Zum Tragverhalten von kombinierten Stahlspundwänden

Abstract

Kombinierte Stahlspundwände, bestehend aus H-Profilen als Haupttragpfählen und Z-förmigen Zwischenbohlen als Füllelementen, stellen eine wirtschaftliche Lösung im Bereich der schweren Kaimauern dar. Für die Bemessung sind zuverlässige, sichere und einfache, d. h. effiziente Dimensionierungsgrundlagen eine unabdingbare Voraussetzung. Ausschlaggebend für den Forschungsbedarf an Einzel- und Doppeltragbohlen von kombinierten Stahlspundwänden ist die Umstellung der Bemessungsregeln auf Eurocode und den hiermit verbundenen Wegfall der bisherigen Vorgehensweise in der Praxis. Während bisher in Deutschland vereinfachte Stabilitätsnachweise für Biegeknicken ohne gleichzeitige Berücksichtigung von Biegedrillknicken und Knicken um die schwache Achse üblich waren, hat sich dies mit der Einführung der neuen europäischen Regeln geändert. Beim Nachweis der Tragbohlen gemäß DIN EN 1993-1-1 sind Biegeknicken und Biegedrillknicken miteinander gekoppelt. Ziel ist es, durch die Berücksichtigung der Stützung der Tragbohlen durch den Boden und die teilweise Verschweißung zweier Tragbohlen zu einer Doppeltragbohle, eine effiziente Dimensionierung im Rahmen der neuen Regeln möglich zu machen. Für den Anwendungsfall werden, als Ergebnis experimenteller und numerischer Untersuchungen, in Ergänzung der im Hochbau vorhandenen Stabilitätsregeln, Kriterien entwickelt und vereinfachte Nachweisformate hergeleitet. Die Ergebnisse dieser Arbeit zielen darauf ab, weiterhin eine effiziente Stabilitätsbemessung der Tragbohlen von kombinierten Stahlspundwänden auf Grundlage der Eurocode Regeln zu ermöglichen. Ein zweiter Schwerpunkt dieser Arbeit widmet sich Z-förmigen Zwischenbohlen von kombinierten Stahlspundwänden. Für diese gibt es bisher nur sehr stark vereinfachte pauschale Regelungen und noch keine umfassenden Untersuchungen. Die Tendenz zu immer breiteren und dünneren Zwischenbohlen und die Notwendigkeit von effizienten Dimensionierungsgrundlagen für z. B. eine größere Wasserdruckdifferenz verdeutlichen den Bedarf an umfassenden fundierten Untersuchungen. Die Schwierigkeit bei der Berechnung dieser Bauweise liegt einerseits in der komplexen Geometrie der Schlösser, zum anderen in den großen Verformungen und in der Ausbildung von Fließzonen. Auf Grundlage von experimentellen und numerischen Untersuchungen werden im Rahmen dieser Arbeit charakteristische Werte für den aufnehmbaren Wasserdruck hergeleitet. Diese gelten für eine große Bandbreite von Z-förmigen Zwischenbohlen in Kombination mit H-förmigen Tragbohlen und für unterschiedliche Blechdicken und Stahlgüten. Dem Anwender dienen die Ergebnisse als Bemessungshilfe und gewährleisten eine effiziente und wirtschaftliche Ausführung von kombinierten Stahlspundwänden. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wird eine effiziente Bemessung der Z-förmigen Zwischenbohlen von kombinierten Stahlspundwänden gewährleistet.

Combined steel sheet pile walls, built up of H-shaped bearing piles and Z-shaped intermediate piles as intermediary elements (or infill sheeting) are a highly economic solution in the field of harbour construction. For the design procedure safe and simple i.e. efficient design methods form a necessary condition. The main reason for the need for research on single and double bearing piles of combined steel sheet pile walls is the change from national rules to Eurocode leading to a different verification procedure in practice. While so far in Germany the use of simplified stability design rules for buckling, excluding lateral torsional buckling and buckling about the minor axis were common, this has changed with the introduction of the new European rules. In the verification of bearing piles according to DIN EN 1993-1-1 bending and lateral torsional buckling are coupled. The aim is to allow for an efficient design within the new rules, by considering the support of the bearing piles through the soil and the partially welding of two bearing piles to a double pile. For the application, criteria und simplified verification formats in addition to the existing design rules for stability of building construction, are developed as a result of experimental and numerical investigations. The results of this work aim to establish an efficient stability design of bearing piles of combined steel sheet pile walls on the basis of Eurocode rules. A second focus of this work lies on the design of Z-shaped intermediate piles of combined steel sheet pile walls. For them so far very strongly simplified overall rules and still no comprehensive studies exist. The tendency to wider and thinner intermediate piles and the need for efficient design rules for e.g. a larger difference in water pressure show the need for comprehensive studies. The difficulty in calculating this construction is primarily based on the complex geometry of the locks, the other in the large deformations and in the formation of plastified zones in the ultimate loading state. On the basis of experimental and numerical investigations characteristic values for water pressure are developed in this work. The scope of these values covers a wide range of Z-shaped intermediate piles in combination with H-shaped bearing piles and they can be used for different thicknesses and steel grades. For the user the results provide an aid for dimensioning and ensure an efficient and economical execution of combined steel sheet pile walls. Through the results of this work an efficient design of Z-shaped intermediate piles of combined steel sheet pile walls is ensured.