Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last

In dem Beitrag werden Ergebnisse aus Finite-Elemente-Berechnungen zur kinematischen Interaktion von Einzelpfählen und Pfahlgruppen vorgestellt. Der Fokus liegt in der Ermittlung der erzielbaren Schwingungsreduktion bei einer Beanspruchung durch eine stationäre oder bewegte harmonische vertikale Punktlast. Eine bewegte konstante Last wird ebenfalls betrachtet. Der Boden in Form eines Halbraums oder einer Bodenschicht wird als lineares visko-elastisches Kontinuum abgebildet. Das FEM-Modell wird hinsichtlich Abmessungen und Diskretisierung optimiert. Die erzielbare Genauigkeit wird anhand von Vergleichen mit genauen Lösungen für das Nah- und Fernfeld beurteilt. Untersucht wird ein Frequenzbereich zwischen 20 und 40 Hz. Die Ergebnisse zur vertikalen Antwort zeigen, dass die Pfahlkopfschwingungen generell kleiner als die zugehörigen Freifeldwerte sind und dass diese Minderung bei höheren Frequenzen stärker ist. Die Verbindung der Pfähle über eine starre masselose Kopfplatte führt zu einer weiteren Reduktion des Schwingungseintrags in die Pfahlgruppe. Bei einer bewegten Last ist die Abschirmwirkung mit Ausbildung von Schattenzonen stärker, wenn die Last in minimalem Abstand vorbeifährt.

Numerical investigations on the shielding efficiency of single piles and pile groups in the wave field of a stationary or moving harmonic load
This article presents results from finite-element analyses on the kinematic interaction of single piles and pile groups. The focus lies on the assessment of the resulting transfer functions due to an excitation with a stationary or moving harmonic vertical point load. A moving constant load is also considered. The soil is modelled as a linear viscoelastic continuum, and further distinguished between a half-space and a stratum on rigid base. The finite-element model has been optimised with respect to its size and the fineness of the discretization. The achieved accuracy is assessed on the basis of comparisons with exact solutions for the near- and the far-field. A frequency range between 20 and 40 Hz is examined. The results on the vertical response show that the vibrations of the pile head are considerably smaller than those of the free-field and that this reduction is more pronounced at higher frequencies. The connection of the piles through a rigid massless cap leads to an additional reduction of the vibration level in the pile group. In the case of a moving load, the shielding efficiency, as indicated by the emanating shadow zones, becomes stronger as the load passes by at minimum distance.