global- und teilsicherheitskonzept bei der ankerbemessung · din en 14199 (2001) din 1054 (1976 /...
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau
BAW - DH / 2006-11 K1 Folie-Nr. 1
Global- und Teilsicherheitskonzept bei der Ankerbemessung
Bundesanstalt für Wasserbau – Dienststelle HamburgDr.-Ing. Martin Pohl
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Gliederung
• Normen
• Vergleich der Bemessungsansätze und Nachweise nach alter und neuer Norm
für: VerpressankerVerpresspfähle (Mikropfähle)
• Berechnungsbeispiele & -ergebnisse
• Zusammenfassung
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Normen
• Verpressanker: DIN 4125 (1990)DIN EN 1537 (2001) lt. BMVBS nicht anzuwenden !
• Verpresspfähle: DIN 4128 (1983)DIN EN 14199 (2001)
DIN 1054 (1976 / 2005) + EN 1997-1 (2005)
EAU (1990 / 2004)
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Bemessungsansatz
Verpressanker: Verpresspfahl:
Verspannung + MantelreibungMantelreibung
A
Ea
Ep
A
45°+φ/2 45°+φ/2
A
Ea
Ep
A
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Bemessungsansatz
Nachweise:
Äußere TragfähigkeitVerpresskörper-Boden (Mantelreibung, Verspannung)
Innere Tragfähigkeit Stahlzugglied (Anker), Rissbreite (Pfahl)
Standsicherheit des GesamtsystemsTiefe Gleitfuge
Knicksicherheitsnachweis (Pfahl), wenn cu < 10 bzw. 15 kN/m²(DIN 4128) (DIN 1054)
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Bemessungsansatz - Verpressanker
[Quelle: Grundbautaschenbuch, 6. Auflage]
Stahlzugglied
Bemessung: StahlzuggliedVerpresskörperlänge
in situ: EignungsprüfungAbnahmeprüfung
freigespültes Bohrloch
Verpesskörper
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Kraftübertragung: Ankerkopf – Stahlzugglied – Verpresskörper
DIN 4125 DIN 1054 (2005)
Bemessungsansatz – Verpressanker
zul A ≤ Fs / ηs Ek . γG ≤ Rik / γM
1,35
1,15
1,75
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Bemessungsansatz – Verpressanker
Kraftübertragung: Verpresskörper - Boden
DIN 4125 DIN 1054 (2005)
zul A ≤ Fk / ηk Ek . γG ≤ Rak / γA
1,50
1,35
1,10
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Kraftübertragung: Verpresskörper - Boden
[Quelle: Grundbautaschenbuch, 6. Auflage]
Bemessungsansatz - Verpressanker
Krafteintragungslänge l0 [m]
Gre
nzla
st b
eim
Bru
ch F
ult[k
N]
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Kraftübertragung: Verpresskörper - Boden
[Quelle: Grundbautaschenbuch, 6. Auflage]
Bemessungsansatz - Verpressanker
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Prüfkraft (LF 1) nach :DIN 4125bis zur 1,5-fachen Gebrauchslast (1,5 Fw)ks ≤ 2 mm ⇒ Grenzkraft Fk
DIN 1054bis zur 1,5-fachen Gebrauchslast (1,5 Ek)ks ≤ 2 mm ⇒ Herausziehwiderstand Rak
DIN EN 1537Mindestforderung in Abhängigkeit der Stahlgüte
Bemessungsansatz - Verpressanker
[Quelle: DIN 4125]
Eignungsprüfung: an mindestens 3 Ankern je Hauptbodenart
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DIN 1054 (2005) / DIN EN 1537
Bemessungsansatz - Verpressanker
[Quelle: Ziegler, 2004]
DIN 4125
Prüfverfahren 1 Prüfverfahren 2 Prüfverfahren 3
Eignungsprüfung :
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Abnahmeprüfung: jeder Anker mit anschließender Vorspannung (F0 ≈ 0,8 - 0,9 Fw)(hier: Permanentanker, LF1)
Prüfkraft nach DIN 4125:bis zur 1,5-fachen Gebrauchslast (1,5 Fw)
Prüfkraft nach DIN 1054:bis zur 1,5-fachen Gebrauchslast (1,5 Ek)
Prüfkraft nach DIN EN 1537:Stärkere Begrenzung der erlaubten Stahlspannung
Bemessungsansatz - Verpressanker
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Bemessungsansatz - Verpresspfahl
Bewehrung (Tragglied)
Bemessung: Verpresskörperlänge
Nachweis der: Brauchbarkeit der Bewehrung / TraggliedBeschränkung der Rissbreite
in situ: Eignungsprüfung
Verpresskörper
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DIN 4128 DIN 1054 (2005) / DIN EN 14199
Bemessungsansatz - Verpresspfähle
zul A ≤ F / η Ek . γG ≤ Rtk / γP
2,0
1,35
1,301,40
3,0
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DIN 4128 DIN 1054 (2005) / DIN EN 14199
Bemessungsansatz - Verpresspfähle
Kraftübertragung: Verpresskörper - Boden
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Bemessungsansatz - Verpresspfähle
DIN 4128: an mindestens 2 Pfählen bzw. 3 % aller Pfähledort, wo für Tragfähigkeit ungünstigstes Bodenprofilzu erwarten ist
DIN EN 14199: an 2 Pfählen bei ersten 25 Pfählen und jeweils 1 für die nächsten 25 Pfähle (Zugpfähle)
Pfahlprobebelastung (Eignungsprüfung):
0
1
2
3
4
5
6
1
Anz
ahl d
er E
ignu
ngsp
rüfu
ngen
DIN
412
8
DIN
105
4bei 100 Pfählen:
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EAU 1990mögliche Ankerkraft muss größer sein als vorhandene Ankerkraft
5,1AA
vorh
mögl >=η
Ep
k,möglGk,G
AA
γ<γ⋅
Ep
k,möglQk,QGk,G
AAA
γ<γ⋅+γ⋅
EAU 2004 (GZ 1B)
Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge
[Quelle: Grundbautaschenbuch, 6. Auflage]
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Verpressanker: Verpresspfahl:
A
45°+φ/2
Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge
EaG
E1
Q
EaG
E1
Q
A
45°+φ/2
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Berechnungsquerschnitt
Wasserstraßen + Häfen an der Küste
Sande mittlerer Festigkeitγ/γ´= 19/11 kN/m³φ´ = 35°c´ = 0
5,5 m
??
1,0 m
1,5 m
10 kN/m² Sande geringer Festigkeitγ/γ´= 18/10 kN/m³φ´ = 30°c´ = 0
Klei / Muddeγ/γ´= 14/4 kN/m³φ´ = 30° φu = 0°c´ = 5 kN/m² cu = 20 kN/m²
Lastfall 1
1,0 m
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aus erdstatischer Berechnung (frei aufgelagerte Wand): erf. A = 220 kN [Ankerabstand = 4,0 m, erf. A = 55 kN/m]
gewählt:Bohrlochdurchmesser = 150 mmAnkerneigung gegenüber Horizontalen = 40°
⇒ freie Stahllänge ≥ 8,6 m (Verpresskörper in unterer Sandschicht)
Stahlgüte 1570/1770 N/mm² (βs / βz bzw. fy,k / ft,k)
Berechnungsergebnisse Verpressanker
Eingangsgrößen:
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Berechnungsquerschnitt
Wasserstraßen + Häfen an der Küste
Sande mittlerer Festigkeitγ/γ´= 19/11 kN/m³φ´ = 35°c´ = 0
1,5 m
10 kN/m²
Sande geringer Festigkeitγ/γ´= 18/10 kN/m³φ´ = 30°c´ = 0
Lastfall 1
5,5 m
??
1,0 m
1,0 m
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aus erdstatischer Berechnung (frei aufgelagerte Wand): erf. A = 240 kN [Ankerabstand = 4,0 m, erf. A = 60 kN/m]
gewählt:Bohrlochdurchmesser = 150 mmAnkerneigung gegenüber Horizontalen = 40°
⇒ freie Stahllänge ≥ 8,6 m (Verpresskörper in unterer Sandschicht)
Stahlgüte 1570/1770 N/mm² (βs / βz bzw. fy,k / ft,k)
Berechnungsergebnisse Verpressanker
Eingangsgrößen:
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Berechnungsergebnisse Verpressankervorwiegend bindiger Querschnitt
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Berechnungsergebnisse Verpressankernicht bindiger Querschnitt
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
4
Prüf
kraf
t [kN
]
DIN
412
5
DIN
105
4
DIN
412
5
DIN
105
4
Herausziehwiderstand Stahlzuggliedwiderstand
Berechnungsergebnisse VerpressankerPrüfkraft - vorwiegend bindiger Querschnitt
Prüfkraft = 330 kN
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
4
Prüf
kraf
t [kN
]
DIN
412
5
DIN
105
4
DIN
412
5
DIN
105
4
Herausziehwiderstand Stahlzuggliedwiderstand
Berechnungsergebnisse VerpressankerPrüfkraft - nicht bindiger Querschnitt
Prüfkraft = 360 kN
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Berechnungsergebnisse Verpresspfähle
aus erdstatischer Berechnung (frei aufgelagerte Wand): erf. A = 220 kN bzw. 240 kN [Ankerabstand = 4,0 m]
gewählt:Bohrlochdurchmesser = 150 mmAnkerneigung gegenüber Horizontalen = 40°
≥ 8,6 m (Verpresskörper in unterer Sandschicht)
Stahlgüte 500/580 N/mm² (βs / βz bzw. fy,k / ft,k)
Eingangsgrößen:
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Berechnungsergebnisse Verpresspfählevorwiegend bindiger Querschnitt
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Berechnungsergebnisse Verpresspfählenicht bindiger Querschnitt
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Zusammenfassung
Verpressanker: Abweichungen zwischen DIN EN 1537 und DIN 1054 ⇒ DIN Bericht abwarten !!
Verpresspfähle: DIN 1054 größere Mantelreibung für tragfähige Böden
Sicherheitsniveau bleibt erhalten !!
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Global- und Teilsicherheitskonzept bei der Ankerbemessung
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