Das Ziel dieser Arbeit ist, verschiedene Ansätze für die Bemessung der Spritzbetonschale darzustellen, zu vergleichen und zu bewerten. Hierfür soll unter anderem geschaut werden, wie Programme zur Berechnung von Nagelwänden arbeiten. Darüber hinaus sollen jedoch auch eigene Ansätze entwickelt werden, welche versuchen sollen, die Schwächen der aktuell verwendeten Modelle zu verbessern. Des Vergleiches wegen soll außerdem überprüft werden, wie die Bemessung außerhalb von Deutschland durchgeführt wird.
Als Fazit soll eine möglichst allgemeingültige Empfehlung geben werden, welches der vorgestellten Modelle sich wohl am besten eignet und von welchen Modellen abgeraten werden kann. Die Bewertung soll hierbei unter anderem über ein Beispiel erfolgen, an dem die verschiedenen Bewehrungsmengen und Schnittgrößen ermittelt werden und entsprechend verglichen werden können. Es soll außerdem geschaut werden, welche Einflussfaktoren die verschiedenen Modelle berücksichtigen können, wie zum Beispiel: Bodenreaktion, Nageleigenschaften et cetera.
Auf Grundlage der Zielsetzung ist diese Bachelorarbeit in mehreren Schritten aufgebaut. So wird zuerst in Kapitel 2 der Stand der Forschung dargestellt. Hier werden die allgemeinen Grundlagen zu Nagelwänden erklärt, wie Aufbau, Herstellung, Anwendungsmöglichkeiten etc. Außerdem werden hier die einwirkenden Kräfte auf ein Nagelwandsystem bestimmt, sowohl nach bauaufsichtlicher Zulassung, als auch nach einem weiteren Ansatz. Die bestimmten Einwirkungen sollen auf Modelle angewendet werden. Hierfür folgt in Kapitel 3 die Darstellung der verschiedenen Modelle. Diese Modelle sind die Grundlage für die Ermittlung der Schnittgrößen. Die ermittelten Schnittgrößen werden dabei weiter benutzt, um in Kapitel 4 die Bemessung der Spritzbetonschale durchzuführen. Hierbei werden die entsprechenden Nachweise für die Ermittlung der Bewehrungsmengen erläutert.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau der Arbeiten
2 Stand der Forschung
2.1 Ausführung, Herstellung und Konstruktion
2.2 Versagen und Tragverhalten
2.3 Regelprofil
2.4 Einwirkungen
2.4.1 Spannungs- und Nagelkraftberechnung über den Erddruck
2.4.2 Spannungs- und Nagelkraftberechnung über das Kräftegleichgewicht am Gleitkörper
2.4.3 Eigengewicht
2.4.4 Ansatz nach Soil Nailing for Highway Construction in Ontario
3 Modelle für die Schnittgrößenberechnung
3.1 Balkenbemessung
3.2 Plattenstreifen
3.3 Plattenbemessung
3.4 Punktförmig gestützte Platten
3.5 Bettungsmodulverfahren - Plattenmodell
3.6 Bettungsmodulverfahren - Balkenmodell
3.7 Ansatz nach Soil Nailing for Highway Construction in Ontario
4 Bemessung der Spritzbetonschale
4.1 Betondeckung und Betonfestigkeit
4.2 Bemessung
4.3 Ansatz nach Soil Nailing for Highway Construction in Ontario
5 Beispielrechnung 1
5.1 Beschreibung des Beispiels
5.2 Einwirkungen
5.2.1 Spannungs- und Nagelkraftberechnung über den Erddruck
5.2.2 Spannungs- und Nagelkraftberechnung über das Kräftegleichgewicht am Gleitkörper
5.2.3 Zusammenfassung der maßgebenden Spannungen
5.2.4 Eigengewicht
5.2.5 Ansatz nach Soil Nailing for Highway Construction in Ontario
5.3 Balkenbemessung
5.3.1 Schnittgrößenbestimmung
5.3.2 Bemessung der Spritzbetonschale
5.4 Plattenbemessung
5.4.1 Schnittgrößenbestimmung
5.4.2 Bemessung der Spritzbetonschale
5.5 Punktförmig gestützte Platten
5.5.1 Schnittgrößenbestimmung
5.5.2 Bemessung der Spritzbetonschale
5.6 Bettungsmodulverfahren - Plattenmodell
5.6.1 Schnittgrößenbestimmung
5.6.2 Bemessung der Spritzbetonschale
5.7 Bettungsmodulverfahren - Balkenmodell
5.7.1 Schnittgrößenbestimmung
5.7.2 Bemessung der Spritzbetonschale
5.8 Ansatz nach Soil Nailing for Highway Construction in Ontario
5.8.1 Bemessung der Spritzbetonschale
6 Auswertung und Diskussion
6.1 Zusammenstellung der Ergebnisse
6.2 Kritik an den Modellen
6.3 Gesamtfazit
7 Zusammenfassung und Aussichten
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht verschiedene Ansätze zur Bemessung der Spritzbetonschale bei einer Bodenvernagelung, da hierfür bisher keine einheitlichen Normen existieren. Ziel ist es, diese Verfahren zu vergleichen, zu bewerten und auf Basis eines Berechnungsbeispiels eine fundierte Empfehlung zur Modellanwendung zu geben, um sowohl die Schnittgrößen als auch die erforderlichen Bewehrungsmengen wirtschaftlich zu bestimmen.
- Grundlagen und Stand der Forschung bei Nagelwandsystemen
- Bestimmung der Einwirkungen und Modellierung der Schnittgrößen
- Vergleich analytischer Verfahren und numerischer Berechnungsmodelle
- Durchführung und Auswertung einer Beispielrechnung
Auszug aus dem Buch
2.1 Ausführung, Herstellung und Konstruktion
Die allgemeinen Grundlagen für die Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau für Bodenvernagelungen sind in der DIN EN 14490 (2010) geregelt. Hier finden sich Informationen zur Ausführung, Herstellung, Bemessung etc. von Nagelwänden. Bei Nagelwänden handelt es sich um ein als Stützkörper wirkendes System, welches aufgrund der Konstruktion aus Nägeln, Außenhaut und Boden als bewehrter Bodenblock betrachtet werden kann. Als Gesamtsystem wirkt eine Nagelwand wie eine Schwergewichtsmauer, die die Standfestigkeit einer Böschung oder Wand erhöht.
Bodenvernagelungen finden im allgemeinen unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten, hierzu zählen: Hangsicherungen, Böschungssicherungen, Baugrubensicherungen, Felssicherungen, Lawinenverbauten. Beispiele für Standardformen von Nagelwänden können der folgenden Grafik entnommen werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Definition der Problemstellung, dass keine einheitlichen Normen für die Spritzbetonschalen-Bemessung existieren, und Zielsetzung der Arbeit zur vergleichenden Analyse bestehender und eigener Ansätze.
2 Stand der Forschung: Darstellung der konstruktiven Grundlagen, der Wirkungsweise von Nagelwänden als Stützkörper sowie der maßgebenden Einwirkungen und Versagensmechanismen.
3 Modelle für die Schnittgrößenberechnung: Vorstellung diverser Rechenmodelle wie Balken- und Plattenbemessung, Punktlagerungen und Bettungsmodulverfahren zur Ermittlung der Schnittgrößen.
4 Bemessung der Spritzbetonschale: Erläuterung der Nachweise für Biegung, Querkraft und Durchstanzen gemäß geltender Regelwerke wie der DIN EN 1992-1-1.
5 Beispielrechnung 1: Konkrete Anwendung der zuvor erläuterten Theorien und Modelle an einem definierten Regelfall mit einem GEWI®-Bodennagel/Felsbolzen.
6 Auswertung und Diskussion: Vergleich der Ergebnisse aus den verschiedenen Modellen und kritische Würdigung der Anwendbarkeit unter Berücksichtigung der Modellannahmen.
7 Zusammenfassung und Aussichten: Fazit der Arbeit und Ausblick auf zukünftige Forschungsbedarfe für eine einheitliche und anwendungsfreundliche Bemessung.
Schlüsselwörter
Bodenvernagelung, Spritzbetonschale, Schnittgrößen, Nagelkraft, Bemessung, statische Nachweise, Durchstanzen, Bettungsmodulverfahren, Standsicherheit, Bewehrung, Geotechnik, Nagelwand, Erddruck, Boden-Bauwerk-Interaktion
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der statischen Bemessung der Spritzbetonschale von Nagelwänden, für die im deutschen Regelwerk keine expliziten Normen vorliegen, was zu einer hohen Varianz in der Auslegung führt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Zentral sind die Ermittlung der einwirkenden Kräfte, die Modellbildung zur Schnittgrößenberechnung sowie der Nachweis der Bewehrung gegen Biegung, Querkraft und Durchstanzen.
Welches Ziel verfolgt die Arbeit?
Das Ziel ist der Vergleich und die Bewertung verschiedener Bemessungsansätze, um eine Empfehlung für eine wirtschaftliche und sichere Dimensionierung der Spritzbetonschale abzugeben.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?
Es werden gängige analytische Ansätze (z.B. nach Stiglat/Wippel, Grasser/Thielen) mit dem Bettungsmodulverfahren kombiniert und durch ein konkretes Beispiel an einer Nagelwand verifiziert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der Schnittgrößenmodelle, die detaillierte Bemessung der Bewehrung und eine umfassende Beispielrechnung zur Anwendung dieser Theorien.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Typische Schlüsselbegriffe sind Bodenvernagelung, Spritzbetonschale, Nagelkraftberechnung, statische Bemessung sowie die verschiedenen Stabilitäts- und Bruchmechanismen.
Welches Modell erzielt laut Verfasser die plausibelsten Ergebnisse?
Der Verfasser bewertet das Plattenstreifenmodell und den Ansatz nach Liu (2014) positiv, da diese die Berechnungsgrundlagen besonders nachvollziehbar begründen.
Warum wird im Beispiel keine Querkraftbewehrung benötigt?
In den untersuchten Modellen war der rechnerische Querkraftwiderstand der Spritzbetonschale ohne zusätzliche Bewehrung ausreichend hoch, um die auftretenden Einwirkungen sicher aufzunehmen.
- Arbeit zitieren
- Tim Schneider (Autor:in), 2018, Beanspruchung der Spritzbetonschale bei Vernagelungen. Entwicklung eines alternativen Ansatzes, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/988215
