Vấn đề phân tích và thiết kế nền móng sâu có liên quan đến nhiều kết cấu công trình dân dụng, phần lớn chúng ta thường xây dựng các công trình trên đất yếu. Móng cọc là một loại kỹ thuật móng sâu phổ biến được sử dụng để truyền tải trọng của kết cấu bên trên lên các lớp đất chịu lực phía dưới. Trong bối cảnh này, việc dự đoán chính xác độ lún của cọc và đánh giá đúng khả năng chịu tải của cọc là một khía cạnh cơ bản của thiết kế móng sâu. Đây có thể là một nhiệm vụ đầy thách thức đối với người thiết kế trong trường hợp tương tác giữa cọc và đất phức tạp hoặc trong các tình huống liên quan đến quá trình cố kết. Do bản chất 3D của hình dạng cọc và thành phần bên có thể có của tải trọng thiết kế, hầu hết các phân tích móng cọc phải được thiết lập trong PLAXIS 3D. Lý tưởng nhất là bản thân các cọc sẽ được thể hiện bằng các yếu tố thể tích (volume elements). Điều này sẽ đảm bảo sự làm việc chính xác nhất của vấn đề vật lý, đặc biệt là liên quan đến sự tương tác của đất và kết cấu.  Hình 1: Mô hình 3D của một móng đài - cọc Với các mô hình 3D như vậy, các cọc được mô hình hóa vật lý, và sự tương tác của đất-kết cấu được tính bằng các yếu tố phần tử giao tiếp bề mặt (surface interface elements) với ứng sử ma sát Moulomb-friction liên quan. Kết quả cọc chủ yếu sẽ được cung cấp dưới dạng ứng suất mà sau này có thể được tích hợp thành các lực kết cấu vào môi trường xử lý sau của PLAXIS Output, hoặc:
Hình 2: Mô men uốn trong mô hình móng đài - cọc đơn giản Phương pháp tiếp cận khối lượng cũng yêu cầu sử dụng các phần tử tương đối nhỏ được mặc nhiên tạo ra bởi độ mảnh tương đối lớn của bản thân phần tử cọc và kết quả là số lượng phần tử lớn. Cách tiếp cận này có thể có một số hạn chế. Một số lượng lớn các cọc sẽ phải được xem xét và số lượng phần tử ngày càng tăng (khi số lượng cọc được mô hình hóa tăng lên) có thể trở nên đơn giản là phí thực tế vào một số điểm nào đó. Cọc dạng dầm nhúng (embedded beams) hoặc cách xử lý hiệu quả với nhiều cọcChùm cọc nhúng (embedded beam) là một tính năng đặc biệt trong PLAXIS 3D. Tính năng này được phát triển để mô phỏng hoạt động của cọc một cách đơn giản. Chùm cọc (embedded beamnhúng) đặc biệt hữu ích trong trường hợp tính toán số lượng lớn cọc trong mô hình PLAXIS 3D. Theo cách tiếp cận này, cọc được thể hiện bằng các phần tử dầm, trong khi tương tác đất - cọc dọc theo trục cọc và tại mũi cọc được mô tả bằng các phần tử đặc biệt interface elements xây dựng dựa trên các lò xo ghép nối phi tuyến tính từ nút đến nút (node-to-node). Việc tạo ra các phần tử dầm tuyến tính mang lại cơ hội để mô phỏng cọc như các phần tử kết cấu với các đặc tính vật liệu cụ thể. Điều này giúp tiết kiệm một số lượng lớn các phần tử cần thiết trong quá trình này, so với các cọc thể tích được lấp đầy bởi các phần tử tứ diện. Một ưu điểm rõ ràng khác của việc sử dụng các phần tử dầm nhúng (embedded beam) trong PLAXIS là việc tạo ra các lò xo ghép (để tương tác giữa đất và cọc) không yêu cầu kết nối nút lưới giữa các đường hỗ trợ các phần tử cọc / dầm và khối lượng đất xung quanh. Cả hai đường cọc và khối lượng đất có thể được chia lưới độc lập. Nhân tính toán PLAXIS 3D tự động xử lý việc tìm các điểm giao nhau giữa phần tử cọc dầm và mặt phần tử đất, các điểm này được gọi là nút “ảo” nơi có thể tính toán chuyển vị tương đối giữa các nút lưới đất và nút cọc. Việc đơn giản hóa mô tả hình học và quá trình chia lưới cho phép xem xét hàng trăm cọc mà không gặp bất kỳ khó khăn nào. Hình 3: Sử dụng 3D embedded beam để mô hình nhiều cọc Đầu vào do người dùng cho ebedded beam được chia thành:
Hình 4: Thuộc tính của 3D embedded beam cho mô hình cọc Kết quả được cung cấp bởi chùm dầm nhúng (embedded beams) chứa:
Các phần tử dầm nhúng (Embedded beam) đã chứng minh kết quả đặc biệt tốt đối với trạng thái khả năng phục vụ của nhóm cọc khi chịu tải dọc trục. Điều quan trọng cần lưu ý là thời gian tính toán và số lượng yếu tố cần thiết để phân tích một vấn đề tương tác giữa cọc và đất nhất định được giảm thiểu bằng cách sử dụng cọc nhúng so với sử dụng cọc thể tích. Hình 5: Hiển thị kết quả nội lực cho embedded beams trong PLAXIS 3D Với PLAXIS 2D thì sao?Trong khuôn khổ phân tích PLAXIS 2D, có thể phân tích cọc chịu tải dọc trục bằng cách giả định các điều kiện không đối xứng trục. Các mô hình như vậy rất hiệu quả về mặt chi phí, nói theo cách tính toán, nhưng chỉ có thể được sử dụng trong trường hợp tải dọc trục, vì bất kỳ xem xét nào về tải trọng bên sẽ không đáp ứng các điều kiện đối xứng trục và do đó sẽ yêu cầu một mô hình 3D thích hợp. Hình 6: Mô hình đối xứng trục cho cọc chịu tải trọng dọc trục trong PLAXIS 2D Tính năng chùm dầm nhúng (embedded beam) được trình bày trước đó cũng có sẵn cho các tình huống biến dạng mặt phẳng 2D nhưng chỉ có thể được sử dụng để phân tích các hàng cọc (các hàng kéo dài theo hướng ngoài mặt phẳng mô hình hóa). Bản chất 2D của phân tích biến dạng mặt phẳng không cho phép xem xét một thực thể bị chôn vùi đơn lẻ (chỉ có thể được xem xét trong mô hình 3D). Do đó, nó hoàn toàn yêu cầu rằng bất kỳ chùm tia nhúng 2D nào cũng phải đại diện cho một tập hợp các cọc cách nhau liên tục theo hướng ngoài mặt phẳng với giá trị khoảng cách giữa các cọc không quá lớn so với đường kính cọc, sao cho chuyển vị đất trung bình như được cung cấp bởi lưới đất 2D giữa các cọc sẽ vẫn là một giả định có thể chấp nhận được. Khi giả định về các cọc cách nhau liên tục được thỏa mãn, mô hình PLAXIS 2D cho thấy sự phù hợp rất tốt với các mô hình 3D tương đương, nhưng với một phần nhỏ chi phí tính toán. |
