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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.
In Industriebereichen, in welchen Masse aufgrund von Trägheit oder Gravitationsüberwindung einen beeinflussenden Faktor ausmacht, wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt oder der Windkraft, spielen faserverstärkte Kunststoffstrukturen aufgrund ihres Leichtbaupotentials hinsichtlich der dichtespezifischen Steifigkeit und Festigkeit eine große Rolle. Außen liegende Bauteile in Form dünnwandiger Flächentragwerke in diesen Anwendungen weisen zumeist nicht eine kreisrunde, sondern unstetige Bauteilkrümmung auf und sind aufgrund ihres Einsatzortes durch Schlagbelastungen (Impacts) in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen gefährdet. Besonders im Niedergeschwindigkeitsbereich sind diese Impacts bei diesen meist gekrümmten Strukturen als kritisch zu beurteilen, da sie von außen oftmals nicht sichtbar sind, sich aber stark auf die verbleibende Restfestigkeit, insbesondere die Druck- und Schwingfestigkeit, aufgrund inter- und intralaminarer Schädigungen auswirken. Sie stellen demnach eine kritisch zu betrachtende Belastungsart dar.
In der vorliegenden Arbeit werden oben benannte unstetig gekrümmte Flächentragwerke auf eine unstetig elliptisch gekrümmte Prüfkörpergeometrie in Anlehnung an den Querschnitt einer Flügelvorderkante abstrahiert. Mittels experimenteller, numerischer und analytischer Untersuchungen wird ein grundlegendes Verständnis des Krümmungseinflusses auf das Schädigungs- und Verformungsverhalten ebendieser Strukturen bei Impact-Belastung und quasi-statischer Druckbelastung erarbeitet. Prüfkörper mit vier verschiedenen Krümmungsstufen werden dahingehend unter Verwendung einer Fallbolzenanlage im Niedergeschwindigkeitsbereich schädigend geprüft und die resultierende projizierende Schadensfläche in Abhängigkeit des Krümmungsgrades ausgewertet. Zur Untersuchung des reinen Krümmungseinflusses werden Prüfkörper in quasistatischen Druckversuchen im elastischen Bereich auf deren Verformungsverhalten hin analysiert. Durch Einführung des geometriebedingten Verformungswiderstandes als vergleichende Kenngröße kann auf Basis lokal variierender Struktursteifigkeiten ein Zusammenhang aus dem Impact-Verhalten und dem elastischen Verformungsverhalten gleicher Krümmungsstufen geschlossen werden. Durch begleitende numerische Untersuchungen wird das Verformungsverhalten sowie die sich dabei einstellenden einzelschichtspezifischen Spannungszustände untersucht. Weiterhin werden bestehende analytische Berechnungsmethoden für stetige Kreisbögen im Berechnungsumfang erweitert und auf die vorliegende Problemstellungübertragen. Eine Gegenüberstellung und Diskussion aller erfassten Versuchs- und Berechnungsergebnisse zeigt abschließend gemeinsame Abhängigkeiten auf.