Entwicklung einer Strategie zur Umsetzung der Aktualisierung von Bemessungsgrundlagen älterer Verkehrswasserbauwerke - am Beispiel der Nordkammer der

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1 Entwicklung einer Strategie zur Umsetzung der Aktualisierung von Bemessungsgrundlagen älterer Verkehrswasserbauwerke - am Beispiel der Nordkammer der Schleuse Sülfeld -

2 Ablauf Einleitung Vorstellung des Bauwerks Strategie mit Beispielen anhand der Nordkammer 13 Punkte Plan Fazit Ausblick S2

3 Schleusengruppe Sülfeld Daten: 1934: Baubeginn 1938: Inbetriebnahme : Ausbau für Europaschiff : Ersatzneubau Südkammer Abmessungen: Breite: 12 m Nutzbare Länge: 225 m Abladetiefe: 2,5 m Hubhöhe: 9 m S3

4 Veranlassung 2015: Nordkammer fiel durch Note 4 bei Bauwerksinspektion (BI) auf 2016: BAW gab Merkblatt Bewertung der Tragfähigkeit bestehender, massiver Wasserbauwerke (TbW) heraus Anlass zur Nachrechnung der Tragfähigkeit Merkblatt TbW gibt Struktur zur Berechnung vor Struktur enthält Lücken Bedarf zur Entwicklung einer Stategie S4

5 Vorgehensweise Merkblatt TbW an der Nordkammer anwenden Erfahrungen sammeln (positiv und negativ) und daraus Strategie ableiten S5

6 Strategie 1. Untersuchungstiefe festlegen 2. Bauteile festlegen 3. Bestandsunterlagen zusammentragen 4. Unterlagen auf Vollständigkeit und Aktualität prüfen 5. Besichtigung vor Ort 6. Materialkennwerte bestimmen (aus Unterlagen oder TbW) 7. Charakteristische Einwirkungen festlegen 8. Charakteristische Schnittgrößen berechnen 9. Zu führende Nachweise festlegen (z.b. Anhang A TbW) 10. Teilsicherheitsbeiwerte zusammentragen 11. Bemessungssituationen festlegen 12. Bemessungsschnittgrößen berechnen 13. Nachweise führen S6

8 Untersuchungstiefe TbW gibt unterschiedliche Untersuchungsstufen (A, B und C) vor Ansatz: Möglichst in Stufe A des Merkblattes verbleiben Einige Untersuchungsschritte wurden aus Stufe B entnommen Höhere Genauigkeit ohne zusätzliche Untersuchungen z.b. Betongüte S8

10 Bauteile festlegen Gewählte Bauteile: Schleusenkammer: Allgemeines Interesse an Tragfähigkeit Risse an Kammerwänden aufgefallen Unterhaupt: Interessant für eventuelle Umbaumaßnahmen S10

12 Bestandsunterlagen 1. Pläne und Zeichnungen (aus der Bauzeit) dvtu und Archiv 2. Pläne und Statiken von Veränderungen/Umbauten am Bauwerk 3. Bodenuntersuchungen 4. Pläne und Unterlagen von nebenstehenden Gebäuden 5. Statiken und textliche Erläuterungen aus der Bauzeit absteigende Reihenfolge S12

14 Prüfung Unterlagen Sind Pläne vollständig und lesbar? Ausgeblichen oder andere Schriftart (z.b. Sütterlin) Fehlen Pläne? Andere Archive durchsuchen (z.b. Landesarchive) Hier: Bewehrungspläne Wurden Änderungen vorgenommen und eingepflegt? Änderungen an der Besucherplattform Nischenpollersanierung Sanierung der Kammerwand S14

16 Besichtigung vor Ort Zweck: Überprüfung der Korrektheit der Pläne Sichtprüfung auf verändertes Tragverhalten (soweit möglich) Im Fall der Nordkammer: Komplette Besichtigung wegen eines Havarieschadens nicht möglich Lösung: Bilder und Änderungsprotokolle der letzten BI wurden verwendet S16

18 Materialkennwerte Mehrere Möglichkeiten: 1. Möglichkeit: Kennwerte aus Tabellen des TbW entnehmen Wenig Aufwand Verschenkte Sicherheitsreserven 2. Möglichkeit: Kennwerte aus Unterlagen entnehmen z.b. Stahlgüte 3. Möglichkeit: Kennwerte aus Gutachten entnehmen oder herleiten z.b. Betongüte und Bodenparameter S18

19 Materialkennwerte Schlechtester Wert für den Zeitraum Gutachten aus 2012 Abminderung nach TbW Wenn Werte aus dem TbW benutzt werden, ist es möglich, dass Sicherheitsreserven verschenkt werden S19

20 Materialkennwerte Bodenart Bodengruppe nach DIN Wichte Scherparameter des entwässerten Boden γ k [kn/m³] γ k [kn/m³] φ k [ ] c k [kpa] Sand, weit gestuft SW 18 10, Sand-Ton- Gemische/Geschiebelehm/ -mergel ST* 18 10, Geschiebemergel TL 19,5 9,5 28,7 5,9 (Grabe, et al., 2013) und (Bundesanstalt für Wasserbau, 2013) S20

22 Einwirkungen (Kammer) Lastfall 1: Eigengewicht Lastfall 2: Erddruck bei Grundwasser (GW) bis NN +60,88 m Lastfall 3: Erddruck bei GW bis NN +56,283 m Lastfall 4: Erddruck ohne GW Lastfall 5: Wasserdruck außen bei GW bis NN +60,88 m Lastfall 6: Wasserdruck außen bei GW bis NN +56,283 m Lastfall 7: Wasserdruck außen durch gefüllte Sparbecken Lastfall 8: Wasserdruck innen bei Oberwasserstand (NN +65,00 m) Lastfall 9: Wasserdruck innen bei Unterwasserstand (NN +56,00 m) Lastfall 10: Schneelast Lastfall 11 und 12: Eisdruck in Höhe des Wasserspiegels Lastfall 13: Pollerzug Lastfall 14: gesunkenes Schiff bei leerer Schleuse Lastfall 15: gesunkenes Schiff bei gefüllter Schleuse S22

24 Charakteristische Schnittgrößen 1. Modell erstellen 1 m breiter Streifen aus dem Bauteil Stabwerksmodell mit RSTAB Probleme bei Modellierung der Kammerwand Rechtwinklige Trapeze sind in RSTAB als Querschnitt nicht möglich S24

25 Charakteristische Schnittgrößen Endgültige Modelle: S25

26 Charakteristische Schnittgrößen 2. Modell in RSTAB erstellen S26

27 Charakteristische Schnittgrößen 3. Einwirkungen einfügen S27

28 Charakteristische Schnittgrößen 4. Charakteristische Schnittgrößen S28

30 Nachweise festlegen Notwendige Nachweise sind abhängig von der Bauwerksart In diesem Fall: UPL (uplift, Auftrieb) STR (structural, strukturelles Versagen) FAT (fatigue, Ermüdung) EQU (equilibrium, Lagesicherheit) Gebrauchstauglichkeit S30

32 Teilsicherheitsbeiwerte Verschiedene Normen, verschiedene Abgaben Grundsätzlich DIN EN 1990 (EC 0) DIN EN 1990 verweist auf DIN EN und DIN EN verweist zurück auf DIN EN 1990 und auf DIN 1054 Gewählt: STR modifiziert nach TbW FAT nach DIN EN EQU nach DIN EN 1990 UPL nach DIN 1054 S32

33 Teilsicherheitsbeiwerte Einwirkung Bedingung STR TbW DIN 1054 ständig veränderlich außergewöhnlich ständig veränderlich außergewöhnlich ständig ungünstig 1,30 1,20 1,35 1,2 1,10 günstig 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 aktiver Erdruhedruck ungünstig 1,30 1,20 günstig 1,00 1,00 Erdruhedruck ungünstig 1,20 1,10 1,20 1,10 1,00 1,00 günstig 1,00 1,00 Wasserdruck ständig ungünstig 1,20 1,10 günstig 1,00 1,00 Wasserdruck veränderl. ungünstig 1,25 1,15 günstig 0,80 0,90 veränderlich ungünstig 1,50 1,30 1,10 günstig 0,00 0,00 0,00 Widerstand Beton 1,40 1,20 S33 Betonstahl 1,15 1,00

35 Bemessungssituationen Beispielhaft für die Schleusenkammer gegen strukturelles Versagen Ständige Bemessungssituation: 1. Eigengewicht, Erddrucke, Wasserdruck durch Grundwasser Gewählt GW-Stand NN +60,88 m (a.d.s.s.l.) Veränderliche Bemessungssituation 2. Ständige, Wasserdruck OW-Stand, Schnee, Eisdruck OW, Pollerzug 3. Ständige, Wasserdruck UW-Stand, gefüllte Sparbecken, Eisdruck UW, Pollerzug Außergewöhnliche Bemessungssituation 1. Ständige, Wasserdruck OW, gefüllte Sparbecken, Eisdruck, Pollerzug 2. Ständige, gefüllte Sparbecken, leere Schleuse, Schnee, Pollerzug S35

37 Bemessungsschnittgrößen Charakteristische Schnittgrößen mit den zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerten multiplizieren Für jeden Nachweis müssen die Bemessungsschnittgrößen einzeln berechnet werden, weil die Teilsicherheitsbeiwerte unterschiedlich sind Maßgebliche Schnittgrößen der Schleusenkammer gegen strukturelles Versagen: N ed = -3378,94 kn aus 4. (SB voll, Kammer auf OW) V ed = 1631, 32 kn aus 4. (SB voll, Kammer auf OW) M ed = -7378,47 knm aus 5. (SB voll, Kammer leer) Mit Bemessungsschnittgrößen können die Nachweise geführt werden S37

39 Nachweise führen Strukturelles Versagen Bemessungskraft muss kleiner als die Schubkrafttragfähigkeit sein Nachweis durch (Vk * γf) = N < Ac * νrd = ,45 N erfüllt. Nachweis gegen Ermüdung (FAT) σσ cccc,mmmmmm ff cccc,ffffff = 3,26 10,8 = 0,3 < 0,5 + 0,45 σσ cccc,mmmmmm ff cccc,ffffff = 0,5 + 0,45 1,14 10,8 = 0,55 Ermüdungsnachweis auf der sicheren Seite liegend mit Lastzyklen erfüllt. Maximale Schleusungen pro Tag bei voller Auslastung: JJJJJJJJJ S39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!