Forschungsbericht 2014
Seehäfen für Containerschiffe zukünftiger Generationen
Im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs forschen ca. acht Professoren der TU Hamburg-Harburg an Fragestellungen, die sich im Zusammenhang mit der Entwicklung von Seehäfen für zukünftige Containerschiffe ergeben. In verschiedenen Projekten wird vor allem die Numerische Modellierung unter Berücksichtigung der Struktur-Boden-Wasser-Schiff-Interaktion weiterentwickelt. An unserem Institut wurden und werden folgende Teilprojekte bearbeitet:
Teilprojekt "Simulation der Herstellung von Pfahlrosten bei Kaimauerkonstruktionen" Bei der Herstellung von Kaianlagen spielt insbesondere die Herstellung von Pfählen eine bedeutende Rolle. So ist die Kaianlage in der Regel auf einem Trägerrost gegründet. Derartige Trägerroste zeichnen sich dadurch aus, dass sich hierin eine Vielzahl kreuzender Pfähle befinden. Diese Pfähle beeinflussen sich hierbei nicht nur in ihrem Tragverhalten, sondern bereits bei der Herstellung der Pfähle kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Pfähle, die beispielsweise zu einer herstellbedingten Zusatzverformung der Pfähle führen kann. Obwohl die Pfahlgründung seit langer Zeit eine beliebte Gründungsvariante darstellt, ist es bis heute nur unzureichend möglich, diese zusätzlichen Beanspruchungen vorherzusagen. Im Rahmen des Graduiertenkollegs soll nun mit Hilfe numerischer Untersuchungen unter Verwendung der Methode der Finiten Elemente und durch vergleichende Messungen an realen Bauwerken untersucht werden, wie stark die gegenseitige Beeinflussung der Trägerrostpfähle aufgrund des Herstellvorganges ist. Hierbei wird in räumlichen FE-Simulationen beispielsweise die zusätzliche Verformung, die ein Schrägpfahl infolge der Rammung eines kreuzenden Pfahles erfährt, berechnet. Um derartige Berechnungen durchführen zu können, muss es möglich sein, die Herstellung von Pfählen im dreidimensionalen Kontinuum numerisch zu simulieren. Dies ermöglicht einen weiteren Forschungsaspekt, da mit derartigen Modellen auch die herstellbedingten Veränderungen der Bodeneigenschaften im Nahfeld eines Pfahles aufgrund des Herstellprozesses untersucht werden können. Somit wird in diesem Projekt zudem untersucht, wie sich das Nahfeld um den herzustellenden Pfahl bei Verwendung unterschiedlicher Herstellverfahren (Eindrücken, Rammen, Rütteln) verändert. Teilprojekt "Lösung von Randwertproblemen mit großen Verformungen" Bei extremen Belastungssituationen wie beispielsweise dem Versagen einer Kaje infolge Pollerzug in Kombination mit extremen Wasserständen, dem axialen Versagen des Schrägpfahls, dem Pflügen der Pfähle durch den Boden oder einer Grundberührung von Schiffen werden große Verformungen im Boden und in der Struktur verursacht. Gleiches gilt für das Einbringen von Profilen in den Untergrund. Zur numerischen Modellierung derartiger Vorgänge ist die Finite-Elemente-Methode mit Lagrangescher Beschreibung der kinematischen Größen nicht oder nur bedingt geeignet. Im Rahmen des Projektes wird vor Allem die FEM mit dem Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) Algorithmus untersucht und ausgewählte Randwertprobleme damit gelöst.
Teilprojekt "Entwicklung eines dynamischen Zweiphasenmodells für explizite Zeitintegration" Bei der Schlagrammung und der Vibrationsrammung von Bauteilen in den wassergesättigten Boden kann sich ein Konsolidierungsprozess einstellen, der bei vollständig undränierten Bedingungen beginnt und bei vollständig dränierten Bedingungen endet. Zur rechnerischen Erfassung entsprechender Effekte ist im Gegensatz zu Terzaghi's Konsolidierungstheorie eine dynamische Konsolidierungsanalyse erforderlich. Dies erfordert wiederum ein dynamisches Zweiphasenmodell für den Boden basierend auf der Kontinuumsmechanik. Im Rahmen der Standard-FEM sind solche Zweiphasenmodelle seit langem bekannt. Für dynamische FE-Analysen mit expliziter Zeitintegration existieren dagegen nur Näherungsmodelle. Im Rahmen des Projektes werden dynamische Zweiphasenmodelle für den wassergesättigten Boden entwickelt, mit denen eine Computersimulation der Schlag- bzw. Vibrationsrammung von Bauteilen in den wassergesättigten Boden mit Hilfe eines expliziten FE-Codes möglich ist.
Teilprojekt "Numerische Modellierung von Bodenankern" Im Fokus steht die numerische Modellierung verschiedener Bodenanker im Rahmen der Finite-Elemente-Methode (FEM) unter Beachtung der entsprechenden Herstellungsprozesse. Stichworte
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