Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Tübbinge, Längsfugen, Ringfugen/Umfangsfugen, Teilflächenpressung, Umschnürung, mehrachsiger Spannungszustand
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Segmental lining, longitudinal/radial joints, ring/circumferential joints, partial area loading, confinement, multiaxial stress state
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im modernen Tunnelbau erfolgt die Auskleidung häufig mit vorfabrizierten Tübbingen. Die Tübbingfugen müssen die Beanspruchungen im Bau- und Endzustand übertragen können. In den Längsfugen wird die Kontaktfläche in der Regel reduziert; sie sind daher insbesondere im druckhaften oder quellfähigen Gebirge oft massgebend für die Festlegung der Tübbingstärke. Die Ringfugen müssen bei geschlossenen Schildvortrieben die konzentrierten Lasten der Vortriebspressen der TBM aufnehmen, was Spaltzugkräfte und – infolge von Toleranzen – weitere Zugbeanspruchungen verursacht. Sie sind daher oft massgebend für die Festlegung der Tübbingbewehrung, insbesondere zur Rissbreitenbegrenzung.
Bei der Bemessung der Tübbingfugen nach den heutigen Normen wird zwar eine Querbewehrung zur Aufnahme der Spaltzugkräfte gefordert; die günstige Umschnürungswirkung einer Querbewehrung oder von Fasern unmittelbar im Fugenbereich bleibt dagegen unberücksichtigt. Die in Versuchen beobachtete, starke Festigkeitserhöhung des Betons in den Längsfugen kann daher nur zu einem kleinen Teil ausgenützt werden. Die Ermittlung der Bewehrung im Bereich der Ringfugen ist andererseits mit grossen Unsicherheiten verbunden, insbesondere für mit Fasern oder gemischt bewehrte Elemente.
Aus diesen Gründen ist die Bemessung der Tübbingfugen heute oft übermässig konservativ. In diesem Projekt werden daher Grossversuche und numerische Vergleichsrechnungen durchgeführt, und mechanisch konsistente Modelle werden validiert und weiterentwickelt. Darauf basierend werden Empfehlungen für die sichere und wirtschaftliche Bemessung von Tübbingfugen formuliert.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Modern tunnel linings often consist of prefabricated segments, whose joints must transfer the loads during construction and throughout the service life. In the longitudinal joints, the contact surface is typically reduced; they are therefore often governing the segment thickness, particularly under high rock pressure or in squeezing ground. The ring joints must resist the concentrated loads of the TBM thrust cylinders in closed shield drives, generating tensile splitting forces and – due to tolerances – additional tensile forces in the segments. They are therefore often governing the dimensioning of the reinforcement for crack width limitation.
Current guidelines for the design of segmental lining joints require a transverse reinforcement resisting splitting forces, but neglect the beneficial confining effect of a transverse or fibre reinforcement immediately under the joint. Thus, only a fraction of the strong increase of the concrete strength observed in tests on longitudinal joints is accounted for. On the other hand, the design of the reinforcement near the ring joints is subject to many uncertainties, particularly in fibre and hybrid reinforced concrete.
For these reasons, the design of segmental tunnel lining joints is often overly conservative today. Therefore, large-scale tests and numerical analyses are carried out in this project, and mechanically consistent models are validated and further developed. Based on the results, recommendations for the safe and efficient design of segmental tunnel lining joints are established.
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Projektziele
(Deutsch)
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Das Projekt soll heutige Unsicherheiten bei der Bemessung von Tübbingfugen beseitigen und zukünftig ihre wirtschaftliche und sichere Bemessung ermöglichen. Dazu werden einerseits mechanisch konsistente Modelle validiert und weiterentwickelt, welche die günstige Wirkung von Umschnürungsbewehrung und lokaler Pressung kombinieren. Damit kann der in Versuchen festgestellte, gegenüber aktuellen Bemessungsregeln markant höhere Widerstand der Längsfugen ausgenützt werden. Andererseits wird anhand von Parameterstudien die sinnvolle Komplexität der Berechnungsverfahren zur Rissbreitenbegrenzung infolge lokaler Beanspruchung der Ringfugen beurteilt, um eine sichere Bemessung ohne unnötige Reserven zu gewährleisten. Damit können Tübbingstärke und Bewehrung zukünftig auf das notwendige Minimum beschränkt werden, womit ein enormes Einsparpotential verbunden ist.
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Projektziele
(Englisch)
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This project aims at eliminating current uncertainties in the dimensioning of segmental lining joints and enabling their efficient and safe dimensioning in the future. To this end, mechanically consistent models combining the beneficial effects of confining reinforcement and partial area loading are validated and developed further. This allows accounting for the high capacity of longitudinal joints observed in experiments, which by far exceeds the resistance according to current guidelines. Furthermore, based on parametric studies, the level of complexity of crack width calculations appropriate for a safe dimensioning without excessive conservatism is investigated. Thereby, the thickness and reinforcement of segmental linings can be limited to the strictly required values, which implies an enormous potential for savings.
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