AU 08 geprüft_250114_Himmelstadt_Wehr_M_Standsicherheitsnachweis_Stützmauer_Schleusenkammer_Ml_30_01_2025-signed.pdf

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Prüf.-Verz. OMOR

Karlsruhe, den N VKMOKOMOR

Prüfingenieur für Bautechnik gemäß Anerkennungs- urkunde des Umweltministeriums Baden-Württemberg vom 24.02.2021 für die Fachrichtung Massivbau (2) Dr.-Ing. Andreas Fäcke Stephanienstraße 102 · 76133 Karlsruhe Tel +49 721 91319-0 · Fax +49 721 91319-99

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1.1 INHALTSVERZEICHNIS

1. Standsicherheit Stützmauer - Himmelstadt Wehr Deckblatt .......................................................................................................................................................................... 1 1.0 Revisionsverzeichnis .............................................................................................................................................. 2

1.1 Inhaltsverzeichnis 1.1 Inhaltsverzeichnis .................................................................................................................................................... 3

1.2 Vorschriften, Gutachten, Literatur 1.2.1 Vorschriften, Gutachten und Literatur ........................................................................................................... 5 1.2.2 Zusätzliche Unterlagen ...................................................................................................................................... 5

1.3 Berechnungsgrundlagen, Rechenmodell, Querschnittswerte 1.3.1 Darstellung und Beschreibung des Statischen Systems ......................................................................... 6 1.3.2 Geometrische Maße ........................................................................................................................................... 6 Systemmaße ..................................................................................................................................................... 7 Lage Kran ........................................................................................................................................................... 8 1.3.3 Geometrischen Kenngrößen, Kenngrößen für Baustoffe ....................................................................... 9 1.3.4 Detaillierte Beschreibung des Montage- und Herstellungsverfahrens ................................................ 10 1.3.5 Sonstige / Baugrund .......................................................................................................................................... 11

1.4 Einwirkungen

1.4.1 Charakteristische Werte der Einwirkungen

1.4.1.1 Stabilisierende Einwirkungen LF1: Last Schleusenwasser .......................................................................................................................... 12 Lastschema LF1 ............................................................................................................................................... 13 LF2: Last Kranauflast ...................................................................................................................................... 14 Lastschema LF2 ............................................................................................................................................... 15 Lastausbreitung LF2 ....................................................................................................................................... 16 LF3: Last Bodenauflast .................................................................................................................................. 17 Lastschema LF3 ............................................................................................................................................... 18

1.4.1.2 Destabilisierende Einwirkungen LF4: Last Eigenlast Stützwand .................................................................................................................... 19 Lastschema LF4 ............................................................................................................................................... 20 Stützmauerquerschnitt .................................................................................................................................... 21 LF5: aktive Erddruck ....................................................................................................................................... 22 Lastschema LF5 ............................................................................................................................................... 23 LF6: H- Last aus Kranauflast ........................................................................................................................ 24 Lastschema LF6 ............................................................................................................................................... 25

1.5 Nachweise

1.5.1 Nachweis der äußeren Standsicherheit 1.5.1.1 Allgemein ............................................................................................................................................................ 26 1.5.1.2 Nachweis der Lagesicherheit - Kippunkt außen ..................................................................................... 27 Darstellung der stabilisierenden Last ......................................................................................................... 28 Darstellung der destabilisierenden Last .................................................................................................... 29 1.5.1.3 Nachweis der Lagesicherheit - Kippunkt mitte ........................................................................................ 30 1.5.1.4 Nachweis der Bodenspannung .................................................................................................................... 31

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1.5.2 Nachweis der inneren Standsicherheit - Betonpressung 1.5.2.1 Allgemein ............................................................................................................................................................ 32 1.5.2.2 Nachweis der Betonpressung ...................................................................................................................... 32

Schlussblatt ...................................................................................................................................................................... 33

Anlage 01 - 1. Standsicherheit Stützmauer - Himmelstadt Wehr Anlage 01 - Übersicht .................................................................................................................................................... 34 Anlage 01 - Krangeometrie .......................................................................................................................................... 35

Anlage 02 - 1. Standsicherheit Stützmauer - Himmelstadt Wehr Anlage 02 - Kranlasten ................................................................................................................................................. 36

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1.2 Allgemeines

1.2.1 Vorschriften, Gutachten und Literatur

DIN-EN 1990 Grundlagen der Tragwerksplanung, 12/2010 DIN-EN 1990/NA Nationaler Anhang - Grundlagen der Tragwerksplanung, 12/2010

DIN EN 1991-1-1 Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau 12/2010 DIN EN 1991-1-1/NA Nationaler Anhang - Wichten, Eigengewicht und... 12/2010 DIN EN 1991-1-1/NA/A1 Nationaler Anhang - Wichten, ...Änderung A1 05/2015

DIN EN 1991-1-4 Allgemeine Einwirkung - Windlasten 12/2010 DIN EN 1991-1-4/NA Nationaler Anhang - Allgemeine Einwirkung - Windlasten 12/2010

DIN EN 1991-1-5 Allgemeine Einwirkung - Temperatureinwirkungen 12/2010 DIN EN 1991-1-5/NA Nationaler Anhang - Allgemeine Einwirkung - Temperatur. 12/2010

DIN EN 1991-1-7 Allgemeine Einwirkung - Außergewöhnliche Einwirkung 12/2010 DIN EN 1991-1-7/A1 Allgemeine Einwirkung - Außergew... Änderung A1 08/2014 DIN EN 1991-1-7/NA Nationaler Anhang - Allgemeine Einwirkung - Außergew. 09/2019

TbW Bewertung der Tragfähigkeit bestehender massiver Wasserb. 2016

1.2.2 Zusätzliche Unterlagen

[U.1] 05_Kranberechnung Cranebee Wehranlage [U.2] 06_Fischpaßpfeiler_Him [U.3] 07_Gesamtansicht Wehranlage Himmelstadt [U.4] 08_Querschnitt Blatt 1 Wehranlage Himmelstadt [U.5] 09_Querschnitt Baltt 2 Wehranlage Himmelstadt [U.6] 11_Stüzdruckberechnung Himmelstadt

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1.3 Berechnungsgrundlagen, Rechenmodell, Querschnittswerte

1.3.1 Darstellung und Beschreibung des statischen Systems

Für den Kraneinsatz am Wehr Himmelstadt ist die Überprüfung der Standsicherheit der angrenzendes Stützmauer der Schleuse zu überprüfen. Der Nachweis erfolgt auf Grundlage des BAW Merkblattes - Bewertung der Tragfähigkiet bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW) Stand 2016 geführt.

Vereinfachend wird ein 1 - Meter - Streifen der Stützmauer nachgewiesen.

1.3.2 Geometrische Maße

Nachfolgend wird das Schema dargestellt

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Systemmaße

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1.3.3 Geometrischen Kenngrößen, Kenngrößen für Baustoffe

Für den Beton wird eine Wichte von 24 kN/m³ angesetzt.

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1.3.4 Detaillierte Beschreibung des Montage- und Herstellungsverfahrens

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1.3.5 Sonstige / Baugrund

Der Nachweis des Baugrundes ist nicht Bestandteil der Statik

Baugrund unter den Kranpratzen ist vor Aufstellung des Krans durch

den Bauleiter oder einen Baugrundsachverständigen für die

auftretenden Bodenpressungen zu überprüfen.

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1.4. Einwirkungen

1.4.1 Charakteristische Einwirkungen

1.4.1.1 Stabilisierende Einwirkungen

LF1: Last Schleusenwasser

Die Last des vorhandenen Schleusenwassers wird als Dreieckslast betrachtet mit einem Lastschwerpunkt auf h/3 am UK. Diese wird zum Ansatz gebracht, falls die Wand ohne diese keine Standsicherheit aufweist.

Somit ergeben sich folgende Lasten.

Oberwasser 161,63:

10 kN/m³ * 0 m = 0,00 kN/m²

10 kN/m³ * 7,35 m = 73,5 kN/m²

Die Lastresultierdene auf einem 1-Meter-Streifen ergibt sich zu:

0,5* ( 0,00 kN/m² + 73,5 kN/m² ) * 7,35 m * 1,00 m = ~270 kN

Das stabilisierende Moment ergibt sich zu 270 kN * ( 7,35 m / 3 ) = 661,5 kNm

Unterwasser 157,33:

10 kN/m³ * 0 m = 0,00 kN/m²

10 kN/m³ * 3,05 m = 30,5 kN/m²

Die Lastresultierdene auf einem 1-Meter-Streifen ergibt sich zu:

0,5* ( 0,00 kN/m² + 30,5 kN/m² ) * 3,05 m * 1,00 m = 47,5 kN 46,5 kN lh Das stabilisierende Moment ergibt sich zu 47,5 kN * ( 3,05 m / 3 ) = 48,29 kNm 47,275 kNm lh

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LF2: Last Kranauflast Rückwand

Die Belastung der Kranstütze ist mit 144,1 to = 1441 kN gemäß [U.4]

Die Lastausbreitung im Boden wird in Anlehnung an die DIN EN 1991-2 4.9.1 Anmerkung 2 mit einer Asubreitung von 30° zur Vertikalen angenommen.

Mit den geometrischen Gegebenheiten wird die Lastausbreitung und die entstehenden Lastfläche nachfolgend im Schema Lastausbreitung LF2 dargestellt.

Die Flächenlast ergibt sich wie folgt :

q = 1441kN / ( 9,00 m * 7,02 m ) = 22,80 kN/m² v(1)

auf einem 1-Meter-Streifen ergeben sich folgende Lasten

F-q = 22,80 kN/m² * 1,37 m * 1,00 m = 31,25 kN v(1)

Daraus ergeben sich folgende Momente

M -q = 31,25 kN * 1,68 m = 52,5 kNm F v(1)

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LF3: Last Bodenauflast

Die Belastung des Bodens mit einer Wichte von 20 kN/m³ ergibt sich wie folgt

Die Flächenlast ergibt sich wie folgt :

q = 20 kN/m³ * ( 0,82 m * ((0,40m+0,55m)/2 ) = 7,79 kN/m e(1-a)

q = 20 kN/m³ * ( 0,40 m * 0,60 m ) = 4,80 kN/m e(1-b)

q = 20 kN/m³ * ( 0,98 m * 2,65 m ) = 51,94 kN/m e(2)

q = 20 kN/m³ * ( 1,37 m * 5,20 m ) = 142,48 kN/m e(3)

auf einem 1-Meter-Streifen ergeben sich folgende Lasten

F-q = 7,79 kN/m* 1,00 m = 7,79 kN v(1-a)

F-q = 4,80 kN/m* 1,00 m = 4,80 kN v(1-b)

F-q = 51,94 kN/m* 1,00 m = 51,94 kN v(2)

F-q = 142,48 kN/m* 1,00 m = 142,48 kN v(3)

Daraus ergeben sich folgende Momente

M -q = 7,79 kN * -0,395 m = -3,08 kNm F v(1-a)

M -q = 4,80 kN * -1,096 m = -5,26 kNm F v(1-b) 0,49 25,45 kNm M -q = 51,94 kN * 0,98 m = 50,90 kNm F v(2)

M -q = 142,48 kN * 1,68 m = 239,36 kNm F v(3)

M -q = -3,08 -5,26 + 50,90 + 239,69 = 282,25 kNm F v(Gesamt) 256,48 lh

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1.4.1.2 Destabilisierende Einwirkungen

LF4: Last Eigenlast Stützwand

Die Last und die Schwerpunktlage des Stützmauerquerschnittes ergibt sich wie folgt:

Die Lasten ergeben sich wie folgt:

F : g(1) OK 24 kN/m³ * 24,746 m² * 1,00 m = 593,9 kN

Da der Schwerpunkt nahezu auf der Mittelachse liegt wird das Moment mit folgendem Wert berücksichtigt:

M : g(1) OK 593,9 kN * 0,00 m = 0 kNm

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Stützmauerquerschnitt

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LF5: aktive Erddruck

Folgende Werte sind für die Ermittlung der Horizontallasten aus der Hinterfüllung angesetzt:

Hinterfüllung: γ = 20kN/m³γ' = 10kN/m³

φ = ~30° k = ~0,33 agh

Die Belastung aus dem aktiven Erddruck ergibt sich zu:

0,33 * 20 kN/m³ = 10,00 kN/m³6,6 kN/m3(für den inneren Standsicherheitsnachweis)

q = ka * γ* z gh

Mit einer Stützwandhöhe 8,84 m ergeben sich folgende Drücke

q = 0,00 kN/m² E,oben q E,oben = 88,4 kN/m² 58,34 kN/m2

Die Lastresultierende auf einem 1-Meter-Streifen 0,5 58,34 F E = 0,33 * 88,4 kN/m² * 8,84 m * 1,00 m = 257,88 kN OK Ergebnis richtig

Das Moment um die Kippkante ergibt sich zu

M FE = 257,88 kN * 2,95 m = 760,75 kNm Ok

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LF6: H-Last aus Kranauflast

Die Flächenlasten aus dem Lastfall LF2: Kranauflast wirken auf die Stützmauerfläche. Der Ansatz der Flächenlast wird mit dem aktiven Erddruckbeiweit k =0,33 berechnet. agh

Somit ergeben sich die Lasten zu:

Die Flächenlast ergibt sich wie folgt : 6,24 q = 0,33 * 1441 kN / 5,64 m * 5,24 m = 13,51 kN/m² h(1),o

q = q = 0,33 * 1441 kN / 7,02 m * 9,00 m = 7,53 kN/m² h(1),u h(2),o

q = 0,33 * 1441 kN / 5,64 m * 5,24 m = 4,64 kN/m² h(2),u 13,22 7,756 auf einem 1-Meter-Streifen ergeben sich folgende Lasten

Fq = 0,5*( 13,51 kN/m² + 7,53 kN/m²) * 2,39 m * 1,00 m = 25,14 kN h(1)

Fq = 0,5*( 7,53 kN/m² + 4,64 kN/m²) * 3,64 m * 1,00 m = 22,15 kN h(2)

Die Momente um die Kippkante ergibt sich zu ( Hebelarm vereinfachend auf h/3 ab OK Last) 5,23 131,48 kNm Mq = 25,14 kN * 4,77 m = 143,90 kNm h(1) 2,43 53,82 kNm Mq = 22,15 kN * 1,75 m = 46,52 kNm h(2)

Mq = 143,90 kNm + 46,52 kNm = 190,42 kNm h(Gesamt) 185,3 kNm

lh

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5,23

2,43

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1.5 Nachweise

1.5.1 Nachweis der äußeren Standsicherheit

1.5.1.1 Allgemein

Der Nachweis der äußeren Standsicherheiterfolgt in Anlehnung an das BAW Merkblatt: " Bewertung der Tragfähigkeit bestehender massiver Wasserbauwerke (TbW)" Dabei werden gemäß der Anlage des Merkblattes unter Punkt "zu 4.1.2" die Nachweise:

1. Lagesicherheit
2. Grundbruch
3. Gleiten der Sohlfuge

Aufgrund der vorhandenen geometrischen Gegebenheiten wird ein Gleiten der Sohlfuge ausgeschlossen.

Folgende Teilsicherheitsbeiwerte werden gemäß Merkblatt für die Berechnung heran gezogen:

In Anlehnung daran, wird die Kranlast in der vorübergehenden Bemessung ebenfalls mit dem Fakor 1,20 berücksichtigt. Dr.-Ing. A. Fäcke Karlsruhe

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1.5.1.2 Nachweis der Lagesicherheit - Kipppunkt außen

Für den Nachweis der Lagesicherheit gilt folgendes:

Die stabilisierenden sowie destabilisierenden Lasten werden nachfolgend in einer Übersicht dargestelt.

Die Momente ergeben sich zu:

Stabilisierende Momente Lastfall Last Hebelarm M TSBW M ch,stab d,stab LF1 Unterwasser Fw 47,50 kN 1,02 m 48,45 kNm 0,90 43,61 kNm LF2 Kranauflast q v kran(1) 31,25 kN 4,04 m 126,25 kNm 1,00 126,25 kNm LF3 Bodenauflast q e(1-a) 7,79 kN 1,97 m 15,35 kNm 1,00 15,35 kNm LF3 Bodenauflast q e(1-b) 4,80 kN 1,27 m 6,10 kNm 1,00 6,10 kNm LF3 Bodenauflast q e(2) 51,94 kN 2,87 m 149,07 kNm 1,00 149,07 kNm LF3 Bodenauflast q e(3) 142,48 kN 4,04 m 575,62 kNm 0,90 518,06 kNm LF4 Eigenlast F g 593,90 kN 2,36 m 1403,39 kNm 1,00 1403,39 kNm

Σ 2261,81 kNm

Destabilisierende Momente Lastfall Last Hebelarm M TSBW M ch,stab d,stab LF5 aktive Erddruck F E,aktiv 257,88 kN 2,80 m2,95722,06 kNm 760,751,20 866,48 kNm912,89 LF6 H-Last Kran F qh(1) 25,14 kN 1,68 m5,23 42,18 kNm 131,48 1,20 50,62 kNm157,776 LF6 H-Last Kran F qh(2) 22,15 kN 4,70 m2,43104,04 kNm 53,82 1,20 124,85 kNm 64,59 0,00 kNm 1,20 0,00 kNm

Σ 1041,94 kNm1135,26 Somit ist das Standmoment um den Faktor 2261,81 kNm / 1041,94 kNm = 2,17 1,99 Die Stützwand wird während der Belastung durch einen Kran als standsicher eingestuft.

lh

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1.5.1.3 Nachweis der Lagesicherheit - Kipppunkt mitte

Nachfolgend wird für die Ermittlung der Bodenspannung unterhalb der Stützwand das Momentengleichgewicht um den Mittelpunkt der Stützwand ermittelt. Diese Ermittlung der Momentenbeanspruchung erfolgt mit den dargestellten Hebelarmen unter Punkt 1.4

Die Ermittlung erfolgt für den maximalen Schleusenwasserstand

Rechtsdrehend wird positiv betrachtet, linksdrehend negativ: Stabilisierende Momente Lastfall Last Hebelarm M TSBW M F ch,stab d,stab d,stab,vertikal LF1 Oberwasser Fw 270,00 kN 2,45 m 661,50 kNm 0,90 595,35 kNm 0,00 kN LF2 Kranauflast q v kran(1) 31,25 kN 1,68 m 52,50 kNm 1,20 63,00 kNm 37,50 kN LF3 Bodenauflast q e(1-a) 7,79 kN -0,40 m -3,08 kNm 1,00 -3,08 kNm 7,79 kN LF3 Bodenauflast q e(1-b) 4,80 kN -1,10 m -5,26 kNm 1,00 -5,26 kNm 4,80 kN LF3 Bodenauflast q e(2) 51,94 kN 0,51 m 26,23 kNm 1,00 26,23 kNm 51,94 kN LF3 Bodenauflast q e(3) 142,48 kN 1,65 m 235,09 kNm 0,90 211,58 kNm 128,23 kN

Σ 887,82 kNm 230,26 kN

Destabilisierende Momente Lastfall Last Hebelarm M TSBW M F ch,stab d,destab d,destab,vertikal LF4 Eigenlast F 593,90 kN 0,00 m 0,00 kNm 1,20 0,00 kNm 712,68 kNm g LF5 aktive Erddruck F E,aktiv 257,88 kN -2,95 m -760,75 kNm 1,20 -912,90 kNm 0,00 kNm LF6 H-Last Kran F qh(1) 25,14 kN -4,77 m5,23-119,92 kNm131,481,20 -143,90 kNm157,08,00 kNm LF6 H-Last Kran F qh(2) 22,15 kN -1,75 m2,43 -38,76 kNm 53,82 1,20 -46,52 kNm64,508,00 kNm

Σ -1103,31 kNm 712,68 kN -1135,3 kNm Die Summe der vertikalen Auflasten ergibt sich zu 942,94 kN. Die Summe der Momente ergibt sich zu -215,49 kNm. Oberwasser -247,45 kNm lh

=Eóíä=sÊë×åÊâÆÝW=ræîÊëð~ììÊë=JTVUIUP=ãkäF

lh

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1.5.1.3 Nachweis der Bodenspannung

Berechnung Flachgründung (Bodenpressungen)

Bauwerk : Stützwand Himmelstadt Wehr M Bauteil : Stützwand

Einbindetiefe = 8,44 m (OK Gelände bis UK Fundament) Bodenart = Bindiger Boden Parameter für bindige Böden Bodengruppe = SU*, ST, ST*, GU*, GT* ---> m. Konsistenz = steif

Nachweis für max M und zugehörigen Kräften y,d

R d = 943 kN R d = 943 kN M y,d = 215 kNm 247,5 kNm M x = 0 kNm e a = 0,23 m 0,26 lh e b = 0,00 m

d Fundament = 4,73 m --> d / 6 = 0,79 m b Fundament = 1,00 m d / 3 = 1,58 m Ermittlung der Bodenpressungen

Nachweis e = 0 -->

Nachweis e < d/6 -->

Nachweis e = d/6 -->

Nachweis d/6 < e < d/3 --> Nachweis e = d/3 -->

Nachweis der zulässigen Bodenpressungen gemäß DIN 1054 a' = d - 2 * e a = 4,27 m b' = b - 2 * e b = 1,00 m A' = a' * b' = 4,27 m²

R d = 943 kN 224 kN/m2 lh Eóíä=sÊë×åÊâÆÝW=ræîÊëð~ììÊë=PMUIS=ãkLäOF σ vorh. = Σ R d / A' = 220,6 kN/m²

σ 0,zul,Baugr. = kN/m² I vorgabe des Baugrundgutachters σ 0,zul,EC = 0,0 kN/m² I Ermittlung gemäß Tab. A.6.6 σ 0,zul,EC = 350,0 kN/m² I Ermittlung für bindige Böden

Nachweis der Bodenpressungen: σ 0,vorh. = 220,6 ≤ 350,0 = σ 0,zul

Nachweis erfüllt!

Die zulässige Bodenspannung ist zu bestätigen.

Dr.-Ing. A. Fäcke Karlsruhe

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1.5.2 Nachweis der inneren Standsicherheit

1.5.2.1 Allgemein

Da das System den Kippnachweis aus dem Punkt 1.5.1 erfüllt, wir vorausgesetzt, dass das System stablil ist und somit die Summe aller Momente 0 ergibt.

1.5.2.2 Nachweis der Betonpressung

Der Nachweis der Betonpressung erfolgt vereinfachend unter dem Ansatz von 0,6 * fcd. Damit ergibt sich für einen vermuteten B 25 (C20/25) eine maximale Betonspannung an jeder Stelle von:

0,6 * 11.300 kN/m² = 6.780 kN/m²

Die Spannung wird an keiner Stelle des Betonkörpers erreicht. ( siehe dafür die Punkte 1.4 sowie 1.5.1.4)

Der Nachweis ist somit erfüllt.

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Schlussblatt

Die statische Berechnung umfasst die Seiten 1 bis 33.

Anlagen:

A01 - Krangeometrie / Abstandsfläche A02 - Kranlasten

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[Seite 35]

Anlage 01 - Krangeometrie

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Anlage 02 - Kranlasten

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