Zur numerischen Modellierung von Vibrationsrammung im gesättigten Boden

Abstract Im vorliegenden Beitrag wird der Vorgang der Vibrationsrammung im gesättigten nichtbindigen Boden mithilfe numerischer Simulationen untersucht. Hierfür werden zwei axialsymmetrische Modelle auf Grundlage unterschiedlicher Modellierungsansätze im FE‐Programm ABAQUS/STANDARD erstellt. Im ersten ist der Pfahl nicht explizit modelliert und stattdessen wird die Pfahl‐Boden‐Interaktion vereinfacht durch eine eingeprägte sinusoidale Verschiebungsrandbedingung vorgegeben. Das zweite Modell simuliert den Vibrationsrammvorgang realistischer, indem der im Boden eindringende Pfahl als starrer Körper modelliert wird, der Vibrationen ausgesetzt ist. In beiden Modellen erfolgt die dynamische Analyse für einen wassergesättigten Boden unter Annahme einer u ‐ p ‐Formulierung durch Verwendung eines benutzerdefinierten Elements. Um das mechanische Verhalten des Bodens zu beschreiben, wird ein hypoplastisches konstitutives Modell mit der Erweiterung der intergranularen Dehnung ausgewählt. Eine begrenzte Anzahl von Zyklen wird betrachtet und der Schwerpunkt liegt vorwiegend in der Pfahlumgebung auf der Entwicklung von Spannungen und Verschiebungen im Boden. Die quantitative Überprüfung der verwendeten numerischen Modellierungsansätze erfolgt anhand von Vergleichen mit hochwertigen Modellversuchen. Die umfangreiche und anspruchsvolle Instrumentierung der Modellversuche eröffnet umfassende Vergleichsmöglichkeiten. Es werden die Pfahlbewegung, der Verlauf des Eindringwiderstands und die Bodenverschiebungen in der Pfahlumgebung gegenübergestellt. Die gute Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen bestätigt, dass die verwendeten Simulationsmethoden in der Lage sind, die wesentlichen Aspekte des Mechanismus der Vibrationsrammung realistisch abzubilden.