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Flachgründungen auf Böden mit tiefenabhängiger Steifigkeit unter vertikaler dynamischer Belastung: Ergebnisse von numerischen Berechnungen im Frequenz- und Zeitbereich

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://d-nb.info]

In der Arbeit werden einige Probleme der dynamischen Boden-Bauwerk-Wechselwirkung behandelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Untersuchung des Einflusses einer mit der Tiefe zunehmenden Steifigkeit für den Boden. Im ersten Teil der Arbeit werden elastische Bodenplatten unter vertikaler harmonischer Belastung untersucht. Die Platte wird mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode modelliert. Die Baugrundantwort wird mit Hilfe von Einflussfunktionen für vertikale Einzel- bzw. Flächenlasten erfasst. Im Kontaktbereich wird die Kompatibilität an den Mittelpunkten der Bodenelemente und den darüber liegenden Punkten der Platte hergestellt. Die Lösung für den homogenen Boden wird mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Für den inhomogenen Boden wird die Antwort der Platte an verschiedenen Punkten über die Frequenz ermittelt und graphisch dargestellt. In einem weiteren Bearbeitungspunkt wird die dynamische Wechselwirkung zwischen mehreren starren Fundamenten auf der Baugrundoberfläche untersucht. Der Einfluss der Inhomogenität des Baugrundes wird in den Ergebnissen mit Hilfe von dimensionslosen Parametern erfasst. Im zweiten Teil der Arbeit werden dynamische Steifigkeitsfunktionen, sogenannte Impedanzfunktionen, für Einzelfundamente unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich ermittelt. Ziel ist dabei, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem später auch nichtlineare dynamische Probleme numerisch gelöst werden können. Mit dem vorgestellten Fensterverfahren wird aus der komplexen Antwort des Fundaments, berechnet mit der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich, die Lösung im Frequenzbereich für das in der Anregung enthaltene Frequenzspektrum bestimmt. Hierzu werden eine eindeutige Vorgehensweise vorgeschlagen, und die erforderlichen Angaben zur Wahl der Diskretisierungsfeinheit und des Zeitschrittes gemacht. Schließlich wird das Fensterverfahren für inhomogene Böden eingesetzt. Vorhandene halbanalytische Lösungen für starre Fundamente werden mit ausreichender Genauigkeit reproduziert.

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Conrad Boley, Robert Höppner
Tragfähigkeit von Schraubfundamenten unter statischer und zyklischer Last. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3344
2016, 294 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Schraubfundamente sind vorgefertigte Gründungselemente aus Stahl, die drehend in den Boden eingebracht werden und vorwiegend zur Einleitung von Zug- und Druckkräften dienen. Im Vergleich zu konventionellen Flachgründungen können Schraubfundamente schneller und ohne Bodenaushub hergestellt werden und die Kosten für die Baustelleneinrichtung sind gering, wodurch sich oft wirtschaftliche Vorteile ergeben. Am Institut für Bodenmechanik und Grundbau der Universität der Bundeswehr München sind Grundlagenuntersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von Schraubfundamenten unter axialer Belastung durchgeführt worden, um bautechnische Verwendbarkeit von Schraubfundamenten zu bewerten und grundlegende Anforderungen an die Bauweise abzuleiten. Mit Hilfe von kleinmaßstäblichen Modellversuchen wurden Bruchmechanismen im Boden visualisiert und die maßgeblichen Einflussgrößen aufgezeigt. Die Tragfähigkeit druckbelasteter Schraubfundamente hängt im Wesentlichen von Durchmesser und der Einbindetiefe ab. Beim Abtrag von Zugkräften zeigt sich ein anderes Tragverhalten. Der Durchmesser hat bei den untersuchten Einbindetiefen nur einen geringen Einfluss auf den Widerstand. Die Einbindetiefe selbst hat einen großen Einfluss auf den maximalen Herausziehwiderstand, dieser steigt überproportional an.

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Josef Hegger, Norbert Will, Thomas Roggendorf
Erstellen einer Beispielsammlung zur Bemessung von Flachgründungen aus Stahlbeton unter Berücksichtigung bodenmechanischer Nachweise. Abschlussbericht
Bemessung von Flachgründungen nach DIN 1045-1 und DIN 1054
Bauforschung, Band T 3190
2006, 142 S., 51 Abb., 44 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Neufassung der DIN 1054 führt zur Bemessung von Flachgründungen die Anwendung des Teilsicherheitskonzeptes ein. Damit ist eine strikte Trennung der ständigen und veränderlichen Einwirkungen oder eine nachträgliche Aufspaltung von Bemessungswerten in die verschiedenen Anteile erforderlich. An der Schnittstelle zwischen DIN 1045-1 und DIN 1054 ist weiterhin die Unterscheidung zwischen Bemessungswerten, charakteristischen und gegebenenfalls anderen repräsentativen Werten der Einwirkungen von Bedeutung. Kapitel 2 des vorliegenden Berichtes stellt die normativen Grundlagen der Bemessung von Flachgründungen zusammen. Die erforderlichen Nachweise werden aufgezählt und kurz beschrieben. In Kapitel 3 werden die Gegensätze und Schnittstellen beider Bemessungsnormen zusammengefasst sowie die maßgebenden Randbedingungen und Voraussetzungen für die Nachweisführung dargestellt. Darauf aufbauend wird in Kapitel 4 anhand von Beispielen aus der Praxis die Bemessung von Stahlbetonflachgründungen unter Berücksichtigung der Massivbaunachweise und der geotechnischen Nachweise verdeutlicht.

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Manfred Kany, M. El Gendy
Sicherheitsuntersuchungen bei Flächengründungen
Bauforschung, Band T 2739
1996, 132 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In Beispielen waren die Regelwerke EC2 und EC7 mit den bestehenden Normen DIN 1045 und DIN 1054 zu vergleichen. Zuerst wurde die statische Berechnung und die Bemessung der Sohlplatte nach DIN 1045 und nach EC2 durchgeführt. Ferner wurden nach DIN 1045 und EC2 Bewehrungspläne erstellt. Die Gründungsplatte wurde mit 8 verschiedenen Rechenmodellen mit dem von den Autoren entwickelten Programm ELPLA untersucht. Ferner wurde die Standsicherheit der Platte mit dem derzeit gültigen Sicherheitskonzept des Grundbruches nach DIN 1054, EC 2-6 und EC7 untersucht. Bei der Bemessung der Gründungsplatte mit einer konstanten Plattendicke nach den Berechnungsnormen DIN 1045 und EC2 haben sich nur geringe Unterschiede ergeben. Die Bemessung nach EC2 ergibt einen um 4-16% geringeren Bewehrungsanteil. Der Nachweis der Grundbruchsicherheit erweist sich als nicht maßgebend. Für 11 unterschiedliche Baugrundverhältnisse und Bauwerkseinflüsse werden Baugrundmodelle empfohlen.

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Rolf Weißmantel, Franz Nowack
Wirtschaftliche Bemessung von Fundamenten auf schwach verfestigten Keuperböden. Abschlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1988, 87 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zielsetzung der Forschungsarbeit ist die Untersuchung des Setzungsverhaltens von Fundamenten auf repräsentativen Keuperböden der fränkischen Region. Durch die Belastung von drei quadratischen Probefundamenten mit 1 m, 1,5 m und 2 m Seitenlänge, jeweils auf mürbem Keupersandstein und auf Keuperton sollen Rückschlüsse auf die zulässige Belastung und die sich dabei ergebenden Verformungen gezogen werden. Beim fertiggestellten Bauwerk soll zudem das Langzeitverhalten des Keupertons durch Messung von Setzung und zugehöriger Last an insgesamt 4 Stützen beobachtet werden. Aufbauend auf vorhandene Literatur über Keuperböden sollten mit diesen Ergebnissen sowie mit weiteren Laboruntersuchungen Grundlagen geliefert werden, zur Aufstellung allgemeingültiger Beziehungen über das Verformungsverhalten der schwach verfestigten Keuperböden, die im Grenzbereich zwischen Fels und Lockerböden anzusiedeln sind. (-y-)

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A. Hettler, G. Gudehus
Versuchs- und Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Setzungen flachgegruendeter Fundamentkoerper auf koernigem Untergrund
Bau- und Wohnforschung
1984, 39 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aufgrund zahlreicher Modellversuche und theoretischer Ueberlegungen konnte eine Setzungsformel fuer starre Fundamente auf koernigen Boeden abgeleitet werden. Die Setzung berechnet sich multiplikativ aus einem Lastfaktor mit einem Exponenten, einem Dichtefaktor, einem Faktor fuer die Einbindetiefe und einem bodenabhaengigen Vorfaktor. Ziel des Vorhabens war es, alle diese Groessen in Modell- und in Lastplattenversuchen fuer verschiedene Kornverteilungen zu bestimmen, um eine genauere Setzungsberechnung und eine wirtschaftlichere Bemessung als nach DIN 4019 zu ermoeglichen. Insgesamt wurden ca. 40 Modellversuche an 4 verschiedenen Boeden im Labor und ca. 50 Lastplattenversuche in verschiedenen Kiesgruben durchgefuehrt. Ca. 30 Lastplattenversuche auf einem Feld von 30 m mal 12 m dienten zur Untersuchung der Streuungen beim Dichtefaktor und beim Exponenten im Lastfaktor. Darueber hinaus wurden noch verschiedene Standardversuche zur Klassifizierung der in den Kiesgruben anstehenden Boeden ausgefuehrt. Die Ergebnisse der durchgefuehrten Versuche sind graphisch dargestellt und werden erlaeutert. -y-

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Zeitschriftenartikel

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Michel, Philipp; Butenweg, Christoph; Klinkel, Sven
Einfluss der dynamischen Steifigkeit von Flach- und Pfahlgründungen auf das dynamische Verhalten einer Onshore-Windenergieanlage
Bauingenieur, 2020

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Allani, M.; Huybrechts, N.
Vorsicht in Bezug auf Bodenbewegungen und die daraus resultierenden Verformungen (kostenlos)
Kontakt, 2019

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Pradler, Klemens
Resonanzschwingungen des Trockenpartiefundaments einer Papiermaschine
Bauingenieur, 2018

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Schatten, Hannah; Holtschoppen, Britta; Michel, Philipp; Klinkel, Sven
Bodendynamische Effekte bei der Auslegung von Schüttgutfundamenten flüssigkeitsgefüllter Tankbauwerke unter seismischer Beanspruchung
Bauingenieur, 2017

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Akkermann, Jan; Weiler, Simon
Risse in Fundamenten von Onshore-Windenergieanlagen. Auswirkungen des frühen Zwangs (kostenlos)
Beton- und Stahlbetonbau, 2017

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Highlights aus dem Programm 2022