Belastungen mit variierender Amplitude werden in Berechnungen mit einem expliziten (hochzyklischen) Akkumulationsmodell vereinfacht durch Zyklenpakete mit jeweils konstanter Amplitude ersetzt. Diese Paketierung nach dem Kriterium der Amplitude setzt voraus, daß die Reihenfolge hinsichtlich des Endwertes der bleibenden Verformung von untergeordneter Bedeutung ist, d. h., daß die sog. Miner sche Regel gilt. Leider liegen für Sand nur wenige experimentelle Studien mit einer geringen Zyklenanzahl vor. Dieser Beitrag präsentiert die Ergebnisse von Triaxialversuchen mit Zyklenpaketen, in denen die Gültigkeit der Miner schen Regel für Sand bei größeren Zyklenanzahlen (N ≥ 105) überprüft wurde. Es zeigt sich, daß der Einfluß der Reihenfolge der Pakete (zumindest bei Zyklen mit konstanter Polarisation) vernachlässigt werden kann, d. h., daß die Vorgehensweise expliziter Modelle legitim ist. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Dieser Beitrag thematisiert die FE-Prognose der Setzungen zyklisch belasteter Flachgründungen auf Sand. Zunächst wird die Nachrechnung eines Zentrifugenmodellversuches aus der Literatur präsentiert. Anschließend werden einige Parameterstudien vorgestellt. Der Einfluß der Zustandsgrößen des Bodens (Lagerungsdichte, Seitendruckbeiwert, zyklische Vorbelastung), der Fundamentbelastung (mittlere Last, Lastamplitude) und der Fundamentgeometrie (Abmessungen, Einbindetiefe, Form) auf die bleibenden Setzungen wird diskutiert. Die Ergebnisse der FE-Berechnungen werden mit Modellversuchen in der Literatur verglichen.

Die numerische Prognose der Verformungs- und/oder Spannungsakkumulation in Böden unter hochzyklischer Belastung (z. B. Hochgeschwindigkeitsstrecken des Eisenbahnverkehrs, Offshore-Windkraftanlagen) hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Dieser Beitrag stellt ein spezielles Stoffmodell für die Berechnung der Akkumulation in nichtbindigen Böden unter einer großen Anzahl von Lastzyklen vor. Das Stoffmodell basiert auf einer Vielzahl zyklischer Laborversuche, deren wesentliche Ergebnisse präsentiert werden.

Zum Zweck der Messung der Veränderung von dynamischem Schubmodul und Dämpfungsmaß von Bodenproben während einer zyklischen Belastung wurde am Lehrstuhl für Grundbau und Bodenmechanik an der Ruhr-Universität Bochum ein Resonant-Column-Gerät (kurz: RC-Gerät) entwickelt und gebaut. Die wesentliche Funktionsweise des RC-Versuchs und die theoretischen Grundlagen werden präsentiert. Weiterhin wird das Versuchsgerät, seine Meßtechnik und Kalibrierung beschrieben. Es werden die Ergebnisse zweier Versuchsreihen an Sandproben vorgestellt. In der ersten Reihe wurde die Veränderung der dynamischen Parameter nach einer zyklischen, axialen Belastung in einer Lastpresse beobachtet. In der zweiten Testreihe wurden Proben einer dynamischen Torsionsbelastung im RC-Gerät ausgesetzt. Auch hier wurde die Veränderung von Schubmodul und Dämpfungsmaß gemessen. Es wird gezeigt, daß der Sand eine Art "Erinnerungsvermögen" bezüglich der Anzahl der Zyklen und der Dehnungen während der Vorbelastung aufweist. Außerdem scheint die Richtung der Belastung der Probe und die Polarisation der durch die Probe geschickten Welle (Scher- oder Kompressionswelle) eine Rolle spielen.

Der “dynamische” Schubmodul Gdyn des Bodens, d. h. die Sekantensteifigkeit der Schubspannungs-Scherdehnungs-Hysterese bei sehr kleinen Dehnungsamplituden, wird häufig mit Hilfe eines Diagramms abgeschätzt, welches den dynamischen Steifemodul Es,dyn mit dem Steifemodul Es bei ödometrischer Kompression (Erstbelastung) korreliert. Die Anwendungsvoraussetzungen und -grenzen dieser Korrelation sind jedoch nicht klar. Im Rahmen dieses Beitrags wird die Korrelation Es ↔ Es,dyn für vier Sande mit unterschiedlichen Korngrößenverteilungskurven überprüft. Zu diesem Zweck wurden Ödometerversuche und Messungen der Kompressionswellengeschwindigkeit in einer Triaxialzelle durchgeführt. Zum Teil ergaben sich deutliche Abweichungen der Meßwerte vom bisher verwendeten Korrelationsansatz. Auf der Basis der Wellenmessungen und ergänzender Resonant-Column-Versuche diskutiert dieser Beitrag weiterhin die “dynamische” Querdehnzahl ν und gibt eine modifizierte Korrelation Es ↔ Gdyn an.

Dieser Beitrag präsentiert experimentelle Untersuchungen an nichtbindigen Böden zum Einfluß der Kornverteilungskurve auf die dynamischen Bodenkenngrößen sowie die Akkumulation von bleibenden Verformungen unter zyklischer Belastung. Es wird gezeigt, daß der dynamische Schubmodul nicht vom mittleren Korndurchmesser beeinflußt wird, mit steigender Ungleichförmigkeit jedoch stark abnimmt. Für einen ungleichförmigen Boden überschätzen die gebräuchlichen empirischen Formeln den dynamischen Schubmodul um bis zu 70 %. Auch die bleibenden Verformungen unter zyklischer Belastung hängen signifikant von der Kornverteilungskurve ab. Diese sind um so größer, je feinkörniger der Boden ist. Ungleichförmige Böden verdichten sich unter zyklischer Belastung wesentlich schneller als gleichförmige Böden.

Die dynamische Steifigkeit und die Materialdämpfung von Sand bei kleinen Dehnungen wurde in Resonant Column (Resonanzsäulen-) Versuchen und Triaxialversuchen mit Messungen der Kompressions- und Scherwellengeschwindigkeiten untersucht. Der Einfluß der Parameter Spannungszustand, Porenzahl, Dehnungsamplitude (Grenzscherdehnung), Zeit (Alterung), Struktur des Korngerüstes (zyklische Vorbelastung), Temperatur und Korngrößenverteilung wurde studiert. Die Ergebnisse werden mit publizierten Meßdaten bzw. mit den Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugrunddynamik" der DGGT verglichen, wobei zumeist eine gute Übereinstimmung festgestellt wurde. Es wird gezeigt, daß der Resonant Column Versuch und die Laufzeitmessung vergleichbare Ergebnisse liefern.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Der vorliegende Beitrag fasst langjährige experimentelle und numerische Arbeiten am Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik (IBF) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zusammen, mit denen das Ziel verfolgt wurde, das hochzyklische Akkumulationsmodell von NIEMUNIS et al. (2005) für Sand zu validieren. Zunächst wird die zutreffende Wiedergabe der Ergebnisse dränierter zyklischer Triaxialversuche durch das Akkumulationsmodell demonstriert. Anschließend werden Finite-Elemente-Nachrechnungen von Modellversuchen an Monopilegründungen für Offshore-Windenergieanlagen mit unterschiedlichen Maßstäben beschrieben. Für eine Validierung im Maßstab 1:1 wurde zunächst der Versuch der Ed. Züblin AG nachgerechnet, bei dem ein Prototyp einer aufgelösten Flachgründung für Offshore-Windenergieanlagen durch simulierte Sturmereignisse zyklisch beansprucht wurde. Als weiteres gut dokumentiertes Randwertproblem im Maßstab 1:1 wurde die Schleuse Uelzen I betrachtet, bei der die zyklische Beanspruchung des Untergrunds aus den wechselnden Füllständen innerhalb der Schleusenkammer resultiert. Für alle untersuchten Randwertprobleme wird die Ermittlung der Eingangsgrößen der Simulationen, d. h. der Stoffkonstanten und der Zustandsparameter des Bodens erläutert, welche auf der Basis von Labor- bzw. Felduntersuchungen erfolgte. Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Simulationen der verschiedenen Randwertprobleme werden den jeweiligen Labor- bzw. Feldmessungen gegenübergestellt.

Validation of a high-cycle accumulation model based on element tests, model tests and measurements at real buildings
The paper summarizes longtime experimental and numerical studies at the Institute of Soil Mechanics and Rock Mechanics (IBF) of Karlsruhe Institute of Technology (KIT) with the aim to validate the high-cycle accumulation (HCA) model of NIEMUNIS et al. (2005) for sand. First, the accurate reproduction of the results from drained cyclic triaxial tests by the HCA model is demonstrated. Subsequently, finite element simulations of model tests on monopile foundations for offshore wind turbines in different scales are described. For a validation in the 1:1 scale the field test on a prototype of a shallow foundation for offshore wind turbines performed by the Ed. Züblin AG is recalculated. This foundation has been subjected to a cyclic loading simulating several storm events. As another well documented boundary value problem in the 1:1 scale the ship lock Uelzen I has been studied in finite element simulations. In case of a ship lock the cyclic loading of the subsoil results from the changing water levels in the lock chamber. For all studied boundary value problems the determination of the input parameters of the simulations, i. e. the material constants and state variables of the soil, which are based on laboratory or field investigations, is explained. The results of the finite element simulations of the different problems are compared to the laboratory or field measurements.

Die Abschätzung der Langzeitverformungen für Gründungen von Offshore- Windenergieanlagen (OWEA) stellt ein nach wie vor ungelöstes Problem dar. Für einzelne Gründungstypen (z. B. Monopiles) wurden zwischenzeitlich einfache Rechenmodelle vorgeschlagen, deren Validierung jedoch - wie auch im Fall der in diesem Beitrag beschriebenen Methode - für den Prototyp-Maßstab noch aussteht. Der Beitrag beschreibt die Abschätzung der Langzeitverformungen von OWEA-Gründungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FE) unter Anwendung eines speziell für hochzyklische Belastungen entwickelten Akkumulationsmodells. Die Vorteile gegenüber den einfachen Ingenieurmodellen liegen u. a. in der Anwendbarkeit auf beliebige Gründungssysteme und -geometrien (für Monopiles und Flachgründungen geeignet) sowie in der bodenmechanisch fundierten Beschreibung des Stoffverhaltens auf Basis zahlreicher zyklischer Laborversuche. Im Gegensatz zu Modellen mit entkoppelten Federn werden die Interaktion benachbarter Bodenbereiche sowie Zustandsänderungen im Boden während der zyklischen Belastung berücksichtigt. Nach einer einfachen Darstellung der Rechenprozedur und der Gleichungen werden die Kalibrierung der Materialparameter aus zyklischen Versuchen am Beispiel eines offshore-typischen Feinsandes sowie die vereinfachte Abschätzung der Parameter anhand der Korngrößenverteilungskurve erläutert. Neben einer Diskussion der Vorgehensweise für Zyklenpakete werden exemplarische FE-Berechnungen an Monopile- und Schwergewichtsgründungen gezeigt.

Prediction of long-term deformations for offshore wind power plant foundations using an accumulation model.
The estimation of long-term deformations for offshore wind power plant foundations (OWPP) is still an unsolved problem. For certain foundation types (e.g. monopiles) simple models have been proposed which still have to be validated for the prototype scale - similar to the method proposed in this paper. The paper describes the estimation of long-term deformations of OWPP foundations by means of the finite-element method (FE) using an accumulation model specially developed for high-cyclic loading. The advantages, compared to the simple engineering models, are the applicability to arbitrary foundation systems and geometries (applicable to monopiles and shallow foundations) and the sound description of soil behaviour based on numerous cyclic laboratory tests. In contrast to models using decoupled springs, the interaction between adjacent soil zones and changes of the soil state parameters during cyclic loading are considered. After a simple presentation of the calculation strategy and the model equations, the calibration of the material parameters from cyclic tests is shown exemplary for an offshore-typical fine sand. The simplified estimation of the parameters based on the grain size distribution curve is also explained. Beside a discussion of the procedure for packages of cycles, exemplary FE-calculations of monopile and gravity foundations are shown.

Die gebräuchlichen empirischen Gleichungen für bodendynamische Kenngrößen wurden für gleichförmige Sande entwickelt und berücksichtigen den Einfluss der Korngrößenverteilungskurve nicht. Ihre Anwendung kann zu einer deutlichen Überschätzung des Schubmoduls ungleichförmiger Böden führen. Zur Erweiterung verschiedener empirischer Gleichungen um den Einfluss der Korngrößenverteilungskurve wurden ca. 650 Resonanzsäulenversuche an 65 speziell gemischten Korngrößenverteilungskurven eines Quarzsandes durchgeführt. Für jede Sandmischung wurden unterschiedliche Anfangslagerungsdichten, Drücke und Scherdehnungsamplituden getestet. In den Versuchen wurde u. a. eine deutliche Abnahme des Schubmoduls Gmax bei kleinen Dehnungsamplituden mit der Ungleichförmigkeitszahl Cu = d60/d10 und mit dem Feinkornanteil gemessen. Der mittlere Korndurchmesser hingegen hat kaum einen Einfluss auf die bodendynamischen Kenngrößen. Es kann gezeigt werden, dass die erweiterten empirischen Gleichungen nicht nur für lineare, sondern auch für abschnittsweise lineare, intermittierend gestufte und S-förmige Korngrößenverteilungskurven zutreffende Prognosen liefern. Im Vergleich zu den bisher in der Praxis verwendeten Formeln sollten die erweiterten empirischen Gleichungen eine zuverlässigere Abschätzung der dynamischen Kenngrößen ermöglichen.

Estimating dynamic properties of granular soils under consideration of the grain size distribution curve.
The common empirical formulas for dynamic soil parameters were developed for uniform sands and do not consider the influence of the grain size distribution curve. The application of these formulas can lead to a considerable overestimation of the shear modulus of well-graded granular soils. 650 resonant column tests on 65 specially mixed grain size distribution curves of a quartz sand have been performed in order to extend various empirical equations by the influence of the grain size distribution curve. For each sand mixture different initial densities, pressures and shear strain amplitudes have been tested. Amongst others, a considerable decrease of the small-strain shear modulus Gmax with increasing coefficient of uniformity Cu = d60/d10 and increasing fines content was measured. In contrast, mean grain size has nearly no influence on dynamic soil parameters. A good prediction of the extended empirical equations can be demonstrated not only for linear, but also for stepwise linear, gap-graded and S-shaped grain size distribution curves. In comparison to the empirical formulas applied so far, the new extended empirical equations should deliver a more reliable estimation of dynamic soil properties.

Im Beitrag werden Ergebnisse von Ermüdungsversuchen zum Abscheren der Paßschrauben M16×1 der Klasse 5.8 nach PN-91/M-82342 vorgestellt. Die Untersuchungen umfaßten 15 zweischnittige Versuchskörper, die in fünf Belastungsschritten einseitig zyklisch zugbelastet wurden. Die Gleichung der Regressionsgerade wurde aufgrund der Untersuchungsergebnisse mit der Methode der kleinsten Quadrate bearbeitet. Der lineare Korrelationsfaktor wurde berechnet und der Vertrauensbereich bestimmt. Aus der Gleichung der Regressionsgerade für 2·10⁶ Lastzyklen ergab sich eine dauerhafte Ermüdungsfestigkeit Z_tj von 215 MPa.

Um den Zustand von Stumpfstößen in bestehenden Eisenbahnbrücken zu prüfen, wurden über einen Zeitraum von 35 Jahren periodische radiographische Kontrollen durchgeführt. Es wurden Stumpfnähte der Hauptträger von 155 Brücken, darunter 125 Vollwandbalkenbrücken und 30 Fachwerkbrücken, kontrolliert. Die Untersuchung betraf Brücken, die zwischen 1936 und 1975 in Betrieb genommen worden sind. Die Radiogramme ermöglichen die Einordnung der einzelnen Schweißnahtgruppen in die entsprechenden Fehlerklassen. Als Beispiel werden die Ergebnisse der röntgenographischen und materialtechnischen Untersuchungen des ältesten geschweißten Eisenbahnviadukts in Polen angegeben. Diese Brücke wurde im Auftrag der Deutschen Reichsbahngesellschaft in Szczecin errichtet und 1936 in Betrieb genommen.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Durch das Absinken des Flusspfeilers der Innbrücken bei Kufstein waren and den drei Brückentragwerken schwere Schäden entstanden. Der Bericht beschreibt die behelfsmässigen Sicherungsmassnahmen, das Heben der bis zu 1.28 m abgesackten Brückentragwerke und teilt die Messergebnisse während des Hebens mit.

Es werden die Schädigungen und deren mögliche Ursachen, die bei der Inspektion von 79 Spannbeton-, Stahlbeton und Verbundbrücken in Österreich festgesellt wurden, erläutert. Am meisten verbreitet waren, wie zu erwarten Korrosionserscheinungen durch zu geringe Betondeckung und ungenügendes Verpressen von Spannkanälen. Darüberhinaus waren häufig auffällige Rissbildungen an Koppelfugen zu beobachten.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

The behaviour of granular materials, such as sands, is controlled by the interaction of particles. This interaction can be described geometrically by orientations and statically by forces. Using x-ray &mgr;-tomography and image analysis, it is possible to determine the geometrical fabric at the grain-scale, whereas the forces still remain inaccessible in natural granular materials. This article shows how the fabric can be accessed using standard and recently proposed advanced image analysis techniques and elaborates which problems arise when describing the fabric quantitatively. These techniques were applied to a triaxial compression test on Hostun sand. The results are described in terms of a fabric tensor, a coordination number and an anisotropy and then related to the macroscopic behaviour of the sample.

Experimentelle Bestimmung der Strukturentwicklung in Sanden - Anwendung und Herausforderungen
Das Verhalten von granularen Materialen, wie beispielsweise Sanden, wird von den Interaktionen auf der Kornskala bestimmt. Diese Interaktionen können entweder geometrisch, z. B. mit Orientierungen, oder statisch, z. B. mit Kräften, beschrieben werden. Die &mgr; Röntgentomographie in Kombination mit Bildbearbeitung ermöglicht eine Beschreibung der geometrischen Struktur, während die Kräfte in natürlichen Granulaten noch nicht bestimmbar sind. In dieser Arbeit stellen wir die Möglichkeiten zur Bestimmung der Struktur mithilfe von klassischen und fortgeschrittenen Methoden vor und gehen auf die Probleme der quantitativen Ermittlung der Strukturgrößen ein. Anhand eines Triaxialversuchs an Hostun Sand werden die Methoden angewandt. Die Struktur und ihre Entwicklung werden mithilfe eines Strukturtensors, einer Kontaktdichte und einer Anisotropie dargestellt und auf das makroskopische Verhalten bezogen.

Der Stahlbetondüker mit einem Durchflussquerschnitt von 63 m2 und einem Gewicht von etwa 9000 t wurde als monolithischer Block in einem seitlich des Mittellandkanals gebauten Dock betoniert und anschliessend in den Kanal eingezogen und abgesenkt. Das Bauwerk wurde als wasserdichter Stahlbetonkörper hergestellt. Die Anordnung und Ausbildung der Arbeitsfugen sowie auf die Betonrezeptur und Betonnachbehandlung wurde besonderes Gewicht gelegt

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Keine Kurzfassung verfügbar.