Numerische Untersuchung der Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegründeten Brückenpfeilern

Michael Mayer

Numerische Untersuchung der Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegründeten Brückenpfeilern

Translated title of the contribution: Numerical studies on subgrade reaction stiffness of shallow and pile foundations of bridge pillars

Michael Mayer

Institute of Structural Concrete (2030)

Research output: Thesis › Master's Thesis

Abstract

In the scope of this master thesis, the subgrade reaction stiffness of shallow and pile foundations for bridge pillars is examined. The results of these studies are compared with common methods for the determination of the subgrade reaction modulus.
In the first part, shallow foundations are examined by considering rotatory, translational and combined load cases. The numerical analyses are performed with the finite element program PLAXIS 2D AE.02. With the stresses and deformations, which are ascertained in the numerical studies, the particular spring stiffness is calculated. The calculation of the spring stiffness is according to the subgrade reaction modulus method. Afterwards, this stiffness is compared in terms of head displacements of the pillars with results of common methods for determining the subgrade reaction modulus. These comparisons are leading to considerable discrepancies in some cases. Furthermore, nomograms are proposed as possible calculation remedies.
The second part deals with the determination of the horizontal subgrade reaction modulus of pile foundations for bridge pillars. The studies cover single piles as well as pile groups that are arranged in one and two rows. The execution of the numerical analyses for the pile foundations are performed by using PLAXIS 3D 2013.01. The evaluations of the studies are compared with the results of the approach according to DIN 1054 for determination of horizontal subgrade reaction modulus of piles. The outcome of the comparisons shows that DIN 1054 gives a good method to determine the design moment of the piles. Due to the fact that the method following DIN 1054 does not consider the applied load, it is only limitedly possible to calculate the deformations of the overall system.

Translated title of the contribution	Numerical studies on subgrade reaction stiffness of shallow and pile foundations of bridge pillars
Original language	German
Publication status	Published - 2015

Keywords

subgrade reaction stiffness
spring stiffness
subgrade reaction modulus
Soil-Structure-Interaction

ASJC Scopus subject areas

Building and Construction
Civil and Structural Engineering

Fields of Expertise

Sustainable Systems

Cite this

@mastersthesis{30aae93437e94393b68e27268ce4010e,

title = "Numerische Untersuchung der Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegr{\"u}ndeten Br{\"u}ckenpfeilern",

abstract = "Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegr{\"u}ndeten Br{\"u}ckenpfeilern numerisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden mit derzeit zur Anwendung kommenden Verfahren zur Ermittlung der Bettungsmoduli verglichen. Im ersten Abschnitt werden Flachgr{\"u}ndungen unter rotatorischer, translatorischer und kombinierter Beanspruchung untersucht. Die numerischen Berechnungen der flachgegr{\"u}ndeten Br{\"u}ckenpfeiler erfolgen mittels des Finite-Elemente-Programms PLAXIS 2D AE.02. Die sich daraus ergebenden Spannungen und Verschiebungen werden, angelehnt an das Bettungsmodulverfahren, genutzt, um die jeweiligen Federsteifigkeiten abzuleiten. Diese werden in weiterer Folge mit derzeit g{\"a}ngigen Methoden zur Bestimmung der Bettungsmoduli, hinsichtlich der sich ergebenden Pfeilerkopfverschiebungen, verglichen. Dabei treten fallweise deutliche Diskrepanzen auf. Weiters werden aus den numerischen Berechnungen abgeleitete Nomogramme als m{\"o}gliche Bemessungsbehelfe dargestellt. Der zweite Abschnitt widmet sich den Horizontalbettungssteifigkeiten bei pfahlgegr{\"u}ndeten Br{\"u}ckenpfeilern. Untersucht werden Einzelpf{\"a}hle sowie ein- und zweireihig angeordnete Pfahlgruppen. Die numerischen Berechnungen erfolgen f{\"u}r diese F{\"a}lle mittels des Finite-Elemente-Programms PLAXIS 3D 2013.01. Die Resultate daraus werden mit den Ergebnissen der Vorgehensweise nach DIN 1054 zur Bestimmung der Bettungsmoduli von Pf{\"a}hlen verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorgehensweise nach DIN 1054 eine gute M{\"o}glichkeit darstellt, um die Bemessungsmomente der Pf{\"a}hle zu ermitteln. Aufgrund der fehlenden Belastungsabh{\"a}ngigkeit der Vorgehensweise nach DIN 1054, ist sie allerdings nur bedingt geeignet um Verschiebungen des Gesamtsystems zu ermitteln.",

keywords = "Bettungssteifigkeit, Federsteifigkeit, Bettungsmodul, Boden-Bauwerk-Interaktion, subgrade reaction stiffness, spring stiffness, subgrade reaction modulus, Soil-Structure-Interaction",

author = "Michael Mayer",

year = "2015",

language = "deutsch",

}

TY - GEN

T1 - Numerische Untersuchung der Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegründeten Brückenpfeilern

AU - Mayer, Michael

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegründeten Brückenpfeilern numerisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden mit derzeit zur Anwendung kommenden Verfahren zur Ermittlung der Bettungsmoduli verglichen. Im ersten Abschnitt werden Flachgründungen unter rotatorischer, translatorischer und kombinierter Beanspruchung untersucht. Die numerischen Berechnungen der flachgegründeten Brückenpfeiler erfolgen mittels des Finite-Elemente-Programms PLAXIS 2D AE.02. Die sich daraus ergebenden Spannungen und Verschiebungen werden, angelehnt an das Bettungsmodulverfahren, genutzt, um die jeweiligen Federsteifigkeiten abzuleiten. Diese werden in weiterer Folge mit derzeit gängigen Methoden zur Bestimmung der Bettungsmoduli, hinsichtlich der sich ergebenden Pfeilerkopfverschiebungen, verglichen. Dabei treten fallweise deutliche Diskrepanzen auf. Weiters werden aus den numerischen Berechnungen abgeleitete Nomogramme als mögliche Bemessungsbehelfe dargestellt. Der zweite Abschnitt widmet sich den Horizontalbettungssteifigkeiten bei pfahlgegründeten Brückenpfeilern. Untersucht werden Einzelpfähle sowie ein- und zweireihig angeordnete Pfahlgruppen. Die numerischen Berechnungen erfolgen für diese Fälle mittels des Finite-Elemente-Programms PLAXIS 3D 2013.01. Die Resultate daraus werden mit den Ergebnissen der Vorgehensweise nach DIN 1054 zur Bestimmung der Bettungsmoduli von Pfählen verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorgehensweise nach DIN 1054 eine gute Möglichkeit darstellt, um die Bemessungsmomente der Pfähle zu ermitteln. Aufgrund der fehlenden Belastungsabhängigkeit der Vorgehensweise nach DIN 1054, ist sie allerdings nur bedingt geeignet um Verschiebungen des Gesamtsystems zu ermitteln.

AB - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegründeten Brückenpfeilern numerisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden mit derzeit zur Anwendung kommenden Verfahren zur Ermittlung der Bettungsmoduli verglichen. Im ersten Abschnitt werden Flachgründungen unter rotatorischer, translatorischer und kombinierter Beanspruchung untersucht. Die numerischen Berechnungen der flachgegründeten Brückenpfeiler erfolgen mittels des Finite-Elemente-Programms PLAXIS 2D AE.02. Die sich daraus ergebenden Spannungen und Verschiebungen werden, angelehnt an das Bettungsmodulverfahren, genutzt, um die jeweiligen Federsteifigkeiten abzuleiten. Diese werden in weiterer Folge mit derzeit gängigen Methoden zur Bestimmung der Bettungsmoduli, hinsichtlich der sich ergebenden Pfeilerkopfverschiebungen, verglichen. Dabei treten fallweise deutliche Diskrepanzen auf. Weiters werden aus den numerischen Berechnungen abgeleitete Nomogramme als mögliche Bemessungsbehelfe dargestellt. Der zweite Abschnitt widmet sich den Horizontalbettungssteifigkeiten bei pfahlgegründeten Brückenpfeilern. Untersucht werden Einzelpfähle sowie ein- und zweireihig angeordnete Pfahlgruppen. Die numerischen Berechnungen erfolgen für diese Fälle mittels des Finite-Elemente-Programms PLAXIS 3D 2013.01. Die Resultate daraus werden mit den Ergebnissen der Vorgehensweise nach DIN 1054 zur Bestimmung der Bettungsmoduli von Pfählen verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorgehensweise nach DIN 1054 eine gute Möglichkeit darstellt, um die Bemessungsmomente der Pfähle zu ermitteln. Aufgrund der fehlenden Belastungsabhängigkeit der Vorgehensweise nach DIN 1054, ist sie allerdings nur bedingt geeignet um Verschiebungen des Gesamtsystems zu ermitteln.

KW - Bettungssteifigkeit

KW - Federsteifigkeit

KW - Bettungsmodul

KW - Boden-Bauwerk-Interaktion

KW - subgrade reaction stiffness

KW - spring stiffness

KW - subgrade reaction modulus

KW - Soil-Structure-Interaction

M3 - Masterarbeit

ER -

Numerische Untersuchung der Bettungssteifigkeiten von flach- und pfahlgegründeten Brückenpfeilern

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Keywords

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