Tiêu chuẩn TCVN 11820-2:2017 Tải trọng và tác động thiết kế công trình cảng biển

 TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11820-2:2017

CÔNG TRÌNH CẢNG BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ - PHẦN 2: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

Marine port facilities - Design requirements - Part 2: Loads and actions

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ; định nghĩa, ký hiệu và từ viết tắt

3.1  Thuật ngữ, định nghĩa

3.2  Ký hiệu và từ viết tắt

4  Nguyên tắc chung

4.1  Tổng quát

4.2  Phân loại tải trọng

4.3  Giá trị đặc trưng của tải trọng

4.4  Các giá trị biểu hiện khác của tải trọng tạm thời

4.5  Đặc trưng vật liệu và sản phẩm

4.6  Các hệ số thành phần và công thức tổ hợp

4.7  Đánh giá các tải trọng

4.8  Các trường hợp thiết kế và tổ hợp tải trọng

5  Khí tượng thủy văn và hải dương học

5.1  Tổng quát

5.2  Gió

5.3  Mực nước

5.4  Sóng

5.5  Dòng chảy

6  Điều kiện địa kỹ thuật

6.1  Khảo sát đất nền

6.2  Tính chất cơ lý của đất

7  Động đất

7.1  Khái quát

7.2  Sức kháng động đất của các công trình cảng và bể cảng trong thiết kế

7.3  Phương pháp hệ số động đất

7.4  Hệ số động đất thiết kế

8  Tính toán áp lực đất

9  Sự hóa lỏng của đất

10  Lún nền đất

11  Tàu

11.1  Các kích thước chính của tàu thiết kế

11.2  Các tác động do tàu

12  Tác động của môi trường

12.1  Những yếu tố của môi trường tác động đến công trình cảng

12.2  Các tác động của môi trường đến công trình cảng

12.3  Đánh giá các tác động của công trình cảng đến môi trường

13  Trọng lượng bản thân và tải trọng khai thác

13.1  Tổng quan

13.2  Định nghĩa trọng lượng bản thân và tải trọng khai thác

13.3  Trọng lượng bản thân

13.4  Tải trọng khai thác

Phụ lục A - Lực do áp lực gió lên kết cấu công trình (tham khảo)

Phụ lục B - Một số vấn đề về mực nước thủy triều (tham khảo)

Phụ lục C - Sóng - Cơ sở lý thuyết (tham khảo)

Phụ lục D - Phân tích giá trị cực trị độc lập (tham khảo)

Phụ lục E - Tác động sóng và dòng chảy (tham khảo)

Phụ lục F - Phương pháp gần đúng đánh giá phản ứng và chuyển vị của các kết cấu đơn giản chịu tải trọng chu kỳ (tham khảo)

Phụ lục G - Các công thức lực gió và dòng chảy (tham khảo)

Phụ lục H - Vận chuyển bùn cát ven bờ và dự báo diễn biến bờ biển (tham khảo)

Phụ lục I - Quan trắc và nghiên cứu về khí tượng và biển (tham khảo)

Phụ lục J - Tính toán áp lực nước (tham khảo)

Phụ lục K - Dự báo, đánh giá hóa lỏng và các biện pháp chống hóa lỏng (tham khảo)

Phụ lục L - Các kích thước chính của tàu thiết kế (tham khảo)

Phụ lục M - Điều kiện sóng cho phép đối với các tàu đang neo (BS 6349-1-1:2013) (tham khảo)

Phụ lục N - Tải trọng phương tiện thiết bị khai thác (tham khảo)

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

TCVN 11820-2: 2016 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải được xây dựng trên cơ sở tham khảo OCDI: Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình cảng và bể cảng Nhật Bản và BS 6349: Công trình hàng hải, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn “Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế” dự kiến gồm các phần sau:

Phần 1: Nguyên tắc chung;

Phần 2: Tải trọng và tác động;

Phần 3: Yêu cầu về vật liệu;

Phần 4: Nền móng và cải tạo đất

- Phần 4-1: Nền móng;

- Phần 4-2: Cải tạo đất;

Phần 5: Công trình bến;

Phần 6: Đê chắn sóng;

Phần 7: Luồng tàu và bể cảng;

Phần 8: Ụ khô, âu tàu, triền và bến nhà máy đóng tàu;

Phần 9: Nạo vét và tôn tạo đất;

Phần 10: Công trình cảng khác.

CÔNG TRÌNH CẢNG BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ - PHẦN 2: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

Marine Port Facilities - Design Requirements - Part 2: Loads and Actions

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định tải trọng và tác động trong thiết kế xây dựng mới, cải tạo nâng cấp và bảo trì cho các loại công trình cảng biển.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 4195:2012, Đất xây dựng - phương pháp xác định khối lượng riêng trong phòng thí nghiệm;

TCVN 4196:2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm;

TCVN 4197:2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm;

TCVN 4199:2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định sức chống cắt trong phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng;

TCVN 4200:2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm;

TCVN 4202:2012, Đất xây dựng - Các phương pháp xác định khối lượng thể tích trong phòng thí nghiệm;

TCVN 5747:1993, Đất xây dựng - Phân loại;

TCVN 8421:2010, Công Trình thủy lợi - Tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu;

TCVN 8721:2012, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác định khối lượng thể tích khô lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm;

TCVN 8723:2012, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác định hệ số thấm của đất trong phòng thí nghiệm;

TCVN 8729:2012, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác định khối lượng thể tích của đất;

TCVN 8868:2011, Thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết - không thoát nước và cố kết thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục;

TCVN 9153:2012, Công trình thủy lợi - Phương pháp chỉnh lý kết quả thí nghiệm mẫu đất;

TCVN 9350:2012, Đất xây dựng - Phương pháp phóng xạ xác định độ ẩm và độ chặt của đất tại hiện trường;

TCVN 9351:2012, Đất xây dựng - Phương pháp thí nghiệm hiện trường - Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT);

TCVN 9437:2012, Khoan thăm dò địa chất công trình;

TCVN 9846:2013, Quy trình thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTu;

TCVN 9901:2014, Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế đê biển;

TCVN 11419:2016, Luồng tàu biển - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 11820-1: 2017, Công trình Cảng biển - Yêu cầu thiết kế - Phần 1: Nguyên tắc chung;

OCDI 2002 & 2009, Technical Standards and Commentaries for Port and Habour Facilities in Japan (Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình cảng và bể cảng Nhật Bản);

BS 6349-1-2: 2016, Maritime Work - Part 1-2: General - Code of practice for assessment of actions (Công trình hàng hải - Phần 1-2: Khái quát -Tiêu chuẩn đánh giá các tác động);

ASTM D5311, Phương pháp thử tiêu chuẩn xác định sức kháng cắt cố kết không thoát nước của đất với tải trọng lặp theo chu kỳ;

3  Thuật ngữ, định nghĩa, ký hiệu và từ viết tắt

3.1  Thuật ngữ, định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong TCVN 11820-1:2017 và các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1.1

Ảnh hưởng của tác động - E (Effect of action)

Ảnh hưởng của tác động trên bộ phận kết cấu (ví dụ như nội lực, mô men, ứng suất, biến dạng) hay trên toàn bộ công trình (ví dụ như biến dạng, xoay).

3.1.2

Biểu đồ phân tán (Scatter diagram)

Đồ thị thể hiện xác suất chung của hai hoặc nhiều hơn các thông số (khí tượng hải dương).

CHÚ THÍCH: Thường dùng với các thông số sóng để thể hiện xác suất xuất hiện đồng thời của chiều cao sóng có ý nghĩa (H_1/3) và chu kỳ đại diện (T_z hay T_p).

3.1.3

Trạng thái giới hạn (Limit state)

Trạng thái tương ứng với các điều kiện mà vượt qua nó thì công trình hay bộ phận công trình không thoả mãn các quy định đã được dựa vào để thiết kế.

3.1.4

Trạng thái giới hạn cực hạn (Ultimate limit state - ULS)

Các trạng thái đi kèm với phá hoại trượt hay các dạng phá hoại kết cấu tương tự khác.

CHÚ THÍCH: Nói chung, chúng tương ứng với sức chịu tải lớn nhất của công trình hay bộ phận công trình.

3.1.5

Trạng thái giới hạn khả năng sử dụng (Serviceability limit state- SLS)

Trạng thái tương ứng với các điều kiện mà vượt qua nó thì công trình hay bộ phận công trình không thỏa mãn các yêu cầu sử dụng đã quy định.

3.1.6

Trạng thái giới hạn sử dụng không thể phục hồi (Irreversible serviceability limit states)

Trạng thái giới hạn sử dụng mà một số hậu quả của các tải trọng vượt quá các yêu cầu sử dụng đã quy định sẽ vẫn duy trì khi các tải trọng đã dời đi.

3.1.7

Trạng thái giới hạn sử dụng có thể phục hồi (Reversible serviceability limit states)

Trạng thái giới hạn sử dụng mà không có hậu quả nào của các tải trọng vượt quá các yêu cầu sử dụng đã quy định sẽ vẫn duy trì khi các tải trọng đã dời đi.

3.1.8

Giới hạn khai thác trong giai đoạn thiết kế (Design stage operating limit- DSOL)

Thiết lập và phát triển các giới hạn khai thác về môi trường trong các giai đoạn quy hoạch và thiết kế theo các mục đích thiết kế cho bến, luồng, khu vực quay tàu và các công trình tương tự khác, để tiến hành tính toán thời gian ngừng hoạt động do thời tiết trong giai đoạn thiết kế.

3.1.9

Chiều cao sóng (Wave height)

Chiều cao tính từ bụng sóng trước đến đỉnh sóng.

3.1.10

Chiều cao sóng có ý nghĩa - H_1/3 (Significant wave height)

Chiều cao trung bình của 1/3 các chiều cao lớn nhất của các con sóng đi qua điểm không trong một trạng thái biển.

CHÚ THÍCH: Trong phần lớn các hệ thống đo đạc, chiều cao sóng có hiệu được tính theo 4, ở đây m₀ là mô men phổ điểm không, hay 4σ, σ là độ lệch tiêu chuẩn của các thời gian cao trình bề mặt nước trên khoảng thời gian đo đạc, thường khoảng 30 min.

3.1.11

Chiều dài sóng (Wave length)

Khoảng cách giữa các đỉnh sóng liên tiếp nhau.

3.1.12

Chiều sâu hàng hải (Nautical depth)

Khoảng cách theo chiều đứng tức thời và cục bộ giữa đáy hàng hải và bề mặt nước tự do không bị xáo trộn.

3.1.13

Chu kỳ sóng (Wave period)

Thời gian để hai đỉnh sóng liên tiếp nhau đi qua một điểm cố định.

3.1.14

Chu kỳ đỉnh phổ sóng (Spectral peak wave period)

Chu kỳ của mật độ năng lượng lớn nhất (đỉnh) dạng phổ.

CHÚ THÍCH: Trong thực tế khi trong phổ có nhiều hơn một đỉnh thì lấy đỉnh cao nhất.

3.1.15  Dòng chảy (Currents )

3.1.15.1

Dòng chảy tổng hợp (Total current)

Dòng chảy tổng hợp quan sát được bao gồm các thành phần thủy triều, sóng, gió hay các ảnh hưởng khác làm xuất hiện dòng chảy tại khu vực.

3.1.15.2

Dòng dư (Residual current)

Phần của dòng chảy tổng mà không được tạo thành từ các thành phần điều hòa của thủy triều.

3.1.15.3

Dòng thủy triều (Tidal current)

Phần của dòng chảy tổng mà chịu tác động của lực thủy triều (dòng triều).

3.1.16

Đáy chạy tàu (Nautical bottom)

Cao trình mà các đặc tính vật lý của đáy luồng hàng hải hay khu vực điều khiển tàu đạt đến một giới hạn mà khi tiếp xúc với sóng tàu gây ra các ảnh hưởng không đảm bảo đối với khả năng kiểm soát hay điều khiển tàu.

3.1.17

Điều kiện khai thác bình thường (Normal operating conditions)

Điều kiện đối với trường hợp thiết kế khi công trình được xem xét đang trong sử dụng khai thác để cập tàu, tàu rời bến hay trong điều kiện neo phù hợp với các giới hạn khai thác giai đoạn thiết kế đối với công trình.

3.1.18

Điều kiện khai thác cực trị (Extreme operating condition)

Điều kiện của trường hợp thiết kế khi công trình chịu các điều kiện môi trường cực trị vượt quá giới hạn khai thác giai đoạn thiết kế (DSOL), có hay không sử dụng cho tàu cập, rời bến hay neo.

CHÚ THÍCH: Điều kiện khai thác cực trị có thể bao gồm điều kiện môi trường cực trị có các chu kỳ trở lại khác nhau. Đối với các kết cấu lâu dài thường có thể là các hiện tượng có chu kỳ trở lại 50 đến 100 năm được xem như các trường hợp thiết kế chuẩn tắc và 500 đến 1000 năm khi thiết kế theo trường hợp sự cố.

3.1.19

Độ chìm thêm (Squat)

Độ chìm thêm không đổi của con tàu đang chuyển động bao gồm sự tịnh tiến và xoay do dòng nước đi qua thân tàu đang chuyển động.

3.1.20

Giai đoạn quy hoạch (Planning phase)

Khoảng thời gian khi các yêu cầu về chức năng và khai thác đã được xác định đủ để bắt đầu thiết kế, nguồn số liệu hiện có và sự hiểu biết đã được nghiên cứu và có thể bắt đầu nghiên cứu khả thi.

3.1.21

Giá trị danh định (Nominal value)

Giá trị được xác định không dựa trên cơ sở thống kê, ví dụ như trên kinh nghiệm đã tích lũy được hay trên các điều kiện vật lý.

3.1.22

Giá trị đặc trưng của một tải trọng - F_k (Characteristic value of an action)

Giá trị đại diện chính của một tải trọng.

CHÚ THÍCH: Hiện nay một giá trị đặc trưng có thể xác định trên cơ sở thống kê, được chọn sao cho tương ứng với một xác suất đã mô tả không vượt quá mặt bất lợi trong một “chu kỳ tham chiếu” có xét đến tuổi thọ thiết kế của công trình và thời lượng của trường hợp thiết kế.

3.1.23

Chu kỳ tham chiếu (Reference period)

Chu kỳ thời gian đã chọn mà được sử dụng làm cơ sở để đánh giá các tải trọng tạm thời theo thống kê và khả năng của các tải trọng sự cố.

3.1.24

Giá trị đại diện của một tải trọng - F_rep (Representive value of an action)

Giá trị sử dụng để kiểm tra một trạng thái giới hạn. Giá trị đại diện có thể là giá trị đặc trưng F_k hay giá trị tải trọng đi cùng ΨF_k.

3.1.25

Giá trị thiết kế của một tải trọng - F_d (Design value of an action)

Giá trị nhận được bằng tích của giá trị đại diện với hệ số thành phần Ɣ_f.

3.1.26

Giá trị của một tải trọng tạm thời dài hạn - Ψ₂Q_k (Quasi-permanent value of a variable action)

Giá trị được xác định sao cho tổng chu kỳ thời gian của nó sẽ chiếm phần lớn chu kỳ tham chiếu. Nó có thể được biểu diễn như một phần xác định của giá trị đặc trưng khi sử dụng hệ số Ψ_2­≤1.

3.1.27

Gió giật (Gust)

Tốc độ gió tăng hay giảm nhanh, duy trì nhỏ hơn 1 min.

3.1.28

Giông (Squall)

Hiện tượng giông đặc trưng bởi tấn công bất ngờ.

CHÚ THÍCH: Thời lượng giông thường tính theo min hơn là theo h và thường đi kèm với sự thay đổi hướng gió, hạ nhiệt độ không khí đột ngột và mưa lớn. Để được phân loại như một cơn giông, tốc độ gió thường lớn hơn khoảng 13 km/h và duy trì dài hơn 2 min (để khác với gió giật).

3.1.29

Giới hạn khai thác về môi trường (Environmental operating limits)

Giá trị giới hạn về thời tiết biển hay các thông số môi trường khác, bao gồm gió, sóng, sóng lừng, tốc độ dòng chảy, mức thủy triều, tầm nhìn và nhiệt độ, mà nếu vượt quá sẽ không cho phép các khai thác nhất định, cần được quy định trong sổ tay khai thác của công trình.

3.1.30

Hiệu ứng nước nông (Shoaling)

Sự biến đổi sóng gây bởi chỉ riêng sự thay đổi chiều sâu khi chúng đi vào vùng nước nông hơn.

CHÚ THÍCH: Hiệu ứng nước nông xảy ra vì tốc độ sóng và chiều dài sóng giảm trong vùng nước nông, do đó năng lượng trên một đơn vị diện tích sóng tăng lên, gây nên tăng chiều cao sóng. Chu kỳ sóng vẫn giữ nguyên trong nước nông. Các ảnh hưởng biến đổi sóng nước nông khác như khúc xạ xuất hiện riêng rẽ với nước nông.

3.1.31

Khai thác và bảo trì (Operation and maintenance)

Sự sử dụng hàng ngày các công trình cảng biển đã hoàn thành bao gồm kiểm tra theo định kỳ hay đột xuất, bảo trì và sửa chữa.

3.1.32

Mực nước biển trung bình (Mean sea level)

Trung bình của mọi mực nước biển đo được cách nhau một h trên toàn bộ một chu kỳ thủy triều thiên văn 18,6 năm.

CHÚ THÍCH: Thay đổi theo mùa và trong năm của mực nước biển trung bình có thể dự kiến xảy ra trong một số vùng, và trong nhiều năm mực nước biển trung bình có thể thay đổi.

3.1.33

Mực nước thấp trung bình khi triều cường (Mean low water spring (MLWS))

Trung bình, trong một chu kỳ thời gian dài, của chiều cao hai con nước thấp liên tiếp trong triều kiệt.

3.1.34

Mực nước tĩnh (Still water level)

Mực nước bề mặt không thay đổi, theo lý thuyết, khi không có ảnh hưởng nào của sóng và gió.

CHÚ THÍCH 1: Mực nước tĩnh thường được dùng để tính toán động học sóng đối với tác động chung và cao trình đỉnh sóng đối với các cao trình mặt bến nhỏ nhất.

CHÚ THÍCH 2: Mực nước tĩnh là một khái niệm trừu tượng, dành cho các mục đích kỹ thuật, được tính toán bằng cách cộng thêm vào các ảnh hưởng của thủy triều, nước dâng do bão và các sai số do thay đổi mực nước biển trong tương lai nhưng không xét đến các thay đổi do các sóng đối với mực nước biển trung bình.

3.1.35

Nhiễu xạ (Diffraction)

Sự uốn, phân tán và giao thoa của các sóng khi đi qua một vật cản (như đê chắn sóng) hay qua một khoảng hở (như lối vào bể cảng).

3.1.36

Nước cao cực trị (Extreme high water)

Mực nước cao nhất dự báo xảy ra tại một vị trí như một tổ hợp của thủy triều thiên văn, nước dâng nâng cao hay hạ thấp, triều giả và dòng chảy sông đối với một hiện tượng cực trị có chu kỳ trở lại đã được định nghĩa.

3.1.37

Nước dâng do bão (Storm surge)

Thay đổi mực nước biển (tăng hoặc giảm) mà do các lực khí tượng (khác với thủy triều).

CHÚ THÍCH 1: Nước dâng có thể xảy ra trên bờ thoáng, trên các vịnh và trên các cửa sông do tác động của gió ép lên bề mặt nước, sự giảm áp suất khí quyển, triều giả do bão gây nên, sự hình thành sóng và các nguyên nhân khác.

CHÚ THÍCH 2: Thuật ngữ “dâng” cũng được dùng theo nghĩa khác để mô tả chuyển động dọc của một con tàu đang neo.

3.1.38

Nước thấp cực trị (Extreme low water)

Mực nước thấp nhất dự báo xảy ra tại một vị trí, là tổ hợp của thủy triều thiên văn, nước dâng nâng cao hay hạ thấp, triều giả và dòng chảy sông đối với một hiện tượng cực trị có chu kỳ trở lại đã được định nghĩa.

3.1.39

Phổ sóng (Wave spectrum)

Phép đo tổng năng lượng đi cùng với sự biến động của cao trình mặt biển trên dải tần số đơn vị và trên khu vực theo hướng đơn vị.

CHÚ THÍCH 1: Phổ tần số sóng (tích phân trên mọi hướng) thường được mô tả bằng cách sử dụng một vài dạng thông số như phổ sống Pierson-Moskowitz hay JONSWAP.

CHÚ THÍCH 2: Diện tích bên dưới phổ sóng là mô men phổ về không m_o, là phép đo tổng năng lượng trong trạng thái biển và được sử dụng để tính chiều cao sóng có hiệu.

3.1.40

Soliton (Soliton)

Sóng trọng lực dao động bên trong một khối chất lỏng truyền trên bề mặt giữa hai chất lỏng có mật độ khác nhau.

CHÚ THÍCH 1: Thường trong các điều kiện ngoài khơi trong đại dương sâu, chúng truyền dọc theo lớp chuyển tiếp nhiệt và chịu sự điều khiển bởi lực thủy triều tương tác với đặc trưng chiều sâu.

CHÚ THÍCH 2: Soliton thường được biết như “các con sóng bên trong”.

3.1.41

Sóng khúc xạ (Refraction wave)

Sự uốn cong hướng truyền sóng do sự thay đổi chiều sâu nước dưới các con sóng.

CHÚ THÍCH: Phần sóng nước nông di chuyển chậm hơn so với phần sóng trong nước sâu hơn, khi đó chiều sâu dưới đỉnh sóng thay đổi dọc theo đỉnh, sóng bị uốn cong.

3.1.42

Sóng lừng (Swell)

Trạng thái biển trong đó sóng hình thành bởi gió từ một nơi xa chuyển động tới, không phải hình thành tại chỗ.

CHÚ THÍCH: Khi xếp hạng các loại sóng từ một phổ hay từ các đo đạc, năng lượng trong dải chu kỳ từ 8 s đến 25 s có thể mô tả như sóng lừng. Năng lượng tại các chu kỳ dài hơn 25 s có thể được mô tả như năng lượng sóng trọng lực bề mặt.

3.1.43

Sóng phản xạ (Reflection wave)

Trường hợp xảy ra khi sóng gặp phải một vật cản, ví dụ như đê biển hay đê chắn sóng.

CHÚ THÍCH: Sóng cũng phản xạ khi đi khỏi các bãi và tại vị trí thay đổi chiều sâu đột ngột.

3.1.44

Sóng thần (Tsunami)

Các sóng biển chu kỳ dài gây bởi các chuyển dịch đứng nhanh của đáy biển do động đất, hay bởi trượt đất đáy biển hay ven bờ.

3.1.45

Sóng trọng lực bề mặt (Infragravity wave)

Sóng chu kỳ dài là sóng đi cùng nhóm sóng lừng đi qua các khoảng cách dài, hay truyền sóng tự do một cách độc lập sau khi tương tác với các đường bờ nông.

CHÚ THÍCH: Năng lượng sóng trong dải chu kỳ 25 s đến 500 s nói chung có thể được phân loại là năng lượng sóng trọng lực bề mặt. Các sóng có chu kỳ dài hơn 500 s có thể sẽ đi cùng với sóng thần và thủy triều.

3.1.46

Tải trọng - F (Action)

a) Một bộ các lực (tải trọng) đặt lên công trình (tác động trực tiếp - direct actions);

b) Một bộ các biến dạng hay gia tốc gây bởi, ví dụ như, thay đổi nhiệt độ, biến động độ ẩm, lún lệch hay động đất (tác động gián tiếp - indirect actions).

3.1.47

Tải trọng thường xuyên - G (Permanent action)

Tải trọng mà có thể tác động trong suốt chu kỳ tham chiếu đã cho và có thể bỏ qua sự thay đổi về biên độ theo thời gian, hay chỉ luôn luôn thay đổi theo một hướng (đơn điệu) cho đến khi tải trọng đó đạt đến một giá trị giới hạn nhất định.

3.1.48

Tải trọng tạm thời - Q (Variable action)

Tải trọng mà không thể bỏ qua sự thay đổi về biên độ theo thời gian, hay có thể thay đổi theo cả hai hướng.

3.1.49

Tải trọng sự cố - A (Accidental action)

Tải trọng mà thường có thời lượng ngắn nhưng biên độ lớn mà có thể không xảy ra đối với một công trình đã cho trong tuổi thọ thiết kế.

CHÚ THÍCH 1: Có thể dự kiến một tải trọng sự cố trong nhiều trường hợp để gây ra các hậu quả nghiêm trọng trừ khi đã có các biện pháp thích hợp.

CHÚ THÍCH 2: Các tải trọng do va chạm, gió và động đất có thể là các tải trọng tạm thời hay sự cố, phụ thuộc vào thông tin có được về các phân bố thống kê.

3.1.50

Tải trọng động đất - A_E (Seismic action)

Tải trọng phát sinh do chuyển dịch đất nền khi động đất.

3.1.51

Tải trọng địa kỹ thuật (Geotechnical action)

Tải trọng do đất nền, đắt đắp hay nước ngầm truyền lên công trình.

3.1.52

Thiết kế cơ sở (Concept design)

Thiết kế cơ sở là thiết kế được lập trong Báo cáo nghiên cứu khả thi đầu tư xây dựng trên cơ sở phương án thiết kế được lựa chọn, thể hiện được các thông số kỹ thuật chủ yếu phù hợp với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật được áp dụng, là căn cứ để triển khai các bước thiết kế tiếp theo.

3.1.53

Thiết kế kỹ thuật (Detailed design)

Thiết kế kỹ thuật là thiết kế cụ thể hóa thiết kế cơ sở sau khi dự án đầu tư xây dựng công trình được phê duyệt nhằm thể hiện đầy đủ các giải pháp, thông số kỹ thuật và vật liệu sử dụng phù hợp với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật được áp dụng, là cơ sở để triển khai thiết kế bản vẽ thi công.

3.1.54

Tốc độ gió trung bình (Mean wind speed)

Tốc độ gió trung bình theo thời gian, trung bình trên một khoảng thời gian quy định và tại cao trình quy định.

CHÚ THÍCH: Tốc độ gió trung bình thay đổi theo cao trình bên trên mực nước biển trung bình và theo khoảng thời gian lấy trung bình; cao trình tham chiếu tiêu chuẩn là 10 m và khoảng thời gian tiêu chuẩn là 1 h.

3.1.55

Thông số khí tượng hải dương (Metocean parameters)

Thiết kế khí tượng và hải dương và các thông số khai thác bao gồm gió, mưa, các điều kiện khí quyển, bức xạ mặt trời, mực nước, sóng, dòng chảy, chất lượng nước và các đặc trưng vật lý và hóa học và sinh vật biển.

3.1.56

Thời gian dừng do thời tiết (Weather downtime)

Thời kỳ trong đó một bến không thể cho cập bến, neo và các hoạt động vận chuyển hàng hóa do các điều kiện thời tiết không thuận lợi, trạng thái biển, thủy triều dòng chảy hay tầm nhìn vượt quá các giới hạn khai thác đã định nghĩa.

3.1.57  Thủy triều (Tides)

3.1.57.1

Thủy triều thiên văn (Astronomical tide)

Hiện tượng mặt biển luân phiên tăng và giảm chịu sự chi phối duy nhất của các điều kiện thiên văn của mặt trời và mặt trăng, được dự báo theo các thành phần thủy triều, xác định theo phân tích điều hòa các số đo mức thủy triều trong một chu kỳ dài.

3.1.57.2

Thủy triều thiên văn thấp nhất (Lowest astronomical tide - LAT)

Mức thủy triều thấp khi mọi thành phần điều hòa gây nên thủy triều ở trong cùng pha.

CHÚ THÍCH: Các thành phần điều hòa trong một pha xảy ra xấp xỉ cứ 18,6 năm một lần, nhưng mức tương đương với LAT đạt đến nhiều lần mỗi năm tại đa phần các vị trí. LAT không thể hiện mức nước biển thấp nhất mà có thể đạt tới, vì nước rút và sóng thần có thể gây nên các mức thấp hơn. LAT thường là mức được chọn làm số “0” hải đồ để đo đạc bản đồ hàng hải.

3.1.57.3

Triều cường (Spring tides)

Hai lần trong một tháng âm lịch trong phạm vi trung bình của hai lần triều liên tiếp là lớn nhất.

3.1.57.4

Triều kém (Neap tides)

Hai lần trong một tháng âm lịch trong phạm vi trung bình của hai lần triều liên tiếp là nhỏ nhất.

3.1.58

Trạng thái biển (Sea state)

Điều kiện biển trong một chu kỳ mà trong đó các thống kê của nó giữ hầu như không đổi.

CHÚ THÍCH: Theo ý nghĩa thống kê học, trạng thái biển không thay đổi đáng kể trong chu kỳ đó. Chu kỳ mà trong đó tồn tại điều kiện này thường giả thiết là 3 h, mặc dù nó phụ thuộc vào tình trạng thời tiết cụ thể tại mọi thời điểm đã cho.

3.1.59

Triều giả (Seiche)

Sự dao động của khối nước với chu kỳ tự nhiên của nó.

CHÚ THÍCH: Triều giả thường có dạng các con sóng đứng hay lắc/dao động của bề mặt tự do. Các dao động này có thể có chu kỳ từ vài min trong bể cảng và vịnh đến trên 10 h trong các hồ lớn.

3.1.60

Tiêu chí thiết kế (Design criteria)

Các công thức định lượng mô tả các điều kiện phải thỏa mãn từng trạng thái giới hạn.

3.1.61

Trường hợp thiết kế (Design situation)

Tập hợp các điều kiện thực tế xảy ra trong một khoảng thời gian nhất định mà thiết kế sẽ cho thấy các trạng thái giới hạn liên quan không bị vượt quá.

3.1.62

Trường hợp thiết kế ngắn hạn (Transient design situation)

Trường hợp thiết kế có chu kỳ ngắn hơn rất nhiều tuổi thọ thiết kế của công trình và có xác suất xảy ra cao.

CHÚ THÍCH: Trường hợp thiết kế ngắn hạn tham chiếu đến các điều kiện tạm thời của công trình, về sử dụng, hay bị phơi ra, ví dụ như trong khi thi công hay sửa chữa.

3.1.63

Trường hợp thiết kế ổn định (Persistent design situation)

Trường hợp thiết kế có chu kỳ yêu cầu giống như tuổi thọ thiết kế của công trình.

CHÚ THÍCH: Nói chung, tham chiếu đến các điều kiện sử dụng tiêu chuẩn.

3.1.64

Trường hợp thiết kế sự cố (Accidental design situation)

Trường hợp thiết kế bao gồm các điều kiện (hay sự phơi ra) bất thường của công trình, bao gồm hỏa hoạn, nổ, va chạm hay hư hỏng cục bộ.

3.1.65

Thiết kế phòng cháy (Fire design)

Thiết kế công trình để đạt được khả năng làm việc yêu cầu trong trường hợp hỏa hoạn.

3.1.66

Trường hợp thiết kế động đất (Seismic design situation)

Trường hợp thiết kế bao gồm các điều kiện bất thường của công trình khi xảy ra hiện tượng động đất.

3.1.67

Tiêu chí tính sử dụng (Serviceability criterion)

Tiêu chí thiết kế cho một trạng thái giới hạn sử dụng.

3.1.68

Xoáy nhiệt đới (Tropical cyclone)

Tuần hoàn đại dương hay khí quyển khép kín chung quanh một vùng áp thấp mà hình thành ban đầu trên các đại dương nhiệt đới.

CHÚ THÍCH 1: Tuần hoàn theo chiều ngược chiều kim đồng hồ trong bán cầu bắc và theo chiều kim đồng hồ trong bán cầu nam. Thực tế xoáy nhiệt đới có thể thành một trong những cơn bão mạnh nhất trên thế giới, với tốc độ giờ vượt quá 145 km/h và đi kèm mưa lớn.

CHÚ THÍCH 2: Các xoáy nhiệt đới thường nói đến các cơn bão ở Vịnh Mexico và Bắc Đại Tây Dương, các cơn bão nhiệt đới ở Biển Đông và Tây Bắc Thái Bình Dương và các xoáy ở nam Thái Bình Dương và Biển Nam Ấn Độ.

3.2  Ký hiệu và từ viết tắt

3.2.1  Ký hiệu

3.2.2  Từ viết tắt

4  Nguyên tắc chung

4.1  Tổng quát

Để thiết kế công trình cảng biển, cần thiết lập được những tốc động và các yêu cầu về độ bền vật liệu một cách phù hợp để làm các điều kiện thiết kế tuân theo yêu cầu làm việc của công trình và hiện trạng nơi đặt công trình.

Các điều kiện bao gồm gió, thủy triều, sóng, sóng thần, sự di chuyển của nước biển, thủy lực cửa sông, dòng ven bờ, các điều kiện đất, áp lực nước và đất, lún mặt đất, chuyển động của mặt đất, hóa lỏng của đất, kích thước chính của tàu thiết kế, tác động môi trường, trọng lượng bản thân, gia tải...

Việc xác lập các điều kiện thiết kế (tải trọng và tác động) ảnh hưởng nhiều đến tính năng, hiệu quả kinh tế,...của công trình, vì thế cần được thực hiện một cách thận trọng.

Các điều kiện thiết kế nói chung cần được thiết lập dựa trên kết quả khảo sát và thí nghiệm sơ bộ phù hợp. Điều cần thiết là hiểu rõ các phương pháp và kết quả của các khảo sát và thí nghiệm đó.

4.2  Phân loại tải trọng

Tải trọng được phân loại theo sự biến động theo thời gian như sau:

- Tải trọng thường xuyên (G), ví dụ như trọng lượng bản thân (thép, bê tông, đất và các vật liệu khác), tải trọng địa kỹ thuật, nước ngầm, tải trọng do ứng suất trước trong kết cấu bê tông cũng như trong đất và các tải trọng không trực tiếp gây bởi lún không đều, co ngót...;

- Tải trọng tạm thời (Q), ví dụ như tải trọng do giao thông đường bộ, do các thiết bị trong cảng như cần cẩu di động trong khai thác hay trong thi công, do neo cập tàu, do hàng hóa, do gió, do sóng, do dòng chảy và do biến động nước ngầm và triều trễ...

- Các tải trọng sự cố (A) như do nổ hay đâm va của tàu và các phương tiện,...

CHÚ THÍCH: Các tải trọng không trực tiếp do chịu biến dạng có thể là thường xuyên hay tạm thời.

4.3  Giá trị đặc trưng của tải trọng

Giá trị đặc trưng F_k của một tải trọng là giá trị đại diện chính của nó và được quy định như:

- Một giá trị trung bình, một giá trị cao hơn hay thấp hơn, hay giá trị danh định (không phải là phân bố thống kê);

- Trong tài liệu thiết kế.

Giá trị đặc trưng của một tải trọng thường xuyên cần được đánh giá như sau:

- Nếu biến động của G có thể xem rất nhỏ, có thể sử dụng một giá trị G_k;

- Nếu biến động của G không thể xem là nhỏ, có thể sử dụng hai giá trị: một giá trị G_k,sup cao hơn và một giá trị G_k,inf thấp hơn.

Biến động của G có thể bỏ qua nếu G không thay đổi đáng kể trong tuổi thọ thiết kế của kết cấu và hệ số biến động của nó rất nhỏ. G_k khi đó lấy bằng giá trị trung bình.

CHÚ THÍCH 1: Hệ số biến động này có thể nằm trong phạm vi 0,05 đến 0,10 tùy theo loại kết cấu.

Trong các trường hợp kết cấu rất nhạy cảm với biến động trong G (ví dụ như một số loại kết cấu bê tông ứng suất trước), cần sử dụng hai giá trị ngay cả khi hệ số biến động rất nhỏ. Khi đó G_k,inf lấy tại 5 % điểm phân vị và G_k,sup lấy tại 95 % điểm phân vị của phân bố thống kê Gauss.

Tải trọng do ứng suất trước (P) cần được phân loại như một tải trọng thường xuyên gây bởi hoặc các lực được kiểm soát và/hoặc các biến dạng được kiểm soát tác động trên kết cấu. Các loại ứng suất này cần phân biệt từng loại khác nhau (ví dụ như ứng suất trước bằng các thanh hay ứng suất trước bằng cách đặt biến dạng qua các gối đỡ).

CHÚ THÍCH 2: Các giá trị đặc trưng của ứng suất trước, tại thời điểm t, có thể là một giá trị cao hơn P_k,sup (t) và một giá trị thấp hơn P_k,inf(t). Đối với các trạng thái giới hạn cực hạn có thể sử dụng một giá trị trung bình P_m (t).

Đối với các tải trọng tạm thời, giá trị đặc trưng Q_k tương ứng với hoặc:

- Một giá trị cao hơn có xác suất dự kiến không bị vượt quá hay một giá trị thấp hơn có xác suất dự kiến sẽ được duy trì, trong khoảng thời gian tham chiếu quy định nào đó. Hay:

- Một giá trị danh định mà có thể được quy định trong các trường hợp khi không biết phân bố thống kê.

Đối với các tải trọng sự cố, giá trị thiết kế A_d cần được quy định cho từng dự án.

Đối với các tải trọng động đất, giá trị thiết kế A_Ed cần được đánh giá từ giá trị đặc trưng A_Ek hay quy định cho từng dự án.

4.4  Các giá trị biểu hiện khác của tải trọng tạm thời

Các giá trị biểu hiện khác của tải trọng tạm thời như sau:

- Giá trị tổ hợp được biểu hiện bằng tích Ψ₀Q_k, dùng để kiểm tra các trạng thái giới hạn cực hạn và các trạng thái giới hạn sử dụng không thể phục hồi;

- Giá trị tải trọng tạm thời ngắn hạn được biểu hiện bằng tích Ψ₁Q_k, dùng để kiểm tra các trạng thái giới hạn cực hạn có bao gồm các tải trọng sự cố và để kiểm tra các trạng thái giới hạn sử dụng có thể phục hồi.

- Giá trị tải trọng tạm thời dài hạn được biểu hiện bằng tích Ψ₃Q_k, dùng để kiểm tra các trạng thái giới hạn cực hạn có bao gồm các tải trọng sự cố và để kiểm tra các trạng thái giới hạn sử dụng có thể phục hồi. Các giá trị tải trọng tạm thời dài hạn cũng được sử dụng để tính toán các ảnh hưởng lâu dài

Trong đó:

Ψ₀: hệ số giá trị tổ hợp của tải trọng tạm thời;

Ψ₁: hệ số giá trị ngắn hạn của tải trọng tạm thời;

Ψ₂: hệ số giá trị dài hạn của tải trọng tạm thời.

CHÚ THÍCH: Giá trị tải trọng tạm thời dài hạn cũng có thể được xác định bằng giá trị trung bình của một khoảng thời gian đã chọn.

4.5  Đặc trưng vật liệu và sản phẩm

Đặc trưng của vật liệu (bao gồm đất và đá) hay sản phẩm cần được biểu thị bằng các giá trị đặc trưng

Khi kiểm tra trạng thái giới hạn mà nhạy cảm với sự biến động của đặc tính vật liệu, cần xét đến các giá trị đặc trưng cao hơn và thấp hơn của đặc tính vật liệu.

Khi giá trị thấp của đặc tính vật liệu và sản phẩm là bất lợi, giá trị đặc trưng cần được định nghĩa như giá trị tại điểm phân vị 5 %.

Khi giá trị cao của đặc tính vật liệu và sản phẩm là bất lợi, giá trị đặc trưng cần được định nghĩa như giá trị tại điểm phân vị 95 %.

Các giá trị đặc tính vật liệu phải được xác định theo các thí nghiệm tiêu chuẩn thực hiện trong các điều kiện quy định. Phải áp dụng một hệ số tính đổi khi cần để chuyển đổi các kết quả thí nghiệm thành các giá trị mà có thể giả thiết thể hiện được ứng xử của vật liệu và sản phẩm trong kết cấu hay đất nền.

Khi không có số liệu thống kê đầy đủ để thiết lập các giá trị đặc trưng của đặc tính vật liệu hay sản phẩm, có thể lấy các giá trị danh định làm các giá trị đặc trưng hay có thể thiết lập trực tiếp các giá trị thiết kế của đặc tính đó. Khi các giá trị thiết kế cao hơn hay thấp hơn của đặc tính vật liệu hay sản phẩm được thiết lập trực tiếp (ví dụ như các hệ số ma sát, các tỷ số giảm chấn), cần lựa chọn chúng sao cho nhiều hơn các giá trị bất lợi có thể ảnh hưởng đến xác suất xảy ra của trạng thái giới hạn đang xem xét đến một phạm vi tương tự với các giá trị thiết kế khác.

Khi cần tính toán cường độ cao hơn (ví dụ như để đánh giá sức chịu tải thiết kế và đối với cường độ chịu kéo của bê tông để tính các ảnh hưởng của các tải trọng không trực tiếp) cần xét đến một giá trị đặc trưng cao hơn.

Việc giảm sức kháng của cường độ vật liệu hay sản phẩm cần được xem xét do kết quả ảnh hưởng của các tải trọng lặp lại và có thể giảm sức kháng theo thời gian do mỏi.

Thông số độ cứng kết cấu (ví dụ như các mô đun đàn hồi, các hệ số biến dạng dư) và các hệ số dãn nở do nhiệt cần lấy các giá trị trung bình, cần dùng các giá trị khác nhau để xét đến thời lượng của tải trọng.

CHÚ THÍCH: Trong một số trường hợp, có thể xét đến giá trị cao hơn hay thấp hơn giá trị trung bình của mô đun đàn hồi (ví dụ như trong trường hợp mất ổn định).

Khi cần một hệ số thành phần đối với các vật liệu và sản phẩm, phải sử dụng một giá trị gần đúng trừ khi có thông tin thống kê phù hợp để đánh giá độ tin cậy của giá trị đã chọn.

4.6  Các hệ số thành phần và công thức tổ hợp

Các tổ hợp tải trọng cần bao gồm các tải trọng thường xuyên và các tải trọng tạm thời. Các tải trọng bên trong như ứng suất trước cần xét đến khi thích hợp.

Các hệ số thành phần và tổ hợp tải trọng cần dựa theo các kiến nghị cho trong tiêu chuẩn này. Đặc biệt cần kể đến như sau đây:

a) Tải trọng sóng cần được xem như tải trọng tạm thời;

b) Tải trọng do dòng chảy cần được xem như tải trọng tạm thời;

c) Tải trọng đi cùng với các hoạt động của tàu (tải trọng do cập tầu, neo tàu, lực đẩy chân vịt tàu và do các khung dẫn lên tàu) cần được xem như tải trọng tạm thời;

d) Tải trọng do tàu va đâm sự cố cần được xem như tải trọng tạm thời;

e) Tải trọng đi cùng với các hoạt động khai thác của cảng (của các phương tiện trong cảng, các cần cẩu và hàng hóa) cần được xem như tải trọng tạm thời;

CHÚ THÍCH 1: Trọng lượng bản thân của các cần cẩu cố định hay di động có thể được xem như một tải trọng thường xuyên, và là các tải trọng tạm thời đối với các cần cẩu khi được xem như tải trọng hàng hóa hay tải trọng do môi trường.

f) Các tổ hợp khi tải trọng gió trên công trình, trên các toà nhà, các cầu dẫn, các đường đi bộ hay các cần cẩu và các tải trọng sóng trên công trình cảng biển xuất hiện đồng thời trong một trường hợp thiết kế cần được giả thiết như các tải trọng tạm thời.

g) Các hệ số thành phần đối với các tải trọng thường xuyên và các tải trọng tạm thời độc lập lấy theo Bảng 1.

CHÚ THÍCH 2: Nếu tổ hợp bao gồm các tải trọng thường xuyên và các tải trọng tạm thời thì các hệ số thành phần cho trong Bảng 1 chỉ lấy các hệ số cần thiết cho các tải trọng thiết kế mà đã được sử dụng để kiểm tra.

Nếu tổ hợp bao gồm các tải trọng thường xuyên và nhiều hơn một tải trọng tạm thời thì một trong những tải trọng tạm thời đó cần được quy định như tải trọng tạm thời chính và các tải trọng tạm thời khác cần được giả thiết như các tải trọng tạm thời đi cùng. Các tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời chính cần được nhân với các hệ số thành phần cho trong Bảng 1, nhưng các tải trọng tạm thời đi cùng cần nhân với các hệ số Ψ, chúng là những hệ số cho giá trị tổ hợp Ψ_o, giá trị thường xuyên Ψ₁ hay giá trị giả thường xuyên Ψ₂ của các tải trọng tạm thời.

CHÚ THÍCH 3: Chúng thể hiện các xác suất đã giảm mà các ảnh hưởng lớn nhất xảy ra đồng thời khi xét cùng với nhiều hơn một tải trọng tạm thời độc lập về thống kê. Khi các tác động xuất hiện từ cùng một nguyên nhân thì chúng có thể được xử lý đồng thời như một tải trọng tạm thời chính hay thứ yếu khi thích hợp.

Khi thích hợp, thiết kế cần đánh giá các trường hợp thiết kế khác nhau bằng cách lấy các tải trọng tạm thời khác nhau làm tải trọng tạm thời chính cho đến khi xác định được tổ hợp gây ra phản ứng bất lợi nhất của kết cấu.

CHÚ THÍCH 4: Điều này có nghĩa là một tải trọng tạm thời khác đã được giảm bởi hệ số Ψ trong từng trường hợp thiết kế khác nhau.

Cần sử dụng các công thức cho trong Bảng 3 để xác định cách áp dụng các hệ số thành phần và các hệ số Ψ cho các tổ hợp tải trọng thường xuyên, tải trọng do ứng suất trước và tải trọng tạm thời.

Bảng 1 - Các hệ số thành phần của tải trọng (tiếp theo)

Bảng 2 - Hệ số thành phần của các tải trọng neo tàu

(Mời xem tiếp trong file đính kèm)