Verformungen von Baugruben - Neues FEM-Werkzeug
von RIB
(29.6.2001) Mit jedem Nachweis einer Baugrube ist je nach Aufgabenstellung vom
planenden Ingenieur auch die Entscheidung für das geeignete Rechenverfahren zu treffen.
Für einfachere Problemstellungen ist es sicherlich richtig, die Nachweise nach den
Empfehlungen des Arbeitskreises für Baugruben (EAB) durchzuführen. In der Praxis haben
sich diese Empfehlungen vielfach bewährt und liegen in der Regel immer auf der sicheren
Seite. Die entsprechende Kette von Nachweisen wird durch das RIB-Programm
QWALLS abgedeckt.
In komplexeren Fällen sind einer Berechnung als Durchlaufträger (EAB) jedoch Grenzen
gesetzt. Wenn eine Vorhersage für die Verformung der Wand und für die Setzungen des
Bodens verlangt wird, ist eine Berechnung mit der Methode der finiten Elemente (FEM)
erforderlich. Dies gilt in besonderem Maße, wenn die Baugrube durch die Nachbarbebauung
beeinflußt wird. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt in einer ganzheitlichen
Betrachtung der Problemstellung.
Beide Verfahren, EAB und FEM, liefern zwar die Schnittgrößen für die Verbauwand, das
Verfahren nach EAB liefert jedoch nur die Durchbiegung der Wand. Die FE-Berechnung enthält darüber hinaus auch die Verformungen,
Spannungen, Dehnungen und Porenwasserdrücke des gesamten Bodenbereichs. In den
Verformungen der Wand sind im Falle der FE-Berechnung z.B.
auch die Anteile aus der Parallelverschiebung der Wand enthalten. Die FE-Methode ermöglicht die Berücksichtigung zahlreicher zusätzlicher
Einflüsse, die bei der Durchlaufträgerbetrachtung nach EAB zwangsläufig
unberücksichtigt bleiben, z.B. die Erfassung des Grundwasserspiegels und der
Bodenschichten unterhalb des Wandfußes.
Die Vereinfachung der neuen RIB-Anwendung besteht in der
Annahme einer unendlich langen Baugrube, welche die Berechnung als Scheibe im ebenen
Dehnungszustand erlaubt. Die FEM-Baugrube von RIB ist für
den Grundbauingenieur gedacht, um die Verformungen einer Baugrube mit minimalem
Eingabeaufwand wirklichkeitsnah zu berechnen. Geometrie, Bodeneigenschaften,
Ausgangssituation (Primärspannungszustand) und die Definition der Aushubphasen erfolgen
grafisch-interaktiv mit direkter visueller Kontrolle.
Schichtengrenzen und Wasserstände können polygonale Verläufe besitzen. Die Änderung
von Objekteigenschaften z.B. für Anker, Wand- oder Bodenschichten erfolgt einfach durch
objektorientierte Kontextmenüs. Das FE-Netz wird für alle
Aushubphasen vollständig automatisch erzeugt.
Aus der Arbeitsumgebung von QWALLS heraus besteht ein direkter Übergang zur FE-Berechnung, welche im Hintergrund der Anwendung mit dem Rechenkern
von PLAXIS durchgeführt wird. Dabei kennt die FEM-Baugrube
sämtliche relevanten Daten aus QWALLS und generiert mit sinnvoll gewählten
Voreinstellungen alle Abmessungen für das Bodenprofil und die Bodenkennwerte. Auf Wunsch
kann die Berechnung mit linearen oder nichtlinearen Materialeigenschaften erfolgen. Der
Nachweis der Gebrauchstauglichkeit kann somit ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand als
FE-Berechnung durchgeführt werden. |