Numerische Untersuchung hochzyklisch belasteter Kaimauern

Zur Prognose langfristiger Verformungen von Hafeninfrastruktur unter hochzyklischer Belastung sind validierte numerische Modelle bislang nur eingeschränkt verfügbar. Insbesondere die explizite numerische Abbildung der Struktur‐Boden‐Interaktion von Kaimauern unter zyklischer Beanspruchung liegt bisher nur in begrenztem Umfang vor. In diesem Beitrag werden eine Methodik zur inversen Bestimmung schwer zugänglicher Stoffparameter sowie zur Langzeitprognose zyklisch belasteter Kaimauern vorgestellt und deren Limitationen diskutiert. Am Beispiel der Athabaska‐Kaimauer werden 2D Finite‐Elemente‐Analysen in PLAXIS durchgeführt. Der Baugrund wird mithilfe eines hypoplastischen Stoffmodells mit intergranularer Dehnung und dem HCA‐Modell beschrieben. Die Stoffparameter werden invers durch die Kopplung numerischer Simulationen mit der Partikelschwarmoptimierung (PSO) identifiziert. Als Vergleichsgrundlage dienen gemessene horizontale Kaimauerverschiebungen aus den Jahren 1996 und 2024. Die Ergebnisse mit = 0,92 zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messungen. Prognoserechnungen über einen 50 Jahreszeitraum zeigen eine Verformung von etwa 10,3 cm und zum Ende des Betrachtungszeitraums eine abnehmende Verformungsrate. Insgesamt ergibt sich aus der Kopplung numerischer Simulationen mit Optimierungsalgorithmen ein übertragbarer Ansatz zur Bestandsbewertung bestehender Kaimauern.

Validated numerical models for predicting long‐term deformations of port infrastructure under high‐cyclic loading are still limited in availability. In particular, the numerical representation of soil‐structure interaction of quay walls subjected to cyclic loading has received little attention to date. This paper presents a methodology and its limitations for the inverse identification of constitutive parameters that are often difficult to determine in practice, as well as for the long‐term prediction of cyclically loaded quay walls. Using the Athabaska quay wall as a case study, two‐dimensional finite element analyses are performed in PLAXIS. The subsoil is modelled using a hypoplastic constitutive model with intergranular strain and the HCA model. The constitutive parameters are identified inversely by coupling numerical simulations with particle swarm optimisation (PSO). Measured horizontal quay wall displacements from 1996 and 2024 are used for comparison. With = 0.92, the results show very good agreement between the simulations and the measurements. 50‐year prognostic analyses show deformations of up to 10.3 cm and a declining deformation rate toward the end of the considered period. Overall, the coupling of numerical simulations with optimisation algorithms provides a transferable approach for the assessment of existing quay walls.