Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Zur thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelten Simulation eines Energiepfahls
Thermische Aktivierung von Pfählen bietet eine wirtschaftliche Möglichkeit, oberflächennahe Geothermie zu nutzen. Allerdings verursacht die Temperaturänderung in den Pfählen und im umliegenden Boden eine Wärmedehnung. Da die Temperaturänderungen nicht gleichmäßig und die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Beton und Boden unterschiedlich sind, wird die Interaktion zwischen diesen dadurch beeinflusst. Im Beitrag wird das thermisch-hydraulisch-mechanische (THM) Verhalten eines Energiepfahls mit numerischen Methoden untersucht. Dazu wird ein visko-hypoplastisches Stoffmodell verwendet, um das viskose Verhalten einschließlich Kriechen, Relaxation und Viskosität eines bindigen Bodens abzubilden. Die numerischen Ergebnisse werden mit Messergebnissen eines Feldtests verglichen. Die berechneten Pfahlkopfsetzungen und Pfahldehnungen stimmen mit den Messergebnissen überein. Weiter ist zu erkennen, dass die thermische Aktivierung von Pfählen zusätzliche Belastungen verursachen kann. So können bspw. unter bestimmten Versuchsbedingungen die Pfahlkopfsetzung aufgrund thermischer Belastungen bis zu 2 mm und die Mantelreibungen um bis zu 40 kPa verändert werden. Die Zusatzspannungen aufgrund der thermischen Belastungen werden zuerst z.T. vom Porenwasser aufgenommen und gehen mit der Zeit in die Bodenpartikel über. Daraus lässt sich schließen, dass in bindigen Böden die Porenwasserdrücke zum Verständnis der Interaktion zwischen Energiepfahl und Boden berücksichtigt werden müssen.
Zur thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelten Simulation eines Energiepfahls
Thermische Aktivierung von Pfählen bietet eine wirtschaftliche Möglichkeit, oberflächennahe Geothermie zu nutzen. Allerdings verursacht die Temperaturänderung in den Pfählen und im umliegenden Boden eine Wärmedehnung. Da die Temperaturänderungen nicht gleichmäßig und die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Beton und Boden unterschiedlich sind, wird die Interaktion zwischen diesen dadurch beeinflusst. Im Beitrag wird das thermisch-hydraulisch-mechanische (THM) Verhalten eines Energiepfahls mit numerischen Methoden untersucht. Dazu wird ein visko-hypoplastisches Stoffmodell verwendet, um das viskose Verhalten einschließlich Kriechen, Relaxation und Viskosität eines bindigen Bodens abzubilden. Die numerischen Ergebnisse werden mit Messergebnissen eines Feldtests verglichen. Die berechneten Pfahlkopfsetzungen und Pfahldehnungen stimmen mit den Messergebnissen überein. Weiter ist zu erkennen, dass die thermische Aktivierung von Pfählen zusätzliche Belastungen verursachen kann. So können bspw. unter bestimmten Versuchsbedingungen die Pfahlkopfsetzung aufgrund thermischer Belastungen bis zu 2 mm und die Mantelreibungen um bis zu 40 kPa verändert werden. Die Zusatzspannungen aufgrund der thermischen Belastungen werden zuerst z.T. vom Porenwasser aufgenommen und gehen mit der Zeit in die Bodenpartikel über. Daraus lässt sich schließen, dass in bindigen Böden die Porenwasserdrücke zum Verständnis der Interaktion zwischen Energiepfahl und Boden berücksichtigt werden müssen.
Zur thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelten Simulation eines Energiepfahls
Thermo-hydro-mechanical coupled simulation of an energy pile
Ma, Xiaolong (Autor:in) / Qiu, Gang (Autor:in) / Grabe, Jürgen (Autor:in)
Geotechnik ; 34 ; 264-275
2011
12 Seiten, 10 Bilder, 3 Tabellen, 49 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
Gründungspfahl , thermische Aktivierung , Geothermie , Untersuchung (Studie) , Wechselwirkung , thermisches Verhalten , Wärmedehnung , Boden (Erde) , Beton , Simulation , Wärmeausdehnungskoeffizient , Setzung (Bodenmechanik) , Dehnung , Porenwasser , Temperaturverlauf , thermische Belastung , statische Belastung , mechanische Spannung , Bodeneigenschaft , Geotechnik