Das neue Teilsicherheitskonzept im Tunnelbau â Auswirkungen auf ...

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Bild 6: Bewehrungsquerschnitte aus dem Tragfähigkeitsnachweis nach dem Teil- und nach dem Globalsicherheitskonzept Die Nachweise der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit für das Bauwerk werden analog zum Vorgehen beim Trogbauwerk geführt, vgl. 2.1. 3.2 Vergleich der Ergebnisse nach dem Teil- und dem Globalsicherheitskonzept Der Vergleich der für die Tragfähigkeit erforderlichen Bewehrungsquerschnitte zeigt auch für dieses Beispiel, dass das Teilsicherheitskonzept in allen Querschnitten etwa 7 bis 16 % weniger Biegebewehrung erfordert als das Globalsicherheitskonzept, siehe Bild 6. Die Ursachen wurden bereits am Beispiel des Trogbauwerks erläutert. Im Hinblick darauf, dass Überschüttung, Wasserdruck und Eigengewicht mit hoher Wahrscheinlichkeit zutreffend erfasst werden können, wird das Ergebnis als akzeptabel eingestuft. Auch die Schubbewehrungsquerschnitte sind nach dem Teilsicherheitskonzept kleiner als nach den alten Vorschriften. Die Ursachen – kleinere Gesamtsicherheit und flachere Druckstreben – wurden bereits unter 2.2 erläutert. Die aus dem Nachweis der Gebrauchstauglichkeit resultierenden Bewehrungsquerschnitte nach beiden Konzepten weichen mit Ausnahme der Werte in der Außenwand nur mäßig voneinander ab, siehe Bild 7. In diesen beiden Punkten überschreitet die nach DIN-Fachbericht errechnete Stahlspannung die Anrissspannung bereits ohne Temperatureinwirkung, sodass diese bei der Rissbreitenbemessung nicht berücksichtigt zu werden braucht. Im Gegensatz dazu muss die Temperatur bei der Bemessung nach dem Globalsicherheitskonzept (DAfStb-Heft 400) im vorliegenden Fall mit angesetzt werden. Bild 7: Bewehrungsquerschnitte aus dem Gebrauchstauglichkeitsnachweis nach dem Teil- und nach dem Globalsicherheitskonzept Bild 8: Tunnel in bergmännischer Bauweise, Querschnitt 4 Standsicherheitsnachweis für ein Tunnelbauwerk in geschlossener Bauweise 4.1 Berechnung nach dem Teilsicherheitskonzept Der betrachtete Straßentunnel wird in bergmännischer Bauweise aufgefahren. Er liegt mit einer Überlagerung von 18 m in unverwitterten bis schwach verwitterten Tonstein-Sandstein-Wechselfolgen. Der Grundwasserspiegel wird im Bauzustand bis auf Höhe der Tunnelsohle abgesenkt und liegt im Endzustand 10 m über der Tunnelfirste. Die Gesamtkonstruktion und die Abmessungen sind Bild 8 zu entnehmen. Abweichend von der dränierten Regelbauweise [1] wird für das Beispiel ein undränierter Tunnel gewählt, um sämtliche Bemessungssituationen erfassen zu können. Für dieses Bauwerk gelten die Regelungen des Abschnittes 1 der ZTV-ING, Teil 5. Für die Ansätze im Einzelnen gelten dieselben fachspezifischen Vorschriften wie für die vorangegangenen Beispiele. Globale Sicherheitsbeiwerte Teilsicherheitsbeiwerte Einwirkungen ständige, ständige, Verkehr = 1,0 allgemein, Eigengewicht, Erd- und Wasserdruck G = 1,35 veränderliche Temperatur = 1/1,75 Temperatur Q = 1,0 Widerstände Betonstahl S = 1,75 Betonstahl S = 1,15 Beton B = 2,10 Beton C = 1,50 Tabelle 2: Sicherheitsbeiwerte für Tragfähigkeitsnachweise der Tunnelinnenschale 100 40 Forschung + Praxis
Ebenso ergeben sich die Eingangswerte für die statische Berechnung entsprechend den Ansätzen für den Trog und den Tunnelrahmen. Als statisches System wird für diesen Tunnel ein Finite-Elemente-Modell (FE-Modell) gewählt, in welchem Bauwerk und Baugrund mit ihren wahren Abmessungen und mit ihren charakteristischen Steifigkeiten abgebildet werden. Darüber hinaus wird mit dem FE-Modell auch der Baufortschritt mit den daraus resultierenden Lastumlagerungen erfasst. Die Anforderungen an das Berechnungsmodell sind Abschnitt 1 der ZTV-ING, Teil 5 zu entnehmen. Hinsichtlich der Sicherheitsnachweise ist festzustellen, dass Tunnel in geschlossener Bauweise in der DIN 1054 nicht ausdrücklich als Anwendungsbereich genannt werden. Da jedoch auch diese Bauwerke in erster Linie durch Wasserdruck und Erd- oder Gebirgsdruck belastet werden und es keine diesbezügliche Vorschrift für bergmännische Tunnel gibt, erscheint es zweckmäßig, auch für diesen Tunnel die Sicherheitsnachweise nach DIN 1054 zu führen. Die Einwirkungen Eigengewicht, Gebirgsdruck und Wasserdruck werden dabei mit ihren charakteristischen Werten auf das System angesetzt. Für die Bemessung werden die Schnittgrößen anschließend mit den in Tabelle 2 dargestellten zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerten nach DIN 1054, Tabelle 2 multipliziert. Der Ansatz erhöhter Lasten auf das FE-Modell ist wegen des nicht linearen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens des Baugrundes nicht praktikabel. Lediglich die Temperatureinwirkungen werden für den Tragfähigkeitsnachweis mit dem Faktor 1/ G multipliziert und auf das System aufgebracht, um bei der Bemessung als Ergebnis die Temperaturteilsicherheit von 1,0 zu erreichen. Bei der Ermittlung der Schnittgrößen für den Nachweis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit werden die Temperatureinwirkungen entsprechend den Vorgaben der ZTV-ING, Teil 5, Abschn. 2 mit einem Kombinationsbeiwert von = 0,5 multipliziert. Die Bemessung der Außen- und der Innenschale für den Grenzzustand der Tragfähigkeit erfolgt nach DIN-Fachbericht 102. Ein Nachweis der Gebrauchstauglichkeit wird in Abschn. 1 der ZTV- ING, Teil 5 nur für Wasserundurchlässige Betonkonstruktionen (WUB- KO) gefordert. Im Hinblick auf die korrosionsfördernden Einflüsse, denen die Tunnelinnenflächen ausgesetzt sind (z. B. Tausalz), wird zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit im betrachteten Beispiel für die Bild 9: Bewehrungsquerschnitte aus dem Tragfähigkeitsnachweis nach dem Teil- und nach dem Globalsicherheitskonzept Innenschale entsprechend den Anforderungen an Tunneln in offener Bauweise eine Rissbreite von w k,cal ≤ 0,20 mm als zweckmäßig angesehen und zu Grunde gelegt. 4.2 Vergleich der Ergebnisse nach dem Teil- und dem Globalsicherheitskonzept Wesentliche Biegebeanspruchungen infolge Gebirgsdruck treten bei dem gewählten Beispiel nicht auf, siehe Bild 9. Der Tragfähigkeitsnachweis für die Außenschale ergibt daher nur in einem Punkt eine geringe Biegebewehrung. Auch für die Innenschale liefert er nur kleine Bewehrungsquerschnitte, die sich überwiegend aus dem Lastfall „Eigengewicht und Temperatur“ ergeben. Hierbei tritt die Besonderheit auf, dass die Temperatureinwirkungen „Winter“ als weit überwiegende Einwirkungen beim Teilsicherheitskonzept zu größeren Bewehrungsquerschnitten auf der Innenseite führen als beim Globalsicherheitskonzept, da die Temperatureinwirkungen hier mit dem Faktor 1/1,35 und beim Globalsicherheitskonzept mit 1/1,75 auf das System angesetzt werden. Im Lastfall „Sommer“ dagegen ergibt sich aus der Temperatureinwirkung neben der Biegebeanspruchung auch eine wesentliche Ringdruckkraft, da Spritzbetonschale und Gebirge eine Ausdehnung der Innenschale behindern. Darüber hinaus ist nach ZTV-ING, Teil 5, Abschn. 1 sowohl für „Winter“ als auch für „Sommer“ eine um jeweils 5 °C größere Änderung der mittleren Bauteiltemperatur anzunehmen als nach den bisherigen Vorgaben der ZTV-Tunnel, Teil 1 (neu: T0 = + 10 °C/– 15°C, alt: T0 = + 5°C/– 10 °C). Daraus resultiert beim Teilsicherheitskonzept (größere Ringdruckkraft) auf der Außenseite ein kleinerer Bewehrungsquerschnitt als beim Globalsicherheitskonzept. Eine Übersicht der Bemessungssicherheiten nach beiden Konzepten für die wesentlichen Einwirkungen (Erd- und Wasserdruck) erhält man aus der Gegenüberstellung des Produktes der Teilsicherheiten und des Globalsicherheitswertes: Für den Bauzustand: – Stahlversagen: Teil,Gesamt Einw. x Mat = 1,20 x 1,15 = 1,38 ( Glob. = 1,75) – Betonversagen: Teil,Gesamt 1,20 x 1,50 = 1,80 ( Glob. = 2,10) Bild 10: Bewehrungsquerschnitte aus dem Gebrauchstauglichkeitsnachweis nach dem Teil- und nach dem Globalsicherheitskonzept 40 Forschung + Praxis 101
Seite 1 und 2: Das neue Teilsicherheitskonzept im
Seite 3: und 4.201 im DIN-Fachbericht 102, K

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