Numerische Modellierung der Pfahl-Boden-Interaktion bei Probebelastungen – Gegenüberstellung von Messungen und Simulationen

Abstract

In der vorliegenden Diplomarbeit wird das Tragverhalten von Pfählen numerisch simuliert und die Ergebnisse mit real durchgeführten statischen Pfahlprobebelastungen verglichen. Die Datender Pfahlprobebelastungen stammen aus dem Forschungsprojekt „Unteres Hausfeld“ (FPUH),bei dem verschiedene Tiefgründungselemente, unter anderem auch Bohrpfähle, im typischen Wiener Baugrund hergestellt und geprüft worden sind. Zwei dieser Pfahlprüfungen, wobei eine inden quartären und die andere in den miozänen Schichten durchgeführt wurde, werden für die Erstellung zwei separater Modelle herangezogen und deren Ergebnisse der Versuchsauswertung mit den Ergebnissen der Modellierung verglichen. Dafür werden zweidimensionale, achsensymmetrische Finite-Elemente-Modelle mit der Software Plaxis 2D erstellt. Dabei kommen das höherwertige Stoffmodell Hardening Soil model with small-strain stiffness und Interface-Elemente zum Einsatz. Die Parameter für Boden und Pfahl werden aus Laborversuchen, Literaturangaben und Erfahrungswerten ermittelt.Für die Interpretation und den Vergleich der Ergebnisse werden die Widerstand-Verschiebungslinien der Versuchspfähle mit jenen der Modelle gegenübergestellt. Des Weiteren werden die Längskraftverläufe verglichen, sowie die im Boden stattfindenden Prozesse der Pfahl-Boden-Interaktion erläutert. Diese umfassen die volumetrischen Dehnungen der dilatanten quartären Schichten und den durch plastische Spannungspunkte dargestellten Versagensmechanismus der miozänen Schichten. Der Vergleich der Modellergebnisse mit jenen der Versuche zeigt, dass die Widerstand-Verschiebungslinien und Längskraftverlauf des im Miozän geprüften Pfahls sehr gut mit dem Modell abgebildet werden können. Dem Gegenüber sind beim Tragverhalten des in den quartären Schichten geprüften Pfahls große Unterschiede zu den Modellergebnissen feststellbar. So erreicht der Versuchspfahl viel höhere Widerstandswerte als der modellierte Pfahl. Den Abschluss der Arbeit bilden Parameter- und Sensitivitätsstudien, mit denen der Einfluss unterschiedlicher Boden- und Pfahlparameter auf das Tragverhalten von Pfählen analysiert wird.

In this diploma thesis, the load-bearing behaviour of piles is simulated numerically, and the results are compared with real static pile load tests. The data of the pile load tests originate fromthe research project “Unteres Hausfeld” (FPUH), in which various deep foundation elements,including bored piles, were constructed and tested in typical Viennese subsoil. Two of these piletests, one in the Quaternary and the other in the Miocene layers, are used for the creation of two separate models and their test evaluation results are compared with the modeling results.For this purpose, two-dimensional, axisymmetric finite element models are created using Plaxis2D software. The Hardening Soil model with small-strain stiffness and interface elements are used. The parameters for the soil and pile are determined from laboratory tests, literature and empirical values.For the interpretation and comparison of the results, the load-displacement curves of the testpiles are compared with those of the models. Furthermore, the axial force curves are compared and the processes of pile-soil interaction taking place in the soil discussed. These include the volumetric strains of the dilatant Quaternary layers and the failure mechanism of the Miocenelayers represented by plastic stress points. The comparison of the model results with those of the experiments shows that the load-displacement curves and longitudinal force progression of the pile tested in the Miocene can be reproduced very well with the numerical model. In contrast, the load-bearing behaviour of the pile tested in the Quaternary layers differs significantly from the model calculatoins. Thus, the test pile achieves much higher resistance values than the modeled pile. The thesis concludes with parameter and sensitivity studies that examine the influence of various soil and pile parameters on the load-bearing behavior of piles.