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Main Title: Zur Eignung der Impulsantwort aus regularisierter Dekonvolution für die Pfahlintegritätsprüfung bei Schwinganregung mit einem elektrodynamischen Shaker
Translated Title: The suitability of impulse response calculations using regularized deconvolution for pile integrity testing by vibrational excitation with an electrodynamic shaker
Author(s): Ertel, Jens-Peter
Advisor(s): Rackwitz, Frank
Referee(s): Rackwitz, Frank
Moormann, Christian
Niederleithinger, Ernst
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: A key factor for the success of a pile foundation is the pile integrity and its verification after installation into the subsoil. In the last decades, different methods for pile integrity testing were researched and designed with various advantages / disadvantages. These methods were introduced to the market with varying success. Within three years of the EU research project ”PileInspect“ the old idea of vibrational excitation of piles from the 1970s was revived. The concept was to combine a shaker with novel methods from the field of digital signal processing and machine learning. The Higher Order Spectra method (HOS) developed by the University of Cranfield aimed at compensating several disadvantages of the classical pile integrity test with the hammer blow method: e.g. the detection of small defects, an exact reproducibility and the improvement of the interpretability of the results. In experimental trials during the project a success with Centrum-piles with artificially introduced bending cracks could be demonstrated. However, one major disadvantage of the method became obvious: neither the pile length nor the position of the flaw could be determined. Therefore, the subject of this PhD thesis was the development of a complementary method using the same measuring technique capable of determining length and possible flaw positions. In this method the impulse response of the pile is calculated using the regularized Tikhonov deconvolution in combination with the L-curve method. The procedure was investigated and optimized within this work using simulations and experimental field measurements. The simulations using the CEFIT algorithm showed that the calculated impulse responses can be interpreted in the same manner as the reflectograms from the pile integrity test using the hammer blow method. Both the length and the position of the flaws can be identified as significant spikes in the simulation results. The field measurements carried out on a total of 16 piles, on the other hand, only allowed the pile lengths to be reliably determined. The flaws present as cracks in some piles could neither be clearly detected nor localized. The reason for the unsuccessful localisation of the flaws can be found in the shaker that was used. This shaker, which was specified by the EU project ”PileInspect“ is affected by disturbing resonances of the enclosure, which limit the usability of the shaker for this project.
Maßgeblich mitbestimmend für den Erfolg einer Pfahlgründung ist die Pfahlintegrität und ihr Nachweis nach erfolgtem Einbau in den Untergrund. Dazu wurden in den letzten Dekaden verschiedene Verfahren zur Pfahlintegritätsprüfung mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen erforscht und entwickelt, welche sich mit unterschiedlichem Erfolg am Markt etablieren konnten. Innerhalb des dreijährigen EU-Forschungsvorhabens ”PileInspect“ wurde die aus den 1970er Jahren stammende, alte Idee der Schwinganregung von Pfählen durch einen Shaker wieder aufgegriffen und mit neuartigen Methoden aus der digitalen Signalverarbeitung und aus dem Bereich des maschinellen Lernens kombiniert. Die dabei von der Universität Cranfield entwickelte Higher Order Spectra Methode (HOS) sollte zahlreiche Nachteile der klassischen Pfahlintegritätsprüfung mit der Hammerschlagmethode kompensieren, wie z.B. die Detektion kleiner Fehlstellen, eine exakte Reproduzierbarkeit und die Vereinfachung der Interpretierbarkeit der Ergebnisse. In Evaluierungsexperimenten während des Projekts konnte ein Erfolg bei Centrumpfählen mit künstlich eingebrachten Biegerissen nachgewiesen werden. Offenkundig wurde dabei jedoch ein wesentlicher Nachteil der Methode: weder Pfahllänge noch Fehlstellenlage können ermittelt werden. Gegenstand dieser Dissertation war daher die Entwicklung und Untersuchung einer ergänzenden Methode unter Verwendung der gleichen Messtechnik, die in der Lage ist, Länge und eventuelle Fehlstellenlagen zu ermitteln. Mit dieser Methode wird bei Schwinganregung die Impulsantwort des Pfahls unter Anwendung der regularisierten Tikhonov-Dekonvolution in Verbindung mit dem L-Kurven-Verfahren berechnet. Das Verfahren wurde innerhalb dieser Arbeit mit Simulationen und experimentellen Feldmessungen untersucht und optimiert. Die mit dem CEFIT-Algorithmus durchgeführten Simulationen ergaben, dass die berechneten Impulsantworten in der gleichen Weise wie die Reflektogramme aus der Pfahlintegritätsprüfung mit der Hammerschlagmethode interpretiert werden können. Sowohl Länge als auch Fehlstellenlage lassen sich als signifikante Ausschläge in den Simulationsergebnissen ablesen. Im Gegensatz dazu konnten in den Feldmessungen an insgesamt 16 Pfählen nur die Pfahllängen zuverlässig bestimmt werden. Die bei einigen Pfählen als Risse vorhandenen Fehlstellen konnten weder sicher detektiert noch lokalisiert werden. Die Ursache für den fehlenden Erfolg bei der Fehlstellenlokalisation ist im verwendeten Shaker zu suchen. Dieser Shaker, der durch das EU-Projekt ”PileInspect“ vorgegeben war, unterliegt störenden Gehäuseresonanzen, die die Einsatzfähigkeit des Shakers für dieses Vorhaben begrenzen.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/10933
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9826
Exam Date: 14-Aug-2019
Issue Date: 2020
Date Available: 21-Apr-2020
DDC Class: 550 Geowissenschaften
534 Schall und verwandte Schwingungen
Subject(s): Pfahlintegritätsprüfung
Dekonvolution
Tikhonov
Bohrpfahl
Impulsantwort
pile integrity testing
deconvolution
pile
impulse response
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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