Bedeutung thermoplastischer Stoffmodelle für die Bemessung von Energiepfählen

Abstract

Energiepfähle werden zunehmend als multifunktionale Gründungselemente eingesetzt, die tragende Funktionen mit der Nutzung geothermischer Energie kombinieren. Während das mechanische Verhalten in der Bemessung üblicherweise berücksichtigt wird, werden thermische Einwirkungen häufig in vereinfachter elastischer Form behandelt. Langzeitiges Heizen und Kühlen kann jedoch irreversible Bodenverformungen und Spannungsumlagerungen hervorrufen, insbesondere in weichen und geschichteten Böden. Dieser Beitrag untersucht die Relevanz thermoplastischen Bodenverhaltens für die Bemessung von Energiepfählen unter Verwendung eines thermo-visko-hypoplastischen Stoffmodells für feinkörnige Böden (AVISA-T), das zyklische Belastung berücksichtigt. Das Modell wird in einem Finite-Elemente-Programm implementiert und anhand großmaßstäblicher Energiepfahlversuche in Delft (NL) unter unterschiedlichen axialen Lastniveaus und langzeitiger thermischer Beanspruchung evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass thermoplastische Effekte maßgeblich die Pfahlkopfverformungen sowie die Umlagerung der Normalkräfte entlang des Pfahls bestimmen können, was mit konventionellen thermo-elastischen oder thermo-elasto-plastischen Ansätzen nicht erfasst wird.