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FEM in der Geotechnik. Einfluss einer Nachbarbebauung auf die Ankerkräfte, Biegebeanspruchung und Verformung einer Schlitzwand in Wand-Deckelbauweise

Hausarbeit (Hauptseminar) 2015 22 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Geotechnik

Leseprobe

Inhalt

1. Walls FEM
1.1 Grundlagen
1.2 Eingabe eines Systems
1.3 Berechnung des eingegebenen Systems
1.4 Probleme bei der Systemeingabe

2. Das untersuchte System
2.1 Der Baugrund
2.2 Die Schlitzwand
2.3 Die Aussteifung
2.4 Die Anker

3. Die untersuchten Bauphasen
3.1 Der Grundzustand
3.2 Bauzustand 1 bis
3.3 Bauzustand 4 bis
3.4 Grundwasser und Nachbarbebauung

4. Ergebnisse der Berechnung
4.1 Bauzustand 1 bis
4.2 Grundwasser
4.3 Aushub der Baugrube der Nachbarbebauung
4.4 Erstellung der Nachbarbebauung

5. Bewertung und Zusammenfassung

6. Literatur und Programme

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Erste Aushubphase mit Anker (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 2:Laufende Berechnung (aus SOFiSTiK WPS, 2015)

Abbildung 3: Benutzeroberfläche Ursula (aus SOFiSTiK Ursula, 2015)

Abbildung 4: Benutzeroberfläche Animator (aus SOFiSTiK Animator, 2015)

Abbildung 5: Geometrie der Baugrube (aus Aufgabenstellung)

Abbildung 6: Gewählte Parameter des Baugrunds (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 7: gewählte Wandparameter (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 8: Parameter der Aussteifung (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 9: Schematische Darstellung des Gewi Ankersystems (aus www.dywidag-systems.de, 25.8.15)

Abbildung 10: Parameter der Gewi-Anker (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 11: Grundzustand des Systems (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 12: Bauzustand 3 (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 13: Bauzustand 6 (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 14: Baugrube mit fertiggestellter Nachbarbebauung (aus Walls-FEM, 2015)

Abbildung 15: Zunahme der Ankerkraft der zweiten Lage über die 10 Bauphasen

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Maßgebende Schnittgrößen, Bauzustand 1 bis 6

Tabelle 2: Maßgebende Schnittgrößen, Bauzustand 1 bis 6 und Grundwasser

Tabelle 3: Maßgebende Schnittgrößen Grundwasser und Aushub der Nachbarbaugrube

Tabelle 4: Schnittgrößen während der Erstellung des Nachbargebäudes

1. Walls FEM

1.1 Grundlagen

Bei dem Programm Walls FEM der Firma Fides DV-Partner handelt es sich um eine Software, die mittels der Finite Element Methode die Berechnung von Baugruben und deren Verbau ermöglicht. Durch die schnell verständlichen Eingabemöglichkeiten können so, auch komplexere Systeme in kurzer Zeit mit möglichst hoher Genauigkeit berechnet werden.

Bei der Finite Element Methode wird ein Netz über den zu berechnenden Körper, in diesem Fall der an der Baugrube anstehende Boden, gelegt und über Differentialgleichungen die anfallenden Kräfte beziehungsweise Verformungen an den Knotenpunkten berechnet.

1.2 Eingabe eines Systems

Im Ersten Schritt der Systemeingabe muss die oberste Bodenschicht erstellt werden. Wie bei allen Konstruktionsmöglichkeiten kann dies sowohl über die Icons der Werkzeugleiste als auch über die Dropdown-Liste „konstruieren“ erfolgen. Ist die oberste Bodenschicht Graphisch angelegt, werden im Anschluss die Bodenkennwerte eingegeben. Im nächsten Schritt können weitere Bodenschichten angelegt werden.

Ist der Baugrund eingegeben sollte der Verbau der Baugrube angelegt werden. Auch hier erfolgt nach der graphischen Eingabe die Angabe der für die Berechnung nötigen Parameter. Ligen Belastungen vor sollten diesen In der ersten Bauphase eingegeben werden, da sie dann in alle weiteren übernommen werden. Nun kann die nächste Bauphase angelegt werden. In dieser kann jetzt eine Aushubphase eingegeben werden, ohne dass das Grundsystem verloren geht. Im Weiteren können zusätzliche Verankerungen oder Aussteifungen in das System eingebracht werden. Während die Parameter der Steife manuell eingegeben werden müssen, ist im Programm eine umfangreiche Auswahl an Ankern vorhanden, lediglich die Abmessungen müssen eingegeben werden. Es ist jedoch zu empfehlen, dass Verankerungsmittel in einer neuen Bauphase eingegeben werden um auch die Einbauphase zu berechnen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Erste Aushubphase mit Anker (aus Walls-FEM, 2015)

Ein Grundwasserspiegel lässt sich ähnlich der Bodenschichten über „Konstruieren“ erstellen. Ist das System komplett eingegeben kann über „FEM“ unter dem Unterpunkt „Netz + FEDaten generieren“ Das FE-Netz erstellt werden. Dieses kann bei Bedarf angepasst werden.

1.3 Berechnung des eingegebenen Systems

Ist das System mit sämtlichen Bauzuständen und Belastungen angelegt, kann über die Dropdown-Auswahlliste „FEM“ unter „SOFiSTiK WinPs“ die Berechnung gestartet werden.

SOFiSTiK WinPs stellt ein Unterprogramm dar, mit diesem werden die Berechnungen für alle geotechnischen Programme der Firma Fides DV-Partner.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2:Laufende Berechnung (aus SOFiSTiK WPS, 2015)

Ist diese abgeschlossen gibt es mehrere Möglichkeiten sich die Ergebnisse anzeigen zu lassen. Für eine graphische Darstellung können zum Beispiel die Unterprogramme URSULA oder ANIMATOR genutzt werden. Wobei Ursula Zweidimensionale Zeichnungen mit detaillierten Ergebnissen für die unterschiedlichen Bauzustände liefert. Beispielsweise die Verformungen einer Schlitzwand werden für jeden Lastfall in unterschiedlichen Höhen angegeben und Maximalwerte zusätzlich markiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Benutzeroberfläche URSULA (aus SOFiSTiK Ursula, 2015)

Der ANIMATOR dagegen stellt das System dreidimensional dar und macht es möglich die Verformungen überhöht wiederzugeben. Dieses Unterprogramm ist eher für einen groben Überblick geeignet. Allerdings lassen sich Änderungen sehr gut sichtbar machen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Benutzeroberfläche Animator (aus SOFiSTiK Animator, 2015)

Zusätzlich können auch Datenblätter ausgegeben werden, jedoch sind diese sehr umfangreich und unübersichtlich. Bei der Bearbeitung dieser Übung wurde daher hauptsächlich das Programm URSULA verwendet.

1.4 Probleme bei der Systemeingabe

Bei der Eingabe des Systems ist besonders eine Schwachstelle des Programmes Walls-FEM aufgefallen. Die Baugrube kann lediglich auf der linken Seite der Schlitzwand eingegeben werden. Natürlich kann ein System einfach gespiegelt eingegeben werden. Soll hingegen wie in dieser Übung das Verhalten von zwei Baugruben aufeinander untersucht werden, die nacheinander ausgehoben werden, ist dies ein Problem. Denn auch die oberste Bodenschicht kann nur im ersten Bauzustand geändert werden. Daher muss hierzu eine neue Datei erstellt werden, in der der letzte Bauzustand der ersten Baugrube eingegeben wird und die oberste Bodenschicht so angelegt ist, dass eine zweite Baugrube entsteht.

Ein weiteres Problem ist das erhöhen von aufgebrachten Lasten in unterschiedlichen Bauzuständen. Das Programm macht es nicht möglich diese im folgenden Bauzustand zu erhöhen. Auch das Aufbringen einer zweiten Last an selber Stelle ist nicht möglich. Die einzige Möglichkeit besteht darin, die Last zu entfernen und eine andere einzufügen.

2. Das untersuchte System

Wie in der Aufgabenstellung beschrieben ist die achtzehn Meter tiefe Baugrube zweifach verankert und zusätzlich ausgesteift. Diese Aussteifung wird durch eine SchlitzwandDeckelbauweise ermöglicht. Es liegt bereits zu Beginn eine zusätzliche Beanspruchung des anstehenden Bodens von 10 kN/m² vor. Als Baugrubenbreite wurden zehn Meter angenommen. Nach Fertigstellung der Baugrube wird diese durch eine Nachbarbebauung zusätzlich beansprucht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Geometrie der Baugrube (aus Aufgabenstellung)

Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten des Systems und die zugehörigen Parameter einzeln erläutert.

[...]

Details

Seiten
22
Jahr
2015
ISBN (eBook)
9783668966024
ISBN (Buch)
9783668966031
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v491414
Institution / Hochschule
Fachhochschule Trier - Hochschule für Wirtschaft, Technik und Gestaltung
Note
2,0
Schlagworte
geotechnik einfluss nachbarbebauung ankerkräfte biegebeanspruchung verformung schlitzwand wand-deckelbauweise

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Titel: FEM in der Geotechnik. Einfluss einer Nachbarbebauung auf die Ankerkräfte, Biegebeanspruchung und Verformung einer Schlitzwand in Wand-Deckelbauweise