bemessungsverfahren für horizontal belastete pfähle ... bodenmechanik 33 herausgegeben von...
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Mitteilungen aus dem Fachgebiet
Grundbau und Bodenmechanik
33
Herausgegeben von Professor Dr.-Ing. W. Richwien
Universität Duisburg-Essen
Bemessungsverfahren für horizontal belastete Pfähle -Untersuchungen zur
Anwendbarkeit der p-y Methode
von Jens Wiemann
VGE Verlag GmbH
Essen 2007
Methode die
fiir Omhore
ichtige:n damit vereinfachend das
Parameter der Kennlinien sind die
Ibhängig von Matcrialparametern
der Systemgeomctrie. Mit einem
werden aus der Anfangssteifigkeit
numerische
Im Vordergrund stehen dabei die
ite:iligkcit nichtbindiger Böden.
An~lItz zur Beschreibung der
basiert auf standardisierten
die Lagerungsdichtc und den
filr die Materialsteifigkeit.
Großversuchs an einem
,ile:-Gründungcn gnmdsätzlich
jedoch eine Modifikation der
fDr die: berechnete pfahllänge ein
Ie:inspannllng, zuverlässig erfiillt
III
Inhaltsverzeichnis
Absrract. .
Kurzfassung.. 11
Inhaltsverzeichnis 111
Maßeinheiten....... V
Fonnelzeichen........................ . V
Indizes VII
I. J Eintuhrung........................................... .. .
I.2 Zielsetzung der Arbeit...... . .
I Einleilung................................................................... . ..
1.3 Vorgehen und Aufbau der Arbeit.... .. 2
2 Bemessungsverfahren fur horizontal belastete Pfahle................. . ..
2.1 Bettungsmodulverfahren...... .. .
2.1.1 Ansätze rur den Beuungsmodul bei linear elastischem Halbraurn.. 6
2.1.2 Lösung der Differentialgleichung tur ein allgemeines Bettungsprofil nach
Titze (1970).................. 12
2.2 P-y Methode....................... 15
2.2. J Federkennlinie nach Reese et al. (1974)................ 15
2.2.1.1 Grenzwert der Bettungsreaktion.. 17
2.2.1.2 Beltungsprofil................................................................................ 18
2.2.2 Federkennlinie nach API (2000).............. J8
3 Numerisches Modell. 21
3.1 Kontinuumsmechanische Grundlagen........... 2 J
3.1.1 Beschreibung der Deformation "".".. 21
3. I.2 Spannung..................... 23
3.1.3 Massenerhaltung.. 24
3.1.4 Erhaltung von Impuls und Drehimpuls........ .. " 24
3.1.5 Prinzip der virtuellen Arbeit als Äquivalent zum Kräftegleichgewichl.. 25
3.2 Die Methode der finiten Elemente............ .. 26
3.2.1 Räumliche Diskretisierung " 27
3.2.2 Zeitliche Diskretisierung.... 28
3.2.3 Iterative Lösung " 29
3.3 Räumliche Diskrelisierung des Modellgebiets. 31
3.3. I Modellgebiet und Kontaklformulierung.. 31
3.3.2 Elemenueilung des Pfahls...... .. ".. 33
IV
4 Materialmodelle. 37
4.1 Elastoplastisches Materialmodell. 38
4.1. J Fließfunktion und Fließbedingung.. 39
4.1.2 Fließregel.............................................. 41
4.1.3 Konsistenzbedingung.. 42
4.1.4 Bestimmung der Materialparameter. .. 43
4.2 Hypoplastisches Materialmodell. 43
4.2. I Darstellung des Modells................................... 44
4.2.2 Bestimmung der Materialparameter.... 47
4.2.3 Materialparameter für Essener Laborsand.. 52
4.2.4 Verifikation der Materialparameter... 52
4.3 Elasroplastisches Modell mit aktualisierten Parametern.............................. 56
4.3.\ Grenzreibungswinkel. 56
4.3.2 Elastizitätsmodul.... 64
4.3.2.1 Pyknotropie und Barotropie....................................... 64
4.3.2.2 Schubbeanspruchung. 66
4.3.3 Implementierung eines Unterprogramms für das FE-Programm Abaqus.... 70
4.3.3.1 Mathematische Beschreibung der Druck-Setzungslinien.. 70
4.3.3.2 Berechnung des Sekantenmoduls..... 72
4.3.4 Simulation von Elementversuchen.. 74
4.3.5 Simulation eines Einzclpfahls. 78
5 Ergebnisse der Untersuchungen..................................................... 90
5.1 Untersuchung der Bettungsreaktion im Grenzzustand.. 90
5.2 Untersuchung des Bettungsprofils der p-y Methode..................................... 98
5.2.1 Kritische Länge nach der Differentialgleichung........................................ 98
5.2.2 Rilckrechung der Bodenparameter aus der kritischen Länge................................ 102
5.2.3 Untersuchung des Bettungsbeiwerts k......................................................... 104
5.2.4 Modifikation des Bettungsbeiwerts k........................................................... 109
5.3 Numerische Simulation horizontal belasteter Pfähle................................ 114
5.3.1 Einwirkungen und Pfahlquerschnitte.. 114
5.3.2 Baugrund.................................... 116
5.3.3 Voruntersuchung zur Pfahlverformung... . 116
5.3.4 Untersuchung rur eine vorgegebene Pfahlkopfverschiebung................................ 117
5.3.5 Untersuchung fur eine Lastkombination aus Moment und Querkrafi.. 128
6 Zusammenfassung... 140
Anhang.... 142
Literatur............ 148