NEUES BERECHNUNGSVERFAHREN FÜR AXIALE … · 2018. 6. 15. · Weil die Welt von heute Lösungen...

Weil die Welt von heute Lösungen von morgen braucht. 10.12.2014 1

NEUES BERECHNUNGSVERFAHREN FÜR AXIALE PFAHLWIDERSTÄNDE VON

OFFENEN STAHLPROFILEN NACH EA-PFÄHLE UND EAU

Dr. Patrick Becker & Dr. Jan Lüking

STAHLSPUNDWÄNDE – NEUES FÜR PLANUNG UND ANWENDUNG

KEMPFERT + PARTNER GEOTECHNIKBeratende IngenieureKempfert Geotechnik GmbH, Hamburg INFRASTRUCTURE

Marine and Offshore Technology


AXIALE PFAHLWIDERSTÄNDE VON OFFENEN STAHLPROFILEN



Einleitung

Berechnungsverfahren für Rohrpfähle

Berechnungsverfahren für einfache und doppelte Stahlträgerprofile

Erfahrungswerte für Pfahlmantelreibung und Spitzenwiderstand

Zusammenfassung



Einleitung




Zusammenfassung


Berechnung der axialen Pfahltragfähigkeit von offenen Profilen (Stahlrohrpfähle, einfache oder doppelte Stahlträgerprofile) kann nach EA-Pfähle (2012) und EAU (2012) erfolgen.

EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG

EA-Pfähle (2012) EAU (2012)

Anwendungsbereich bindige und nichtbindigeBöden

nichtbindigeBöden

Erfahrungswerte 10% und 50% QuantilVorbemessung, keine Angabe eines Quantilbereiches

Pfahldurchmesser: 0,3 m ≤ D ≤ 1,6 m 0,8 m ≤ D

Besonderheiten:

Verwendung von Modellfaktoren; Pfropfenbildung wird vorausgesetzt

Pfropfenbildung wird ausgeschlossen; Ansatz einer inneren Pfahlmantelreibung


Lastabtrag im Pfropfen findet über Druckgewölbe statt, die auf einer erhöhten inneren Pfahlmantelreibung beruhen.

Pfropfenbildung generell abhängig vom Pfahldurchmesser, Lagerungsdichte und Einbringverfahren.

STAND DER WISSENSCHAFT ZUM LASTABTRAG

Weitere Quellen:Lüking (2010)Henke (2013)Lammertz (2008)


Vergleichsberechnung für EA-Pfähle (10% und 50% Quantil) und EAU

EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6äußerer Pfahldurchmesser [m]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

bere

chne

te P

fahl

tragf

ähig

keit

Rc,

k [M

N]

qc = 7,5 MPa10% Quantil, EA-Pfähle (2012)50% Quantil, EA-Pfähle (2012)EAU (2012)

Pfahleinbindetiefe: 15mWandstärke: 10mmnichtbindiger Boden

qc = 15 MPa10% Quantil, EA-Pfähle (2012)50% Quantil, EA-Pfähle (2012)EAU (2012)

qc = 25 MPa10% Quantil, EA-Pfähle (2012)50% Quantil, EA-Pfähle (2012)EAU (2012)

FAZIT: Deutliche Unterschiede im Ergebnis !!!



Einleitung




Zusammenfassung


Definition von zwei Modellen:

Modell 1: vollständige Verspannung und PfropfenbildungModell 2: keine Pfropfenbildung

ABLEITUNG DES BERECHNUNGSVERFAHRENS / ROHRPFÄHLE

Datenbank:

- 113 Pfahlprobebelastungen

- statisch / dynamisch

- Durchmesser 0,32m bis 1,42m

-> Statistische Auswertung und Ableitung von neuen Erfahrungswerten

Mod

ell 1

Mod

ell 2


Regressionsmodell:

ROHRPFÄHLE / ERGEBNISSE VON MODELL 1

Rc,k,Modell 1 (s) = Pfropfen · qPfropfen,k · APfropfen +

qb,k · Ab +

s · qs,k,j · As,j

Pfropfen = 2,52 · e-1,85·D

s = 1,53 · e-0,85·D

Mod

ell 1

Annahme: vollständige Pfropfenbildung bis Durchmesser D ≤ 0,5m

Verwendung aller Pfahlprobebelastungsergebnisse bis D ≤ 0,5 m (14 Stück)

Ableitung von Erfahrungswerten für qPfropfen, qb und qs, siehe Folie 22


Regressionsmodell:

ROHRPFÄHLE / ERGEBNISSE VON MODELL 2

Rc,k,Modell 2 (s) = qb,k · Ab +

qs,k,j · As +

qis,k,j · Ais,j

Annahme: keine Pfropfenbildung

Verwendung aller Pfahlprobebelastungsergebnisse D ≈ 1,5m (44 Stück)

Ableitung von Erfahrungswerten für qis, qb und qs,siehe Folie 23

Mod

ell 2


Verrechnung beider Modelle für 0,5m ≤ D ≤ 1,5m

ROHRPFÄHLE / VERRECHNUNG BEIDER MODELLE

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5äußerer Pfahldurchmesser [m]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Ver

rech

nung

sfak

tore

n [-

]

Modell 1

Modell 2

Rc,k (s) = · Rc,k,Modell 1 (s) + · Rc,k,Modell 2 (s)

= 1; für D < 0,5 m, = -D + 1,5; für 0,5 m ≤ D ≤ 1,5 m, = 0; für D > 1,5 m,

= 0; für D < 0,5 m, = -0,52 · D2 + 2,04 · D – 0,89;

für 0,5 m ≤ D ≤ 1,5 m, = 1; für D > 1,5 m.


ROHRPFÄHLE / ERGEBNISSE DER STATISTISCHEN AUSWERTUNG

negatives R: Rc,m kleiner Rc,k

positives R: Rc,m größer Rc,k

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100R [%]

02468

101214161820222426

Anza

hl [-

]

10% Quantilx = 29,5s = 24,0

0 2 4 6 8 10Pfahlprobebelastung Rc,m [MN]

0

2

4

6

8

10be

rech

nete

Pfa

hltra

gfäh

igke

it R

c,k [

MN

]

10% Quantil

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100R [%]

02468

101214161820222426

Anza

hl [-

]50% Quantilx = -1,28s = 34,3

0 2 4 6 8 10Pfahlprobebelastung Rc,m [MN]

0

2

4

6

8

10

bere

chne

te P

fahl

tragf

ähig

keit

Rc,

k [M

N]

50% Quantil

a) b)

c) d)

Datenbank mit 113 Pfahlprobebelastungen


ROHRPFÄHLE / AUSGEWÄHLTE WSL ZWEIER PROBEBELASTUNGEN

8

6

4

2

0

Set

zung

s [c

m]

0 1 2 3 4 5 6 7Pfahlwiderstand R [MN]

Rb,k

Rs,k

RPfropfen,k und Ris,k

Rk

stat. PPB

Db x t:762 x 12,7de = 11,8m

6

4

2

0

Set

zung

s [c

m]

0 1 2 3 4Pfahlwiderstand R [MN]

Rb,k

Rs,k

RPfropfen,k

und Ris,k

Rk

stat. PPB

Db x t:500 x 10de = 11m

a) b)



Einleitung




Zusammenfassung


ABLEITUNG DES BERECHNUNGSVERFAHRENS / TRÄGERPROFILE

Modell 1:vollständige Verspannung und Pfropfenbildung



Rc,k (s) = Rb,k (s) + Rs,k (s) + RFl,k (s)

= qb,k · Ab + qs,k,j · As,j + · qs,k,j · As,Fl,j

0,65 ∙ , ∙ ∙

Rc,k (s) = Rb,k (s) + RPfropfen,k (s) + Rs,k (s) + RFl,k (s)

= qb,k · Ab + · qPfropfen,k · APfropfen + qs,k,j · As,j + · qs,k,j · As,Fl,j


Geometrieabhängige Verspannungseffekte und Pfropfenbildung


Anwendung: 300 mm ≤ h ≤ 1000 mm290 mm ≤ bF ≤ 500 mm

0,65 ∙ , ∙ ∙



Datenbank mit 31 Pfahlprobebelastungen Datenbank mit 26 Pfahlprobebelastungen





Einleitung




Zusammenfassung


ERFAHRUNGSWERTE FÜR MODELL 1

Bezogene Pfahlkopfsetzung

s/Deq

Widerstand des Pfropfens qPfropfen [kN/m²]

Spitzenwiderstand der Drucksonde qc [MN/m²]

7,5 15 25

0,035 1.200 ÷ 3.300 2.100 ÷ 4.000 2.500 ÷ 4.750

0,100 2.250 ÷ 4.000 4.000 ÷ 6.250 4.750 ÷ 7.250


s/Deq

Widerstand der Profilaufstandsfläche qb [kN/m²]


7,5 15 25

0,035 3.900 ÷ 7.500 7.900 ÷ 11.500 10.300 ÷ 16.300

0,100 7.500 ÷ 9.000 15.000 ÷ 18.000 20.000 ÷ 25.000

Setzung

Widerstand des äußeren Pfahlmantels qs [kN/m²]


7,5 15 25

ssg* 15 ÷ 25 35 ÷ 50 40 ÷ 70

ssg = sg = 0,1 Deq 25 ÷ 35 50 ÷ 70 60 ÷ 90


ERFAHRUNGSWERTE FÜR MODELL 2


s/Deq

Widerstand des inneren Pfahlmantels qis [kN/m²]


7,5 15 25

0,035 5 ÷ 10 10 ÷ 20 15 ÷ 25

0,100 10 ÷ 15 20 ÷ 30 25 ÷ 40


s/Deq

Widerstand der Profilaufstandsfläche qb [kN/m²]


7,5 15 25

0,035 3.900 ÷ 7.500 7.900 ÷ 11.500 10.300 ÷ 16.300

0,100 7.500 ÷ 9.000 15.000 ÷ 18.000 20.000 ÷ 25.000

Setzung

Widerstand des äußeren Pfahlmantels qs [kN/m²]


7,5 15 25

ssg* 15 ÷ 20 30 ÷ 45 35 ÷ 60

ssg = sg = 0,1 Deq 20 ÷ 30 40 ÷ 60 50 ÷ 80



Einleitung




Zusammenfassung


Ableitung eines neuen empirischen Berechnungsverfahrens für Rohrpfähle und einfache und doppelte Stahlträgerprofile

Harmonisierung der beiden Verfahren nach EA-Pfähle und EAU

Verifizierung an großer Datenbank und daher statistisch weitestgehend abgesichert.

Aufnahme des Verfahrens in der EA-Pfähle und EAU, siehe entsprechende Jahresberichte 2014 (Bautechnik)

Die Ableitung erfolgte im Rahmen einer gemeinsamen Untergruppe der Ausschüsse EA-Pfähle und EAU. Beide Autoren bedanken sich für die fachtechnische Begleitung bei den folgenden Herren:

Dipl.-Ing. Glimm, Prof. Grabe, Dipl.-Ing. Kalle, Prof. Kempfert und Dr. Morgen.

ZUSAMMENFASSUNG UND DANKSAGUNG


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Date post:	01-Sep-2020
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