Zur Verwendung von Interaktionsdiagrammen beim Nachweis axial-zyklisch belasteter Pfähle

Die durch die DIN 1054:2005-01 in Deutschland erstmalig formulierte Notwendigkeit einer Berücksichtigung von Tragfähigkeitsminderungen, hervorgerufen durch axial-zyklische Belastung bei Pfählen, hat in jüngster Zeit, insbesondere aus Anlass der Bemessung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA), zu einer umfassenden Forschungstätigkeit auf diesem Gebiet geführt. Im Zuge dieser wissenschaftlichen Bearbeitungen entstand jedoch die Notwendigkeit, praktisch handhabbare Bemessungsmodelle zu finden, die besagtem Effekt in möglichst guter Näherung Rechnung tragen, da parallel bereits mit der Errichtung solcher Art Anlagen begonnen wurde.
Vor Abschluss der Erarbeitung der 2. Auflage der EA-Pfähle (2011) wurde aus diesem Grund das betreffende Kapitel 13 mit dem Anhang D als Entwurf schon im Vorfeld der baupraktischen Überprüfung durch Veröffentlichung [1] zugeführt.
Darin wird ein mögliches Nachweisformat unter Verwendung von Interaktionsdiagrammen angeboten. Diese Diagramme stellen eine Zusammenfassung von Erfahrungen mit axial-zyklisch belasteten Pfählen dar und ermöglichen abhängig von zyklischer Einwirkung und dem statischen Pfahlwiderstand eine Abschätzung der verträglichen Lastwechselzahlen (Zyklen).
Nachfolgend werden einige der im Praxisgebrauch befindlichen Interaktionsdiagramme vorgestellt und ihre Besonderheiten diskutiert.
Da es sich gezeigt hat, dass der dominante Effekt auf die zyklische Pfahltragfähigkeit einer OWEA ein hohes zyklisches Belastungsniveau unter vergleichbar geringer Zyklenanzahl ist, wird ein modifiziertes, solche wichtigen Randbedingungen möglichst realitätsnah erfassendes Interaktionsprogramm vorgestellt. Die Verwendung der Interaktionsdiagramme im Tragfähigkeitsnachweis gemäß EA-Pfähle (2011) wird erläutert und durch Berechnungsbeispiele veranschaulicht. Abschließend erfolgt eine kritische Betrachtung der Eignung dieser Methode.

On the use of interaction diagrams for the design of axially cyclic loaded piles.
The need to take cyclic degradation of axially loaded piles into account was postulated in the DIN 1054:2005-01 for the first time in Germany. This lead to comprehensive research activities especially due to the progress in the offshore wind industry.
In the course of the scientific research the necessity for finding practical design approaches arose, which are capable to predict the behaviour under cyclic loading with sufficient accuracy, since the installation of offshore wind turbines already had started. This was the reason why the new chapter 13 and appendix D of the 2nd edition of the Recommendations of the Working Group 2.1 ”Piles” of the German Geotechnical Society (EA-Pfähle, 2011) was published in advance in order to allow for the review of the engineering community.
In this chapter 13 an analysis format using cyclic interaction diagrams is given. These diagrams summarise practical experience with axially cyclic loaded piles and offer the assessment of an admissible number of load cycles depending on the cyclic loading and the static pile capacity.
In the paper at hand several cyclic interaction diagrams in use today are presented and their characteristics are discussed. The dominating effect on the cyclic degradation of a foundation pile for an offshore wind turbinde comes from a relatively high cyclic load ratio at a comparably low number of load cycles. This is the reason why a new modified cyclic interaction diagram is proposed, which takes into account this important effect in a realistic manner.
The use of interaction diagrams in line with the EA-Pfähle (2011) is explained and illustrated by practical examples. Finally a critical view on the applicability of the method in general is given.