Vergleichsrechnungen zu Modellierungsvarianten fuer Tunnel mit Tuebbingauskleidung

Comparative analyses of modeling alternatives of tunnels with concrete lining segments

Behandelt werden die verschiedenen Modellierungsmethoden und Bemessungsverfahren fuer Tunnel mit Tuebbingauskleidungen. Vergleichend werden dazu Biegemomente, Normalkraefte und radiale Verschiebungen der Tunnelschale fuer Kontinuums- und Bettungsmodelle gegenuebergestellt. Als Berechnungsmodelle wurden die analytische Loesung, ein numerisches Kontinuumsmodell und ein numerisches Bettungsmodell mit gekoppelten raeumlichen Stabzuegen untersucht. Die Berechnungen erfolgen sowohl fuer verschiedene Varianten des Endzustands als auch fuer einzelne Bauzustaende. Als Erweiterung zum Endzustand wurde in einer Variante des Kontinuumsmodells der gesamte Fortschritt des Tunnelbauprozesses abgebildet. Bei dem numerischen Bettungsmodell wird jeder Tuebbingring durch einen gebetteten Balkenzug idealisiert, den man dann mit einem Finite-Element-Programm berechnete. Die beschriebenen Modelle wurden hinsichtlich ihrer Abbildungseigenschaften und der Ergebnisse mit Hilfe von Parameterstudien verglichen. Bei den Parameterstudien variierte man die Ueberdeckungshoehen und den E-Modul des Bodens zur Charakterisierung eines weichen und eines eher steifen Bodens. Die sich aus den Modellen ergebenden Unterschiede zwischen Bettungsmodell und Kontinuumsmodell werden anhand der Schnittgroessen, der radialen Verschiebungen und der Lastexzentrizitaet im Ring dargestellt. Der Vergleich der Berechnungsmodelle zeigt, dass das analytische Bettungsmodell und das analytische Kontinuumsmodell gute Einschaetzungen der Beanspruchungen und der Verformungen gegenueber Ergebnissen numerischer Berechnungen ergeben. Die analytischen Kontinuums- und Bettungsmodelle sowie das numerische Kontinuumsmodell fuehren im Endzustand aufgrund des monolithischen Rings zu kleineren Verformungen und unterschaetzen damit die Kinematik der Tunnelschale. Bei den Bauzustaenden zeigen sich bei allen Modellen im Vergleich zum Endzustand zwar kleinere Schnittgroessen, die Verformungen nehmen aber deutlich zu. Sowohl im Endzustand als auch in den Bauzustaenden wird auch deutlich, dass die Schnittgroessen entscheidend von der Modellierung des Baugrunds abhaengen. Daher sollten Bereiche mit nach innen gerichteter radialer Verschiebung des Ausbaus bei den Berechnungen ungebettet bleiben, damit man die Verformungen und Schnittgroessen nicht unterschaetzt. Eine wichtige Erkenntniss der Untersuchungen ist zudem, dass die mit dem analytischen Bettungsmodell mit Tangentialbelastung berechneten Schnittgroessen eine obere Grenze bilden und die mit dem Modell ohne Tangentialbelastung berechneten Schnittgroessen eine untere Grenze darstellen. ABSTRACT IN ENGLISH: Task-oriented alternative modelling techniques are popular in mechanised tunnelling to calculate internal forces and deformations, to analyse stresses or to design. For detailing and designing lining segments beams on elastic foundation are often favoured. Those models idealise the soil-structure interaction employing compression-only springs and approximate the circular tunnel shell by polygonal beam members. By contrast and to account for a holistic three-dimensional impact of the tunnel on the soil more sophisticated continuum models, utilising nonlinear constitutive laws, are preferred. Here, the circular tunnel shell interacts in compression with the surrounding soil by contact and friction. Apart from the final state scenario associated with an immediately activated tunnel lining, intermediate construction stages due to sequential driving along with a stepwise consecutive installation of lining segments and specific loading scenarios from grouting or back pressure can explicitly be accounted for. Complementary to nonlinear numerical simulation well-known analytical results provide a sound fundamental basis for control. The contribution contrasts and assesses alternative modelling approaches regarding features, demands and adequacy. For the last one, numerical results are analysed in variation of decisive soil properties with respect to radial deformations in relevant load combinations. (A)

• Availability:
  • Find a library where document is available. Order URL: http://worldcat.org/issn/09328351
• Authors:
  • Kaemper, C
  • Putke, T
  • Zhao, C
  • Alimardani Lavasan, A
  • Barciaga, T
  • Mark, P
  • Schanz, T
• Publication Date: 2016-7

Language

• German

Media Info

• Media Type: Print
• Features: Figures; References; Tables;
• Pagination: pp 421-32
• Serial:
  • Bautechnik
  • Volume: 93
  • Issue Number: 7
  • Publisher: Ernst & Sohn GmbH
  • ISSN: 0932-8351

Subject/Index Terms

• ITRD Terms: 6471: Analyse (math); 6464: Berechnung; 5787: Bettungsziffer; 6473: Modell (math); 6483: Numerisches Modell; 5573: Spannungsermittlung; 3385: Tuebbing; 3374: Tunnel; 5595: Verformung; 5483: Verschiebung
• Subject Areas: I25: TUNNELENTWURF; I40: BOEDEN UND GESTEINE;

Filing Info

• Accession Number: 01624798
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: Feb 1 2017 1:46PM