Seismische Bemessung von Spundbohlen. Broschüre | 2021

Innovative seismische Konstruktionslösungen für nachhaltige Spundbohleninfrastrukturen Seismische Bemessung von Spundbohlen. Broschüre | 2021

ArcelorMittal ist weltweit führend in der Spundbohle-Technologie und immer einen Schritt voraus, wenn es darum geht, innovative Fundamentlösungen anzubieten. Unsere Produkte werden weltweit in großem Umfang für den Bau von Kaimauern, Wasserstraßen, Hochwasserschutzanlagen, Mobilitätsinfrastrukturprojekten und Rückhaltekonstruktionen eingesetzt. Innovative seismische Konstruktionslösungen für nachhaltige Spundwand-Infrastrukturen Seismische Konstruktion von Spundbohlen. Broschüre | 2021

Unsere Werte sind Nachhaltigkeit, Zuverlässigkeit und Qualitätssicherung, die zu höchster Wertschöpfung für unsere Stakeholder und höchster Kundenzufriedenheit führen.

Wir bieten Komplettlösungen, die auf unserem umfassenden und breiten Produkt- und Dienstleistungsangebot, fachkundiger technischer Unterstützung von der frühen Planungsphase eines Projekts bis zu seiner Fertigstellung, kundenspezifischer Fertigung, Just-in-Time-Lieferung und Kundendienst basieren.

ArcelorMittal, als weltweit führender Stahlproduzent, strebt die CO2-Neutralität bis 2050 an, und Stahlspundbohlen leisten einen wichtigen Beitrag zum zirkulären Wirtschaftskonzept „Reduzieren, Wiederverwenden, Recyceln“.

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Einführung

Stahlspundbohlen werden häufig für den Bau einer Vielzahl von Bauwerken verwendet: Kaimauern und Wellenbrecher in Häfen, Uferbefestigungen an Flüssen und Kanälen, städtische Infrastrukturen wie Unterführungen sowie globale Gefahrenabwehrsysteme. In jeder dieser Anwendungen haben Spundbohlen ihre Fähigkeit unter Beweis gestellt, den Folgen von Erdbeben in seismisch aktiven Gebieten wirksam standzuhalten.

Die gängigen Methoden zur Erdbebensicherung sind jedoch in vielen Fällen noch nicht zufriedenstellend, insbesondere bei Kai-Konstruktionen aus Stahl, wo diese Ansätze ein erhebliches Potenzial für Kostenoptimierungen behindern.

SENER, ein international tätiges Ingenieurunternehmen mit Sitz in Spanien, hat eine Studie durchgeführt, um die wichtigsten Merkmale der modernen Konstruktion von Spundwandkonstruktionen in Gebieten mit hoher Erdbebengefahr herauszuarbeiten.

Dynamische Bemessung

Der geeignetste Bemessungsansatz für Spundwände in Erdbebengebieten ist die dynamische Berechnung in FEM. Diese Art der Berechnung liefert genaue Informationen über die inneren Kräfte, die Verformungen, den Anstieg des Porenwasserdrucks und die zu vermeidenden Ausfallmodi.

Außerdem können andere Merkmale wie die hydrodynamische Belastung durch zusätzliche Gewichte korrekt berücksichtigt werden. Durch eine fortschrittliche dynamische Bemessung lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen pseudostatischen Bemessungsansätzen bis zu 50 % der Kosten einsparen.

Vergleich der Entwurfsmethoden

Die Studie umfasst drei Fälle, die in elf Unterfälle unterteilt sind.

  • Fall 1: dichter Sandboden, geringe Beschleunigung (0,10 g) und zwei Meeresbodenniveaus;
  • Fall 2: dichter Sandboden, zwei Erdbebenbeschleunigungsniveaus: mittel (0,30 g) und hoch (0,40 g) sowie vier Meeresbodenniveaus;
  • Fall 3: lehmiger, schluffiger Boden, hohe Beschleunigungswerte (0,50 g) und eine Meeresbodenniveau.

Das Hauptziel der Studie ist die Bewertung der seismischen Bemessung unter Verwendung der dynamischen FEM-Methode oder der pseudostatischen Methode. Zu diesem Zweck wird die strukturelle Widerstandsfähigkeit der vorderen Spundwand überprüft. Die Anforderungen an die zulässigen Verschiebungen im Betrieb liegen außerhalb des Untersuchungsbereichs.

Fazit

Die Ergebnisse der von SENER durchgeführten Studien unterstreichen die Bedeutung der Entwicklung fortschrittlicherer Methoden für die Bemessung von Spundbohlen. Leider sehen die aktuellen europäischen Normen bei der seismischen Bemessung von Spundbohlen übermäßig konservative Ansätze vor, und die Regeln für die Verwendung fortschrittlicher Bemessungsmethoden wie der Finite-Elemente-Modellierung sind nicht klar definiert.

Diese Studie zeigt deutlich, dass eine genaue dynamische FEM-Auslegung erhebliche Einsparungen ermöglicht und selbst in Fällen, die mit dem herkömmlichen Ansatz nicht zugänglich sind, wirtschaftliche Spundbohlenlösungen liefert. In Kombination mit einer leistungsbasierten Auslegung lassen sich in einem größeren geografischen Bereich weitere Einsparungen erzielen.