Wie bestimmt man den seitlichen Erddruck in einem doppelwandigen Kofferdamm?

Bei der Konstruktion einer Stützmauer wird üblicherweise der seitliche Erddruck entweder nach der Rankine-Theorie oder nach der Coulomb-Theorie bestimmt. Beide Theorien beinhalten die Mobilisierung der Scherfestigkeit eines dreieckigen Bodenkeils, der sich über einen beträchtlichen Abstand von der Basis der Wand erstreckt.

Im Fall eines doppelwandigen Kofferdamms wie dem im Bild unten würde der kurze Abstand zwischen den beiden Wänden verhindern, dass sich ein solcher Versagenskeil bis zum Boden erstreckt. Wie wird in welchem ​​Fall der Erddruck aus dem Sandfüllmaterial zwischen den beiden Wänden bestimmt?

Nach dem, was ich gelesen habe, sehen Sie den Druck, den der Sand zwischen den Spundwänden auf sie ausübt. In diesem Fall sehe ich zwei Möglichkeiten: (1) Log-Spiral-Analyse oder (2) Elastizitätsanalyse von Boussinesq .

Log Spiralanalyse

Die logarithmische Spiralanalyse geht davon aus, dass der Bodendruck durch eine Bodenmasse mobilisiert wird, die der Form einer logarithmischen Spiralkurve folgt. Dies wird üblicherweise für Ausgrabungen von verspannten Gräben verwendet, und die Kurve der Masse muss die Oberfläche senkrecht schneiden. Die Analyse ist nicht determiniert, daher wird eine grafische (skalierte) Trial-and-Error-Methode empfohlen. Wir haben jedoch einen computergestützten Algorithmus entwickelt, der diesen Trial-and-Error-Prozess rechnerisch ausführt.

In diesem Fall können Sie jedoch bei Ihrer Versuchs- und Fehleranalyse berücksichtigen, dass die Kurve gezwungen werden muss, innerhalb der geometrischen Grenzen des Abstands zwischen Pfahlwänden aufzutreten. Es könnte also eine realistische Bedingung darstellen.

Eine Holzspirale wird für alle passiven Bodenretentionsprobleme empfohlen. Ich denke, diese Annahme wäre auf Ihre Situation anwendbar, aber dies sollte überprüft werden.

Boussinesq-Elastizitätstheorie

Die Boussinesq-Theorie kann verwendet werden, um laterale (und vertikale) Druckprobleme zu untersuchen, bei denen keine Verformung auftritt. In Ihrem Fall tritt wahrscheinlich eine Verformung auf, aber unter der Annahme, dass keine höheren Spannungen / Drücke als erwartet erzeugt werden können (es gibt keine Relaxation unter der Theorie), ist dies ein konservatives Ergebnis.

Es gibt auch die Annahme eines elastischen Halbraums innerhalb der Boussinesq-Theorie. Als Ihr System durch hydrostatischen Druck begrenzt wird, könnte es zu betrachten , verhalten sich als elastischer Halbraum. Es wären jedoch weitere Informationen erforderlich.

Andere Überlegungen

Eine sehr gute, umfassende, aber veraltete Informationsquelle ist das Steel Sheet Piling Design Manual (1984) . Zelluläre Kofferdämme und Druckanalysen sind jedoch enthalten, und eine Kopie kann hier auf scribd.com eingesehen werden .

Auf dem Foto ist kein Bauverkehr zu sehen, der sich zwischen den Pfählen entlang der Region bewegt. Ich habe Boussinesq (wie modifiziert) speziell für diesen Zweck in früheren Projekten verwendet, um sicherzustellen, dass die Struktur diesen Belastungen standhält. Dies ist ein weiteres sehr wichtiges Thema, das untersucht werden muss - es erfordert die Analyse der spezifischen Ausrüstung, Spurmuster und Belastungen - im Wesentlichen der Daten der Gerätehersteller. Ihre Analyse sollte auch eng mit dem Bauprogramm abgestimmt sein, um die Anzahl und die wahrscheinlichen Konfigurationen der verwendeten Geräte zu berücksichtigen. Keine leichte Aufgabe.

Schema der vorgeschlagenen Analyse

In der folgenden Abbildung ist der vorgeschlagene Ansatz dargestellt. Natürlich sind nicht alle Bedingungen bekannt, zum Beispiel die Standorte des See- / Flussbodens, die hydrostatischen Bedingungen zwischen den Spundwand-Halteelementen usw.

Konstruktionslasten am oberen Rand des Abschnitts können anhand der Gleismuster / Fußabdrücke und der zugehörigen Lasten modelliert werden. Die Boussinesq-Theorie wird verwendet, um die lateralen Spannungen an der Haltestruktur zu berechnen, wie durch die gelben und grünen Spannungshüllkurven dargestellt, und diese können überlagert werden, um jede gewünschte Oberflächenbelastungskonfiguration aufzunehmen.

Die logarithmische Spiralanalyse ist jedoch ein iterativer Prozess, bei dem der Ursprung der Kurve am Punkt O so gestört werden muss, dass die Kurve Punkt A immer im rechten Winkel schneidet und auch Punkt C an der Basis der Ausgrabung schneidet . Dies ergibt eine Reihe von Bodenhüllen innerhalb von ABC , die einen Maximalwert erreichen, wie durch die Kurve und die Punkte über Punkt A dargestellt .

Beachten Sie, dass dies eine gekrümmte Bruchfläche berücksichtigt. Die Annahme passiver Bedingungen ist schwer zu beurteilen, aber in der Nähe der Ecken des Kofferdamms sollte der Box- Effekt eine ausreichende Steifigkeit bieten. In der Mitte der Seiten des Kastens muss diese Annahme weiter untersucht werden.

Die traditionelle Methode zur Durchführung der Log-Spiral-Analyse ist grafisch. Das heißt, Sie erstellen eine logarithmische Spiralschablone, die gemäß einer Maßstabszeichnung skaliert und unter den Bedingungen der Punkte A und C um die Zeichnung verschoben wird . Die Fläche von ABC wird für jeden Versuch berechnet, bis ein klares Maximum erreicht ist. Wir haben jedoch einen Algorithmus entwickelt, der dies rechnerisch ausführt, sodass keine grafische Analyse erforderlich ist.

Abhängig von Ihrer Geometrie treffen Sie möglicherweise nicht auf ein Maximum, sondern sind möglicherweise durch Punkt D begrenzt . In diesem Fall wäre der von DBC definierte Umschlag der interessierende Wert.

Einer der schwierigsten Aspekte einer solchen Analyse wird darin bestehen, die Grundbedingung für den ungünstigsten Fall zu ermitteln. Es muss sorgfältig überlegt werden, welche Ereignisse in Bezug auf Gerätekonfigurationen, Wasserstandsschwankungen und andere Probleme, wie z. B. potenzielle Entwässerungsrisiken, zusammenfallen könnten. Es kann ein risikobasierter Ansatz empfohlen werden, der mehr als den traditionellen Faktor der Sicherheitsmethoden rechtfertigt.