Giới thiệu
Đóng cọc bằng rung cung cấp một phương pháp lắp đặt quan trọng cho cọc ống thép nhanh hơn và an toàn hơn so với đóng cọc bằng búa tác động truyền thống. Tuy nhiên, chịu sự tương tác động đất-kết cấu phức tạp trong quá trình chèn dao động, Cọc ống dễ bị mất ổn định mất ổn định, có thể cản trở việc đạt tới độ sâu đầu cuối. Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá số lượng ứng xử oằn bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn với các mô hình đất đã hiệu chuẩn, mở đường cho hướng dẫn cải tiến về kích thước cọc, điều kiện đất đai phù hợp, và điều khiển lái xe.
Cơ chế uốn
Một số chế độ oằn tiềm ẩn tồn tại trong quá trình lắp đặt rung tùy thuộc vào tính chất của đất và các thông số truyền động. Mất ổn định toàn cầu liên quan đến biến dạng ngang dọc theo toàn bộ chiều dài nhúng, được điều khiển bởi sức cản của đất vượt quá khả năng uốn tới hạn. Oằn cục bộ gây ra oằn vào trong của tường cọc ở độ sâu tập trung ứng suất. Các phương trình thiết kế thực nghiệm hiện tại không tính đến các cơ chế nhất thời bao gồm:
- Hiệu ứng quán tính từ tần số kích thích dao động
- Biến đổi sức kháng đất phụ thuộc vào tốc độ biến dạng
- Tải và dỡ đất theo chu kỳ
Phương pháp mô hình số
Để làm sáng tỏ những tương tác phức tạp này, một mô hình phần tử hữu hạn động được phát triển bằng ABAQUS. Hình học cọc thép bao gồm đường kính 600mm, 20phần tử ống dài m được mô hình hóa bằng phần tử vỏ. Khối đất xung quanh mở rộng theo chiều ngang 20m và tới độ sâu 30m, được chia lưới với các phần tử rắn 3D 8 nút. Các phần tử tiếp xúc dọc theo ranh giới cọc-đất chịu tải trọng ma sát động. Các điều kiện địa tĩnh ban đầu cho lớp đất sét dày 10m được xác định bằng cách sử dụng các thông số đất từ thí nghiệm ba trục. Một chốt đất hình trụ được cắm vào trong cọc tượng trưng cho đất đã được đúc lại. Hiện tượng mất ổn định được đánh giá bằng cách sử dụng các giải pháp ngầm động khi cọc được chèn vào dưới các kích thích rung được xác định trước phù hợp với các hệ thống ngoài khơi.
Ví dụ về dữ liệu
Bao gồm các tập dữ liệu mẫu:
- Nhật ký thử nghiệm khả năng chịu lực của cọc tại hiện trường lắp đặt, đột quỵ, tốc độ chèn so với độ sâu
- Kích thước cọc, tính chất vật chất, kết quả thí nghiệm đất tại điểm khảo nghiệm
- Cọc đào hiển thị các chế độ oằn và điều kiện đất gây ra hư hỏng
- Thiết bị đo áp lực đất, tăng tốc khi lái xe
- Kiểm tra sau lái xe bằng cách sử dụng các kỹ thuật như lập hồ sơ laser 3D để ghi lại hình học
So sánh giám sát hiện trường với kết quả đầu ra của mô hình số nhằm xác nhận khả năng mô phỏng và hiệu chỉnh các định nghĩa về hành vi của đất.
Kết quả ví dụ
Mô phỏng cọc ống dẫn xuyên qua lớp đất sét cứng đến tầng cát chịu lực sử dụng các đặc tính đất đo được được thể hiện trong Hình 1. Sự oằn toàn cầu xảy ra ở độ cao 12m do lực cản tăng mạnh. Sự oằn cục bộ bắt đầu xảy ra đầu tiên ở độ sâu khoảng 4m nơi ứng suất đạt cực đại ở một chỗ phình ra tương ứng với cọc hiện trường được đào tại hiện trường. Áp lực đất động phát triển dọc theo cọc trong mỗi chu kỳ phù hợp với dữ liệu cảm biến hiện trường.
Nhân vật 1. Hiển thị kết quả oằn (Một) hình dạng cọc, (b) áp lực đất
ở chu kỳ độ sâu 4m
So sánh và xác nhận
Bao gồm xác nhận chính:
- Độ sâu uốn phù hợp trong phạm vi 0,5m giữa cọc mô hình và cọc đào
- Áp lực đất tại hiện trường và mô hình được thỏa thuận trong phạm vi 15kPa trên độ sâu
- Xu hướng kháng động qua các chu kỳ là nhất quán giữa các thử nghiệm thực địa và mô hình
Sau đó, các nghiên cứu về độ nhạy đã khám phá sự phụ thuộc vào hiện tượng mất ổn định vào các thông số lắp đặt như cường độ/tần số hành trình cũng như loại đất.. Lái xe được tối ưu hóa đã được đánh giá để ngăn chặn sự cố mất ổn định trong các điều kiện giới hạn.
Kết luận
Mô hình số chứng tỏ có khả năng nắm bắt hiện tượng oằn động trong cọc ống thép trải qua quá trình lắp đặt rung. Hiệu ứng tương tác giữa cấu trúc đất được bộc lộ thông qua so sánh trực tiếp với dữ liệu quan trắc hiện trường. Với sự cải tiến hơn nữa, phương pháp đã được xác nhận có thể tối ưu hóa kích thước cọc, đánh giá sự phù hợp của việc lắp đặt, và phát triển hệ thống điều khiển lái xe năng động – cho phép an toàn hơn, truyền động rung hiệu quả hơn của móng cọc.