The new metro line in Thessaloniki includes, besides the excavation of two twin tunnels, the construction of 13 stations with central platform in settlement-reducing top-to-down construction method. Due to restrictions in available space, it was necessary to dispense with the construction of an inner shell. Further constraints were the soft and highly inhomogeneous soil, the large excavation depths in groundwater, and the earthquake-resistant design of the structures. The special foundation works executed for permanent uplift safety as well for the soil strengthening in front of the excavation walls are described for representative stations.
Die neue U-Bahn in Thessaloniki umfasst, neben dem Schildvortrieb zweier Röhren, die Errichtung von 13 Bahnhöfen mit zentralem Bahnsteig in verformungsarmer Deckelbauweise. Wegen der engen Platzverhältnisse musste dabei auf eine Innenschale verzichtet werden. Weitere erschwerende Randbedingungen sind der weiche, stark inhomogene Untergrund, die große Aushubtiefe im Grundwasser und die erdbebengerechte Auslegung der Tragkonstruktion. Für typische Bahnhöfe werden die Spezialtiefbaumaßnahmen zur dauerhaften Auftriebssicherung sowie zur Verstärkung des Fußwiderlagers der tiefen Baugruben vorgestellt.

Die gängige Methode zur Beurteilung der Grundbruchsicherheit von Fundamenten bei seismischer Beanspruchung basiert auf dem Ansatz von pseudo-statischen Beschleunigungskräften, welche die Trägheitskräfte aus dem Überbau und im Boden repräsentieren. Die einzelnen Komponenten der klassischen dreigliedrigen Grundbruchgleichung in der DIN 4017 werden hierfür mit geeigneten Abminderungsfaktoren versehen. Ergebnisse hierzu aus neueren numerischen Studien werden zusammengestellt. Eine Alternative stellen kuppelförmige 3-D-Grenzfächen der Tragfähigkeit als Kombinationen von Vertikallast, Horizontallast und Biegemoment dar, die zum Versagen führen. Auch die DIN-Gleichung kann in eine solche Grenzfläche umgewandelt werden. 3-D-Grenzflächen werden für den Fall eines rein kohäsiven und eines kohäsionslosen Bodens verglichen und bewertet. Ein weitverbreitetes FEM-Programm mit einer Grenzbedingung nach MOHR-COULOMB wird eingesetzt, um den Einfluss der Lastneigung und -exzentrizität sowie der Trägheitskräfte im Boden für typische Konfigurationen numerisch zu erfassen. Die Eignung der FEM als robuste Berechnungsmethode wird bestätigt, wobei alle Modellierungsdetails adäquat berücksichtigt werden müssen. Auf den Einfluss des Dilatanzwinkels wird gesondert eingegangen. Es wird gezeigt, dass die erweiterte Grundbruchgleichung für die praktische Anwendung sehr gut geeignet ist und zudem den Vorteil eines stetigen Übergangs vom statischen zum seismischen Lastfall bietet.

Assessment of pseudo-static methods for the bearing capacity of footings under seismic loading
The common method for assessing the bearing capacity of foundations under seismic loading is based on the assumption of pseudo-static acceleration forces which represent the inertial forces from the superstructure and those in the ground. The components of the classic tripartite bearing capacity equation in DIN 4017 are provided with suitable reduction factors for this purpose. Results from recent numerical studies are compiled. An alternative representation is a dome-shaped 3-D bearing strength surface in terms of combinations of vertical load, horizontal load, and bending moment that lead to failure. The equation in the DIN can also be converted into such a surface. 3-D surfaces are compared and evaluated for the case of a purely cohesive and a cohesionless soil. A widely used FEM code with a Mohr-Coulomb constitutive model is then applied to numerically capture for typical configurations the effects of load inclination and eccentricity as well as of the inertial forces in the soil. The suitability of the FEM as a robust calculation means is confirmed, provided that all modelling details are adequately considered. The influence of the dilation angle is discussed separately. It is shown that the extended bearing capacity equation is particularly suitable for the application in design, and also offers the advantage of a steady transition from the static to the seismic loading case.

Der Einsatz von Rammsonden zur Abschätzung der Lagerungsdichte von nichtbindigen Böden ist in Deutschland sehr verbreitet. Die zugehörigen empirischen Korrelationen aus der inzwischen zurückgezogenen DIN 4094-3 wurden teils in die DIN EN 1997-2 und teils in die DIN 4094-2 übernommen. Die Abhängigkeit der Schlagzahl von der Tiefe und somit vom Spannungsniveau wird dabei nicht explizit berücksichtigt und es wird lediglich zwischen Situationen über und im Grundwasser unterschieden. Der Einfluss des Überlagerungsdrucks wird auch bei den Drucksondierungen nicht berücksichtigt. Bedingt durch die verfeinerte Instrumentierung und die damit verbundene Möglichkeit einer differenzierteren Charakterisierung des Baugrunds gewinnen Drucksondierungen zunehmend an Bedeutung, so dass für diesen Sondierungstyp der Fundus von Korrelationen in der internationalen Fachliteratur groß ist. Im Rahmen einer Vergleichsuntersuchung werden die Anwendungsgrenzen und die Zuverlässigkeit der in den Regelwerken vorgeschlagenen empirischen Beziehungen kritisch bewertet und durch neue Ansätze erweitert. Besonderes Augenmerk wird dabei auf Korrelationen zwischen den Ergebnissen der beiden Sondierungstypen gelegt.

Relative density of cohesionless soils from dynamic probe and cone penetration tests - An updated assessment of empirical relationships.
The use of dynamic probe tests for estimating the relative density of non-cohesive soils is very common in Germany. The corresponding empirical correlations given in DIN 4094 were partially incorporated into EN 1997-2 and the remaining into DIN 4094-2. The dependency of the penetration resistance on the depth and therefore on the overburden stress is not explicitly considered, and it is only distinguished among situations above and in groundwater. The effects of overburden stress are also not taken into account for the interpretation of the cone penetration test. Due to the refined instrumentation and the associated possibility of an accurate characterization of the soil stratigraphy, CPT tests became increasingly important with a number of empirical correlations being proposed in the international literature for the back analysis of the data. In the context of a comparative study, the applicability and reliability of available empirical relationships specified in the pertinent codes are critically assessed and enhanced by modern approaches. Particular attention is given to cross-correlations between the two types of sounding.

Konventionelle Berechnungen von Setzungen und Verdrehungen von Fundamentkörpern erfolgen auf der Basis von Lösungen der Elastizitätstheorie. Das Verfahren der DIN 4019 basiert auf der Annahme, dass die Verteilung der vertikalen Spannungen im Boden unabhängig vom Steifemodul und der Poissonzahl ist. Bei Böden mit unregelmäßiger Schichtung und einer steiferen oberen Schicht, wie diese bei Baugrundverbesserungsmaßnahmen auftreten kann, führen die Lösungsalgorithmen zu ungenauen Ergebnissen, die zu einer unwirtschaftlichen Bemessung führen. Der Beitrag erläutert die Hintergründe anhand eines Rechenbeispiels.

Limits of the applicability of DIN 4019 for layered soils.
Conventional calculations of settlement and rotation of foundations are based on solution of linear elasticity. It is assumed that the distribution of vertical stresses in the soil is independent of the constrained modulus and the Poisson's ratio. For soils with irregular stratigraphy and a stiffer upper layer, as this may occur after ground improvement, these solution algorithms yield inaccurate results leading to uneconomical design. The paper elucidates the background by means of a calculation example.

Im Rahmen einer Parameterstudie werden mithilfe eines gängigen Finite-Elemente-Programms Berechnungen des dynamischen Erddrucks, wie dieser typischerweise bei seismischen Anregungen auftritt, untersucht. Es wird die Methode der Wellenausbreitung herangezogen. Das betrachtete System besteht aus zwei Wänden, die linear elastischen Boden stützen. Für einen ausreichend großen Wandabstand kann mit diesem System das Verhalten einer Einzelwand approximiert werden. Die Wände weisen eine finite Biegesteifigkeit und eine Drehfeder am Wandfußauflager auf. Zunächst werden die Berechnungen für den Grenzfall einer verschwindend kleinen Frequenz (pseudostatischer Fall) durchgeführt. Es folgen Analysen des frequenzabhängigen Verhaltens bei zeitharmonischer Anregung der Schichtunterlage. Details zur Modellierung und zur Diskretisierung des Systems, zur Wahl der Parameter für die Dämpfung des Bodens sowie zur Aufarbeitung der Ergebnisse der Zeitbereichsberechnungen werden angegeben. Numerische Ergebnisse werden anhand von Angaben in der Literatur verifiziert. Der Einfluss der Bodenschichtung wird ebenfalls untersucht.

Dynamic earth pressure on rigid and flexible walls by wave solutions: numerical intercomparisons for homogeneous and layered soil profiles
. In the frame of a parametric study numerical analyses of the dynamic earth pressure, as this typically occurs during seismic excitation, are carried out using a well-established finite element code. The wave propagation approach is adopted. The system considered consists of two walls that support linear elastic soil. For a sufficiently large wall distance this system may approximate the behaviour of a single wall. The walls have a finite bending stiffness and a rotational spring at the wall base. The calculations are first performed for the limiting case of a vanishingly small frequency (pseudostatic case). Analyses of the frequency-dependent behaviour during time-harmonic excitation of the base layer follow. Details are given on the system modelling, on the discretization scheme, on the proper selection of the soil damping parameters as well as on the processing of the results obtained by the time-domain calculations. Numerical results are verified by published data. The influence of the soil layering is also investigated.

Die seismische Auslegung von unterirdischen Bauwerken wird durch Verformung des Bodens und die Boden-Bauwerk-Interaktion gesteuert, wobei die kinematischen Effekte gegenüber den Trägheitseffekten dominieren. Verfügbare Methoden der numerischen Berechnung für die 2D-Antwort in Querrichtung werden für eine Fallstudie, welche die Stationen und die Tunnelröhren einer U-Bahnlinie in einem Erdbebengebiet betrifft, angewandt. Zwei Kontinuum-Ansätze werden betrachtet: a) dynamische Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich und b) quasi-statische Methode. Schnittkräfte in den Bauwerken werden für ein typisches Erdbeben bestimmt, sie werden gegenübergestellt und mit Ergebnissen aus der statischen Berechnung der Baugrube und der Tunnelröhren verglichen.

Case study on the seismic design of the stations and the tunnels of a subway line in soft ground
The seismic design of underground structures is controlled by ground deformation and soil-structure interaction, whereby kinematic effects dominate over inertia effects. Available methods of numerical analysis for the 2D response in the transverse direction are applied for a case study referring to the stations and the inter-station tunnels of a metro-line in a seismic region. Two continuum approaches are considered: a) time-domain dynamic finite-element and b) quasi-static analyses. Sectional forces are determined for a typical earthquake shaking. They are compared against each other and to those obtained from the static design of the excavation support.

Für den Nachweis der Verformbarkeit mineralischer Deponieabdichtungen werden Angaben zu den Grenzzugdehnungen benötigt. Biegeversuche stellen eine praxisnahe Alternative zur indirekten Ermittlung dieser Werte dar. Zwei Tone wurden diesbezüglich untersucht. Zum Einsatz kamen Drei- und Vier-Punkt-Versuche sowie Versuche mit einer flächigen Belastung. Die Rückrechnung der Dehnungen aus den Durchbiegungen erfolgt anhand eines FEM-Modells des Balkens als Kontinuum und ein Vergleich mit gängigen Methoden der Balkentheorie wird vorgenommen. Die Ergebnisse werden dann für den Nachweis der Verformbarkeit einer multifunktionalen Abdichtung eines Deponie-auf-Deponie-Systems verwendet. Die Beanspruchungen im Deponiekörper werden ebenfalls mittels der FEM bestimmt. Die bodenmechanischen Eingangsparameter werden aus der Auswertung von In-situ Messungen hergeleitet. Der Beitrag beschreibt die Versuchstechnik, die experimentellen Ergebnisse, die Auswertungsprozedur sowie die einzelnen Schritte der Nachweisführung.

Bending tests on two clays and deformability verification for a multifunctional landfill liner.
Bending tests provide a practical alternative for the indirect determination of the limit tensile strains in clayey soils as required in the deformability check of compacted clay liner (CCL) in landfills. Two clays were examined in this regard. Three- and four-point tests as well as tests with uniform loading have been performed. The back-calculation of the strains from the deflection is accomplished on the basis of a FEM model by considering the beam as continuum, and a comparison with conventional methods based on beam theory is carried out. The results are then applied to verify the deformability of a multifunctional sealing layer within a landfill-over-landfill system. The strains in the landfill are also determined via the FEM. The soil mechanical input parameters are derived from the evaluation of in-situ measurements. The paper describes the experimental techniques, the test results, the data interpretation procedure, and the individual steps of the verification.

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Die vorgenommene Neueinschätzung der Erdbebengefährdung für Deutschland im Rahmen der Erstellung des neuen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1998-1 gab den Anlass, die in der geltenden DIN EN 1998-5 angegebene Nachweisführung zur Bodenverflüssigung zu bewerten und zu aktualisieren. In diesem Zusammenhang wurde für Gebiete mittlerer Seismizität ein leicht handhabbares Nachweisverfahren entwickelt, welches den aktuellen Stand der Technik berücksichtigt. Es basiert auf Ergebnissen von Drucksondierungen am Standort und erlaubt eine direkte Aussage zur potenziellen Gefährdung infolge Verflüssigung. Das Verfahren ist Bestandteil des neuen Nationalen Anhangs zu DIN EN 1998-5.

Approximate method for verification against ground liquefaction in regions of medium seismicity according to DIN EN 1998-5/NA:2021
The re-assessment of the earthquake hazard for Germany as part of the preparation of the new National Annex to DIN EN 1998-1 gave the reason to evaluate and update the verification against soil liquefaction specified in the applicable DIN EN 1998-5. In this context, an easy-to-use calculation method was developed for regions of medium seismicity, which takes into account the current state of the art. It is based on the results of cone penetration tests at the site and allows a direct determination of the potential liquefaction hazard. The procedure is part of the new National Annex to DIN EN 1998-5.

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Es wird der Unterschied bei der Vorspannung gegen Torsion zwischen geradem und gekrümmtem Träger aufgezeigt. Es wird erläutert, daß beim gekrümmten Träger bei querkrafttreuer Vorspannung gegen Torsion stets ein Biegemoment erzeugt wird und darauf hingewiesen, daß beim Vorspannen gegen Torsion durch horizontale Umlenkkräfte die beim geraden Träger übliche Deutung als Eigenspannungszustand nicht möglich ist.

Konstruktion und Bauausführung einer Fussgängerbrücke mit einem kreisförmig gekrümmten Rampenbauwerk an einer Widerlagerseite.

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Der vorliegende Bericht ist eine vergleichende Studie der nationalen Erdbebennormen in Europa für Wohnbauten, die aus tragenden unbewehrten Mauerwerkswänden und Massivdecken bestehen. Diese Bauweise repräsentiert einen bauwirtschaftlich sehr bedeutenden Teil des Bauvolumens in Ländern geringer Seismizität wie Deutschland, Österreich, Schweiz und Frankreich.
Die Untersuchung wurde mit den zur Zeit gültigen Erdbebennormen aus Albanien, Bulgarien, Deutschland, Frankreich, Griechenland, Italien, Österreich, Portugal, Rumänien, Schweiz, Slowenien, Spanien, Türkei und (Rest-)Jugoslawien durchgeführt. Die Besonderheiten der seismischen Normen dieser Länder sowie des Eurocode 8 (EC 8) - Ähnlichkeiten sowie Differenzen - werden erörtert. Die Untersuchung zeigt bemerkenswerte Unterschiede in der Wahl und Größe der Entwurfsparameter, die in die Erdbebenberechnung eingehen.
Ziel dieser Studie ist, den heutigen Zustand der Normenwerke in Europa zu veranschaulichen, die Schwierigkeiten solcher Vergleiche aufzuzeigen und indirekt die Harmonisierung nicht nur der Erdbebensondern auch der Mauerwerksnormen innerhalb der europäischen Länder zu unterstützen.

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Groutverbindungen stellen ein zentrales Element von Offshore-Monopilegründungen dar. Die sichere Vermeidung von Schäden in der Betriebsphase ist über die Gefahrenabwehr hinaus auch von großem wirtschaftlichem Interesse. In diesem Beitrag wird auf wesentliche Aspekte des Lastabtrags eingegangen, deren numerische Analyse Entscheidungshilfen bei Entwurf und Auslegung entsprechender Konstruktionen liefern kann. Dabei wird auf Erfahrungen aus der Ausführungsplanung mehrerer in der Realisierungsphase befindlicher Projekte zurückgegriffen. Bei Konstruktionsformen ohne Schubrippen erfolgt die Momentenübertragung zwischen Transition Piece und Monopile über eine großräumige Schalentragwirkung, die mit vergleichsweise großen Relativverdrehungen der beteiligten Rohre einhergeht. Dabei treten jedoch kleinräumige Spannungskonzentrationen auf, die sich erst durch eine detaillierte Modellierung genauer erfassen lassen. Die unter gleichzeitiger Vertikal- und Biegebeanspruchung auch im Modell anzutreffenden Setzungen können durch die Ausbildung einer konischen Geometrie begrenzt werden. Bei der Einbeziehung von Schubrippen treten als Folge der Interaktion globaler und lokaler Effekte erhöhte Belastungen an den äußeren Schubrippen auf.

Structural behaviour of grouted connections for monopile foundations of offshore wind turbines.
Grouted connections are a central element of offshore monopile foundations. Reliable avoidance of damages during the operation stage is not only important for the prevention of hazards but also of strong economic interest. This article discusses the primary load bearing mechanisms. The numerical analysis of these mechanisms can provide decision guidance for the design and dimensioning of respective structures. This article draws on the experience with the detailed designs of several projects in the realisation phase. Connections without shear keys apply large-scale shell actions for the transfer of the bending moment between the transition piece and monopile. This goes along with comparatively large relative rotation between the two involved tubes. Only a very detailed model detects distinctive stress concentrations. The settlement observed under coexisting vertical force and bending moment can be limited by a conical geometry of the connection. By introducing shear keys, increased loads are observed for the outward positions due to the interaction of global and local effects.