Stofflich nichtlineare Berechnung von Baugruben mit Hilfe der FEM: Fid-Bau Portal

Stofflich nichtlineare Berechnung von Baugruben mit Hilfe der FEM

Kaufmann, H. / Binnewies, W.

Messungen an tiefen Baugruben haben gezeigt, daß die zur Berechnung von Baugrubenwänden angesetzten Erddruckannahmen nach der klassischen Erddrucktheorie nicht richtig sind. Damit ergab sich die Notwendigkeit einer Modellierung der Erddruckverteilung nach dem vollendeten Aushub in einer Baugrube. Es wurde ein nichtlineares Stoffmodell gewählt, das die physikalischen Bodeneigenschaften nachbildet, und eine numerische Aufbereitung durch ein eigens entwickeltes Finite-Elemente-Programm durchgeführt. Mittels Bestimmung der Stoffparameter durch einfache Versuche und die Berücksichtigung der Nachgiebigkeit und Stützung der Wand lassen sich die während des Aushubs einstellende Erddruckverteilung und Verbaudeformation berechnen. Die direkte numerische Bemessung durch die Methode der Finiten Elemente trägt zur Kostenreduzierung bei gleichen Sicherheitsanforderungen bei. Zur Bestimmung der Stoffparameter fanden Modelle von Lade und Duncan sowie nach Arslan Verwendung. Die ermittelten Parameter bilden die Grundlage der numerischen Beschreibung des Spannungs-Verformungsverhaltens eines Bodens. Die ermittelten Ergebnisse decken sich mit den Beobachtungen hinsichtlich Erddruckverteilung und der Entstehung von vertikalen Gewölben im Bereich des von der Wand gestützten Bodens. Ein Vergleich der Ergebnisse für die Fälle 'Wand am Kopf gehalten' und 'Wand frei auskragend' mit der klassischen Erddrucktheorie zeigt, daß das Modell bereits in der Grundversion besser geeignet ist, die physikalischen Vorgänge im Boden nachzuvollziehen. Eine Erweiterung auf physikalische Phänomenen wie Kohäsion, Porenwasserdruck und Kriecherscheinungen für Konsolidationsberechnungen ist in Vorbereitung. Es wird darauf hingewiesen, daß für die praktische Anwendung eine Reduzierung der benötigten Stoffparameter erfolgen kann.