AiF / IGF 16493 N

Entwicklung von effizienten Dimensionierungsgrundlagen für die Tragbohlen kombinierter Stahlspundwände

AiF / IGF 16493 N, FOSTA P813

Mit dem seit Jahrzehnten stetig zunehmenden Welthandel steigen über die Zahl der transportierten Container und die Vergrößerung der Schiffe um den Faktor 20 auch die Anforderungen an die Größe der Kaimauern von Hafenanlagen. Diese können aus Beton oder aus Stahl gefertigt werden. Die gängigste Stahlbaulösung im Tiefwasserhafenbereich ist die kombinierte Stahlspundwand, die aus bis zu 45 m langen H-förmigen Tragbohlen und Z-förmigen Zwischenbohlen besteht, siehe Bild 1. Das bedeutet, dass die Bohlen stabilitätsgefährdet sind. Mit der Umstellung der Normen von der (nationalen) DIN 18800 (2008) auf die (europäische) DIN EN 1993-1-1 (2010) haben sich die Stabilitätsnachweise im Stahlbau verändert. Während früher separate Nachweise für Biegeknicken und Biegedrillknicken geführt werden konnten, gibt es jetzt einen kombinierten Stabilitätsnachweis. Beispielrechnungen haben gezeigt, dass dies zu 15 bis 20 % mehr Stahlgewicht im Hafenbau führt. Was bei der Bemessung derzeit nicht berücksichtigt wird, ist die Bauwerk-Boden-Interaktion. Dieses Projekt diente der Abschätzung des Bodeneinflusses und der Entwicklung von Möglichkeiten, bisher nicht berücksichtigte Bettungen anzusetzen.

Dazu wurde zunächst ein Parameterfeld abgesteckt, das die derzeitige Situation und die Entwicklungen in näherer Zukunft in Europa berücksichtigt. Hierbei wurden auf Beckentiefe und Bodenbeschaffenheiten ebenso eingegangen wie auf konstruktive Variationen der Spundwand und deren Belastung.

Experimentell wurden das Verformungsverhalten einer eingebetteten Einzeltragbohle und das Verhalten und die Steifigkeit durch den Spülsandboden ermittelt. Mit den Werten wurde ein Stabwerksmodell erstellt, das zu einer Parameteruntersuchung und der Ermittlung von ansetzbaren Bodenkennwerten führte.

Parallel wurde mit Stabwerksmodellen der Einfluss von Imperfektionen und Bodenbettung auf das Stabilitätsverhalten von Tragbohlen untersucht. Hierbei wurden Einzel- und Doppeltragbohlen, verschiedene Lagerbedingungen (vor allem Bettung der Bohle über die volle Länge oder über eine Teillänge) und Biegeknick- und Biegedrillknickverhalten betrachtet. Zudem wurde experimentell und numerisch untersucht, welchen Einfluss Verschweißungsmuster und -grad auf die Torsionssteifigkeit teilverschweißter Doppeltragbohlen haben. Aus den Erkenntnissen wurden Lösungen erarbeitet, die es dem Anwender ermöglichen, eine vorhandene Bodenbettung im Stabilitätsnachweis zu berücksichtigen.

Schließlich wurden vereinfachte Kriterien hergeleitet, mit denen Knicken um die schwache Achse und/oder Biegedrillknicken ganz ausgeschlossen werden können. Hierzu wurden die Bodenkennwerte, die Formeln zum Einbringen dieser Werte in den Stabilitätsnachweis und den Nachweisformeln aus DIN EN 1993-1-1 verwendet.

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

Projektbearbeiterin: Dipl.-Ing. Bernadette Leitz

Institut für Geotechnik und Baubetrieb, Technische Universität Hamburg-Harburg
Leiter der Forschungsstelle:
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe

Dieses IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Für die Förderung des Foschungsvorhabens danken wir ebenfalls:

• Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart
• Peiner Träger GmbH
• Hamburg Port Authority

Von Mai 2010 bis Juli 2012

FOSTA P775