Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierte Auslegung von kombinierten Stahlspundwänden für den Einbringvorgang und den Endzustand

Mit der Schiffsgrößenentwicklung gehen besondere Anforderungen an die Kaimauern von Hafenanlagen einher. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts sollen Untersuchungen für die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit der Dimensionierung von kombinierten Spundwänden für den Einbring- und Endzustand durchgeführt werden.

Die Beanspruchungen des Profils während des Einbringens gehen bislang nur als empirische Erfahrungen in die Profilauswahl ein. Untersuchungen hierzu sollen ganzheitliche Auslegungskriterien zur optimierten Profilwahl erbringen, um neben der Wirtschaftlichkeit auch die schadensfreie und lagegetreue Einbringung der Profile sicherzustellen.

Im Rahmen der Bemessung des Endzustandes bleibt Potential der Tragbohlen kombinierter Spundwände hinsichtlich des Ansatzes der Bodenbettung und der Teilverschweißung von Doppeltragbohlen ungenutzt. Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt P 813 soll die Wirtschaftlichkeit verbessert werden. Zudem wird die Kompatibilität der Bemessung mit den für EN 1993-1-1 beschlossenen Änderungen zum Biegedrillknicken sichergestellt. Die Einbausituation soll durch wirtschaftlichere Regelungen in EN 1993-5 verbessert werden. Für die Bemessung der Zwischenbohlen soll über eine Untersuchung die Konsistenz des bestehenden Anhangs C in EN 1993-5 und dem für EN 1993-1-1 beschlossenen Konzept teilplastischer Momentenwiderstände sichergestellt werden.

Durch EN 1993-5, die EAU 2012 und das Vorgängerprojekt existieren bereits Ansätze zur Auslegung von kombinierten Stahlspundwänden, die hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Anwendungssicherheit optimiert wurden. Trotz der vorgenommenen Verbesserungen bleibt Potential für mehr Wirtschaftlichkeit, Anwendungssicherheit sowie Einfachheit und damit Anwendbarkeit ungenutzt. Dieses Potential soll durch dieses Projekt nutzbar gemacht werden und bringt damit KMU einen erheblichen Nutzen in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Sicherheit bei der Verwendung kombinierter Stahlspundwände.

Ergebniszusammenfassung:

Zum Einbringverfahren kombinierter Wände wurden einzelne Einflüsse während der Einbringung erarbeitet. Es wurden u. a. Anfangsneigung, Kraftneigung, Abstände der Rammführungen, Varianten der Rammführungen untersucht. Auf Basis der Ergebnisse ist eine bessere Auswahl der Rammgut-Geräte-Kombination möglich. Das entwickelte Modell ermöglicht die realistische Prognose der Endlage der Tragbohle.

Zu Federsteifigkeiten (Bettungswerte) für Tragbohlen wurde ein Ansatz zur Ermittlung der Drehfedersteifigkeit in jungen weichen Hafensedimenten (Klei) geliefert. Zusammen mit dem Ansatz für die Drehfedersteifigkeit in Sand (vgl. P813, 16493) ist so die Berücksichtigung der Drehfedersteifigkeit in geschichtetem Baugrund möglich. Die laterale Federsteifigkeit kann in Anlehnung an die Ermittlung für Pfähle gemäß dem Vergleich mit den Versuchsergebnissen nach Sherif bzw. Terzaghi erfolgen.

Zum Biege- und Biegedrillknicken wurden die o.g. Ergebnisse vereinfacht und nach umfangreichen Parameterstudien Näherungsformeln abgeleitet die indirekt die neuen Ansätze berücksichtigen. Es wurden dabei die üblichen Kaimauerkonstruktionen betrachtet. Das Vorgehen (Bemessung) ist in Beispielen aufgezeigt worden. Ebenfalls wurden Grenzkriterien hergeleitet, ab welchen der detailliertere Nachweis entfallen kann.

Bei teilverschweißte Doppelbohlen wurden numerische Untersuchungen durchgeführt und Näherungsformeln für die Berücksichtigung der wesentlichen Parameter abgeleitet. Die Parameter sind neben dem Verschweißungsgrad in Längsrichtung die Endverschweißung und der Verschweißungsabstand im Regelbereich. Die Näherungsgleichungen fließen auch in den Entwurf der Norm EN 1993 Teil 5 ein. Zur teilplastischen Momentenbeanspruchbarkeit von Z-Bohlen wurden ebenfalls Widerstandsfunktionen abgeleitet und anhand numerischer Untersuchungen statistisch evaluiert. Die Ergebnisse sind bereits in den Entwurf der Norm EN 1993 Teil 5 eingeflossen und wurden erweitert.