FOSTA P775

Effiziente Stabilitätsbemessung von kombinierten Stahlspundwänden

FOSTA P775

Kombinierte Stahlspundwände, bestehend aus H-Profilen als Haupttragpfählen und Spundwandbohlen als Füllelementen, stellen eine sehr wirtschaftlichen Lösung im Bereich der schweren Kaimauern dar, was sich im Marktvolumen von (geschätzt) 100.000 t bis 250.000 t pro Jahr widerspiegelt. Um gegenüber der Vielzahl von Betonlösungen im Wettbewerb zu bestehen, sind wirtschaftliche, sichere und einfache, d. h. effiziente Dimensionierungsgrundlagen eine unabdingbare Voraussetzung.

Während bisher in Deutschland vereinfachte Nachweise ohne Berücksichtigung des Biegedrillknickens und Knickens um die schwache Achse üblich sind, wird sich dies mit der Einführung der neuen europäischen Regeln ändern. Beide, EN 1993-5: Pfähle und Spundwände, und die neue Generation der Regelwerke für Kaimauern (EAU 2004) beziehen sich für den Stabilitätsnachweis der Tragbohlen auf DIN EN 1993-1-1. Dort sind Biegeknicken und Biegedrillknicken in der Nachweisführung miteinander gekoppelt.

Die Bemessungsverfahren und Berechnung von Beispielen zeigen, dass mit der Anwendung von Eurocode nicht nur der Aufwand stark ansteigt, sondern das Bemessungsniveau sehr viel konservativer wird. Ziel ist es deshalb, durch die Berücksichtigung der Stützung der Tragbohlen durch die Spundbohlen einerseits und den Boden andererseits eine wirtschaftliche, sichere und vor allem einfache, d. h. effiziente Dimensionierung im Rahmen der neuen Regeln möglich zu machen.

Im Rahmen der Kurzstudie wurde in einer Parameterstudie gezeigt, dass für repräsentative Beispiele mit zunehmender Drehfedersteifigkeit ein großer Anstieg der rechnerischen Tragfähigkeit zu verzeichnen ist, bei zunehmender Wegfedersteifigkeit ist dieser Effekt nur klein. Der kombinierte Ansatz einer Dreh- und einer Wegfeder hat jedoch eine beachtliche Wirkung. Werden nur eine Dreh- oder Wegfeder alleine berücksichtigt, reicht dies teilweise nicht aus, um das Bemessungsniveau des alten Nachweiskonzeptes zu erreichen.

Für die Spezifizierung der Federsteifigkeiten des Baugrunds haben die beispielhaft ermittelten Momenten- Verdrehungsbeziehungen als Resultat der Untersuchungen von Prof. Grabe für einen definierten Fall von nicht bindigem Boden ergeben, dass die Steifigkeiten mit zunehmender Verdrehung abnehmen. Die erforderlichen Drehfedersteifigkeiten aus der Parameterstudie, die notwendig sind, um das alte Bemessungsniveau zu erreichen, werden von den Werten für die vorhandene Steifigkeit überschritten. Die Halterung durch die Spundwandbohlen erzielt nur in Kombination mit einer Verdrehhalterung durch den Boden eine Wirkung. Die hier getroffenen Annahmen für die Federsteifigkeiten sind stark vereinfacht und nicht verifiziert. Es müssen deshalb mit durch Versuche kalibrierten numerischen Modellen Untersuchungen vorgenommen werden.

In dieser Studie wurde gezeigt, dass die Entwicklung eines Verfahrens für die effiziente Stabilitätsbemessung von Stahlspundwänden einerseits notwendig und andererseits möglich ist. Den Praktikern müssen effiziente Dimensionierungsgrundlagen für einen breiten Anwendungsbereich zur Verfügung gestellt werden, sodass der Marktanteil von kombinierten Stahlspundwandkonstruktionen gegenüber Massivkonstruktionen langfristig behauptet bzw. sogar ausgebaut werden kann.

Institut für Konstruktion und Entwurf, Universität Stuttgart
Leiterin der Forschungsstelle:
Prof. Dr.-Ing. U. Kuhlmann

Projektbearbeiterin: Dipl.-Ing. Bernadette Leitz

Wir danken der Deutschen Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) für die Förderung dieses Forschungsprojekts.

Für die Förderung des Foschungsvorhabens danken wir ebenfalls:

• TUHH
• Hamburg Port Authority

Von Oktober 2007 bis Juni 2008