Bettungsmodul für Trägerbohlwände in mitteldichtem Sand aus an einem Großversuch validierten FEM-Berechnungen

In der Baugrubenstatik für Trägerbohlwände können die haltenden Kräfte vor dem im Baugrund einbindenden Teil des Trägers mithilfe eines Bettungsmoduls berücksichtigt werden. Ein realitätsnaher Ansatz hierfür muss in der Lage sein, die Abhängigkeit der tatsächlich mobilisierten Erdwiderstandsspannungen von den Verschiebungen und der Wandgeometrie wiederzugeben. Dies war das Ziel der hier vorgestellten Parameterstudie. Die Berechnungen wurden anhand eines 3D-Modells nach der Finiten-Elemente-Methode (FEM) unter Verwendung eines nichtlinearen, elasto-plastischen Stoffgesetzes für einen typischen mitteldichten Sand, welches anhand bodenmechanischer Laborversuche kalibriert wurde, durchgeführt. Das numerische Modell wurde an Messergebnissen eines instrumentierten Großversuchs validiert. Die maßgebenden Einflussfaktoren auf Größe und Verlauf des Bettungsmoduls wurden an repräsentativen Wandsystemen untersucht. Die Ergebnisse belegen den starken Einfluss der Verschiebung, der Tiefenlage und der Druckflächenbreite. Aus den Parameterstudien wurde ein iterativer, nichtlinearer Berechnungsansatz für den Bettungsmodul hergeleitet.

Subgrade reaction modulus for soldier pile walls in medium-dense sand from FEM calculations validated on a large-scale test.
In the structural analysis of soldier pile walls, the resisting forces in the soil in front of the embedded pile can be modelled my means of a modulus of subgrade reaction. An adequate approach to this must be able to reproduce the dependency of the actually mobilized earth resistance stresses on the displacements and on the wall geometry. This was the aim of the parametric study presented herein. The calculations were carried out using a 3D model based on the finite element method (FEM) by adopting a nonlinear, elasto-plastic constitutive law for a typical sand of medium density that has been calibrated from laboratory soil tests. The numerical model has been validated on data obtained from an instrumented large-scale field test. The factors affecting the magnitude and the distribution of the subgrade reaction modulus were investigated on representative wall systems. The results show the strong influence of the displacement, the depth coordinate, and the width of the beam. The numerical results of the parametric study were subsequently used to derive an iterative, nonlinear relationship for the horizontal subgrade reaction modulus.