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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Validierung eines neuen Stoffgesetzes fuer Spritzbeton mittels Ergebnissen eines ausgefuehrten Tunnelprojekts

Validation of a novel constitutive model for shotcrete using data from an executed tunnel

Die Tunnelaussenschalen aus Spritzbeton beim konventionellen Tunnelbau werden wegen der Interaktion aus der Aussenschale und dem Gebirge schon fruehzeitig belastet. Bei der Bemessung der Aussenschale ist daher die Beruecksichtigung der zeitabhaengigen Materialeigenschaften des Betons wesentlich wichtiger als bei anderen Betonkonstruktionen. Uebliche Berechnungsverfahren fuer Tunnelaussenschalen beruecksichtigen die Zeitabhaengigkeit der Materialeigenschaften nicht direkt, sondern durch eine schrittweise Vergroesserung der Steifigkeit. Das beschriebene Verfahren verwendet hingegen ein neu formuliertes Stoffgesetz auf elastoplastischer Basis. Es beruecksichtigt Ver- und Entfestigungen, zeitabhaengige Festigkeit sowie Kriechen und Schwinden. Das an anderer Stelle eingehend beschriebene Stoffgesetz wird in Kurzform textlich und mit Formeln vorgestellt. Zur Validierung erfolgte die Berechnung der Deformationen und Spannungen an einem ausgefuehrten Tunnelprojekt. In die Berechnung gehen auch die verschiedenen Bauphasen mit Ausbruch und Aktivierung der Spritzbetonschale ein. Die Ergebnisse wurden mit den an dem ausgefuehrten Tunnel gemessenen Werten verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass das neue Stoffgesetz sowohl bei den Verformungen als auch bei den Spannungen plausible Werte ergibt und als Grundlage einer Bemessung verwendbar ist. Entsprechend dem nationalen oesterreichischen Anhang zum EC 7 wird vorgeschlagen, die Bemessung mit charakteristischen Bodenkennwerten durchzufuehren und die Teilsicherheitsbeiwerte auf die ermittelten Schnittgroessen anzusetzen. Diese Vorgehensweise ist bei linear-elastischem Materialverhalten sinnvoll. Bei nichtlinearem Materialverhalten ist das Konzept jedoch nicht mehr gueltig. Bei Berechnungen mit dem neuen Stoffgesetz liegt dieser Fall vor. Daher werden die Teilsicherheitsfaktoren auf die Festigkeit des Materials angewendet. Den Einfluss der Bewehrung kann man durch Verschmieren der Zugfestigkeit auf den Spritzbeton beruecksichtigen. Im durchgerechneten Beispiel wurde eine Bewehrung nicht angesetzt. Die Bemessungsergebnisse zeigen, dass rechnerisch eine unbewehrte Aussenschale ausreicht. Auch unter Beruecksichtigung von Teilsicherheitsfaktoren ist fuer diesen Fall noch eine ausreichende Sicherheit vorhanden. Durch Bemessung mit dem neuen Stoffgesetz lassen sich somit grosse Mengen an Bewehrung und damit Kosten im Tunnelbau einsparen. ABSTRACT IN ENGLISH: The paper presents the validation of a novel constitutive model for shotcrete in a tunnelling project. The shotcrete model is based on elastoplastic strain hardening/softening plasticity and can account for time dependent strength and stiffness, creep and shrinkage. The validation of the model considers the deformation behaviour of both the primary lining and the surface as well as the time dependent stress strain behaviour of the shotcrete. The calibrated model has been used to simulate the behaviour of the tunnel structure during the excavation process numerically. Furthermore different approaches to model the shotcrete lining for design are applied and briefly discussed. (A)

  • Availability:
  • Authors:
    • Saurer, E
    • Marcher, T
    • Schaedlich, B
    • Schweiger, H
  • Publication Date: 2014-8

Language

  • German
  • English

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01538624
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Sep 26 2014 11:05AM