dạng bể chứa 1. Bể chứa trụ đứng 1.1. Bể chứa trụ đứng áp lực thấp Bể chứa trụ đứng mái tĩnh thường để chứa các sản phẩm dầu mỏ có hơi đàn hồi áp lực thấp. Thể tích có thể rất khác nhau từ 100 đến 20000 m 3 (chứa xăng), thậm chí lên tới 50 000 m3 (chứa dầu mazut…) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Bể chứa trụ đứng Các bộ phận chính của bể: - Đáy bể : Được đặt trên nền cát đầm chặt và chịu áp lực chất lỏng. Đáy bể gồm các thép tấm có kích thước lấy theo định hình sản xuất và được liên kết với nhau bằng đường hàn đối đầu. - Thân bể : Là bộ phận chịu lực chính, gồm nhiều khoang thép tấm hàn lại, chiều dày các thép tấm thân bể có thể thay đổi hoặc không dọc theo thành bể. Liên kết giữa các thép tấm trong cùng một đoạn thân là đường hàn đối đầu, liên kết giữa các đoạn thân dùng đường hàn vòng hoặc đối đầu. Nối thân bể và đáy bể dùng đường hàn góc - Mái bể: Cũng được tổ hợp từ các tấm thép hàn lại với các dạng chính như sau: Mái nón, mái treo, mái cầu, mái trụ cầu. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 1.2. Cột Cột MÁI NÓN MÁI TREO MÁI TRỤ CẦU MÁI CẦU Bể chứa trụ mái nón Có đường kính có thể tới 300 feet(90m)và chiều cao 64 feet(19.2m) trong trường hợp bể có đường kính rộng cần phải có dàn đỡ mái bên trong. Loại bể này rất phổ biến với ưu điểm dễ thi công, lắp ráp và tương đối kinh tế, tuy nhiên phần trên của thành bể chưa được tận dụng hết khả năng chịu lực. 1.3. Bể chứa trụ đứng mái phao Loại bể này hiện nay được sử dụng khá nhiều trên thế giới. Việc sử dụng mái mang lại hiệu quả kinh tế cao, làm giảm đáng kể sự mất mát Cacbua – Hydro nhẹ, giảm ô nhiễm môi trường xung quanh. Việc loại trừ khoảng không gian hơi trên bề mặt xăng dầu chứa trong bể, cho phép tăng mức độ an toàn phòng hỏa so với các loại bể khác. Trên thực tế người ta hay dùng hai loại bể: - Bể hở có mái phao Bể kín có mái phao Bể mái phao hao tổn do bay hơi giảm tới 80 % - 90%. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Bể chứa trụ đứng mái phao 1.4. Bể chứa trụ đứng mái cầu Loại bể này dùng để chứa sản phẩm dầu nhẹ dưới áp lực dư P = 0.01 – 0.07 MPa. Mái gồm các tấm chỉ cong theo phương kinh tuyến, với bán kính thân bể. Thân bể được hàn từ thép tấm. Dưới bể được bố trí các bu lông neo quanh thân tránh hiện tượng đáy bể bị uốn và nâng lên cùng thân dưới tác dụng của áp lực dư lớn khi lượng chất lỏng trong bể giảm. 2. Bể chứa trụ ngang Bể chứa trụ ngang dùng để chứa các sản phẩm dầu mỏ dưới áp lực dư p d ≤ 0.2Mpa và hơi hoá lỏng có pd ≤ 1.8Mpa, áp lực chân không p0 ≤ 0.1Mpa. Bể chứa trụ ngang có 3 bộ phận chính: thân, đáy và gối tựa - Thân bể: bằng thép tấm, được chia làm nhiều khoang. Các tấm thép được liên kết với nhau bằng đường hàn đối đầu, bên trong mỗi khoang đặt các vành cứng bằng thép góc và hàn với thân bể. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 - Đáy: có các hình dạng khác nhau: phẳng, nón, trụ, cầu, elíp. Việc lựa chọn đáy phụ thuộc vào thể tích bể, và áp lực dư trong bể. Gối tựa: gồm hai gối hình cong lõm bằng bê tông hoặc gối tựa dạng thanh đứng. Bể chứa trụ ngang có những ưu điểm, nhược điểm chính sau: - Ưu điểm: hình dạng đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng chế tạo trong nhà máy rồi vận chuyển đến nơi xây dựng.Có thể tăng đáng kể áp lực dư so với bể trụ đứng. Nhược điểm: tốn chi phí chế tạo gối tựa. 3. Bể chứa cầu Bể chứa cầu dùng để chứa hơi hoá lỏng với áp lực dư P d =( 0.25-1.8)MPa. Thể tích bể V = 600-4000 m3 . Bể được ghép từ các tấm thép cong hai chiều và được chế tạo bằng cách cán nguội hoặc dập nóng. Các tấm thép được hàn với nhau bằng đường hàn đối đầu. Cách chia các tấm trên mặt cầu có nhiều hình dáng khác nhau, múi kinh tuyến với các mạch song song hoặc so le. Bể được đặt trên gối dạng vành hay thanh cống bằng thép ống hoặc thép chữ I. Dùng thanh chống đảm bảo được biến dạng tự do cho bể. Các thanh chống nên tiếp xúc với mặt bể để giảm ứng suất cục bộ và không tỳ vào đường hàn nối các tấm của vỏ bể. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Bể chứa cầu 4. Bể chứa hình giọt nước Khuynh hướng đi tìm một giải pháp kết cấu cho ứng lực trên bể tương đối đồng nhất đã đưa đến giải pháp bể dạng giọt nước. Loại bể này thường được dùng để chứa xăng nhẹ do khả năng chịu được áp suất cao do khí dư bay hơi và có vòng quay sản phẩm lớn. Bể chứa hình giọt nước được đặt trên hệ giá đỡ, được tổ hợp từ các thanh thép ống. Hệ giá đỡ này được đặt trên móng bêtông cốt thép. 5. Bể chứa trụ đứng mái dome Đây là loại bể chứa trụ đứng, mái cầu. Trong đó kết cấu mái là hệ thống giàn không gian được cấu tạo từ các thanh dầm chữ I, liên kết với nhau thông qua hệ thống bulông và bản đệm, được bao che kín nhờ các panel mái, tất cả hệ thống đều sử dụng loại vật liệu là hợp kim nhôm (aluminum). Ưu điểm chính của hệ kết cấu mái SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 này là lắp dựng đơn giản, trọng lượng nhẹ do đó giảm được tải trọng tác dụng lên thân bể, móng bể dẫn đến giảm được giá thành xây dựng Kết cấu mái Dome là một loại kết cấu mái làm từ hợp kim aluminum ngày nay được sử dụng rất nhiều để làm hệ thống mái cho các bể chứa.. Người ta dùng nó để thay thế cho các loại mái thép nặng nề. Với trọng lượng nhẹ và vượt được nhịp lớn, loại kết cấu này đem lại rất nhiều lợi ích cho nhà sử dụng. Cấu tạo của nó gồm 2 phần chính.  Hệ thống khung đỡ không gian với các nút liên kết đặc biệt. Các phần tử thanh được cấu tạo từ dầm chữ I và được liên kết với nhau bằng bulông thông qua một bản đệm. Cấu tạo của hệ thống này như sau. Ghi chú Silicone sealant: chất bịt silicone Gusset cover: nắp kẹp Lock bolts: bulông liên kết Dome strut: dầm vòm Panel: tấm panel mái Batten: tấm lót Silicone gasket: miếng đệm silicone  Hệ thống các panel kín được liên kết vững chắc vào các phần tử thanh. Hình dạng loại mái này như sau SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Kết cấu mái này được liên kết và đỡ bởi bể thông qua các khung đỡ đựơc bố trí đều xung quanh thành bể. Các tính chất đặc trưng của hệ kết cấu này như sau:  Bảo dưỡng đơn giản, không cần phá vỡ kết cấu và không cần sơn phủ  Đảm bảo tính kín nước, kết quả thí nghiệm cho thấy loại mái này loại trừ đựơc sự đi vào của nước mưa.  Giảm sự hấp thụ nhiệt bởi tác động bên ngoài do mái cấu tạo từ aluminum là hợp kim có mầu sáng trắng.  Phù hợp với tất cả các loại sản phẩm của bể chứa.  Có trọng lượng nhẹ và vượt nhịp lớn do được chế tạo từ hợp kim aluminum và thép không gỉ.  Có thể thử và điều chỉnh với những thay đổi nhỏ nhất.  Tuổi thọ của kết cấu mái có thể trên 50 năm.  Đáp ứng được yêu cầu thiết kế cho những bể chứa đặc biệt.  Dễ dàng lắp đặt, có thể lắp đặt trên mặt đất sau đó tiến hành cẩu lắp lên hoặc lắp đặt trực tiếp trên bể.  Có thể thiết kế cho tải trọng gió và tuyết lớn. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Bể chứa trụ đứng mái dome Các chi tiết của mái Dome SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 III. Nhu cầu và tình hình xây dựng các công trình bể chứa ở Việt Nam Bể chứa bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam vào đầu thể kỷ 20 với mục đích chủ yếu nhằm phục vụ cho công cuộc khai phá thuộc địa của thực dân Pháp. Sau khi đất nước độc lập, cùng với sự phát triển của đất nước nhu cầu sử dụng bể chứa cũng tăng theo. Bể chứa chủ yếu tập trung và phổ biến ở Hải Phòng, TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ, Vũng Tàu và mới đây nhất là khu lọc hóa dầu Dung Quất – Quảng Ngãi(do BP làm tổng thầu). Các công trình này đã đáp ứng nhu cầu phục vụ cho mục đích dân sự, công nghiệp và quốc phòng – an ninh như bể chứa nước, xăng dầu, khí hóa lỏng. Do hạn chế về mặt kỹ thuật nên các công trình bể chứa được xây dựng ở Việt Nam chủ yếu là dạng trụ đứng, còn các dạng bể chứa khác như bể cầu, bể hình giọt nước còn phải đi mua của nước ngoài.Vì vậy việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ tiên tiến trong thiết kế và thi công các công trình bể chứa là rất quan trọng đặc biệt là trong giai đoạn mới khi nhu cầu sử dụng năng lượng (có xuất phát từ các sản phẩm dầu khí) của nước ta tăng cao. Dưới đây là một số hình ảnh về các công trình bể chứa tại nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất : Toàn cảnh khu bể chứa nhìn từ xa SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Khu bể chứa dầu trụ đứng Khu bể chứa khí hóa lỏng SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Thi công bể chứa cầu Thi công bể chứa trụ đứng SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÂN BỂ I. Số liệu thiết kế THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ Stt 1 Thông Số Khả năng chứa Đơn Vị m3 Giá Trị 45795.78 2 3 4 Dung tích thiết kế Sản phẩm chứa Lưu lượng nhập m3 45000 xăng, dầu < 800 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Lưu lượng xuất Nhiệt độ làm việc ( to ) Nhiệt độ thiết kế Áp suất dương thiết kế Áp suất âm thiết kế Độ ăn mòn cho thép thành bể Độ ăn mòn cho thép đáy bế Độ ăn mòn cho phép kết cấu khác Sức chứa lớn nhất Vận tốc gió Tiêu chuẩn thiết kế Vật liệu thành bể ( Rc ) Vật liệu đáy bể ( Rc ) Vật liệu mái bể ( Rc ) m3/h oC oC kN/m kN/m2 mm mm mm % m/s m3/h Mpa Mpa Mpa < 400 > 25 120 2 0,25 2 2 1 90 % thể tích bể 36,4 API 650 250 250 210 Dung tích thiết kế: 45000 (m3) Số liệu địa chất công trình ( Xem phụ lục 1 ) II. Phân tích lựa chọn phương án Với yêu cầu thiết kế kỹ thuật bể chứa dầu dung tích V = 45.000 (m 3) ta đưa ra các yêu cầu: - Tiết kiệm vật liệu Khả năng thi công Phù hợp với diện tích mặt bằng xây dựng Kích thước tối ưu nhất của bể được lựa chọn theo những tiêu chí: kinh tế, khả năng thi công, khả năng sửa chữa duy tu, lượng dầu thất thoát là nhỏ nhất. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 1. Tính toán sơ bộ các phương án xây dựng 1.1. Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa Đặc trưng vật liệu cho thân – đáy bể: Thép tấm A36M có các đặc trưng sau: - SMYS = 250 (Mpa), SMTS = 400(Mpa) Sd =160(Mpa), St =171(Mpa) Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa: Chiều cao tối ưu của bể chứa được tính theo công thức B.S.SuKhop: H ln   * Rkh *  n1 * 1 (2.1) Trong đó: - Hln là chiều cao tối ưu của bể Rkh là cường độ tính toán của đường hàn đối đầu chịu kéo, lấy bằng cường độ chịu kéo của vật liệu: Rkh = 40000(T/m2)  là tổng chiều dày của bản đáy và mái,  = 13(mm) =0.013(m) 1 là tỷ trọng của chất lỏng (dầu) chứa trong bể, 1 = 0.8(T/m3) n1 là hệ số vượt tải: n1 = 1.5  là hệ số điều kiện làm việc Thay số vào ta được: Hln = 19.75 (m) các phương án đưa ra có chiều cao H lựa chọn xung quanh giá trị Hln = 19.75 (m) Đường kính tương ứng với chiều cao H là: D 4*V  *H ( 2.2 ) Trong đó: - V là thể tích bể chứa D là đường kính bể Lựa chọn kích thước bể phải thỏa mãn điều kiện:  Chiều cao không được quá lớn để dễ dàng cho việc chữa cháy khi có sự cố xảy ra  Chiều cao không được quá nhỏ vì nếu chiều cao nhỏ thì đường kính D lớn sẽ làm tăng diện tích mặt thoáng của chất lỏng, lượng chất lỏng bốc hơi sẽ lớn làm giảm độ an toàn của công trình (gây ra áp lực dư lớn) và gây ô nhiễm môi trường SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Tổng khối lượng thép của thân bể và đáy bể phải là nhỏ nhất Ta dự định trước thân bể được hàn từ các tấm thép có kích thước 2x9m và chiều dày đáy bể là 8mm. Ta sẽ tính toán theo các trường hợp sau để lựa chọn ra trường hợp tối ưu nhất :Trong tính toán sơ bộ ta tính chiều dày theo phương pháp 1foot (0.3m), phương pháp này chỉ áp dụng cho bể có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 60m(200ft) Theo phương pháp này thì chiều dày thành bể được tính toán theo công thức sau: td  tt  4,9* D *( H  0,3) * G  CA Sd ( trong điều kiện thiết kế ) (2.3) 4,9* D *( H  0,3) * G St ( trong điều kiện thử áp lực ) (2.4) Trong đó: - D là đường kính bể (m) H là khoảng cách từ đáy của mỗi tầng đến mặt thoáng chất lỏng (m) G là trọng lượng riêng của chất lỏng (gồm 2 trường hợp là chất lỏng thiết kế và nước thử áp lực ) (m) CA là chiều dày ăn mòn cho phép lấy bằng 2mm (theo API650[1]) Sd, St là ứng suất cho phép trong điều kiện thiết kế và trong điều kiện thử áp lực (Mpa) Kết quả tính toán như sau: 1. Phương án 1: H = 22(m), D = 52 (m). Bảng II.1. Khối lương thép phương án 1. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 LỚP Mực CL(m) Td (mm) 1 21.2 28.63 2 19.2 26.08 3 17.2 23.53 4 15.2 20.98 5 13.2 18.43 6 11.2 15.89 7 9.2 13.34 8 7.2 10.79 9 5.2 8.24 10 3.2 5.69 11 1.2 3.15 Chọn sơ bộ (1foot) Td'(mm) Tt(mm) 26.63 31.14 24.08 28.16 21.53 25.18 18.98 22.20 16.43 19.22 13.89 16.24 11.34 13.26 8.79 10.28 6.24 7.30 3.69 4.32 1.15 1.34 T(mm) 32 30 28 24 22 18 16 12 10 8 8 KL (t) 85.28 79.95 74.62 63.95 58.62 47.96 42.63 31.97 26.64 21.31 21.31 Tổng KL(t) 554.229 2.Trường hợp 2 : H=20(m) , D=54(m) Bảng II.2. Khối lương thép phương án 2. LỚP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MCL(m) Td (mm) 19.7 27.67 17.7 25.02 15.7 22.37 13.7 19.73 11.7 17.08 9.7 14.44 7.7 11.79 5.7 9.14 3.7 6.50 1.7 3.85 Chọn sơ bộ (1foot) Td'(mm) Tt(mm) Tc(mm) 25.67 30.02 32 23.02 26.92 28 20.37 23.83 25 17.73 20.73 23 15.08 17.64 20 12.44 14.55 17 9.79 11.45 13 7.14 8.36 10 4.50 5.26 8 1.85 2.17 8 KL (t) 85.28 74.62 66.62 61.29 53.29 45.29 34.63 26.64 21.31 21.31 3.Phương án 3 : H=18(m) , D=57(m) Bảng II.3. Khối lương thép phương án 3. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 22 Tổng KL(t) 490.273 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 LỚP Mực CL(m) Td (mm) 1 17.5 26.02 2 15.5 23.23 3 13.5 20.43 4 11.5 17.64 5 9.5 14.85 6 7.5 12.05 7 5.5 9.26 8 3.5 6.47 9 1.5 3.68 Chọn sơ bộ (1foot) Td'(mm) Tt(mm) 24.02 28.09 21.23 24.83 18.43 21.56 15.64 18.29 12.85 15.03 10.05 11.76 7.26 8.49 4.47 5.23 1.68 1.96 T(mm) 30 26 24 20 17 13 10 8 8 KL (t) 79.95 69.28 63.95 53.29 45.29 34.63 26.64 21.31 21.31 Tổng KL(t) 415.657 2. Kết luận phương án chọn Từ những tính toán như trên nhận thấy trường hợp 3 (H =18 m, D = 57m) có tổng khối lượng thép là nhỏ nhất tuy nhiên chiều cao H = 18(m) xa giá trị chiều cao lợi nhất của bể Hln = 19.75(m), đường kính D là tương đối lớn ứng với tăng diện tích mặt thoáng của chất lỏng và chất lỏng bốc hơi lớn làm tăng áp suất dư gây nguy hiểm và thiệt hại kinh tế. Vậy ta chọn kích thước bể theo phương án 2 . H = 20 (m) D = 54 (m) V = 45000(m3) 3. Tính toán kết cấu thân bể 3.1. Tính toán chiều dày thân bể (theo API650) Chiều dày thân bể được lấy theo giá trị chiều dày trong điều kiện thiết kế (design shell thickness), có kể đến ăn mòn(corrosion allowance) và chiều dày trong điều kiện kiểm tra áp lực(hydrostatic test shell thickness) nhưng không được nhỏ hơn một giá trị chiều dày nhất định tùy thuộc vào đường kính của bể theo mục 3.6.1.1 (API 650 – [1]): API 650 đưa ra hai phương pháp tính toán chiều dày thân bể: 3.2. Phương pháp 1foot (1foot method) đã được trình bày trong phần lựa chọn phương án và tính toán sơ bộ chiều dày thành bể. Phương pháp điểm thiết kế biến thiên (variable design point method) tính toán chính xác hơn bề dày thành bể, được trình bày như sau: Phương pháp điểm thiết kế biến thiên Phương pháp điểm thiết kế biến thiên (Varible design point method) là phương pháp tính lặp bề dày thành bể tại điểm thiết kế căn cứ vào bề dày thành bể SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 23 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 đầu tiên của tầng tôn sát đáy, với bề dày của tầng tôn sát đáy được tính theo phương pháp 1foot. Phương pháp này thường được áp dụng để tính toán đối với bể trụ đứng lớn và cực lớn có đường kính lớn hơn 200 feet. Số tầng tôn của bể được xác định theo công thức sau: n Ht 20  10 Hi 2 ( 2.5 ) Trong đó: - Ht là chiều cao bể (m). Hi là chiều cao của mỗi tầng tôn (m). Phương pháp này được sử dụng khi điều kiện sau thỏa mãn: L 1000  H 6 ( 2.6 ) Trong đó: - L = (500Dt)0,5 D là đường kính bể (m). t là chiều dày tầng đáy(mm). H là mực chất lỏng thiết kế lớn nhất (m).  Chiều dày tầng đáy Chiều dày tầng đáy được xác định theo công thức: - Trong điều kiện thiết kế: t1d (1,06  - 0,0696* D H * G 4,9* H * D * G * )*( )  CA H Sd Sd ( 2.7 ) Trong điều kiện kiểm tra áp lực t1t (1,06  0,0696* D H 4,9* H * D * )*( ) H St St ( 2.8 ) Các giá trị t1d ,t1t không đuợc lớn hơn các giá trị t pd ,tpt (chiều dày sơ bộ của tầng đáy được tính theo phương pháp 1foot). SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 24 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Chiều dày tầng thứ 2(t2) Chiều dày tầng thứ 2 được xác định qua kiểm tra tỷ số: n h1 ( R * t1 )0,5 ( 2.9 ) Trong đó: - h1 là chiều cao tầng đáy (m) R là bán kính của bể (m) t1 là chiều dày của tầng một ứng với hai điều kiện thiết kế và kiểm tra áp lực (không kể tới ăn mòn). Nếu ≤ 1.375 thì t2 =t1 Nếu ≥ 2.625 thì t2 =t2a Nếu nằm trong khoảng từ 1,375 và 2,625 thì : h1 ) ( R * t1 )0,5 *1, 25 t2 t2 a  (t1  t2 a ) *(2,1  ( 2.10 ) Trong đó: t2a là chiều dày của tầng 2 được xác định tại điểm cách đáy của tầng 2 một khoảng x = Min(x1, x2, x3), t2a được tính toán qua cách lặp sau: x1 0, 61*  R * tu  0,5  320CH x2 1000CH x3 1, 22*  R * tu  ( 2.11 ) ( 2.12 ) 0,5 ( 2.13 ) C ( K 0,5 *( K  1)) / (1  K 1,5 ) K Tl / tu ( 2.14 ) ( 2.15 ) Với: TL là chiều dày của tầng thấp hơn Tu là chiều dày sơ bộ của tầng 2 thay đổi theo các lần lặp: - lần 1: tu được tính theo phương pháp 1foot lần 2: tu = t1x lần 3: tu = t2x SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 25 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Tính toán bề dày nhỏ nhất (t x) của lớp vỏ phía trên theo điều kiện kiểm tra và thử áp lực theo công thức sau: - Trong điều kiện kiểm tra: 4,9* D *( H  tdx  - Sd x ) 1000  CA ( 2.16 ) Trong điều kiện thử áp lực: 4,9* D *( H  ttx  x ) 1000 St ( 2.17 ) Bằng cách tính lặp như trên ta có kết quả tính toán chiều dày thành bể như sau : Bảng II. 4. Chiều dày các phân đoạn bể. Đoạn thân bể(lớp) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 chiều dày (mm) 32 28 26 24 22 20 18 16 14 12 4. Tính toán kết cấu đáy bể 4.1. Cấu tạo đáy bể Đáy bể tựa trên nền cát và chịu áp lực chất lỏng. Ứng suất tính toán trong đáy không đáng kể nên chiều dày của tấm đáy được chọn theo các yêu cầu của cấu tạo khi hàn và chống ăn mòn. Phần chính của đáy (khu giữa ), gồm các tấm thép có kích thước lấy theo các tấm thép định hình (2 x 9 m ). Phần viền ngoài (vành khăn) cần được tính toán cụ thể theo tiêu chuẩn API650[1]. Đường kính đáy phải lớn hơn đường kính bể tối thiểu là 100 mm. 4.2. Tính toán chiều dày đáy bể SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 26 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Theo API 650[1] (phần 3.4.1) chiều dày tối thiểu của đáy bể chưa kể ăn mòn là 6 mm.Vậy chiều dày của đáy bể là : Tb = 6+CA = 6+2 =8 (mm) Chọn tb =8 (mm). 4.3. Tính toán tấm vành khăn (annular bottom plate) 4.3.1. Tính toán chiều dày tấm vành khăn. Theo bảng 3.1 của tiêu chuẩn API 650[1] với bể có đường kính bể 50 m, áp lực thiết kế cho phép  190 MPa, chiều dày tấm thành bể lớn nhất là 26 mm. Chiều dày tối thiểu của tấm vành khăn là: t ba = 6 + CA = 6 + 2 = 8 mm(CA là chiều dày chống ăn mòn của tấm vành khăn ở đáy: 2 mm) Chọn chiều dày của tấm vành khăn là: 10 mm 4.3.2. Tính toán chiều rộng của tấm vành khăn Theo mục 3.5.2. của tiêu chuẩn API 650[1]. Khoảng cách giữa thành trong của bể và mối hàn chồng  600mm . Tấm vành khăn phải nhô ra khỏi ít nhất là 100 mm . Trong trường hợp độ rộng của tấm vành khăn lớn hơn yêu cầu thì tính toán theo công thức sau: 215tba ( H * G )0,5 ( 2.18 ) Trong đó: - tba là chiều dày của tấm vành khăn H là chiều cao lớn nhất của mực chất lỏng chứa trong bể G là tỷ trọng chất lỏng chứa trong bể Thay số vào (2.18) ta có:  215 x10  / (19.7 x0,8) 620, 65mm Chọn kích thước của tấm vành khăn sao cho phù hợp với kích thước của tấm thép sản xuất thực tế. Vì vậy chọn bề rộng của tấm vành khăn là 2000 mm, phần nhô ra phía ngoài bể là 200 mm. 5. Tính toán vành gia cường chống gió SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 27 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Vành chống gió có tác dụng làm giảm chiều cao tính toán của thành bể, giúp cho bể ổn định, không bị biến dạng dẻo, tính toán thiết kế vành chống gió dựa trên việc so sánh giữa chiều cao ổn định của thành bể và chiều cao quy đổi của thành bể theo mục 3.9.7. Tiêu chuẩn API 650[1].  Chiều cao ổn định của thân bể Chiều cao lớn nhất của thành bể không bị biến dạng dẻo được tính theo công thức sau: t H1 9, 47* t * ( )3 D ( 2.19 ) Trong đó: - H1 là khoảng cách theo phương đứng giữa vành chống trung gian với thép góc ở đỉnh bể hay là khoảng cách lớn nhất không cần gia cường t là bề dày tầng bể trên cùng D là đường kính bể thiết kế 3 Thay số vào 2.19 ta có:  12  9.47 x12 x   11.9( m)  54   Chiều cao quy đổi của thân bể: Wtr W* ( tuniform 5 ) tactual ( 2.20 ) Trong đó: - Wtr là chiều cao quy đổi của thành bể W là chiều cao thực tế của thành bể tuniform là bề dày tầng tôn trên cùng tactual là bề dày thực tế của thành bể Thay số vào ta có kết quả như sau: Bảng II. 5. Chiều cao quy đổi thân bể. Tính toán chiều cao quy đổi SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 28 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Tầng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 W(m) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 tuniform(mm) 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 Tổng cộng tactual(mm) 32 28 26 22 18 16 14 10 8 8 Wtr(m) 1.52 1.56 1.58 1.63 1.70 1.7 1.78 1.91 2 2 17.43 Chiều cao ổn định quy đổi thân bể: Hqd = Wtr = 17.43 (m) Nhận xét: Hqd = 17.42 > 11.9 = H1 suy ra cần phải đặt vành gia cường, và chỉ cần thiết kế một vành chống gió  Vị trí của vành chống gió trung gian:  Chiều cao chuyển đổi của đoạn thân bể từ vành chống gió trung gian đến đỉnh bể và đến đáy bể phải nhỏ hơn chiều cao ổn định H1  Không được đặt nằm trong phạm vi 150 mm của đường hàn vòng. Khi tính toán sơ bộ vành chống gió đặt trong phạm vi 150 mm của đường hàn thì nó phải được đặt ở dưới. Từ các điều kiện trên ta chọn được vị trí đặt vành chống gió trung gian: nằm giữa tầng thứ 8 cách đáy của tầng 9 là 1000 mm.  Tính toán tiết diện vành chống gió Theo API650(3.9.7.6) moment kháng uốn của vành chống gió trung gian được tính theo công thức : D 2 * H1 z 17 ( 2.20 ) Trong đó: - D là đường kính thiết kế bể (m) Z momen chống uốn yêu cầu nhỏ nhất (cm3) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 29 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Thay số vào 2.20 ta có : z 542 xH 1 2041.2(cm3 ) 17 Tra bảng thép góc đều cạnh và chọn loại thép N 025 làm vành cứng chống gió. Có các thông số sau b(mm) d (mm) 250 R (mm) 20 24 r (mm) 8 Jx (cm4) 5765 Z0(cm) Z(cm3) 6.91 3170 b d x R x d z o b CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁI BỂ 1. Thiết kế mái bể 1.1. Lựa chọn kết cấu mái bể SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 30 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Do đặc điểm kết cấu mái chỉ có tác dụng che nắng che mưa, tải trọng tác dụng chủ yếu lên mái là tải trọng gió, tải trọng bản thân và hoạt tải sửa chữa nên ta lựa chọn kết cấu mái là mái nón có cột trung tâm đỡ mái. Kết cấu đỡ mái là các hệ thống dàn vì kèo hướng tâm và các dàn vì kèo được liên kết với nhau ngoài mặt phẳng bằng hệ thống các xà gồ vòng. 1.2. Đặc điểm Do các tấm lợp của mái bể là các tấm thép hình có bề dầy 2 mm, và yêu cầu sử dụng trên mái ít. Cần đảm bảo độ thoát nước an toàn trong quá trình sử dụng. Nhịp của dàn vì kèo khá lớn, độ dốc nhỏ, chiều cao của dàn bị hạn chế 1.3. Xác định các kích thước cơ bản của mái Theo TCVN chiều cao dàn phụ thuộc vào nhịp và độ dốc mái, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào các điều kiện riêng biệt cụ thể của mái. Với dàn có độ dốc i = 100 và nhịp dàn là L = 26 m. Ta chọn chiều cao dàn theo yêu cầu và điều kiện cụ thể h = 1.5 m. Hệ thanh bụng của dàn được bố trí để các nút trùng với các vị trí đặt tải, là vị trí liên kết giữa dàn và xà gồ. Góc nghiêng hợp lý của các thanh bụng vào khoảng 300 – 550. Có thể dùng hệ thanh bụng tam giác và có thể là thanh đứng, thanh xiên , hoặc kết hợp giữa các hệ thanh. Khoảng cách giữa các nút phụ thuộc vào tấm lợp. Mái dạng hình nón, có góc hợp với mặt ngang bể là: i = 10 0, độ dốc của mái bể được lựa chọn sao cho phù hợp với điều kiện đảm bảo độ thoát nước tốt, và sao cho tải trọng ngang tác dụng lên thành bể là nhỏ nhất. Liên kết hai đầu dàn: một đầu dàn được liên kết cứng với đầu cột, coi như là liên kết ngàm, còn một đầu, một nửa thanh đứng đầu dàn được liên kết vào thành bể. Và các tấm mái cũng được hàn kín với thành bể . 1.4. Tải trọng tác dụng lên mái Trọng lượng tấm mái, với chiều dầy tấm mái là t = 2 mm, vậy trọng lượng tấm mái trên một mét vuông là : Pm = 78 x 1 x 1 x 0.002 = 0.156 (kN/m2). Trọng lượng lớp cách nhiệt: Pcn = 0.05 (kN/m2). Hoạt tải trên mái (theo TCVN 2737, mái không sử dụng, không có người đi lại) là: Pht = 0.75 (kN/m2 Tải trọng gió: tính toán theo tiêu chuẩn: TCVN 2737- 1995[2]. Do độ dốc mái rất nhỏ nên tải trọng gió tác dụng lên mái là gió hút. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 31 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Áp lực gió xác định như sau: W = W 0kc Trong đó: - W0 :áp lực gió,dựa vào vị trí xây dựng là Đình Vũ thuộc thành phố Hải Phòng(IV.B) ta tra phụ lục E[2] và bảng 4[2] suy ra: W 0 =155 (daN/m2) K: Hệ số kể tới sự thay đổi gió theo độ cao. Bảng III.1. Hệ số k(z) theo độ cao và dạng địa hình. - Độ cao(m)/ Địa hình A B C 3 1 0.80 0.47 5 1.07 0.88 0.54 10 1.18 1.00 0.66 15 1.24 1.08 0.74 20 1.29 1.13 0.80 30 1.37 1.22 0.89 40 1.43 1.28 0.97 50 1.47 1.34 1.03 60 1.51 1.38 1.08  : Hệ số độ tin cậy của P, lấy = 1.2 c :Hệ số khí động của gió với mái bể Tra trong bảng chỉ dẫn xác định hệ số khí động sơ đồ 33 ta được: Tính toán tải trọng gió lên phần thân và mái bể:  Phần thân bể: ce1 = 0.56 P = 155x1.11x1.2x0.45 = 92.907 (daN/m2) = 0.929 (kN/m2)  Phần mái bể: ce2 = - 0.61  Ta có bảng tải trọng gió tác dụng lên mái bể như sau: Bảng III. 2. Tải trọng gió tác dụng lên mái bể. z 21.50 21.82 Hệ số k CZ 1.14 -0.61 1.15 -0.61 Wo 1.55 1.55 Wz -1.08 -1.08 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 32 B 5.29 4.95 dt 1.74 1.74 df 1.74 1.74 Pi -0.99 -0.93 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 22.14 22.47 22.79 23.11 23.43 23.76 24.08 24.40 24.72 25.04 25.37 25.69 26.01 26.33 1.15 1.15 1.16 1.16 1.16 1.16 1.17 1.17 1.17 1.18 1.18 1.18 1.18 1.19 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 -1.08 -1.09 -1.09 -1.09 -1.09 -1.10 -1.10 -1.10 -1.10 -1.11 -1.11 -1.11 -1.12 -1.12 4.61 4.27 3.93 3.59 3.25 2.91 2.57 4.43 3.75 3.07 2.39 1.71 1.03 0.18 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 -0.87 -0.81 -0.74 -0.68 -0.62 -0.56 -0.49 -0.85 -0.72 -0.59 -0.46 -0.33 -0.20 -0.04 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mái: Bảng III. 3. Tổ hợp các tải trọng tác dụng lên mái bể. Tải trọng Tổ hợp 1 Tổ hợp 2 Tổ hợp 3 Trọng lượng tấm mái x x x Trọng lượng lớp cách nhiệt x x x Hoạt tải trên mái x x Tải trọng gió x x Tổ hợp 1 bao gồm trọng lượng tấm mái, trọng lượng lớp cách nhiệt, hoạt tải trên mái và tải trọng gió.  Tổ hợp 2 bao gồm trọng lượng tấm mái, trọng lượng lớp cách nhiệt và hoạt tải trên mái  Tổ hợp 3 bao gồm trọng lượng tấm mái, trọng lượng lớp cách nhiệt và tải trọng gió 1.5. Tính toán thiết kế chi tiết kết cấu mái: 1.5.1. Tính toán xà gồ vòng:  Để tính toán xà gồ vòng ta lấy một xà gồ nguy hiểm nhất để tính toán(xà gồ có nhịp tính toán dài nhất). Xà gồ là cấu kiện chịu uốn xiên có ta dùng thép hình cán sẵn có dạng chữ nhật hoặc hình chữ C, chữ I. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 33 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Nhịp của xà gồ là các bước dàn. Do đặc điển của mái tròn là các dàn hướng tâm vì vậy các nhịp của xà gồ thay đổi. Ta chọn xà gồ ngoài cùng có nhịp lớn nhất để tính toán. Để tiết kiệm vật liệu và giảm tải trọng tác dụng lên mái ta thiết kế tiết diện xà gồ thay đổi theo nhịp của xà gồ. Nhưng vẫn giữ nguyên chiều cao của xà gồ để đảm bảo độ phẳng của mái. Chọn tiết diện xà gồ có mặt cắt ngang là chữ C rỗng. Xác định tải trọng tác dụng lên xà gồ: Tải trọng tác dụng lên xà gồ được xác định như sau.  q cb  q n  g   cos   Trong đó: - qc : Tải trọng tiêu chuẩn trên 1 m2 mặt mái. b : Khoảng cách giữa các xà gồ. g : Trọng lượng bản thân của xà gồ. n : Hệ số vượt tải. : góc nghiêng mặt mái so với phương ngang Các thành phần tác dụng lên xà gồ như sau. qx=q.sin α qy=q.cos α Liên kết 2 đầu xà gồ coi là liên kết khớp. Xác định các nội lực của xà gồ. 1 M x  qxl 2 8 1 M y  q yl 2 8 ứng suất lớn nhất do tác dụng đồng thời của hai mômen M x, My. Trong hai mặt phẳng được kiểm tra theo công thức sau   x   y  Mx My  R Wü W y Độ võng của xà gồ : = 5.ql4 /384EI SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 34 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Độ võng cho phép của xà gồ là 1/150L f  f x2  f y2 Ta có bảng tính toán thiết kế xà gồ. Bảng III. 4. Tính toán xà gồ. BẢNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XÀ GỒ Số liệu tính toán và kiểm tra Nhịp tính toán xà gồ: L= 5.4 Khoảng cách giữa các xà gồ: B= 1.63 h= 140 Kích thước xà gồ: b= 58 t= 4.9 Tải trọng tiêu chuẩn: q= 0.881 Tải trọng tính toán: q= 0.969 Góc ngiêng của mái: a= 10 Độ võng cho phép: f= 1/150 Hệ số điều kiện làm việc: n= 0.8 Cường độ cho phép của thép: R= 210000 Hệ số vượt tải: n= 1.1 Môđun đàn hồi E= 2.1x108 Kết quả tính toán Diện tích tiết diện xà gồ : A= 1560 Trọng lượng bản thân g= 0.122 Tải trọng tác dụng lên xà gồ : q= 3.96 qx = 0.68 Các thành phần tải trọng : qy = 3.90 Mx = 2.55 Mômen uốn My = 14.23 Wx = 70200 Mômen kháng uốn Wy = 11000 Ix = 4910000 mômen quán tính Iy = 454000 ứng suất : = 430.2 f= 34.02 Độ võng f/L = 0.0062 Độ võng cho phép 1/150 0.0067 Kiểm tra Kiểm tra độ bền Thỏa mãn Kiểm tra độ võng Thỏa mãn SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 35 m m mm mm mm kN/m2 kN/m2 độ mm kN/m2 kN/m2 mm2 kN/m kN/m kN/m kN/m kNm kNm mm3 mm3 mm4 mm4 kN/m2 mm TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Kết quả tính toán ta chọn được thép hình chữ [14 có kích thước cơ bản sau đây: Có các đặc trưng tiết diện sau đây : Chiều cao : h = 140 mm Chiều rộng cánh : b = 58 mm Chiều dầy bụng : d = 4.9 mm Chiều dầy trung bình cánh : t = 8.1 mm Bán kính lượn góc : R = 8.0 mm Diện tích tiết diện : F = 15.6 cm2 Khối lượng riêng : g = 12.3 kg/m Mômen quán tính với trục trung hoà : Jx = 491 cm4 Mômen chống uốn với trục trung hoà : Wx = 70.2 cm3 Bán kính quán tính với trục trung hoà : rx = 5.6 cm Mômen quán tính với trục y – y : Jy = 45.4 cm4 Mômen chống uốn với trục y - y : Wy = 11 cm3 Bán kính quán tính với trục trung hoà : ry = 1.7 cm 1.5.2. Tính toán thiết kế dàn vì kèo  Sơ đồ tính dàn vì kèo VK1 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 36 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Tải trọng tác dụng lên dàn vì kèo. Tải trọng tác dụng lên dàn là những lực tập trung tác dụng tại các nút dàn gồm Tải trọng thường xuyên gồm có trọng lượng các tấm mái, trọng lượng kết cấu mái. Trị số các tải trọng này được xác định như sau. Tải trọng gió: là gió hút(bốc) xác định như trên, trường hợp gây nguy hiểm là khi mái chỉ chịu tải trọng gió. Hoạt tải lấy như trên  d f  dt  tc Pi B  q 2   Trong đó : - Pi : Tải trọng tác dụng lên nút dàn thứ i B : Bước dàn df : Khoảng cách nút dàn bên phải. dt : Khoảng cách nút dàn bên trái. qtc: Tải trọng tiêu chuẩn phân bố trên đơn vị diện tích mặt bằng (nếu phân bố trên đơn vị diện tích mái dốc thì phải chia cho cos;  là góc nghiêng của mái); Khi tính Pi cần phải tính riêng rẽ cho tải trọng thường xuyên (trọng lượng các kết cấu thuộc phạm vi mái như: tấm lợp, lớp cách nhiệt, xà gồ) và các tải trọng tạm thời như sửa chữa mái, gió như sau: Bảng III. 4. Tải trọng tại các nút mái. TT GIÓ TT HT Pi (KN) Pi (KN) Pi (KN) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 1 -0.99 0.19 0.83 2 -0.93 0.18 0.78 3 -0.87 0.17 0.72 4 -0.81 0.15 0.67 5 -0.74 0.14 0.62 6 -0.68 0.13 0.56 7 -0.62 0.12 0.51 8 -0.56 0.10 0.46 9 -0.49 0.09 0.40 10 -0.85 0.16 0.69 11 -0.72 0.13 0.59 12 -0.59 0.11 0.48 13 -0.46 0.09 0.37 14 -0.33 0.06 0.27 15 -0.20 0.04 0.16 0.01 0.03 16 -0.04 Ta chọn sơ bộ các dàn vì kèo như sau: Bảng III. 4. Tiết diện các cấu kiện mái. Cấu kiện Thanh cánh trên Thanh cánh dưới Thanh đứng Thanh xiên Xà gồ Tiết diện 2L100x75x8 2L75x50x8 L65x65x6 L65x65x6 C140x58x4.9x8.1 A(cm2) 27 18.82 7.53 7.53 15.6  Xác định nội lực bằng SAP 2000 sau đó kiểm tra ứng suất và độ mảnh của các thanh ta được kết quả sau: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên mái bể. TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 39 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Biểu đồ nội lưc tác dụng lên mái bể TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 40 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Bảng III. 4. Kiểm tra ứng suất các thanh dàn. STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N (kN) 2.79 -47.01 -41.8 -72.8 -65.49 -82.57 -73.58 -82.42 -63.41 -68.11 -51.88 -11.64 -1.85 133.7 134.8 N (kN) -58.8 -58.75 -16.24 -16.21 12.76 12.78 33.56 33.58 53.08 53.08 51.63 51.63 -12.41 -12.54 -126.9 THANH CÁNH TRÊN( 2L100x75x8) A(cm2) f(kN/cm2)   1 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 0.73 0.8 13.5 21 1 0.8 13.5 21 1 0.8 13.5 21 THANH CÁNH DƯỚI ( 2L75x50x8) A(cm2) f(kN/cm2)   0.63 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 1 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 0.63 0.8 9.41 21 THANH XIÊN( L65x65x6) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 41 σ λ TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM σ λ TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N (kN) -41.12 28.5 -28.81 19.76 -20.02 14.16 -15.2 11.78 -6.36 4 0.83 -31.98 67.51 -78.27 85.71  0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61 1 1 0.61 1 0.61 1  0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 A(cm2) 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 f(kN/cm2) 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 σ λ TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM σ λ TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM THANH ĐỨNG ( L65x65x6) STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N (kN) -7.24 0.28 -2.88 0.26 -1.86 0.26 -0.69 0.23 -4.78 0.22 -2.89 0.17 -17.1 0.55 -7.82  0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61 1 0.61  0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 A(cm2) 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 7.53 Các thanh đủ khả năng chịu lực. Kết quả tính tính cụ thể ở phụ lục. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 42 f(kN/cm2) 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Chiều dài tính toán các thanh. lx = ly = l Đối với các thanh chịu nén: Diện tích cần thiết của tiết diện thanh cần thiết tính theo công thức sau Act  N R Trong đó : - Act: N: R:   Diện tích cốt thép cần thiết. Nội lực trong các thanh. Cường độ tính toán của thép. Hệ số điều kiện làm việc . Hệ số uốn dọc tra bảng D.8 - [3] phụ thuộc vào độ mảnh. Kiểm tra ứng suất của các thanh chịu nén theo công thức. N  min Ac  R Kiểm tra độ mảnh cho phép. max  imax    A Đối với các thanh chịu kéo. Diện tích cần thiết của tiết diện thanh cần thiết tính theo công thức sau Act  N R Trong đó : Act: Diện tích cốt thép cần thiết. N: Nội lực trong các thanh. R: Cường độ tính toán của thép.  Hệ số điều kiện làm việc . Kiểm tra ứng suất của các thanh chịu nén theo công thức. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 43 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 N  R Ac Kiểm tra độ mảnh cho phép. max  imax    A Ta dùng các thép góc để liên kết tạo thành dàn, các thép góc trong dàn dùng thép góc không được nhỏ hơn thép góc L50x5, bề dầy các thép góc không được nhỏ hơn 5mm. Và trong một dàn không được dùng quá 6 loại thép. Các thanh dàn ghép bởi hai thép góc phải có miếng đệm giữa hai thép góc. Đồng thời mỗi một thanh giữa 2 nút không được cho các thanh di chuyển ra ngoài mặt phẳng của dàn. Các thanh liên kết vào bản mã bằng đường hàn góc cạnh, chiều dài các đường hàn không được nhỏ hơn 40mm. Chiều cao tiết diện các đường hàn không nhỏ hơn 4mm. Với thanh bụng các đường hàn nên kéo trùm sang bên đầu nút thanh 20mm. Khoảng hở giữa thanh bụng và thanh cánh ở nút dàn hàn có bản mã không nhỏ hơn 20mm và không lớn hơn 80 mm. 1.5.3. Thiết kế cột trung tâm đỡ dàn vì kèo  Xác định các loại tải trọng tác dụng lên cột: Tải trọng tác dụng lên đầu cột bao gồm các tải trọng do các đầu dàn vì kèo tác dụng lên, tải trọng cầu thang và tải trọng các thiết bị có trên mái bể. - Tải trọng các đầu dàn Tải trọng các thiết bị trên nóc bể Tải trọng cầu thang Tải trọng kết cấu đỡ đầu dàn Hoạt tải : N = 59.23 x 16 = 947.68 kN : N = 160 kN : N = 46 kN : N = 15 kN : N = 20 kN Tổng tải trọng tác dụng lên đầu cột là : F = 1188.68 kN  Chiều cao cột Lc = 25.5m Cột liên kết ngàm tại chân cột và đỉnh cột. Ta có chiều dài tính toán của cột tính theo công thức sau: L0=¿ Lc . Trong đó: - L0 chiều dài tính toán của cột : bằng 0.5 nếu hai đầu là ngàm và bằng 0.7 nếu đầu ngàm đầu khớp SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 44 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Tuy nhiên trong tính toán thiên về an toàn nên lấy cột đầu ngàm đầu khớp (=0.7) Chiều dài tính toán của cột là : L o = 0.7* 25.5 = 18.55 (m) Lc =0.7∗22.4=15.68 ( m ) Độ mảnh cho phép của cột là 200  Xác định diện tích cần thiết của cột. A ct = N/(φγR) Act = A ct = 1188.68/(0.8*0.8*21)=88.44 (cm2) N 76.804 = =57 ( cm2 ) φ γ c R 0.8∗0.8∗2.1  hệ số uốn dọc tra trong bảng D.8 - [3] Chọn cột có tiết diện tròn, D = 1 m , t = 9 mm. Có các đặc trưng hình học: A = 250 (cm2) Ix = Iy = 155126.8(cm4) Wx = Wy = 2336.2 (cm3) i x = iy = 24.91(cm) khối lượng 1m chiều dài: 195.0 (Kg)khối lượng cột chống: mcột = 195*25.5/1000 = 51.68 (kN)  Kiểm tra độ mảnh λ = Lo/ix = 18.55/24.91*100 = 74.47 < 200 = [λ]  Kiểm tra ổn định tổng thể σ = N/.A = 1188.68/(0.80*250) = 5.94 < λ.R = 0.8*21 = 16.8 (kN/cm 2) Với  là hệ số uốn dọc tra trong bảng D.8 – [3] Kết luận Cột đảm thỏa mãn điều kiện ổn định và độ mảnh. 1.5.4. Tính toán thiết kế liên kết các nút dàn Các nút dàn ta lựa chọn là liên kết hàn. 1.5.4.1. Nguyên tắc chung của liên kết hàn. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 45 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3     Trục các thanh dàn đồng quy tại tim trục nút dàn, tim nút nằm trên trục của thanh cánh , để dễ chế tạo và liên kết, khoảng cách giữa trục và sống thép góc lấy chẵn. Các thanh dàn được liên kết hàn với bản mã bằng các đường hàn góc cạnh, chiều cao đường hàn không nhỏ hơn 4 mm, chiều dài một đường hàn không nhỏ hơn 50 mm. Khoảng cách đầu thanh bụng với thanh cánh không nhỏ hơn 40 mm và không lớn hơn 80 mm. Bản mã là hình dạng đơn giản dễ chế tạo. 1.5.4.2. Tính toán liên kết hàn Ta chọn một nút dàn điển hình có nội lực tại nút dàn là lớn nhất để tính toán. Chọn một nút dàn ở thanh cánh trên và một nút dàn tại thanh cánh dưới:  Nút dàn thanh cánh dưới (nút số 506) Kết quả tính toán nội lực bằng phần mềm SAP2000v14 ta có : N1674 = -13.258 T = -132.58 kN N1675 =2.496 T = 24.96 kN N1816 = -3.26 T = -32.6 kN N1815 = 2.35 T = 23.5 kN N1773 = -0.91 T = -9.1 kN Chiều dài đường hàn của các thanh với bản mã tính theo công thức sau:  lw  N h f c (  . f w ) min Trong đó: - ∑ l w: là tổng chiều dài đường hàn - hf : chiều cao đường hàn chọn (hf = 8 mm) - c: hệ số điều kiện làm việc lấy bằng 0.8 - ( ¿ f w )min: lấy giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị sau :❑f f wf và ❑s f ws - ❑f ,❑s : lần lượt lấy bằng: 0.7 và 1 (hàn bằng tay). - fwf, fws : cường độ tính toán chịu cắt quy ước của thép đường hàn và của thép cơ bản của biên đường hàn. Cấp độ bền thép CT34 và dùng que hàn N46: fwf = 0,85f = 0.85 x 2100 = 1800 daN/cm2 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 46 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 fws = 0,45fu = 0,45 x 3450 = 1552 daN/cm2 Vậy ta có : ❑f f wf = 0,7 x 1800 = 1260 daN/cm2 177 3 n n 18 16 ❑s f ws = 1 x 1552 = 1525 daN/cm2 n 1 5 81 n n 167 5  Với thanh xiên (tính với thanh số 1816: N = 32.6 (kN) - Chiều dài đường hàn sống : ls  - 0, 7 N 2h f ( f w ) min c Chiều dài đường hàn mép : lm  0,3N 2h f (  f w )min c Thay số vào ta có: - Chiều dài đường hàn sống: 0.7 *32.6*100 1.42(cm) ls = 2*0.8*1260*0.8 Vậy chọn ls= 5 (cm) - Chiều dài đường hàn mép: 0.3*32.6*100 0.61(cm) ls = 2*0.8*1260*0.8 Vậy chọn lm = 4 (cm) Do là các đường hàn góc cạnh nên ta kiểm tra điều kiện: l w 85 f h f Thay số: lw 85x0.7x0.8 =47.6 (cm). Vậy thỏa mãn điều kiện SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 47 167 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Với thanh đứng (thanh số 1773: N1773 =-9.1 kN) - Chiều dài đường hàn sống : ls  - 0, 7 N 2h f (  f w ) min c Chiều dài đường hàn mép : lm  0,3 N 2h f ( f w )min c Thay số vào ta có: - Chiều dài đường hàn sống: ls = 0.45 (cm). Chọn ls = 8.5 (cm) Chiều dài đường hàn mép: ls = 0.25 (cm). Chọn ls = 4 (cm) Kiểm tra điều kiện: l w 85 f h f Thay số: lw 85x0.7x0.8 =47.6 (cm). Vậy thỏa mãn điều kiện  Với thanh cánh (có nội lực N1674= -132.58 kN và N1675= 24.96 kN ) Chiều dài đường hàn sống: ls  0, 7 N 2h f (  f w ) min c Thay số vào ta có: Chiều dài đường hàn sống ls = 5.75(cm). Vậy chọn ls = 10(cm) Với đường hàn mép thanh cánh không cần phải tính toán, lấy l m = 8(cm) Kiểm tra điều kiện: l w 85 f h f Thay số: lw 85x0.7x0.8 =47.6 (cm). Vậy thỏa mãn điều kiện. 2. Kiểm tra ổn định lật của bể dưới tác dụng của tải trọng gió 2.1. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên bể Tải trọng gió tác dụng lên thân bể được tính theo công thức sau: Fgió = cn*Wo*k*D*H Trong đó: - Cn hệ số khí động (cn = 0.5) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 48 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 - W0 áp lực gió (w0 = 1.55 kN) D đường kính bể H chiều cao bể Thay số: F gió = 0.5*1.55*0.98*54*20 = 837 (kN) F gi ó=0.5∗0.155∗0.98∗50∗18=68.355(T ) Moment gây lật do gió: Mgió= Fgió*H/2 = 837*20/2 = 8370 (kN.m) Ta có tổng trọng lượng thân bể và mái:W=5963.5(kN)W =492.4 (T ). Kết quả tính toán trong phụ lục . 2.2. Kiểm tra lật của bể Theo mục 3.11.2 - [1] việc kiểm tra được thực hiện theo công thức sau: 2 W∗D ¿ ( ) M 3 2 Trong đó: - M moment do gió gây ra W tổng trọng lượng của thành bể không kể ăn mòn, cộng với trọng lượng bản thân của kết cấu mái khi bể không chứa dầu (xăng) D đường kính của bể 2 5963*54 ( ) 107334 2 Thay số: 3 (kNm) > 8370 (kNm) = Mgió Kết luận: điều kiện chống lật đảm bảo,bể không cần neo giữ. 3. Lựa chọn kết cấu mái nổi cho bể 3.1. Giới thiệu về mái nổi Một vấn đề thường gặp trong quá trình lưu trữ nhiên liệu ở các bể chứa nhất là những nhiên liệu như xăng dầu…Do có tính bay hơi mạnh mẽ của các loại nhiên liệu này gây ra áp lực lên mái bể, một phần lên thành bể và nguy hiểm hơn đó là việc dễ phát sinh cháy nổ, hao phí nhiên liệu, ăn mòn các kết cấu đỡ mái bể. Hạn chế sự bay hơi này là một yếu tố quan trọng trong thiết kế các loại bể chứa nhiên liệu. Có rất nhiều biện pháp khác nhau nhằm hạn chế sự ăn mòn này như sử dụng bể chứa có thiết kế thêm phao nổi (kết cấu mái nổi). Một trong những biện pháp đơn giản dễ thực hiện là sử dụng mái nổi nhất là đối với bể chứa có đường kính lớn thì mái nổi càng tỏ rõ tính ưu việt của mình, do việc thi công đơn giản, giá thành rẻ hơn việc sử dụng các loại kết cấu mái khác. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 49 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Trên thực tế có rất nhiều loại mái nổi dùng cho bể chứa, với nhiều chủng loại khác nhau được làm từ các loại vật liệu khác như: Thép, nhôm, nhựa… Tuỳ theo loại nhiên liệu chứa trong bể, đường kính bể và thời gian quay vòng sản phẩm mà lựa chọn mái nổi cho phù hợp. 3.2. Các phương án mái nổi Hiện nay Việt Nam có nhiều chủng loại mái nổi khác nhau được sử dụng rộng rãi cho các loại bể khác nhau. Cũng có những loại bể chứa do đặc điểm có đường kính lớn, hiện nay trong nước chưa có khả năng sản xuất cũng như thi công được hoặc có thể sản xuất nhưng giá thành cao hơn nhiều so với loại mái nổi cùng chủng loại được chào hàng của các hãng nước ngoài . Trên cơ sở phân tích các số liệu về nhiên liệu chứa trong bể, thời gian quay vòng nhiên liệu, đường kính bể…Tham khảo các loại mái nổi của các loại bể chứa tương tự hiện có tại Việt Nam hiện nay có hai phương án chính thường sử dụng như sau.  Phương án I Sử dụng mái nổi làm bằng vật liệu thép, hiện nay loại mái này thường được sử dụng cho các loại bể có kích thước trung bình và nhỏ. Loại mái này được tổ hợp từ các tấm thép và chủ yếu sử dụng các liên kết hàn trong kết cấu mái bể. - Ưu điểm chính của loại mái này là tính bền vững cao, nguyên vật liệu chế tạo sẵn có và có thể chế tạo trong nhà máy rồi đem lắp ráp tại công trường, do đó có chất lượng khá tốt. Nhược điểm lớn nhất của mái này đó là trọng lượng mái rất lớn, với những loại bể có đường kính lớn thì việc sử dụng mái thép tỏ ra kém hiệu quả và một nhược điểm thường hay gặp trong khi vận hành đó là hiện tượng cong vênh dẫn tới việc lên xuống của bể gặp khó khăn .  Phương án II Sử dụng mái nhôm, đây là loại mái nổi hiện đại. Hiện nay mới được sử dụng ở một số công trình tại việt nam .Nhưng nó đang tỏ rõ tính ưu việt cũng như sự phù hợp trong việc vận hành. - Ưu điểm nổi bật của mái nổi nhôm là trọng lượng của mái nhỏ, kết cấu hoạt động ổn định chính xác và việc thi công rất đơn giản do kết cấu chủ yếu sử dụng các liên kết bulông. Với những bể chứa có đường kính lớn thì loại mái này tỏ rõ sự ưu việt của mình. - Nhược điểm chính của loại mái này là với những loại mái có đường kính lớn thì không thể sản xuất trong nước.  Phân tích lựa chọn phương án mái . SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 50 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Với bể chứa dầu và xăng thể tích 45.000 m 3 là loại bể chứa lớn có đặc điểm là khả năng ăn mòn cao. Vì vậy việc lựa chọn kết cấu nổi bằng nhôm tỏ ra hiệu quả hơn cả. Mô tả mái nổi bằng nhôm : Mái nổi bằng nhôm sử dụng chủ yếu là kết cấu tấm vỏ được liên kết với nhau bằng các liên kết bulông và ốc vít. Mái nổi do được nâng đỡ bởi các ponton trụ dài đặt vuông góc với các ponton là hệ các dầm bằng nhôm, các poton được gắn với dầm bằng một đai nhôm, giữa các tấm nhôm được liên kết với nhau bằng chi tiết kẹp.Toàn bộ mái được đỡ bằng hệ thống chân đỡ. Để đảm bảo sự thẳng đứng khi di chuyển lên xuống. Mái nổi sẽ có một hệ thống định hướng bằng cáp, theo đó di chuyển lên xuống, mái nổi sẽ trượt theo các sợi cáp này. Độ kín khít giữa mái và thành bể được đảm bảo bằng hệ thống đệm đặc biệt. Chi tiết mái nổi: việc tính toán kiểm tra mái nổi theo phụ lục H quy phạm API 650[1] cho mái nổi bằng nhôm. Nhưng trong phạm vi đồ án không thiết kế mái nổi, chỉ lựa chọn sao cho mái nổi có chiều cao 1m. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 51 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ NỀN MÓNG I. Đặt vấn đề Móng là một bộ phận hết sức quan trọng của công trình, là bộ phận trực tiếp chịu toàn bộ tải trọng của công trình truyền xuống đất. Vì vậy móng góp phần quan trọng đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và sự an toàn của toàn bộ công trình. Do đó việc lựa chọn giải pháp kết cấu móng hợp lý, phù hợp nhất cho công trình là rất cần thiết và quan trọng. II. Số liệu địa chất tại nơi xây dựng công trình: ( Xem phụ lục địa chất ) Địa chất công trình như sau: 0,00 m s¬ ®å mÆt c¾t ®Þa chÊt -1,50 m 1 §Êt lÊp , bªt«ng, c¸t nhá lÉn h¹t th« nhiÒu sái. 2 Bïn sÐt mµu x¸m xanh , x¸mh÷u ®enc¬ lÉn vá sß 3 SÐt mÇu x¸m xanh lÉn ®èm vµngchÈy , tr¹ng th¸i dÎo , cã N=2,27 -14,5 m -31,0 m 4 SÐt pha mÇu x¸m xi m¨ng, th¸i dÎotr¹ng mÒm ®«i chç xen kÏ m¹ch c¸t mÞn, cã N=4,2 -39,00 m 5 C¸t vµng mÇu tr¾ng ®ôc lÉn Ýtth¸i s¹n b·o hoµ níc tr¹ng kÕt cÊu N=36,8 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 52 III. TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Xây dựng phương án nền móng Tải trọng công trình thiết kế là rất lớn, khu vực xây dựng nằm trong vùng có nhiều công trình xây dựng từ trước Đất nền gồm 5 lớp: – Lớp 1: đất bao gồm bê tông, phía dưới cùng là lớp cát hạt thô lẫn nhiều sỏi sạn, dày 1.5m, kết cấu rời rạc là lớp đất yếu. – Lớp 2: bùn sét màu xám đen lẫn hữu cơ vỏ sò là lớp đất rất yếu, có chiều dày tương đối lớn từ 13-16m . – Lớp 3: sét màu xám xanh, đốm vàng, trạng thái chảy dẻo, dày 16.5m cũng là lớp đất yếu tính ổn định kém và chiều dày lớn. – Lớp 4: sét pha màu nâu xám xi măng, dày 8m trạng thái dẻo mềm là lớp đất có tính năng xây dựng trung bình. – Lớp 5: cát hạt vừa màu trắng đục lẫn ít sạn, trạng thái bão hòa nước, kết cấu chặt là lớp đất tốt có tính chịu lực tốt. 1. Các phương án móng: – Phương án 1: móng cọc bê tông cốt thép ép bằng máy ép thủy lực. – Phương án 2: móng cọc bê tông cốt thép đóng. – Phương án 3: móng cọc khoan nhồi 1.1. Phương án cọc ép  Ưu điểm: – Dễ dàng kiểm tra quản lý chất lượng cọc khi đúc cũng như khi ép cọc. – Khi có sự cố xẩy ra lúc ép cọc thì việc khắc phục khá đơn giản. Tiếng ồn nhỏ không gây ô nhiễm môi trường. – Gây ảnh hưởng tới các công trình xung quanh. – Khi thi công không phát sinh tia lửa điện , rất phù hợp với điều kiện thi công trong khu vực yêu cầu về PCCC cao.  Nhược điểm – Yêu cầu phải có các đối trọng lớn để gia tải khi ép vì vậy thời gian cho việc ép cọc rất lớn và phức tạp. – Đòi hỏi mặt bằng thi công tương đối lớn. – Giá thành thi công cọc cao. 1.2. Phương án cọc đóng  Ưu điểm – Khả năng kiểm soát chất lượng cọc khi đóng và khi đúc không phức tạp và khả năng điều chỉnh khi gặp sự cố đơn giản. – Giá thành thi công thấp do công nghệ thi công khá đơn giản . – Có khả năng đi tới độ sâu lớn  Nhược điểm – Tiếng ồn lớn và ô nhiễm môi trường không khí xung quanh do khí thải từ các búa máy gây ra khi thi công – Gây rung động ảnh hưởng tới các công trình xung quanh. – Chỉ được phép thi công xa nơi dân cư. 1.3. Phương án cọc khoan nhồi SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 53 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Ưu điểm – Chịu được tải trọng rất lớn, phù hợp với công trình tải trọng lớn mà các phương án móng khác không phù hợp.  Nhược điểm – Thi công khó kiểm soát được chất lượng cọc khó – Rất tốn kém khi thi công móng cọc khoan nhồi – Ô nhiễm môi trường – Giá thành thi công quá cao. Không kinh tế 1.4. Lựa chọn phương án móng Trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ở trên và các điều kiện thực tế tại nơi xây dựng công trình. Ta thấy móng cọc là phù hợp, cọc được hạ vào lớp đất thứ 5 bằng phương pháp đóng do vị trí xây dựng xa khu vực dân cư. 2. Vật liệu móng và các thông số cơ bản  Dầm vòng có tác dụng truyền lực từ thành bể xuống đài cọc. Được thiết kế theo phụ lục B của tiêu chuẩn API650[1]. Kích thước dầm chọn như sau: – Đường kính ngoài: D = 54,4 m – Đường kính trong: d = 53,6 m – Chiều cao dầm : h = 0,8 m – Cao trình đỉnh dầm + 0,6 m – Cao trình đáy dầm - 0,2 m – Trọng lượng dầm vòng : Pdv   – –  – –  – – –  *(54, 42  53, 62 ) *0,8* 2,5 135.72 4 (T)= 1357.2 (kN) Cốt thép: Cốt chịu lực trong dầm là thép CII có R = 280000 (kN/m 2) Cốt đai dùng thép CI có R = 210000 (kN/ m2) Bê tông mác 300: Rn = 1300 (kN/m2) Rk = 1000 (kN/m2) Cát chống thấm dùng cát hạt vàng:  = 18 (kN/m3) Bề dày 0.8 m Đường kính bằng đường kính trong của dầm Trọng lượng cát Pcát: Pcat   – – –  *53, 62 *0,8*18 32492.42 4 ( kN ) Đài cọc Đường kính đài : Dđ = 54.4 (m) Chiều cao đài cọc hđ = 0,8(m) Trọng lượng đài: Pđ SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 54 (4.1) TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  *54.42 *0,8* 25 Pdai  46485.52(kN ) 4 (4.2) – – – –  – – Cao trình đỉnh đài: -0,2m Cao trình đáy đài: -1m Bê tông mác 300 Cốt thép: CII Cọc Cọc có tiết diện 0.4 x 0.4(m) Chiều dài cọc dự kiến là 44(m) được chia làm 4 đoạn, mỗi đoạn dài 11m và được hạ sâu vào lớp đất thứ 5 một đoạn là: 6m và được ngàm vào đài cọc một đoạn là 0.5 (m) – Thép dọc chịu lực là CII và thép đai là CI. 3. Xác định tải trọng 3.1. Trọng lượng bản thân của bể chứa : – Trọng lượng bản thân của bể khi không chứa sản phẩm: Gbể = 830.4171 (T) =8304.171 ( kN ) – Trọng lượng bể ở trạng thái thử áp lực: Gtest = Gbể + Gnước trong bể =8304.171+450000 = 458304.171( kN ) – Trọng lượng của dầm vòng: Pdv = 135.72 (T) = 1357.2 ( kN ) – Trọng lượng của cát: Pcát = 32492.42 (T)= 32492.42 ( kN ) – Trọng lượng của đài móng: Pđ = 46485.52 (T) = 46485.52 ( kN ) Suy ra tổng trọng lượng của toàn bộ công trình tác dụng lên hệ móng cọc theo phương đứng: N = Gtest + Pdv + Pcát + Pđ = 458304.171 + 1357.2 + 32492.42 + 46485.52 =538639.31(kN) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 55 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 3.2. Tải trọng ngang lên đài cọc Tải trọng ngang tác dụng lên đài cọc là tải trọng gió: – Tốc độ gió tại khu vực thiết kế: 34.6(m/s) – Áp lực gió tác dụng lên bể: P = 0.929(kN/m2) Lực tác dụng do gió: Fgio P * D * H 0,929*54*20 1003.32(kN ) 3.3. (4.3) D, H là đường kính và chiều cao bể Tải trọng phân bố trên đài móng Tải trọng phân bố này do trọng lượng của chất lỏng chứa trong bể và trọng lượng bản thân đáy bể, lớp cát vàng chống thấm . p N cl  N d  N c F (4.4) Trong đó : – Ncl: trọng lượng chất lỏng chứa trong bể (tính toán trong trường hợp thử tải Ncl = 450000 (KN). – Nd: trọng lượng đáy (Nd = 1730.67 kN). – Nc: trọng lương lớp cát vàng (Nc = 32492.42 (kN). Thay số vào ta có : p 3.4. 450000  1730.67  32492.42 214.6 2256.42 ( kN/m2 ) Tải trọng phân bố đều lên dầm vòng Tải trọng phân bố này do trọng lượng thân bể , mái bể truyền xuống móng . q N m  Nt C dv (4.5) Trong đó: – Nm: trọng lượng bản thân mái : Nm = 418.95 (kN ) – Nt: trọng lượng thân bể bao gồm tất các thiết bị phụ như vành chống gió, thiết bị…: Nt = 6375,75 (kN ). – Cdv: Chu vi dầm vòng SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 56 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Cdv  *54,4 170.91(m) (4.6) Thay số vào ta được : q 418.95  6375.75 39, 76(kN / m) 170.91 3.5. Tải trọng theo phương ngang tác dụng lên dầm vòng  Tải trọng tác dụng lên dầm vòng . – Tải trọng bản thân bể, lấy truờng hợp nguy hiểm nhất (G test = 458304.171 kN). – áp lực của lớp cát tác dụng lên bể .  Hai tải trọng trên gây ra trên dầm vòng một áp lực tĩnh theo sơ đồ như sau. 0,8m q P 0,4m Ko(q+h) Trong đó : – Pcd: áp lực đất tĩnh tác dụng lên mặt bên của dầm vòng. Đặt cách chân dầm một khoảng là 0.3hd Pcd  K o ..h d  K o .q 2 (4.7) Trong đó : – K0: hệ số áp lực hông tác dụng lên dầm vòng, với đất cát chặt có thể lấy = 0.5 – hd: chiều cao dầm vòng.(hd = 0,8 m) – q: áp lực phân bố lớn nhất trên bề mặt lớp đệm. Theo mục B.4.2.3 tiêu chuẩn API 650[1] giá trị của áp lực này như sau q 50%  Gn  Gd  Fd (4.8) Với: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 57 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 – Gn: trọng lượng của chất lỏng chứa trong bể : Gn = 450000 (kN ) – Gd: trọng lượng đáy bể: Gd = 1730.67 (kN) – F: diện tích đáy bể : Fd = 2290.32 (m2) Thay số ta được : q 0.5* 450000 1730.67 98.62(kN / m 2 ) 2290.32 Kết quả tính toán áp lực đất lên dầm vòng như sau : Pcd  0.5*18*0.8  0,5*98.62 52.91(kN / m) 2 áp lực chủ động (Pcd) phân bố xung quanh chu vi của dầm vòng theo sơ đồ sau. pc d 4. Kiểm tra chiều sâu đáy đài: Độ sâu chôn đài phải thỏa mãn điều kiện sau: hd 0, 7 * hmin Trong đó: – hđ độ sâu chôn đài (h = 0,8 m) hmin tan(450   H )* 2  *b (4.10) – ,  là trọng lượng thể tích đơn vị và góc nội ma sát của đất từ đáy đài trở lên – H là tổng tải trọng nằm ngang (T) – b là đường kính của đài (b = 54.4 m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 58 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Thay số vào ta có: hmin tan(45  0)* 100.332 1.04(m) 1,7*54.4 Suy ra: 0.7* hmin 0.7*1.04 0.73  08 hd Vậy độ sâu chôn đài thỏa mãn điều kiện và tải trọng ngang do toàn bộ đáy đài tiếp nhận. 5. Tính toán sức chịu tải của cọc 5.1. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Bê tông cọc: 300# Rn = 130 kG/cm2 Thép cọc và đài cọc: Thép CII Ra = 2800 kG/cm2 Cọc tiết diện: 40 x 40 cm Chọn 8 18 Fa = 20.36 (cm2) PVL = *(Rn.Fb + Ra.Fa) = 1*(130*402 +2800*20.36) = 265008(KG) = 265 (T) = 2650 (kN) 5.2. Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT Vì lớp đất số 1 bao gồm bê tông đá dăm, phía dưới cùng là lớp cát hạt thô lẫn nhiều sỏi sạn. Lớp đất này phân bố rộng khắp trên toàn bộ khu vực xây dựng công trình và cố bề dày trung bình 1.5 m. Do bề dày mỏng và là lớp san nền nên tính ổn định kém vì vậy lớp đất này không có ý nghĩa trong công tác xây dựng. Căn cứ vào tải trọng công trình và điều kiện địa chất tại nơi xây dựng công trình ta dự định sẽ hạ cọc vào lớp đất số 5 là lớp cát hạt vừa, trạng thái bão hoà nước, kết cấu chặt, với chiều dài dự kiến ban đầu của cọc là : 44 m(4 đoạn mỗi đoạn 11m ). Sau khi đóng đến độ sâu thiết kế sẽ đập vỡ đầu cọc ngàm 0.5 m vào đài cọc. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 59 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Sức chịu tải của cọc theo điều kiện địa chất công trình được tính theo phương pháp dùng kết quả thí nghiệm xuyên (SPT) của Meyerhof Sức chịu tải của cọc được xác định theo công thức sau: Pd  Qs  Qc  Wcoc Fs (4.11) Trong đó: n – Qs: là sức chịu tải của cọc do ma sát thành bên: Qs =∑ ui li k 2 Ń i n=1 – – – – – – ui: là chu vi tiết diện cọc li: là chiều dài cọc trong lớp đất mà cọc xuyên qua k2: hệ số (k2 = 400, cọc đóng) Qc: là sức chịu tải của mũi cọc: Qc =k 1 Ń n F k1: hệ số (k1 = 2, cọc đóng) Ń i , Ń n: trị số SPT trung bình của các lớp đất rời dọc theo thân và mũi cọc 5 – Wcọc: trọng lượng bản thân cọc trong đất:W c ọ c =∑ F l i(❑bt−❑i) 1 – bt: khối lượng thể tích của bê tông cọc – i: khối lượng thể tích của lớp đất thứ i mà cọc đi qua – Fs: hệ số an toàn (Fs= 23) Kết quả tính toán Qs, Qc trong như sau: Bảng IV.1. Tính sức kháng xuyên mũi và thành bên của cọc. Lớp đất Ui K1 K2 li Ni 1 2 3 4 1.6 1.6 1.6 1.6 2 2 2 2 400 400 400 400 0.5 13 16.5 8 0 1 2 4 5 1.6 2 400 6 TỔNG 39 Ns 39 F Qs Qc 0.16 0.16 0.16 0.16 0 41.6 105.6 102.4 0 0 0 0 0.16 748.8 998.4 2496 2496 Bảng IV.2. Bảng tính trọng lượng cọc trong đất. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 60 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Lớp đất 1 2 3 4 5 li F bt i Wicọc m 0 13 16.5 8 6 m2 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 TỔNG kN/m3 25 25 25 25 25 kN/m3 17 15.9 16.3 17.7 17 kN 0.64 18.928 22.968 9.344 7.68 58.92 Thay số ta có sức chịu tải cọc theo kết quả thì nghiệm xuyên tiêu chuẩn: Pd  Qs  Qc 998.4  2496  Wcoc   58.92 1328.04(kN ) Fs 2.5 Vậy sức chịu tải của cọc được chọn: [P] =Min{Pđ,PVL}=1320 (kN) 6. Xác định số lượng cọc Số lượng cọc trong móng được xác định theo công thức sau: nc  * N 538639.31 1, 2* 489 1320  P (4.12) Trong đó: – nc: Số cọc – : Hệ số kể đến ảnh hưởng của moment (lấy  = 1.2) – N: Tổng lực đứng tác dụng lên đáy đài lấy trong trường hợp nguy hiểm nhất cộng với trọng lượng của đài – [P]: Sức chịu tải của cọc([P] = 1320 ( kN) Vậy chọn nc = 514 cọc bố trí như hình vẽ sau: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 61 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 7. Xác định tải trọng phân phối lên cọc  Coi cọc chỉ chịu tải trọng dọc trục và cọc chỉ chịu kéo hoặc nén.  Móng thiết kế là loại móng mềm.  Để tính tải trọng phân phối lên cọc ta sử dụng phần mền SAP, trong đó mô hình hoá cọc chống bằng các phần tử lò xo, độ cứng của các lò xo được xác định bằng lực dọc trục gây lún của một cọc chia cho độ lún cọc tương đương (Trong đó ta coi như các cọc lún như nhau và bằng độ lún trung bình của đài móng). Cách thực hiện như sau: – Bước 1: Tính độ lún cho hệ kết cấu móng. Xác định độ lún của hệ kết cấu móng theo phụ lục H của tiêu chuẩn 205 – 1998[4] – Bước 2: Xác định độ cứng của lò xo – Bước 3 : Xác định các tải trọng tác dụng lên hệ kết cấu móng. – Bước 4 : Đưa vào chương trình sơ đồ tính và nhập các thông số của công trình vào sơ đồ . – Bước 5 : Xác định tải trọng phân phối lên các cọc. 8. Tính lún cho hệ kết cấu móng  Xác định khối móng quy ước Chiều cao của khối móng quy ước tính từ mặt đất lên mũi cọc H m = 44(m). Góc mở  được tính như sau: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 62 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 i * hi 6*13  7.29*16.5  9.14*8  36.09*6  11.09 h 44 i tb   (độ) (4.13) α = φtb/4 = 11.09/4 = 2.77 (độ). Hm=44 (m) Ltd = L – 2Hmtgα = 54 – 2* 0,4+ 2* 44* tg(2.77) = 57.42 (m). Btd = L + 2 Hmtgα = 54 + 2*0.4 + 2*44* tg(2.77) = 59.06 (m) Trọng lượng đất từ đáy cọc đến đáy đài: W1= Σ(Ftd – Fc)li*γi = 2387309.9 (kN). Trọng lượng cọc: Wc = 25*0.16* 44* 514 = 90464 (kN). Tổng tải trọng lên móng quy ước: N=No+W1+Wc =538639.31+ 2387309.9 +90464=3016413.21 (kN). Ứng suất bản thân tại đáy móng quy ước: σ bt=N/Ftd = 3016413.21/( 59.06* 57.42) = 879.8 (kN/m2). Ứng suất gây lún σ gl =σ bt - γ’Hm = 879.8 – 16*44 = 175.8 (kN/m2). Tính lún bằng phương pháp cộng lún ta được kết quả sau: => S =1.65 (cm) < [S] = 8 cm. Kết quả tính toán được trình bày ở phụ lục 5 ( Bảng H2- Biến dạng giới hạn của nền do lún- TCXD 205:1998-Móng cọc-Tiêu chuẩn thiết kế). => độ lún của móng đảm bảo. Xác định độ cứng của các lò xo Độ cứng của một lò xo liên kết bằng lực dọc trục gây lún chia cho độ lún của một cọc .Và coi như tất cả các cọc lún như nhau và có độ lún bằng độ lún tổng. Lực dọc truc gây lún lấy giá trị bằng sức chịu tải của một cọc P=1320(KN) P 1320 K  80000(kN / m) S 0.0165 9. Đưa vào sơ đồ tính và nhập các số liệu tải trọng vào sơ đồ SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 63 (4.19) TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Sơ đồ tính khi đưa vào chương trình rồi thực hiện tính toán 10. Xác định tải trọng phân phối lên các cọc Xác định chuyển vị của các lò xo : Kết quả tính toán chuyển vị của các lò xo (cũng chính là chuyển vị của các đầu cọc được thể hiện ở phụ lục 6 cho ta kết quả ∆ =) chuyển vị này cũng gần tương tự chuyển vị tính toán ban đầu Kết quả tính toán tải trọng tác dụng lên mỗi cọc được trình bầy trong phụ lục 6 Pmax = 1210.13 (kN)<1328.6 (kN) = [P] Pmin = 569.53 (kN) > 0 Nhận xét: Tất cả các cọc đều chịu nén và đủ khả năng chịu lực. 11.Tính toán kiểm tra cọc 11.1. Khi vận chuyển + Tính toán với cọc dài 11m. Tải trọng bản thân phân bố : Q  * Fc * n 25*0.16*1.5 6( kN / m) (4.21) Chọn a sao cho: M  M   a 0.207lc 0.207*11 2.277(m) Vậy chọn a = 2.280(m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 64 (4.22) TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 q 6 M 1max  * a 2  *2.2802 15.6( kNm) 2 2 (4.23) Biểu đồ Mômen khi vận chuyển cọc : a = 2.280 a=2.280 11m 15.6 kNm 15.6 kNm 11.2. Trường hợp đưa cọc lên giá búa: Chọn b sao cho: M  M   b 0, 294lc 0, 294*11 3.234(m) (4.24) Vậy chọn b = 3.200(m) q 6 M 1max  * b 2  *3.22 30.72(kNm) 2 2 Biểu đồ Mômen khi đưa cọc lên giá búa : SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 65 (4.25 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 b = 3.200 11m 30.72 kNm 30.72 kNm Ta có: M2max > M1max nên dùng M2max để tính toán Chọn lớp bảo vệ là 4(cm) chiều cao làm việc của cốt thép : h0 = 41 cm As  M 2max 30.72  2.97 *10 4 (m 2 ) 2.97(cm 2 ) 0.9* h0 * Ra 0.9*0.41*280000 (4.26) Chọn thép chịu lực của cọc là: 818(As = 20,36cm2)  cọc đủ khả năng chịu lực khi vận chuyển và cẩu lắp. 11.3. Tính toán thép móc cẩu: Móc cẩu chịu kéo trong quá trình vận chuyển cọc và cẩu lắp trong quá trình thi công, lực kéo tác dụng lên móc cẩu chính bằng trọng lượng bản thân cọc. Diện tích cốt thép làm móc cẩu được tính như sau F mc = Qc Ra Trong đó:  Qc: Trọng lượng bản thân cọc: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 66 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Qc Fc * lc *  0.4*0.4*11*2.5 4.4(T ) 44( KN ) (4.27)  Ra: Cường độ chịu kéo tính toán của thép làm móc cẩu(Ra = 280000 kN/m 2) Thay số vào công thức trên ta được Fmc  44 1.57 *10 4 ( m 2 ) 1.57(cm 2 ) 280000 (4.28) Chọn 118(As = 2.5cm2) làm móc cẩu. Hình dáng được chế tạo theo cấu tạo. 12.Tính toán kiểm tra đài cọc 12.1. Kiểm tra điều kiện đâm thủng Chiều dày của đài cọc phải được tính toán kiểm tra để tránh khả năng đài bị đâm thủng. Theo tiêu chuẩn thiết kế:TCVN 5574 – 91[5] chiều dày của đài phải thỏa mãn điều kiện sau: P 0, 75* Rk * B * h0 (4.29) Trong đó:  P: là tải trọng gây ra sự phá hoại theo kiểu đâm thủng. Giả thiết mặt phá hoại nghiêng một góc 450 như hình vẽ. Lấy giá trị của cọc có nội lực max, có P max = 121,013( T )= 1210,13 (kN).  Rk: cường độ chịu kéo của bê tông 300 (1000 kN/m2)  h0: chiều cao làm việc của đài h0 = h – a – 15 = 80 – 5 – 15 = 60(cm)  B: chu vi trung bình mặt đâm thủng. B = 4(D +2h 0) Thay số vào ta có : SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 67 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 B 4*(0.4  2*0.6) 6.4( m) Theo : CT P 0,75* Rk * B * h0 (4.29)  0.75*1000*6.4*0.75 3600(kN )  1210.13( kN ) Pmax Kết luận:Chiều dày đài thỏa mãn điều kiện không bị cọc đâm thủng 12.2. Tính cốt thép cho đài cọc SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 68 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Dùng phần mềm SAP2000 tính toán kết cấu ta có nội lực của đài như sau: Mô hình móng trong sáp như sau. Biểu đồ M11 (kNm/m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 69 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 70 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Biểu đồ M22 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 71 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Ta có bảng nội lực sau M+11(max)(kN.m/m) M-11(min)(kN.m/m) M+22(max)(kN.m/m) M-22(min)(KN.m/m) 244.5 220.7 348.0 170.1 Diện tích cốt thép trong đài cọc được xác định theo công thức sau: A s=¿ (4.30) Trong đó: – M giá trị moment lớn nhất của đài (kN.m/m) – h0 chiều cao làm việc của đài (chọn khoảng cách bảo vệ cốt thép a = 5 cm  h0 = 0,75 m) – Rs cường độ chịu kéo của cốt thép đài cọc (Rs = 280000 kN/m2)  Đối với cốt thép đặt trên 220.7 11,67 *10 4 (m2 ) As = 0.9*0.75* 280000 = 11,67 (cm2) Vậy chọn 20 a150 (As =18.85 cm2)  Đối với cốt thép đặt dưới 340.8 18.41*10 4 ( m 2 ) As = 0.9*0.75*280000 = 18.41 (cm2) Vậy chọn 20 a150 (As =18.85 cm2) 13.Tính cốt thép cho dầm vòng Dầm móng được đặt trên một đài móng cấu tạo hình vành khuyên các thông số cơ bản của dầm vòng : – – – – – – – – Đường kính ngoài: D = 54.4 m Đường kính trong: d = 53.6 m Chiều cao dầm : h = 0.8 m Cao trình đỉnh dầm + 0.5 m Cao trình đáy dầm - 0.3 m Trọng lượng của dầm vòng: Pdv = 1357.2(KN) Thép dầm : CII có R = 280000 (KN/m2) Bêtông mác # 300 có Rn = 13000 (KN/m2) và Rk = 1000 (KN/m2) Dầm vòng được tình như cấu kiện chịu kéo đúng tâm. Toàn bộ lực kéo coi như cốt thép chịu hoàn toàn. Thiên về an toàn ta bỏ qua anh hưởng của đài cọc Để xác định lực kéo trong dầm vòng, ta dùng một mặt cắt qua dầm vòng. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 72 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Pcd n n 0,4m Từ sơ đồ trên ta xác định được : N tt  n * F n * Pcd * D 5.291*54 1.1* 1571.43(kN ) 2 2 (4.31) - Cốt thép dọc theo chu vi dầm : As  N tt 1571.43  56.12*10 4 (m 2 ) 56.12(cm 2 ) Ra 280000 (4.32) Vậy chọn 828(As =49.27 cm2) và được bố trí xung quanh dầm xem bản vẽ,diện tích còn lại thép của đài sẽ chọn cùng CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN BẰNG MÁY TÍNH Để tính toán bằng máy tính ta sử dụng phần mềm Sap2000 1. Tải trọng tác dụng lên bể SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 73 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 1.1. Tải trọng gió tác dụng lên mái bể Tải trọng gió tác dụng lên mái bể là gió hút (bốc) được tính toán như trên. 1.2. Tải trọng gió tác dụng lên thân bể Thành bể được chia theo độ cao để dễ tính toán, và chính xác hơn. Bảng III.1.1: Hệ số k(z) theo độ cao và dạng địa hình. Độ cao(m)/ Địa hình A B C 3 1 0.80 0.47 5 1.07 0.88 0.54 10 1.18 1.00 0.66 15 1.24 1.08 0.74 20 1.29 1.13 0.80 30 1.37 1.22 0.89 40 1.43 1.28 0.97 50 1.47 1.34 1.03 60 1.51 1.38 1.08 Hệ số khí động c được lấy với dạng công trình trụ tròn như sau: Ce1 = k1 . Cβ k1 được lấy theo bảng dưới: k1 = 1 khi Cβ > 0 h1/d 0.2 0.5 1 2 5 10 25 k1 khi Cβ < 0 0.8 0.9 0.95 1.0 1.1 1.15 1.2 Với h1=20 (m), d=54(m). SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 74 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 h1/d=20/54 = 0,37 ( h1: chiều cao thành bể, d: đường kính ngoài của bể) => chọn k1 = 0,86 Tại mỗi điểm cần tính tải trọng gió ta xác định được góc β so với hướng gió thổi, từ góc β tra đồ thị trong sơ đồ 33 - Bảng 6 – TCVN 2737-1995 được giá trị C β, từ giá trị Cβ tính được Ce1 = k1 . Cβ W =Wo . k(z). Ce1 (kN/m2) Sau khi xác định được W, ta quy tải trọng gió thành tải trọng tập trung Pi theo các độ cao được chia tương ứng. Pi = W. A (kN), với A : diện tích cản gió theo phương đứng (m 2). Hệ số Cn phụ thuộc vào góc  (00 <  < 1800) ở tâm, hệ số Cn đối xứng qua trục ngang Ox. Kết quả tính toán cụ thể được thể hiện ở phụ lục. SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 75 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Do bể cao 20(m) hàn từ các tấm thép có chiều cao 2(m) nên ta có tải trọng gió tác dụng lên thành bể thay đổi theo chiều cao như sau:  Tầng 1(z = 2m)  Tầng 2(z = 4m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 76 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Tầng 3(z = 6m)  Tầng 4(z = 8m)  Tầng 5(z = 10m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 77 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Tầng 6(z = 12m)  Tầng 7(z = 14m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 78 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Tầng 8(z = 16m)  Tầng 9 (z=18m) SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 79 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3  Tầng 10 (z=20m) 2. Tải trọng mái Một cách gần đúng có thể coi tải trọng mái lên thân bể là các tải trọng tập trung: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 80 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 gi  G n (5.4) Trong đó:  G tổng trọng mái  n tổng số nút tại mặt tiếp xúc giữa thành bể và mái 3. Áp lực của chất lỏng Áp lực của chất lỏng tác dụng lên đáy bể và thành bể như sau : SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 81 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 82 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 83 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 84 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 4. Mô hình hóa nền đất Ta sẽ tính toán trong trường hợp móng mềm. Với móng mềm khai báo bằng độ cứng của các lo xo như đã tính ở trên. 5. Tính toán máy tính Trong phần này ta sẽ tiến hành kiểm tra lại chiều dày thân bể đã tính theo quy phạm bằng phần mềm Sap2000. Tiến hành nhập sơ đồ kết cấu và tải trọng tác dụng lên công trình 5.1. Tính toán với móng mềm Sơ đồ tính như sau: SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 85 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Biểu đồ ứng suất S11 của bể S11(max) = 215597.31 (kN/m2) TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 86 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Biểu đồ ứng suất S22 của bể S22(max) = 69591.60 (kN/m2) TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 S12(max) = 36322.15 (kN/m2) Biểu đồ ứng suất S12 của bể TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 88 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Chuyển vị của bể .  Kiểm tra độ bền thân bể. Độ bền thân bể được kiểm tra theo công thức sau:  12   1 *  2   22  3* 2 c * R (5.5) Trong đó:  1, 2,  lần lượt là các ứng suất pháp S11, S22 max và ứng suất tiếp max S12  c hệ số làm việc (c = 0.9)  R cường độ chảy dẻo của thép bể (R = 250000kN/m2) Thay số vào (5.5) ta có: √ 215597.312−215597.31∗69591.60+69591.60 2+3∗36322.152=190585.58 ( kN /m2) < 250000∗0.9=22500 Vậy chiều dày thân bể đã tính theo quy phạm được kiểm tra lại bằng phần mềm SAP2000, kết quả tính toán theo quy phạm và máy tính là chấp nhận được. Nhận xét:như vậy thì mô hình tính toán móng mềm có kể đến ảnh hưởng của cọc. Thấy việc tính toán theo quy phạm và tính toán kiểm tra lại bằng máy tính cho ta kết quả tương đương nhau. CHƯƠNG 6: CHI TIẾT CÔNG NGHỆ BỂ SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 89 I. TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Các loại van cửa bể : Để đảm bảo cho quá trình vận hành trên các đường ống xuất và nhập của mỗi bể chứa được lắp đặt các hệ thống van thở như sau. – Trên đoạn ống vào bể có bố trí các loại van một chiều, thiết bị này có chức năng khống chế chất vận chuyển quay trở lại đường ống nhập khi có sự cố xẩy ra. – Van an toàn tự động đóng khi bể đã nhập đầy. – Các loại van thông khí lắp đặt ở mái và vành ngoài có nhiệm vụ sả khi áp suất trong bể không ở mức an toàn. II. Các loại cửa bể – Cửa bể là thiết bị phục vụ cho công nhân ra vào khi thi công hoặc hoàn thiện sửa chữa bể trong đó có các loại cửa như: Cửa ra vào, cửa làm sạch… Trong bể cũng có các loại cổng khác nhau với nhiều chức năng đa dạng phục vụ cho việc hoạt động ổn định của bể như cổng xuất, cổng nhập, các ống báo mức, ống kiểm tra nhiệt độ…Vị trí của các cửa và các ống được đặt ở nhiều vị trí khác nhau sao cho phù hợp với việc vận hành bể. – Ngoài ra còn có một số loại cửa khác phục vụ cho các mức đích khác nhau: cửa kiểm tra nhiệt độ bể, cửa phun bọt để chữa cháy, cửa hút cặn, cửa thông hơi thành bể. 1. Cửa xuất : Trên thân bể bố trí một cổng xuất duy nhất tại cổng xuất này sẽ có một mặt bích – chờ đầu nối với đường ống xuất. Việc thiết kế cửa xuất phụ thuộc chủ yếu vào lưu lượng đầu ra tối đa cho phép. Trên cơ sở ấy cửa xuất sẽ được thiết kế với các thông số như sau ( Theo bảng 3.16 của tiêu chuẩn API[1] )  Đường kính ngoài của cửa xuất  Chiều dài cổ ống xuất là 250 mm  Tâm cổ ống cách đáy 425 mm Xem hình minh họa trang bên, các chi tiết cấu tạo khác xem bản vẽ KC – 03 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 90 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 2. Cửa nhập Thiết kế cửa nhập dựa theo quy phạm API 650[1] và lưu lượng cho phép của cổng nhập, cấu tạo cửa nhập tương tự như cửa xuất, tuy nhiên để tránh hiện tượng tạo bọt của nhiên liệu và giảm độ mòn của đáy bể nơi nhiên liệu được xả vào, khi thiết kế bố trí thêm một miếng đệm vào ống dẫn sao cho nhiên liệu được dẫn tới sát đáy trước khi đi và bể. Theo đó các thông số chủ yếu của bể được thiết kế như sau : – – – – Đường kính ngoài của ống 125 mm Chiều dầy cổ ống 16 mm Chiều dài cổ ống 200 mm Góc dẫn hướng của cổ ống là 1350 Xem hình minh họa trang bên, các chi tiết cấu tạo khác xem bản vẽ KC – 03 SVTH: Nguyễn Xuân Thành MSSV: 1132.51 Page 91 III. TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BỂ CHỨA TRỤ ĐỨNG V = 45000m3 Cầu thang bể : Cầu thang cũng là bộ phận quan trọng của mỗi công trình, nhờ kết cầu này khi vận ...

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế kỹ thuật bể chứa trụ đứng V=45000m3

Nội dung