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3-D BERECHNUNG VON TUNNELSCHALEN AUS STAHLBETON

Ziel des Forschungsvorhabens war die Anwendung und Weiterentwicklung von EDV-Programmen fuer 3-D Tunnelberechnungen und fuer die wirklichkeitsnahe Berechnung der Tragfaehigkeit von Tunnelauskleidungen. Das Arbeitsprogramm gliedert sich in folgende Schritte: 1) Entwicklung eines auf der Methode der Randelemente beruhenden Programms zur dreidimensionalen Berechnung von Hohlraumbauten unter Zugrundelegung linear-elastischen Verhaltens des als homogen und isotrop vorausgesetzten Gebirges und die Kopplung des Randelementeprogramms mit dem Finite Elemente Programm TPS10. 2) Entwicklung eines geeigneten Werkstoffmodells fuer Stahlbeton zur Berechnung der Tragfaehigkeit der Spritzbetonschale im Tunnel. 3) Durchfuehrung von Tunnelberechnungen mit Beruecksichtigung der Vortriebssequenzen in ihrer richtigen Abfolge, Bemessung der Spritzbetonschale aufgrund von Traglastberechnungen des Gesamtbauwerkes Tunnel - Gebirge und Vergleich mit Messungen. Die Berechnungen zeigten, dass das auf der Methode der Randelemente beruhende Programm besonders vorteilhaft anzuwenden ist, wenn erste Abschaetzungen von Verschiebungen und Spannungen benoetigt werden. Die Genauigkeit der mittels der BEM erhaltenen Ergebnisse, insbesondere die der Spannungen, ist betraechtlich groesser als die der mit Hilfe der FEM erhaltenen Resultate. Der Nachteil des BE-Programms besteht allerdings in der Beschraenkung auf linear elastisches Materialverhalten. Die Berechnungsergebnisse fuehrten zu folgenden Erkenntnissen: 1) die 3-D Berechnung ist in der Lage, die Verformungen und Spannungen wirklichkeitsnah zu erfassen. 2) Aufgrund der geringen Festigkeit des jungen Betons in der Naehe der Ortsbrust werden nennenswerte Schnittgroessen in der Spritzbetonschale erst in groesserer Entfernung aufgebaut. Die Beanspruchung der Tunnelaussenschale verlaeuft daher ueberwiegend quer zur Achse. 3) Vergleiche mit 2-D Berechnungen lassen erkennen, dass diese - trotz entsprechender Eichung der Parameter - nur in der Lage sind, den Endzustand eines Zyklus Vorentspannung, Kalottenausbruch, Strossenausbruch wiederzugeben. 4) Traglastberechnungen einer kreisfoermigen Tunnelschale zeigen, dass kritische Beanspruchung durch Normalkraft hervorgerufen wird. In diesem Fall ist nur die Normalkraft fuer die Bemessung massgebend. Eine allgemeine Gueltigkeit dieser Aussage auch bei anderen Tunnelquerschnitten ist anzunehmen.