Validierung eines hochzyklischen Akkumulationsmodells anhand von Modellversuchen und Messungen an realen Bauwerken

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.