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Zur Untersuchung und Prognose des Tragverhaltens von Pfählen und pfahlartigen Traggliedern wurden auf einem geotechnisch umfangreich erkundeten Testfeld dynamische und statische Pfahlprobebelastungen durchgeführt und anschließend wissenschaftlich ausgewertet. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen im Maßstab 1:1 lieferten neue Erkenntnisse über die Tragmechanismen der Pfähle und pfahlartigen Traggliedern und über Zusammenhänge zwischen den Ergebnissen der dynamischen und statischen Probebelastungen.
Darüber hinaus bildeten die Erkenntnisse und Messergebnisse aus den verschiedenen Probebelastungen die Grundlage für die Entwicklung innovativer numerischer Simulationsmodelle zur Prognose des Tragverhaltens der Tragglieder. Um die genannten Effekte im Tragverhalten der Pfähle und pfahlartigen Tragglieder genauer zu untersuchen, wurde faseroptische Sensortechnik eingesetzt. Mit den Messergebnissen des Wellenausbreitungsverhaltens und deren Auswertung im Zeit- und Frequenzbereich konnte ein Zusammenhang zwischen Mantelreibung und Ausbreitungsgeschwindigkeit der eingeleiteten Welle in den Pfählen durch einen Vergleich mit den ermittelten Mantelreibungskurven aus quasi-kontinuierlicher Messung qualitativ nachgewiesen werden.
Ergänzend zu den Belastungsversuchen wurden numerische Simulationsmodelle erstellt, um das Pfahl-Boden-Interaktionsverhalten unter dynamischer und statischer Belastung darzustellen und vorherzusagen. Die entwickelten Verfahren zur Prognose des Tragverhaltens von Pfählen und pfahlartigen Traggliedern können fallspezifisch eingesetzt werden, um eine Optimierung des Planungsprozesses der Tragglieder zu erreichen. Zur Ermittlung des Tragverhaltens der Pfählen ist es nicht erforderlich, ein umfangreiches Versuchsprogramm mit statischen oder dynamischen Lastversuchen durchzuführen, wie es üblicherweise der Fall ist. Anhand von Lastversuchen an ausgewählten und sorgfältig instrumentierten Traggliedern können die erforderlichen Referenzdaten ermittelt werden, um mit den vorgestellten Simulationsverfahren und Simulationsmethodiken das Tragverhalten bzw. die mobilisierten Widerstände im Pfahl-Boden-Interaktionsverhalten vorherzusagen. Die Ergebnisse der Arbeit haben gezeigt, dass für CFA-Pfähle Messdaten zum axialen Wellenausbreitungsverhalten in den Pfählen und konventionelle Messungen der Schwinggeschwindigkeit an den Pfahlköpfen ausreichen, um das Tragverhalten in guter Korrelation zu den Messungen aus statischen Lastversuchen darzustellen.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Tragverhalten von mit kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff Lamellen (CFK-Lamellen) biegeverstärkten Betonbauteilen. Ein wesentlicher Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf dem Verbundverhalten aufgeklebter CFK-Lamellen und der damit verbundenen Verbundkraftübertragung am Bauteil. Dazu werden auf Grundlage von zahlreichen eigenen experimentellen Untersuchungen verschiedene bekannte Modelle miteinander kombiniert und um bauteilspezifische Effekte erweitert. Dadurch kann erstmals ein geschlossenes, realitätsnahes sowie vollständig mechanisch begründetes Bemessungsmodell für mit aufgeklebten CFK-Lamellen biegeverstärkte Betonbauteile angegeben werden. Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, dass das so entwickelte Bemessungsmodell das Tragverhalten von zahlreichen Bauteilversuchen an unterschiedlichen statischen Systemen mit unterschiedlichsten Bauteilabmessungen und Bewehrungsführungen gut beschreiben kann. Aufbauend auf dem entwickelten Bemessungsmodell werden mithilfe von Simulationen auf der sicheren Seite liegende vereinfachte Ingenieurmodelle für eine schnelle und einfache Bemessung angegeben. Neben der Verbundkraftübertragung der aufgeklebten CFK-Lamellen, welche erstmals in Abhängigkeit der Bauteilverformungen und der Querkrafteinflüsse beschrieben wird, werden in der Arbeit auch das Querkrafttragverhalten, die Rissbildung sowie die Schnittgrößenumlagerung von mit aufgeklebten und in Schlitze ver-
klebten CFK-Lamellen verstärkten Betonbauteilen betrachtet. Somit steht mit dieser Arbeit ein vollständiges Bemessungskonzept für mit CFK-Lamellen biegeverstärkten Betonbauteilen unter statischer Belastung zur Verfügung.
Berücksichtigung unbewehrter pfahlartiger Tragglieder beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit
(2019)
Das Lastabtragungsverhalten und die Interaktion schlanker, unbewehrter, hydraulisch gebundener Tragglieder mit dem umgebenden Boden wird bei Nachweisen der Gesamtstandsicherheit mit bestehenden Bemessungsansätzen nicht zutreffend erfasst.
Mit numerischen Modellierungen werden die Interaktion pfahlartiger Tragglieder mit dem umgebenden Boden sowie die daraus resultierenden Versagensmechanismen untersucht. Die Validierung des numerischen Modells erfolgt durch Nachrechnung von 1g-Modellversuchen. Das validierte Modell wird darauf für die Sensitivitätsanalyse und die Ableitung eines analytischen Modells genutzt.
Mit dem analytischen Berechnungsansatz wird die Aktivierung der Bemessungswiderstände von pfahlartigen Traggliedern quantifiziert. Es werden Berechnungsmethoden zur Berücksichtigung der Bemessungswiderstände der pfahlartigen Tragglieder beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit aufgezeigt.