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Zum Tragverhalten von Fertigschraubpfählen unter axialer Belastung

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[Quelle: http://d-nb.info]

Fertigschraubpfähle sind industriell vorgefertigte Pfähle, die vorwiegend drehend in den Boden eingebracht werden. Die Pfähle bestehen aus einem Schaft und mindestens einer Wendel, die das Eindringen des Pfahls in den Boden durch die Drehbewegung ermöglicht. Auf Grund der Geometrie und des Einbauverfahrens unterscheidet sich das Trag- und Verformungsverhalten maßgeblich von anderen Pfahlarten. Die Bemessung der Pfähle erfolgt derzeit vorwiegend auf Basis von empirischen Korrelationsfaktoren oder analytischen Berechnungsverfahren, die jeweils große Spannbreiten von Ergebnissen liefern. Ohne langjähriger Erfahrung und einer genauen Bewertung der Eingangswerte und Ergebnisse können diese Verfahren zu einer maßgeblichen Falschbewertung der Tragfähigkeit führen. Für die Bemessung ist ein Verfahren wünschenswert, dass anhand der üblichen Bodenkennwerte eine verlässliche Berechnung der Tragfähigkeit ermöglicht. Die Arbeit erläutert nach einer Begriffsbestimmung die Grundlagen der bisherigen Bemessungsverfahren und verdeutlicht die Problemstellung. Aufbauend werden die Konzeption, Durchführung und die Ergebnisse eigener Versuche vorgestellt. Zur Untersuchung des Trag- und Verformungsverhalten der Fertigschraubpfähle kamen kleinmaßstäbliche Modellversuche, teilweise mit foto-optischer Beobachtung der Bodenverformung, sowie großmaßstäbliche Versuche im Labor und im Feld zum Einsatz. Mit Hilfe der Versuche werden die wesentlichen Einflussgrößen auf das Tragverhalten und die sich einstellenden Bruchmechanismen erläutert. Es zeigt sich, dass der erzielbare Widerstand stark von den Einflussgrößen abhängt und diese sich gegenseitig überlagern, sodass sich hochgradig nichtlineare Zusammenhänge ergeben. Zum tieferen Verständnis werden die kleinmaßstäblichen Modellversuche numerisch nachgerechnet. Es wird gezeigt, dass die numerischen Modelle die relevanten Einflüsse zuverlässig abbilden. Darauf basierend folgt eine numerische Parameterstudie, in der das Tragverhalten von Fertigschraubpfählen im Prototyp in unterschiedlichen Böden modelliert wird. Um konsistente Lösungen zu erhalten, werden die Eingangsparameter für das verwendete Stoffgesetz des Bodens aus Erfahrungswerten durch Kurvenanpassungen in stetige Funktionen überführt. Die Resultate werden in ein empirisches Berechnungsmodell übertragen, dass die Prognose des Widerstands eines Fertigschraubpfahls auf Grundlage der Bodenkennwerte und der Geometrie ermöglicht. Der Widerstand berechnet sich aus einem Tragfähigkeitsfaktor, einem Formfaktor und einem Anpassungsfaktor für die Belastungsrichtung, die sich jeweils aus spezifischen Beiwerten zusammensetzen. Über die Beiwerte fließen die Bodenkenngrößen und die geometrischen Verhältnisse in die Prognose ein. Vergleichsberechnungen demonstrieren die Anwendbarkeit des Verfahrens.

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Peter Schwarz
Axial zyklisch belastete Pfähle. Bericht über erweiterte Auswertungen . Neue Laborversuche und Modellversuche
Bauforschung, Band T 2888
1999, 150 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die bisher durchgeführten Großversuche des Forschungsvorhabens in der Versuchsgrube des Prüfamts für Grundbau, Bodenmechanik und Felsmechanik der TU München mit zehn axial belasteten Verpreßpfählen von 5 m Länge und ca. 130 mm Durchmesser in nicht gesättigtem Sand haben gezeigt, daß die Belastbarkeit von Pfählen auf Mantelreibung bei zyklischer Dauerbeanspruchung bis zu 200000 Lastwechseln wesentlich geringer ist als bei statischer Beanspruchung. Aufgrund der Versuchsergebnisse wurden neue, in Relation zu den zu erwartenden Lastwechselzahlen abgestufte zulässige Sicherheitsbeiwerte vorgeschlagen. Sie wurden in einer erweiterten Auswertung der Versuchsergebnisse zusätzlich abgesichert und es konnte auf der Grundlage eines Potenzansatzes eine einfache rechnerische Methode zur Abschätzung der zu erwartenden Verschiebungen unter zyklischer Dauerbelastung angegeben werden. Die bisher auf Sandböden bei einer mittleren Lagerungsdichte und einem niedrigen Wassergehalt begrenzte Gültigkeit der vorgeschlagenen Sicherheitsbeiwerte wurde durch Labor- und Modellversuche erweitert und für Sandböden in lockerer, mitteldichter und dichter Lagerung und für Wassergehalte unterhalb und bis zum Proctorwert abgesichert.

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Zeitschriftenartikel

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Höppner, Robert; Boley, Conrad
Erkenntnisse zum Tragverhalten von Fertigschraubpfählen unter axialer Belastung
Bautechnik, 2022

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Lüking, Jan; Wiesenthal, Philipp; Kirsch, Fabian
Zur Anwendung der Erdwiderstandsmodelle von p-y-Kurven und nach DIN 4085 zur lateralen Pfahlbemessung in geschichteten Böden
Geotechnik, 2022

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Klobe, Berthold
The design of plane earthwork structures on pile foundations
Geotechnik, 2021

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Henke, Sascha
Numerische Untersuchungen zum Einfluss von Reaktionspfählen auf statische Pfahlprobebelastungen
Geotechnik, 2021

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Moormann, Christian
Jahresbericht 2019 des Arbeitskreises "Pfähle" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT)
Bautechnik, 2020

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Highlights aus dem Programm 2022