In den letzten Jahren wurde ein einheitliches Europäisches Regelwerk, die Euronormen, für das Bauwesen unter Leitung des Europäischen Komitees für Normung (CEN) erarbeitet. Den zurzeit gültigen Bemessungsnormen liegt zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit von Bauwerken das semiprobabilistische Sicherheitskonzept zugrunde, das durch Teilsicherheitsbeiwerte gekennzeichnet ist. Diese ermöglichen eine Berücksichtigung der zufallsbedingten Variation der Materialparameter und Einwirkungen. Für die Bemessung von Ufereinfassungen werden sie bisher aus Erfahrung abgeleitet. Eine probabilistische Kalibrierung der Teilsicherheitsbeiwerte unter Berücksichtigung ihrer Streuung wurde für Ufereinfassungen in den gültigen deutschen Normen bisher nicht durchgeführt. Zur Beurteilung der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Ufereinfassungen ist jedoch eine Untersuchung auf probabilistischer Basis erforderlich. In der Zuverlässigkeit spiegelt sich die Qualität einer baulichen Anlage wider.
Die theoretischen Ansätze zur probabilistischen Analyse von Bauwerken sind grundsätzlich gut entwickelt, eine Umsetzung auf praxisgerechte Konstruktionen ist aber insbesondere für geotechnische Fragestellungen schwierig. Aus diesem Grund beruhen die derzeitigen Berechnungsvorschriften und Bemessungsregeln im Grundbau allgemein und im Hafenbau im besonderen auf jahrelanger Erfahrung.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der probabilistischen Analyse von Ufereinfassungen. Das Vorgehen wird allgemein gültig vorgestellt und am Beispiel einer Stahlbeton-Schlitzwand präsentiert. Hierfür werden die Streuungen der Variablen, die in die probabilistische Analyse eingehen, auf Grundlage einer Literaturrecherche abgeschätzt. Anhand der Widerstandsmodelle des Biege- und Querkraftversagens werden die probabilistischen Analysen am Beispiel einer Stahlbeton-Schlitzwand durchgeführt. Die Beschreibung des Grenzzustands der Biegetragfähigkeit in der probabilistischen Analyse wird für die Untersuchung der Schlitzwände um einen Normalkraftanteil erweitert, da diese Konstruktion zwar vorwiegend auf Biegung, aber gleichzeitig auch durch Normalkräfte beansprucht wird, z. B. durch am Wandkopf einwirkende Kranlasten. Anhand der berechneten Zuverlässigkeit wird die Versagenswahrscheinlichkeit für den Grenzzustand bestimmt und mit Zielwerten aus der Literatur verglichen.

1 Einleitung

1.1 Problemstellung, Stand der Forschung

1.2 Motivation

1.3 Probabilistische Methoden und Modellbildung

1.4 Gliederung

2 Konstruktionstypen für Ufereinfassungen

2.1 Funktionen von Ufereinfassungen

2.2 Einflussfaktoren für die Wahl von Kaimauerkonstruktionen

2.3 Konstruktionstypen für Kaimauern

2.4 Kaimauern in deutschen Häfen

2.4.1 Umschlagsentwicklung an den Hafenstandorten

2.4.2 Verwendete Kaimauerkonstruktionen in deutschen Häfen

2.5 Konstruktion und Ausführung von Stahlbeton-Schlitzwänden

3 Zuverlässigkeit von Ufereinfassungen

3.1 Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie

3.2 Lösungsverfahren in der Zuverlässigkeitstheorie

3.3 Herleitung von Sicherheitselementen und Bewertung der Zuverlässigkeit

3.3.1 Ableitung von Teilsicherheitsbeiwerten nach FORM

3.3.2 Zielzuverlässigkeiten

3.4 Sicherheitsformate in der Normung

4 Probabilistische Beschreibung der Einwirkungen

4.1 Ständige Einwirkungen

4.1.1 Eigengewicht

4.1.2 Erddruck

4.1.3 Wasserdruck

4.2 Veränderliche Einwirkungen

4.2.1 Nutzlasten/Erddruck infolge von Nutzlasten

4.2.2 Zusatzlasten

5 Widerstandsmodelle

5.1 Widerstandsmodell Biegung

5.1.1 Modellierung der Basisvariablen für den Grenzzustand Biegung

5.1.2 Grenzzustand der Biegetragfähigkeit unter gleichzeitiger Wirkung von Längskräften

5.2 Widerstandsmodell Querkraft

5.2.1 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit biegebewehrter Bauteile ohne Querkraftbewehrung

5.2.2 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit für Bauteile mit Querkraftbewehrung – Nachweis Zugstrebe

5.2.3 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit für Bauteile mit Querkraftbewehrung – Nachweis Druckstrebe

5.2.4 Basisvariablen für die Grenzzustände der Querkrafttragfähigkeit

5.2.5 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit unter gleichzeitiger Wirkung von Längskräften

5.3 Widerstandsmodell Baugrund

6 Modellbildung für eine Stahlbeton-Schlitzwand

6.1 Gesamtmodell Tragwerk und Baugrund

6.2 Partialmodell Tragwerk mit Einwirkungen und Reaktionen des Baugrunds

6.3 Mechanisches Modell der Schlitzwand

6.4 Stochastisches Modell

6.4.1 Stochastisches Modell für die Biegetragfähigkeit

6.4.2 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit

6.4.3 Basisvariablen der Grenzzustandsgleichungen

7 Probabilistische Analyse von Stahlbeton-Schlitzwänden

7.1 Grenzzustand der Biegetragfähigkeit unter gleichzeitiger Wirkung von Längskräften

7.1.1 Wertung der Grenzzustandsgleichung für Biegung mit Normalkraft

7.1.2 Auswirkungen einer Variation der Parameter auf die Zuverlässigkeit

7.1.3 Wichtung der Einflussgrößen

7.1.4 Berücksichtigung einer Druckbewehrung

7.1.5 Beanspruchung der Schlitzwand durch Kranlasten

7.1.6 Variation des angesetzten Erddrucks

7.2 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit

8 Ableitung von Teilsicherheitsbeiwerten und Bewertung der Zuverlässigkeit

8.1 Grenzzustand der Biegetragfähigkeit mit Berücksichtigung der Normalkraft

8.1.1 Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Widerstände

8.1.2 Auswirkungen der Variation der Parameter auf die Sicherheitselemente

8.1.3 Festlegung der Teilsicherheiten mit Zuverlässigkeitsmethoden des Levels III

8.2 Grenzzustand der Querkrafttragfähigkeit

9 Zusammenfassung und Ausblick

9.1 Zusammenfassung

9.2 Ausblick

Literaturverzeichnis

Anlagen