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Tragverhalten von offenen Fertigrammpfählen und Spundwandprofilen unter Berücksichtigung der Pfropfenbildung


Project Details
Project duration: 11/200610/2010


Abstract
Bei der Einbringung von offenen Verdrängungspfählen (z.B. Rohrprofile, H-Profile, Spund-wandprofile) kann im Fußbereich eine Verspannung des Bodens zwischen den Mantelflächen eintreten. Diese Verspannung wird als Pfropfenbildung bezeichnet, die in Abhängigkeit unter-schiedlicher Randbedingungen in der Lage ist, einen Spitzendruck abzuleiten. Dadurch ist ei-ne deutliche Erhöhung der Tragfähigkeit möglich. Unter diesen Randbedingungen werden ge-ometrische und bodenmechanische Faktoren verstanden. Ein offener Verdrängungspfahl kann eine Tragfähigkeit von ca. 80 % eines vergleichbaren geschlossenen Profiles erreichen.
Die Tragfähigkeit eines offenen Verdrängungspfahls resultiert aus der äußeren Mantelreibung und dem Spitzendruck aus der Profilaufstandsfläche. Bei offenen Stahlrohrpfählen wird zu-sätzlich eine innere Mantelreibung berücksichtigt. Aufgrund der Mantelreibung zwischen den Mantelflächen kann sich ein Pfropfen zwischen diesen bilden, über den ein Spitzendruck ab-geleitet werden kann. Bei Spundwandprofilen tritt dieser Pfropfen zwischen den Wellentälern auf, sowie bei H-Profilen zwischen den Flanschen und dem Steg begrenzten Bereich.
Der Mechanismus der Pfropfenbildung und der Einfluss der verschiedenen Randbedingungen ist bisher allerdings nicht bekannt.
Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, die Pfropfenbildung an Hohlprofilen wissenschaftlich zu untersuchen und zu quantifizieren. Der Schwerpunkt liegt dabei bei den offenen Stahlrohr-pfählen in nicht bindigen Böden. Es sollen die Einflüsse der einzelnen Ursachen für eine Pfropfenbildung experimentell und numerisch analysiert werden. Dafür werden Modell- und Feldversuche an offenen Rohrpfählen durchgeführt, an deren Ergebnissen ein numerisches Modell validiert werden soll. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird ein numerisches Modell für die Pfropfenbildung bei Spundwänden erstellt und anhand von Spundwandprobebelastun-gen validiert.
Im Einzelnen werden folgende Punkte behandelt:
- Qualitative und quantitative Untersuchung einer Pfropfenbildung auf das Tragverhal-ten eines offenen Verdrängungspfahles mit Hilfe von Modellversuchen (Systemversu-chen). Dabei sollen folgende Untersuchungen durchgeführt werden:
- Variation der Lagerungsdichte,
- Vergleichsuntersuchungen mit geschlossenen Profilen.
- Feldversuche zur Überprüfung der Übertragbarkeit von Modellversuchen auf in-situ Bedingungen.
- Entwicklung und Validierung eines numerischen Berechnungsmodells (2D) für Rohr-profile. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wird eine weiterführende Parameterstu-die (Variation der geometrischen Abmessungen, Änderung von Bodenkennwerten, Grundwassereinfluss) durchgeführt.
- Übertragung der bisherigen Erkenntnisse aus den experimentellen und numerischen Untersuchungen der Pfropfenbildung bei Rohrprofilen (2D) auf ein numerisches Mo-dell zur Berücksichtigung der Pfropfenbildung bei H- und Spundwandprofilen in 3D. Das Modell wird mit Hilfe von Spundwandprobebelastungen validiert.
- Entwicklung einer Modellvorstellung zur Pfropfenbildung bei Hohlprofilen sowie Ab-leitung eines analytischen Berechnungsansatzes aus den Ergebnissen der experimentel-len und numerischen Arbeiten.


Principal Investigator

Last updated on 2017-11-07 at 14:01