Anwendung des "load-transfer analysis" - Ansatzes für Energiepfähle des Forschungsprojekts Unteres Hausfeld

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit untersucht das Tragverhalten von Energiepfählen unter thermo-mechanischer Beanspruchung. Im Mittelpunkt steht dabei der "load-transfer analysis"-Ansatz, dessen theoretischer Hintergrund sowie der aktuelle Stand in der Literatur ausführlich dargestellt werden. Für die praktische Umsetzung wurde ein numerischer Code in der Programmiersprache "Julia" entwickelt, der den beschriebenen Analyseansatz integriert. Die Verifikation des entwickelten Programms erfolgte zunächst durch einen Vergleich mit einem Referenzbeispiel. Anschließend wurde eine umfangreiche Parameterstudie durchgeführt, bei der verschiedene Lastniveaus und Randbedingungen systematisch variiert wurden, um die Sensitivität des Modells gegenüber thermo-mechanischen Einflüssen zu analysieren. Im nächsten Schritt wurde das Berechnungsverfahren auf reale Anwendungsfälle übertragen. Hierzu wurden zwei Energiepfähle aus dem Forschungsprojekt "Unteres Hausfeld" herangezogen, deren Bodenkennwerte, Versuchsdurchführung und Messergebnisse in komprimierter Form dargestellt werden. Für die numerische Modellierung wurden die Pfahlwiderstände im Grenzzustand der Tragfähigkeit ermittelt, wobei das zugrunde liegende Berechnungsverfahren ausführlich erläutert wird.Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit den in situ gemessenen Werten erfolgte anhand der Pfahlkopfverformungen über den Belastungszeitraum sowie der Widerstands-Setzungslinie. Die Ergebnisse zeigen, dass für den miozänen Energiepfahl eine sehr gute Übereinstimmung zwischen berechneten und gemessenen Verformungen erzielt werden konnte. Größere Abweichungen traten hingegen beim Energie-Kiespfahl auf. Der in situ getestete Pfahl mobilisierte einen signifikant höheren Widerstand als die Modellberechnung ergeben hatte.

This diploma thesis investigates the load-bearing behaviour of energy piles under thermo-mechanical loading. The focus is on the "load-transfer analysis" approach, whose theoretical background and current status in the literature are presented in detail.For the practical implementation, a numerical code was developed in the programming language "Julia", which integrates the described analysis approach. The developed programme was first verified by comparing it with a reference example. An extensive parameter study was then carried out in which different load levels and boundary conditions were systematically varied in order to analyse the sensitivity of the model to thermo-mechanical influences.In the next step, the calculation method was transferred to real-life applications. For this purpose, two energy piles from the research project "Unteres Hausfeld" were used, whose soil parameters, test execution and measurement results are presented in summarised form. For the numerical modelling, the pile resistances were determined in the ultimate limit state, whereby the underlying calculation method is explained in detail.The comparison of the simulation results with the values measured in situ was carried out using the pile head deformations over the load period and the resistance-settlement diagram. The results show that a very good agreement between calculated and measured deformations was achieved for the Miocene energy pile. However, larger deviations occurred for the gravel energy pile. The pile tested in situ mobilised a significantly higher resistance than the model calculation had shown.