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Zum Tragverhalten von Stahlspundwänden mit breiten Zwischenbohlen
Der stetig steigende Welthandel führt zu einer deutlichen Erweiterung und Verstärkung von Infrastrukturbauwerken für die Schifffahrt. Hierzu gehören einerseits Kaimauern im Seehafenbereich, andererseits aber auch Schleusenbauwerke. Stahlspundwände bieten in verschiedenen Ausführungsvariationen wirtschaftliche und ökologische Lösungen für beide Bereiche. Für den Tiefwasserbereich, in dem die Spundwände starker Beanspruchung ausgesetzt sind, werden kombinierte Spundwände verwendet. Tragbohlen aus runden Stahl-Hohlprofilen oder I-förmigen Walzprofilen, zweitere mit bis zu rund einem Meter Profilhöhe, tragen Erd- und Wasserdruck sowie Auflasten aus Hafenaufbauten in den Baugrund ab. Z- oder U-förmige Zwischenbohlen werden zwischen den Tragbohlen eingebaut, um die meist großen Längen der Kaimauern wirtschaftlich abzudecken. Spezielle Schlossprofile verbinden Trag- und Zwischenbohlen. Im Bereich geringerer Spundwandlängen werden die Tragbohlen und die Schlossprofile nicht verwendet, sondern es wird eine Wellenspundwand ausschließlich aus Zwischenbohlen hergestellt. Im Boden verankerte Gurtungen können zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit genutzt werden. Wegen der großen Tonnagen der Baumaßnahmen und der hohen Beanspruchung der Spundwände ist eine Bemessungsgrundlage erforderlich, die gleichzeitig sicher und wirtschaftlich ist. Die gültigen Bemessungsregeln für Spundwände finden sich in DIN EN 1993-5, sie basieren allerdings auf Untersuchungen an maximal 700 mm breiten Z-förmigen Zwischenbohlen. Neuere Entwicklungen bringen schlankere, breitere Z-förmige Zwischenbohlen mit sich. Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, das Tragverhalten dieser bis zu 800 mm breiten Bohlen im Detail mit experimentellen und numerischen Methoden zu untersuchen. Aus den Ergebnissen von numerischen Parameteruntersuchungen werden Bemessungsansätze entwickelt, die nach DIN EN 1990 statistisch ausgewertet werden. Es werden die bestehenden Bemessungsregeln für Wellenspundwände unter reiner Biegung sowie unter einer Interaktion aus Biegung und lokaler Lasteinleitung mit neueren Untersuchungsergebnissen verglichen. Außerdem wird die Herleitung von Wasserdruckwiderständen von Zwischenbohlen vorgestellt, die in kombinierten Spundwänden in Solllage eingebaut sind. In einer weiteren Untersuchung an kombinierten Spundwänden wird der Einfluss von Lageimperfektionen, die beim Einbau der Spundwände unweigerlich entstehen, auf das Tragverhalten und den Wasserdruckwiderstand der Zwischenbohlen untersucht. Ein Bemessungsmodell für die Abschätzung des Tragfähigkeitsverlustes durch Systemstreckung wird hergeleitet. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die derzeitigen Bemessungsregeln für Wellenspundwände unter Biegung angepasst werden müssen. Ein Vorschlag für diese Anpassung wird gemacht. Die Bemessungsregeln für die Interaktion aus Biegung und lokaler Lasteinleitung dagegen werden durch die vorgestellten Untersuchungen bestätigt. Für den Wasserdruckwiderstand wird das Vorgehen zur Ermittlung tabellierter Widerstandswerte bei Systemen in Solllage vorgestellt. Die Betrachtungen von aus der Solllage gestreckten Systemen führen zu Kriterien für die Begrenzung der Streckung und zu einem Vorschlag für eine statistisch abgesicherte Bemessungsregel. Anwendungsgebiete dieser Regel sind die Prüfung bestehender Spundwände, bei denen Imperfektionen festgestellt werden, sowie die Festlegung zulässiger Toleranzen bei der Errichtung neuer Spundwände.
Zum Tragverhalten von Stahlspundwänden mit breiten Zwischenbohlen
Der stetig steigende Welthandel führt zu einer deutlichen Erweiterung und Verstärkung von Infrastrukturbauwerken für die Schifffahrt. Hierzu gehören einerseits Kaimauern im Seehafenbereich, andererseits aber auch Schleusenbauwerke. Stahlspundwände bieten in verschiedenen Ausführungsvariationen wirtschaftliche und ökologische Lösungen für beide Bereiche. Für den Tiefwasserbereich, in dem die Spundwände starker Beanspruchung ausgesetzt sind, werden kombinierte Spundwände verwendet. Tragbohlen aus runden Stahl-Hohlprofilen oder I-förmigen Walzprofilen, zweitere mit bis zu rund einem Meter Profilhöhe, tragen Erd- und Wasserdruck sowie Auflasten aus Hafenaufbauten in den Baugrund ab. Z- oder U-förmige Zwischenbohlen werden zwischen den Tragbohlen eingebaut, um die meist großen Längen der Kaimauern wirtschaftlich abzudecken. Spezielle Schlossprofile verbinden Trag- und Zwischenbohlen. Im Bereich geringerer Spundwandlängen werden die Tragbohlen und die Schlossprofile nicht verwendet, sondern es wird eine Wellenspundwand ausschließlich aus Zwischenbohlen hergestellt. Im Boden verankerte Gurtungen können zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit genutzt werden. Wegen der großen Tonnagen der Baumaßnahmen und der hohen Beanspruchung der Spundwände ist eine Bemessungsgrundlage erforderlich, die gleichzeitig sicher und wirtschaftlich ist. Die gültigen Bemessungsregeln für Spundwände finden sich in DIN EN 1993-5, sie basieren allerdings auf Untersuchungen an maximal 700 mm breiten Z-förmigen Zwischenbohlen. Neuere Entwicklungen bringen schlankere, breitere Z-förmige Zwischenbohlen mit sich. Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, das Tragverhalten dieser bis zu 800 mm breiten Bohlen im Detail mit experimentellen und numerischen Methoden zu untersuchen. Aus den Ergebnissen von numerischen Parameteruntersuchungen werden Bemessungsansätze entwickelt, die nach DIN EN 1990 statistisch ausgewertet werden. Es werden die bestehenden Bemessungsregeln für Wellenspundwände unter reiner Biegung sowie unter einer Interaktion aus Biegung und lokaler Lasteinleitung mit neueren Untersuchungsergebnissen verglichen. Außerdem wird die Herleitung von Wasserdruckwiderständen von Zwischenbohlen vorgestellt, die in kombinierten Spundwänden in Solllage eingebaut sind. In einer weiteren Untersuchung an kombinierten Spundwänden wird der Einfluss von Lageimperfektionen, die beim Einbau der Spundwände unweigerlich entstehen, auf das Tragverhalten und den Wasserdruckwiderstand der Zwischenbohlen untersucht. Ein Bemessungsmodell für die Abschätzung des Tragfähigkeitsverlustes durch Systemstreckung wird hergeleitet. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die derzeitigen Bemessungsregeln für Wellenspundwände unter Biegung angepasst werden müssen. Ein Vorschlag für diese Anpassung wird gemacht. Die Bemessungsregeln für die Interaktion aus Biegung und lokaler Lasteinleitung dagegen werden durch die vorgestellten Untersuchungen bestätigt. Für den Wasserdruckwiderstand wird das Vorgehen zur Ermittlung tabellierter Widerstandswerte bei Systemen in Solllage vorgestellt. Die Betrachtungen von aus der Solllage gestreckten Systemen führen zu Kriterien für die Begrenzung der Streckung und zu einem Vorschlag für eine statistisch abgesicherte Bemessungsregel. Anwendungsgebiete dieser Regel sind die Prüfung bestehender Spundwände, bei denen Imperfektionen festgestellt werden, sowie die Festlegung zulässiger Toleranzen bei der Errichtung neuer Spundwände.
Zum Tragverhalten von Stahlspundwänden mit breiten Zwischenbohlen
Just, Adrian (Autor:in) / Universität Stuttgart (Gastgebende Institution)
2020
Sonstige
Elektronische Ressource
Deutsch
DDC:
624
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