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Flachgründungen auf Böden mit tiefenabhängiger Steifigkeit unter vertikaler dynamischer Belastung: Ergebnisse von numerischen Berechnungen im Frequenz- und Zeitbereich

  • In der vorliegenden Arbeit werden einige Probleme der dynamischen Boden- Bauwerk-Wechselwirkung behandelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Untersuchung des Einflusses einer mit der Tiefe zunehmenden Steifigkeit für den Boden. In dem ersten Teil der Arbeit werden elastische Bodenplatten unter vertikaler harmonischer Belastung untersucht. Die Platte wird mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode modelliert. Die Baugrundantwort wird mit Hilfe von Einflussfunktionen für vertikale Einzel- bzw. Flächenlasten erfasst. Im Kontaktbereich wird die Kompatibilität an den Mittelpunkten der Bodenelemente und den darüber liegenden Punkten der Platte hergestellt. Die Lösung für den homogenen Boden wird mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Für den inhomogenen Boden wird die Antwort der Platte an verschiedenen Punkten über die Frequenz ermittelt und graphisch dargestellt. In einem weiteren Bearbeitungspunkt wird die dynamische Wechselwirkung zwischen mehreren starren Fundamenten auf der Baugrundoberfläche untersucht. Der Einfluss der Inhomogenität des Baugrundes wird in den Ergebnissen mit Hilfe von dimensionslosen Parametern erfasst. In dem zweiten Teil der Arbeit werden dynamische Steifigkeitsfunktionen, sogenannte Impedanzfunktionen, für Einzelfundamente unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich ermittelt. Ziel ist es dabei, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem später auch nicht-lineare dynamische Probleme numerisch gelöst werden können. Mit dem vorgestellten Fensterverfahren wird aus der komplexen Antwort des Fundaments, berechnet mit der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich, die Lösung im Frequenzbereich für das in der Anregung enthaltene Frequenzspektrum bestimmt. Hierzu wird eine eindeutige Vorgehensweise vorgeschlagen, und die erforderlichen Angaben zur Wahl der Diskretisierungsfeinheit und des Zeitschrittes gemacht. Schließlich wird das Fensterverfahren für inhomogene Böden eingesetzt. Vorhandene halb-analytische Lösungen für starre Fundamente werden mit ausreichender Genauigkeit reproduziert.
  • In the present work some problems of the dynamic soil-structure interaction are treated. The main focus of the research lies in the investigation of the influence of a soil stiffness that increases with depth. In the first part of the thesis elastic plates under vertical harmonic loads are considered. The plate is modeled by means of the finite-element-method. The soil response is obtained in terms of influence functions for vertical point and rectangular surface loads. The compatibility in the contact area is met at the centers of the soil elements and the corresponding points of the plate. The solution for the homogeneous soil is compared with results from the literature. For the inhomogeneous soil the response of the plate is determined at different points in dependency of the frequency, and presented graphically. In a further analysis step the dynamic interaction between several rigid foundations on the ground surface is investigated. The influence of inhomogeneity of the soil is described by means of dimensionless parameters. In the second part of the thesis dynamic stiffness functions, so-called impedance functions, are determined for single foundation using the finite element method in the time domain. The aim is to develop a method that is applicable to the numerical solution of non-linear dynamic problems. With the window-method presented, it is possible to calculate the solution in the frequency domain for the excitation frequency spectrum from the complexvalued response of the foundation calculated using the finite element method in the time domain. A straightforward approach is suggested, and the necessary information to select the discretisation degree and the time step is given. Finally, the window-method is applied for inhomogeneous soil. Existing semi-analytical solutions for rigid foundations are reproduced with sufficient accuracy.

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Metadaten
Author:Dong Chen
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-38803
ISBN:978-3-943995-64-0
Serie (Series number):Veröffentlichungen des Fachgebietes Bodenmechanik und Grundbau der Technischen Universität Kaiserslautern (16)
Advisor:Christos Vrettos
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2014/09/29
Year of Publication:2014
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2014/04/30
Date of the Publication (Server):2014/09/29
Number of page:XVI, 136
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 10.09.2012