Numerical model to predict the displacement of piles under cyclic lateral loading using a new hypoplastic spring element

Carstensen, Anna-Maria; Pucker, Tim; Grabe, Jürgen

doi:10.1016/j.compgeo.2018.05.001

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“…Darin AUFSATZ ARTICLE Die verwendeten Stoffparameter von Wunder Sand basie ren auf den Vorarbeiten von [14] und wurden anhand von triaxialen Kompressionsversuchen kalibriert. Für eine de taillierte Beschreibung und Interpretation der einzelnen Parameter sei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf [14] verwiesen.…”

Section: Modellierung Des Natürlichen Seegangsunclassified

“…Unter zykli scher Belastung wird der Boden rund um den Pfahl be lastet, entlastet und geschert, wodurch sich die Porenzahl über die Lastzyklen ändert. Der Ansatz nach[14] formu liert diese Porenzahländerung in Analogie zur Volu menänderung im Triaxialversuch. Zudem wird eine Ab hängigkeit des Reibungswinkels ϕ′ von der Lagerungs dichte nach[20] berücksichtigt.…”

unclassified

“…Der Exponent k beschreibt die Krümmung der PyKurve und wird an hand von monotonen Triaxialversuchen bei lockerer und dichter Lagerung kalibriert. Für eine detaillierte Beschreibung des Federmodells sei an dieser Stelle auf[14] verwiesen.…”

unclassified

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Zur bodendynamischen Strukturdämpfung von Offshore‐Windenergieanlagen

Stärk

Grabe

2021

Bautechnik

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In diesem Beitrag wird ein dynamisches Modell einer Offshore‐Windenergieanlage mit Schwerpunkt auf der numerischen Modellierung der Boden‐Struktur‐Interaktion vorgestellt. Das entwickelte Modell basiert auf einem zweidimensionalen FE‐Modell eines auf Federn gebetteten Euler‐Bernoulli‐Balkens. Die Pfahl‐Boden‐Interaktion bzw. das Last‐Verformungsverhalten des den Pfahl umgebenden Bodens wird in Form von nichtlinearen Bettungsfedern idealisiert. Die Formulierung der Federkennlinien basiert auf einem hypoplastischen Bettungsansatz, welcher es ermöglicht, verschiedene Steifigkeiten bei Erst‐, Ent‐ und Wiederbelastung sowie eine Ver‐ bzw. Entfestigung des Bodens abzubilden. Über die Änderung der Porenzahl wird zudem eine Materialdämpfung berücksichtigt. Das Bettungsmodell wird ergänzt durch parallel zu den Federn geschaltete viskose Dämpfer, welche eine geometrische Dämpfung des Untergrunds abbilden. Der Gründungspfahl wird erweitert um die aufgehende Struktur einer Offshore‐Windenergieanlage. Dabei wird der natürliche Seegang auf Basis der linearen Wellentheorie für das Modellgebiet der Nordsee mit dem Jonswap‐Spektrum modelliert. Der Rotor wird als Punktmasse idealisiert. Das Modell ermöglicht es, aufgrund der dynamischen Formulierung der nichtlinearen Bewegungsgleichung das Schwingungsverhalten in kurzer Rechenzeit praxisgerecht auszuwerten. Außerdem werden Untersuchungen zum Einfluss der Änderung der Steifigkeitsverteilung des Bodens im Zusammenspiel mit einer Änderung der Eigenfrequenz durchgeführt. Es wird das zeitabhängige Modellverhalten bei Wellenbelastung sowie für einen Modellsturm dargestellt. Zukünftige Erweiterungen des Modells sollen die Ableitung von Dämpfungsfaktoren zum Ansatz bei der Bemessung ermöglichen.

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Section: Modellierung Des Natürlichen Seegangsunclassified

unclassified

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Zur bodendynamischen Strukturdämpfung von Offshore‐Windenergieanlagen

Stärk

Grabe

2021

Bautechnik

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“…Hong et al [12] used the advanced hypoplastic constitutive model in the numerical study to analyze the horizontal cyclic loading responses of semi-rigid piles in soft clay. Carstensen et al [13] also used the hypoplastic model to simulate the degradation of soil stiffness and the cumulative displacement under cyclic loading, but only the case of lower number of cycles can be considered.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Numerical Study on the Responses of Suction Pile Foundations under Horizontal Cyclic Loading Considering the Soil Stiffness Degradation

Wang,

Qi,

Wei

et al. 2023

JMSE

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This paper analyzes the deformation responses of single-cylinder and four-cylinder suction pile foundations in soft clay under horizontal cyclic loading. Based on the existing stiffness degradation model of soft clay, a more suitable model for marine soft clay is proposed by carrying out dynamic triaxial experiments under different stress levels. The stiffness degradation and cumulative displacement of soil under cyclic loading are implemented in ABAQUS by compiling a USDFLD subroutine. The rationality is verified by comparison with the displacement response of the pile measured by the centrifugal model test and the scaled model test reported in the literature. With the aid of the current model, the stress state and deformation of suction pile foundations under horizontal cyclic load are further analyzed. The numerical results reveal the path of soil stiffness degradation and the deformation response of foundations during horizontal cycling. The cumulative displacement generated by the cyclic load is quantitatively displayed. It is proved that this model has the capability to reflect the cumulative displacement under cyclic loading and shows promise in analyzing the long-term deformation response of offshore foundations.

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“…erefore, the bearing capacity of the soil has a great influence on the pile foundation, especially the vibration that is generated by an earthquake [21]. When an earthquake occurs, soft soils may be subjected to disfiguration [22], which can reduce the serviceability of the structure; meanwhile, the pile displacement accumulation [23] may result in damage to existing piles [5]. e pulling pile is quite different from the uplift pile that an uplift pile limits the displacement of the pile [17], whereas the pulling pile is to pull the pile out from the strata completely.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Dynamic Characteristics of the Surrounding Soil during the Vibrational Pulling Process of a Pile Based on DEM

Sun

Zhang

Yang

et al. 2020

Shock and Vibration

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When bridge construction has been completed, the temporary support system, such as a steel-pipe pile, is dismantled, and problems that are related to the steel-pipe piles pulling from the strata are encountered. It is difficult to measure the dynamic characteristics of the surroundings during the deep pile-pulling process. A numerical model of the pulling pile is established by using the discrete element method (DEM). A sinusoidal dynamic load is executed on the pile with various vibrational frequencies. The stress, bond, coordination number, porosity, and velocity field distribution of the surrounding soil during the pile-pulling process are studied. The results demonstrate that, during the pile-pulling process, the shearing state of the surrounding soil depends on the position of the pile. The number and area of bond fractures gradually increase, the coordination number decreases, and the porosity gradually increases when the pile-pulling distance increases. Under a vibrational load, the area that corresponds to particles with large velocity and displacement expands with the increase of the vibrational frequency. The major influence zone of the pile pulling on both sides is concentrated within 6dpile, which can be used to evaluate the safety of the existing bridge nearby during pile pulling.

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Numerical model to predict the displacement of piles under cyclic lateral loading using a new hypoplastic spring element

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Zur bodendynamischen Strukturdämpfung von Offshore‐Windenergieanlagen

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Numerical Study on the Responses of Suction Pile Foundations under Horizontal Cyclic Loading Considering the Soil Stiffness Degradation

Dynamic Characteristics of the Surrounding Soil during the Vibrational Pulling Process of a Pile Based on DEM

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