- Bảo đảm cho tải trọng được truyền dẫn đủ tin cậy
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH MÓNG BÈ CỌC
2.1.3.2 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM)
Phương pháp phần tử hữu hạn là một trong các phương pháp mạnh nhất để phân tích móng bè cọc. Trong phương pháp này, cả kết cấu gồm bè cọc và nền đều được rời rạc hóa. Khi đó số lượng phương trình cân bằng sẽ rất lớn, chỉ có thể tính toán dựa vào máy tính. Một trong những phương pháp làm giảm sự phụ thuộc vào máy tính là chuyển bài toán không gian ba chiều thành bài toán đối xứng trục hoặc bài toán ứng suất phẳng.
Ví dụ tính toán đầu tiên về móng bè cọc dùng phương pháp phần tử hữu hạn được trình bày bởi Hooper (1973) [20], với mô hình đối xứng trục dùng phần tử tám nút. Trong phương pháp này, độ cứng của nhóm cọc được ước lượng một cách gần đúng. Nền đất được mô phỏng như một vật liệu đồng nhất đàn hồi tuyến tính với module tăng tuyến tính theo độ sâu. Hooper dùng phương pháp này để phân tích móng bè cọc của công trình Hyde Park Barracks. Năm 1975, Ottaviani ứng dụng phương pháp này để phân tích bè tuyệt đối cứng đặt trên nhóm cọc trong một không gian đồng nhất.
Chow and Teh (1991) [21] dùng phương pháp số phân tích ứng xử của móng bè cọc tuyệt đối cứng trên nền không đồng nhất. Bè được rời rạc hóa thành các phần tử con hình vuông. Tác giả xem bè tiếp xúc hoàn toàn với đất nền và mặt tiếp xúc giữa bè và nền được tính toán chính xác thông qua các vùng chia nhỏ hình vuông đó ( Chow, 1987a) [22]. Đất nền được mô phỏng là vật liệu tuyến tính đàn hồi đẳng hướng và module Young tăng tuyến tính theo độ sâu. Cọc tiết diện hình tròn và được rời rạc
thành hai phần tử nút tại mặt tiếp xúc giữa đất và cọc ( Chow, 1987b) [23]. Tương tác giữa bè, cọc và đất nền được kể đến vào quá trình tính toán.
Katzenbach and Reul (1997) [24] dùng phương pháp phần tử hữu hạn để mô tả ứng xử của đất thành vật liệu đàn dẻo. Cọc được mô hình bằng phần tử ba chiều, còn bè được mô phỏng bằng phần tử tấm. Quan hệ ứng suất biến dạng của đất được mô phỏng bằng mô hình nền bao gồm hai phần mặt dẻo chính: mặt áp lực phụ thuộc hoàn toàn vào phá hoại cắt dẻo và mặt dẻo nắp chịu nén. Katzenbach và các cộng sự. (2000)
[25] dùng mô hình tương tự thực hiện các nghiên cứu phân tích ứng xử của móng bè cọc tại đất sét Frankfurt. Reul (1998) [26] tinh chỉnh lại mô hình bằng cách dùng phân tử vô cùng tại biên để mô hình nền đất thành bán không gian đàn hồi.
Prakoso and Kulhawy (2001) [27] phân tích móng bè cọc bằng mô hình phần tử hữu hạn biến dạng phẳng phi tuyến và đàn hồi tuyến tính thông qua mô phỏng móng bè cọc ba chiều thành móng bè hai chiều. Phân tích này dựa trên phần mềm Plaxis version 6.1 và phần tử tam giác sáu nút được dùng để mô phỏng móng bè cọc và đất nền [28]. Các dãy cọc trong bè được tính gọp thành các cọc tương dương biến dạng phẳng với module Young tương đương Eep được tính toán phụ thuộc vào số lượng cọc trong dãy, kích thước cọc và kích thước bè: p r p p rowi p eq D L E A n E
Với : np - rowi: số lượng cọc dãy thứ I ; Ap: diện tích mặt cắt ngang cọc
Ep: module Young của cọc ; Lr: chiều dài của bè ; Dp: đường kính cọc
Reul and Randolph (2003) [29] - với sự trợ giúp của phần mềm ABAQUS - giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn đàn dẻo ba chiều để phân tích móng bè cọc trên nền đất sét quá cố kết – đất sét Frankfurt.