AZ-Spundbohlen in kombinierten Spundwänden

Außergewöhnliche Leistung von AZ-Spundbohlen in kombinierten Spundwänden

ArcelorMittal beauftragte die Abteilung Stahlbau der Universität Lüttich mit einer detaillierten Studie, um das hervorragende Verhalten von AZ-Spundbohlen als Zwischenbohlen in kombinierten Spundwänden nachzuweisen. Diese Studie umfasste nicht nur Laborprüfungen, sondern auch numerische Simulationen. Sie zeigte, dass diese Spundbohlen tatsächlich einer Wasserkraft von mehr als 50 m standhalten können, ohne zu versagen. Man kann daher sagen, dass eine Methode zur Überprüfung von AZ-Spundbohlen, die lediglich auf der Theorie der Elastizität basiert, nur eine sehr unwirtschaftliche Annäherung an ihr tatsächliches Verhalten liefern kann.

(Abschnitt 8.1.4.2 der EAU1996 fordert eine Überprüfung von Zwischenbohlen für Wasserspiegel über 4 m!).

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en Englisch AMCRPS_AZ-Sheet-piles-in-combined-walls_2014.pdf
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Laboruntersuchungen

Insgesamt wurden neun großmaßstäbliche Versuche an AZ-13, AZ-18 und AZ-26 Profilen durchgeführt. Als Längenmass der Spundbohlen wurde 1 m gewählt. Die Innenseite der Mantelplatten wurde mit PTFE beschichtet, um eine flächenhafte Verschiebung der Spundbohlen zu gewährleisten. Gegenüber den baulichen Verhältnissen, bei denen immer ein Teil der Kräfte in Längsrichtung übertragen wird, bietet diese Maßnahme eine gute Sicherheitsmarge.

Um die Belastung so realistisch wie möglich zu gestalten, wurde ein Gummiairbag verwendet. Die maximalen Prüfdrücke sind in der Tabelle aufgeführt. Für die Prüfungen wurde Stahl der Güte S355GP verwendet.

Mit Ausnahme der AZ-26-Profile kam es bei den Prüfungen zu keinem Versagen der Spundbohlen (der Airbag platzte zuerst). Es ist daher davon auszugehen, dass die tatsächlichen Versagensdrücke für die AZ-13- und AZ-18-Profile sogar höher sind als die maximalen Prüfdrücke.

Numerische Simulation

Auf Basis der Ergebnisse der Prüfung wurde in der Abteilung Stahlbau ein numerisches Modell mit der Finite-Elemente-Software FINEL-G kalibriert. Dieses Werkzeug eignet sich besonders für die Berücksichtigung geometrischer und materialbedingter Nichtlinearitäten.

Ebenso wurden die Schlossabstellung und die Kaltverfestigung des Stahls berücksichtigt. Abbildung 3 zeigt die vollständige Übereinstimmung zwischen den Simulations- und Prüfergebnissen im gängigsten Lastbereich (Wasserdruck <= 40 m).

Die Ergebnisse der numerischen Simulation geben Aufschluss über das hervorragende Verhalten der AZ-Spundbohlen aufgrund ihrer Geometrie. Die plastische Verformung konzentriert sich hauptsächlich auf die Ecken B und F der Spundbohle und ist in den Schlossbereichen geringer. Dies wird durch die Prüfergebnisse deutlich bestätigt.

Bemessung

Charakteristische Endlasten für AZ-Zwischenbohlen mit unterschiedlichen Streckgrenzen. Diese basieren auf den Ergebnissen der Prüfung. Damit die in den Tabellen angegebenen Tragfähigkeiten zutreffen, muss die Verbindung mit den tragenden Elementen der Regelwerkkonformität entsprechen und ein ausreichender Sicherheitsfaktor vorhanden sein.

Zusammenfassung

  • Der niedrigste Auslösedruck betrug 0,36 MPa (= 36 m Wassersäule);
  • Das Last-Verschiebungsverhalten ist deutlich besser als bei Doppel- und Dreifach-U-Pfählen;
  • Bei sehr hohen Drücken konzentriert sich der Großteil der plastischen Verformung auf die Spundbohlenecken B und F und nicht auf die Schlösser;
  • Hohe Drücke werden zunehmend als normale Zugspannungen (Membraneffekt) uebertragen.
  • Aufgrund ihrer Geometrie bleiben AZ-Zwischenbohlen von Einbringabweichungen in einem für das gute Bauverhalten relevanten Bereich unbeeinträchtigt.

Die oben genannten Vorteile der AZ-Spundbohlen machen sie nicht nur aus statischen, sondern auch aus wirtschaftlichen Gründen (Systembreite bis 1340 mm) zu idealen Zwischenelementen für Kombinierte Spundwände.