Numerische Analyse des Setzungsverhaltens der innovativen Pylonfundierung der Ada-Brücke über die Save in Belgrad

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird das Setzungsverhalten der Brückenpylonfundierung im miozänen, überkonsolidierten grauen Mergel der neu errichteten Ada-Brücke über die Save in Belgrad, Serbien untersucht. Es handelt sich dabei um eine innovative Topfgründung mit einer Kombination aus Schlitzwandumschließung und innen liegenden Bohrpfählen. Zunächst wird, basierend auf der Grundlage von Literaturstudien, das Tragverhalten von Topfgründungen (Kastengründungen) detailliert beschrieben sowie die Bedeutung der geologischen Vorbelastung bei Setzungsproblemen kurz erläutert. Es werden auf der Finite-Elemente-Methode basierende numerische Modelle zur Simulation des Setzungsverhaltens der Pylonfundierung entwickelt. Dabei werden höherwertige elastoplastische Stoffmodelle zur Modellierung des besonderen Bodenverhaltens verwendet. Die für diese Rechenmodelle notwendigen Eingabeparameter werden anhand von Laboruntersuchungen und einer umfangreichen Literaturstudie ermittelt. Als erster Modellierungsansatz wird ein einfaches, radialsymmetrisches Rechenmodell vorgestellt. Die numerischen Setzungsergebnisse werden dabei mit den gemessenen Setzungen verglichen, um die in der Literatur getroffenen Aussagen über das Tragverhalten von Topfgründungen zu verifizieren und die Anwendbarkeit eines vereinfachten Rechenmodells zu überprüfen. Nachfolgend wird ein komplexes, dreidimensionales Rechenmodell entwickelt und der gesamte Bauablauf analysiert, um die bisher eingetretenen Setzungen der Fundierung rechnerisch nachzuvollziehen und das Tragverhalten des komplexen Systems detailliert untersuchen zu können. Die numerischen Ergebnisse werden dann den messtechnisch erfassten Setzungen gegenübergestellt und die Eingabeparameter des Modells werden dabei so kalibriert, dass eine ausreichend genaue Übereinstimmung mit den Messdaten erreicht werden kann.

In this master thesis, the settlement behavior of a pylon foundation of a new bridge over the River Sava in Belgrade, Serbia, is discussed. The pylon rests in the over-consolidated grey Miocene marl. This is an innovative box-shaped (-pot-) foundation, which is a combination of an outer diaphragm wall and inner bored piles. First, the bearing behavior of box foundations is introduced in detail based on literature studies as well as the importance of pre-consolidation stress for settlement problems is briefly explained. Numerical models based on the Finite-Element Method were developed to calculate the settlement behavior of the pylon foundation. Advanced elastoplastic constitutive models were used in order to simulate the special bearing behavior of the foundation. The required input data for the numerical models was determined based on laboratory tests and literature studies. As a first modeling approach a simple axisymmetric computational model was chosen. The numerical settlement results were compared with the settlement monitoring data in order to verify the bearing behavior of the box foundation and to check the applicability of a simplified numerical model. Subsequently, a complex three-dimensional computational model was developed and analyzed for the entire construction process in order to numerically comprehend the previous settlements and to be able to analyze the bearing behavior of the complex system. Afterwards, the numerical results were compared with the settlement monitoring data and the input parameters of the model were calibrated in order to achieve a sufficient accuracy with the measured data.