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Vertikale Tragfähigkeit - Federmethode

Das Programmmodul "Pfahl - Federmethode" ist Teil des Programms "Pfahl". Es ist bestimmt zu der Berechnung der vertikalen Tragfähigkeit des Pfahls in einer allgemein geschichteten Umgebung. Das Ergebnis der Berechnung ist die Grenzbelastungskurve und die Verläufe der wichtiger Kraft- und Verformungsgrößen entlang des Pfahls.

Der Hauptvorteil dieses Moduls liegt in der Verfügbarkeit der Eingangseingaben betreffend die Böden, bzw. Gesteine um den Pfahl herum - es wird der Winkel inneren Reibung des Bodens, seine Kohäsion, Wichte und Verformungsmodul eingegeben werden.

Die Berechnung im Modul "Pfahl - Federmethode" basiert auf dem semianalytischen Lösungsansatz. Die Bodenreaktion um den Pfahl herum wird durch die bekannte Lösung der geschichteten Umgebung beschrieben, die eine gewisse Präzisierung und Verallgemeinerung des bekannten Winkler-Pasternak-Modells ist. Der Bodenkontakt mit dem Pfahl wird als eine starre plastische Übertragung der Scherspannung betrachtet, die die Mohr-Coulomb-Plastizitätsbedingung berücksichtigt. Die Bestimmung der Normalspannung am Bodenkontakt mit dem Pfahl basiert auf geostatistischer Spannung und Bodendruck (Betongemische) im Ruhezustand.

Der Einfluss des Grundwassers um den Pfahl herum wird auf die Scherfestigkeit des Pfahlmantels gezählt, und auf der anderen Seite beeinflusst er die Tiefe der Verformungszone unter dem Pfahlfuß.

Wenn der Pfahl die Ebene des inkompressiblen Untergrundes stört, kann die Federmethode nicht verwendet werden.

Die Pfahlsetzung kann auch durch der Geländesetzung beeinflusst werden. Es gibt einen Effekt, wann der Boden um den Pfahl herum die Pfahltragfähigkeit aufgrund seiner Senkung verringert. Die Pfahlsetzung erhöht sich, ohne seine Belastung zu erhöhen. Diese Situation im Programm als sogenannte negative Mantelreibung modelliert.

In die Berechnung der Pfahltragfähigkeit kann auch den Einfluss der Technologie der Ausführung des Pfahls mit Rücksicht auf die Steifigkeit der Pfahlgründungen einführen.

Die Berechnungsmethode besteht aus mehreren Schritten:

1. In der Berechnung wird der Pfahl in die Reihe einzelnen Abschnitte unterteilt. Die Unterteilung des Pfahls in einzelne Abschnitte entspricht der Bedingung, dass das Verhältnis zwischen der Länge des Abschnitts und der Pfahldurchmesser ungefähr gleich 2,5 sein sollte. Die Anzahl der Abschnitte muss aber mindestens 10 betragen.
2. Jeder Abschnitt ist durch eine Feder in der Berechnung charakterisiert. Die Federsteifigkeit modelliert sowohl den Scherwiderstand am Mantel und auch die Untergrundsteifigkeit unter dem Pfahlfuß.
3. Für jeden Abschnitt des Pfahls wird ein Grenzwert der durch den Mantel übertragenen Scherkraft bestimmt T_lim.
4. Der Pfahl wird vom oberen Teil durch vertikale Lastzuwächse belastet. In jedem Zuwachs wird die Größe der Federkraft auf jedem Abschnitt des Pfahls berechnet. Diese Kraft kann in jedem Abschnitt gleich dem maximalen Reibungswert auf dem Mantel T_lim sein. Offensichtlich verlieren bei einem bestimmten Belastungsgrad alle Federn die Fähigkeit, die innen wirkende Kräfte zu erhöhen und der Pfahl wird bei weiterer Belastung nur durch eine Feder am Fuß unterstützt, die keine Begrenzung der übertragenen Kraft hat.
5. Die Berechnungsergebnisse werden als Grenzbelastungskurve des Pfahls, Spannungsverlauf entlang des Pfahls und der Graph der Scherabhängigkeit auf der Verformung am gegebenen Pfahlort präsentiert.