FEWALLS von RIB für FEM-Berechnungen im Grundbau
(8.8.2002) Die neue Anwendung FEWALLS von RIB schließt eine Lücke in der
Reihe der bestehenden Grundbaunachweise und ist für den Grundbauingenieur
gedacht, um die Verformungen einer Baugrube wirklichkeitsnah zu berechnen.
Mit zunehmend dichterer Bebauung, insbesondere in städtischen
Ballungsbereichen, werden hohe Anforderungen an die Sicherung z.B. von
tiefen Baugruben gestellt. Dabei sind umfangreiche statische Berechnungen
unumgänglich. Mit jedem Nachweis einer Baugrube ist je nach Aufgabenstellung
vom planenden Ingenieur auch die Entscheidung für das geeignete
Rechenverfahren zu treffen, ohne die Wirtschaftlichkeit der Ingenieurlösung
aus dem Auge zu verlieren. Wie viele geotechnischen Bauwerke, stehen
insbesondere tiefe Baugruben im Spannungsfeld zwischen der rechnerischen
Problemlösung und den Anforderungen der Baupraxis.
Für einfache Problemstellungen ist es sicherlich richtig, die Nachweise
nach den Empfehlungen des Arbeitskreises für Baugruben (EAB) durchzuführen.
Sie haben sich in der Praxis vielfach bewährt und liegen in der Regel auf
der sicheren Seite. Die dazugehörigen Nachweise werden durch das bekannte
und leistungsfähige RIB-Programm QWALLS erbracht. In komplexeren Fällen sind
einer Berechnung als Durchlaufträger (EAB) jedoch Grenzen gesetzt. Wenn eine
Vorhersage für die Verformung der Wand, für die Setzungen des Bodens oder
die auftretenden Hebungen der Aushubsohle verlangt wird, ist immer 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 einer Starrkörperverschiebung der Wand enthalten. Darüber
hinaus ermöglicht die FE-Methode 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.
Geometrie, Bodeneigenschaften, Ausgangssituation (Primärspannungszustand)
und die Definition der Aushubphasen erfolgen in FEWALLS grafisch-interaktiv
mit direkter visueller Kontrolle. Die Änderung von Objekteigenschaften z.B.
für Anker, Wand- oder Bodenschichten erfolgt durch objektorientierte
Kontextmenüs. Eine Baumübersicht vereinfacht zusätzlich die Aufbereitung und
Änderung der Daten und gibt dem Anwender auch bei komplexen
Problemstellungen den richtigen Überblick. Selbstverständlich gehört die
vollständige Undo-/Redo-Funktionalität zum Leistungsstandard dieser neuen
Windows-Anwendung.
Das FE-Netz wird für alle Aushubphasen vollständig automatisch erzeugt.
Schichtengrenzen, Einschlüsse und Wasserstände können polygonale Verläufe
besitzen und werden bauzustandsweise erfasst. Ebenso können nichtlineare
Materialgesetze und ein Interface zwischen Wand und Boden verwendet werden,
um die Berechnung an die wirklichen Gegebenheiten noch genauer anzupassen
und Grenzsituationen von vorn herein in die Betrachtung mit einzubeziehen.
Aus der Arbeitsumgebung von QWALLS heraus besteht ein direkter Übergang
zur FE-Berechnung mit FEWALLS, welche im Hintergrund der Anwendung mit dem
Rechenkern von PLAXIS durchgeführt wird. Dabei kennt FEWALLS sämtliche
relevanten Daten aus QWALLS und generiert mit sinnvoll gewählten
Voreinstellungen alle Abmessungen für das Bodenprofil und die
Bodenkennwerte. Auf Wunsch können alle Bauteilgeometrien und Ergebnisse als
Grafik oder in übersichtlicher Form als Ergebnisliste mit eingebetteten
Grafiken mit folgenden Merkmalen ausgegeben werden:
- Darstellung der Geometrie von Wand, Ankern, Bodenschichten und
Geländeprofil mit Vermassung
- Berücksichtigung sämtlicher Bauzustände mit automatisch generierter
Vernetzung
- Bauzustandsweise Darstellung der ermittelten Wasserdrücke im
Bodenprofil
- Ausgabe der Ergebnisse als Isolinien, Trajektorien sowie an
Spannungspunkten und an gewählten Schnitten
- Ausgabe der Wandschnittgrößen als Diagramme für Normalkräfte, Momente
und Querkräfte
- Ausgabe der Kontaktspannungen zwischen Wand und Boden
Mittels verschiedener Voreinstellungen kann die Arbeitsumgebung von
FEWALLS an die individuellen Anforderungen für jeden Arbeitsplatz frei
konfiguriert werden. In einem Ansichtsfenster lassen sich die ermittelten
Ergebnisse vor der Ausgabe schnell und in übersichtlicher Form anzeigen und
überprüfen.
Mit FEWALLS kann jetzt der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit ohne
nennenswerten zusätzlichen Aufwand als FE-Berechnung im Anschluss an QWALLS
oder ganz unabhängig davon über eine individuelle grafisch-interaktive
Eingabe durchgeführt werden.
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CSI Computer Service im Ingenieurbüro auf der ACS
Berechnungsunterlage und Software für geschosshohe
Wandelemente von Ytong:
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