P 1327 – Optimierte Auslegung von kombinierten Stahlspundwänden für den Einbringvorgang und den Endzustand

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ISBN: 978-3-96780-076-0 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1327 – Optimierte Auslegung von kombinierten Stahlspundwänden für den Einbringvorgang und den Endzustand

Das Gesamtziel des Forschungsprojekts ist die Optimierung von Bemessungsverfahren von kombinierten Stahlspundwänden, die im Kaimauerbau zur Absicherung der Geländesprünge zum Einsatz kommen. Hierzu werden folgende Ziele definiert:

• Die Bemessung erfolgt dabei ohne Berücksichtigung des Einbringvorgangs. Der Einfluss auf die Endlage und damit auch auf die Bemessung ist zu überprüfen (Ziel 1).
• Weiterhin wird der umliegende Boden als Widerstand bei der kombinierten Nachweisführung gegen Knicken und Biegedrillknicken nicht berücksichtigt, so dass das Tragverhalten im Endzustand unterschätzt wird. Es sind Ansätze zur Berücksichtigung weicher Böden und geschichteter Baugrundaufbauten zu entwickeln. (Ziel 2).
• Bei den Flanschen der Tragbohlen werden derzeit globale Schnittgrößen und lokale Einflüsse aus der Flanschbiegung nur pauschal durch eine Reduktion der Streckgrenze berücksichtigt. Mögliche Traglastreserven bei getrennter Betrachtung sind zu prüfen (Ziel 3).
• Den Zwischenbohlen werden bei der Ermittlung der Beanspruchbarkeit entweder nur plastische oder nur elastische Widerstandsgrößen zugeordnet. Der Ansatz teilplastischer Widerstände ist zu untersuchen (Ziel 4).

Zunächst wurden in dem Forschungsprojekt die Grundlagen in einer Parameteridentifikation ermittelt. Dazu wurden gängige Kaimauer-Projekte hinsichtlich der Baugrundschichtung von Tragbohlen analysiert. Ebenso wurden die gültigen Bemessungsverfahren zusammengetragen. Anschließend erfolgte die messtechnische Untersuchung der Einbringung bei einer schweren Rammung, um die dynamischen Einflüsse des Installationsverfahrens auf die Endlage zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen den Einfluss der Rammführung bei der Installation und dienen als Grundlage für numerische  Untersuchungen. Mit dem numerischen Ersatzmodell zur Tragbohleninstallation wurden einzelne Einflussgrößen auf die Position in der Endlage identifiziert und Empfehlungen zur lagegetreuen Einbringung gegeben. Das Modell kann zur Prognose der Endlage nach der Einbringung verwendet werden.
Zur Berücksichtigung der Bettung von Tragbohlen in bindigen und geschichteten Böden wurden Modellversuche wie auch großmaßstäbliche Versuche durchgeführt und Federsteifigkeiten abgeleitet. Mit Hilfe eines numerischen Modells wurden anschließend allgemeingültige Ansätze ermittelt. Diese dienen zusammen als Grundlage für weiterführende Untersuchungen zum Knicken und Biegedrillknicken von I-förmigen Tragbohlen in geschichteten Böden. Die Biegedrillknickuntersuchungen berücksichtigten übliche Kaimaueraufbauten und Bodenschichten in norddeutschen Hochseehäfen. Zu diesen wurden umfangreiche Parameteruntersuchungen durchgeführt und die Knicklängenbeiwerte ausgewertet. Es wurden Näherungsfunktionen abgeleitet und statistisch bewertet.
Mit Hilfe dieser Ergebnisse ist fortan der Nachweis gegen Biegeknicken und -drillknicken unter indirekter Berücksichtigung der Widerstände im Boden möglich. Untersuchungen zeigen eine Optimierung des Nachweises bei einer typischen Kaimauer von bis zu 40 %. Weiterhin wurden Grenzkriterien für die  Notwendigkeit der Nachweisführung erarbeitet. Die Ergebnisse sollen in die Empfehlungen des Arbeitsausschusses “Ufereinfassungen” einfließen.
Darüber hinaus wurden Parameteruntersuchungen zu teilverschweißten Tragbohlen durchgeführt. Anhand dessen wurden Formeln für die Ermittlung des effektiven Torsionsträgheitsmoments abgeleitet. Bisher war es nicht möglich die Teilverschweißung vollumfänglich bei der Bemessung zu berücksichtigen. Die ermittelten Formeln wurden im TC250/SC3/WG18 vorgeschlagen und in den Normenentwurf der prEN1993 Teil 5 eingebracht.
Für die Bemessung von Tragbohlen unter lokaler Beanspruchung bei einer zusätzlichen globalen Beanspruchung wurden Empfehlungen für die Ermittlung des Widerstands gegeben. Das Widerstandsmodell berücksichtigt neben dem Wasserdruck noch weitere wesentliche Geometrieparameter sowie das Material der Trag- und Zwischenbohle. Um teilplastische Zustände bei der Bemessung von biegebeanspruchten Z-Bohlen zu berücksichtigen, wurden 4-Punkt-Biege-Versuche durchgeführt und ein FE-Modell validiert. Es wurden Parameteruntersuchungen an verschiedenen Profilen aus der Praxis durchgeführt und ein Widerstandsmodell abgeleitet sowie Teilsicherheitsbeiwerte ermittelt. Die Ergebnisse für die teilplastische Bemessung werden in die Norm Eurocode 3 Teil 5 eingebracht. In Normungssitzungen wurden die experimetenllen und numerischen Untersuchungen bereits vorgestellt. Es  können bis zu 15 % höhere Beanspruchbarkeiten berücksichtigt werden.

Veröffentlichung:
2021

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann, A. Enders, M.Eng, Prof. Dr.-Ing. J. Grabe, J. Beuße, M.Sc.