Einfluss von Aufweitungen auf überwiegend horizontal beanspruchte Pfähle
Final Report Abstract
Pfähle werden im Grundbau in erster Linie zum Abtrag von Vertikallasten eingesetzt. Die Horizontallasten und Momentenbeanspruchungen sind dabei vergleichsweise gering. Gründungspfähle von Lärmschutzwänden, Schilderbrücken über Autobahnen, Windenergieanlagen und Dalben werden dagegen überwiegend horizontal und zudem häufig hoch zyklisch belastet. Da diese Gründungssysteme in der Regel statisch bestimmt sind, ist die zutreffende Erfassung der Pfahl-Boden-Interaktion im Gebrauchs- und Grenzzustand von wesentlicher Bedeutung. Entsprechend werden in diesem DFG-Projekt die Einflüsse einer zyklischen Belastung und die Verbesserung des Verformungsverhaltens durch eine Aufweitung des Pfahlschaftes im Kopfbereich untersucht. Zur Untersuchung der genannten Fragestellungen wurden Modellversuche im 1g-Maßstab, numerische Analysen sowie Feldversuche auf zwei Testfelderrn durchgeführt. Hierbei konnten die auftretenden Mechanismen beobachtet und quantifiziert werden. In den Feldversuchen konnten zudem Erfahrungen bei der konstruktiven Durchbildung und der Installation von aufgeweiteten Pfählen gesammelt werden. Als wesentliches Ergebnis des Projektes wird eine Bemessungsmethode für aufgeweitete Pfähle erarbeitet, die die Steifigkeiten von Aufweitung, Pfahlschaft und Boden berücksichtigt. Das Modell kann anhand der Modell- und Feldversuche sowie der numerischen Berechnungen validiert werden. Auf Basis dieser Methode werden zudem Diagramme erstellt, die unter Berücksichtigung der Vielzahl von Einflussfaktoren eine händische Vorbemessung von aufgeweiteten Pfählen erlauben. Als weitere wesentliche Erkenntnis wird auf Basis der Modellversuche eine Funktion abgeleitet, mit der sich die Zunahme der horizontalen Pfahlkopfverschiebung infolge einer sehr großen Anzahl an Lastzyklen approximieren lässt. Dabei kann außerdem beobachtet werden, dass ein zyklisch belasteter Pfahl den Einfluss einer vorhergehenden zyklischen Belastung auf geringerem Lastniveau nach einer gewissen Anzahl von Lastzyklen „vergessen" kann. Aus diesen Erkenntnissen ergeben sich Hinweise für den Ansatz der Bettung in verschiedenen Bemessungsverfahren, wenn zyklische Lasten in der Pfahlbemessung berücksichtigt werden sollen. So ist eine Reduktion des Bettungsmoduls insbesondere am Pfahlkopf vorzunehmen, während er im unteren Einbindebereich nicht oder nur wenig gegenüber einer statischen Belastung zu ändern ist.
