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J. Stadler:
"Analyse des Tragverhaltens vorgespannter Anker unter Verwendung des Federmodells";
Supervisor: A. Kainrath, D. Adam, K. Breit; Institut für Geotechnik, 2012.

Over the past few decades the prestressed anchor (ground anchor) has evolved to become a frequently used special foundation engineering method world wide. Thus, large tensile forces can be transferred into the ground. Where once gravity wall were necessary, today the
prestressed anchor providing low-displacements of structures can be used. These are characterised by the particularly low need of material and no disturbing bracing in excavation pits.
The advantages of prestressed anchors between these conventional construction methods are efficient building projekts without disturbing bracings in the excavation bit, however to be
necessary a exact technical analysis for their bearing behaviour and the structural behaviour.
The prestressed anchor (ground anchor) basically consists of three main parts: the anchor head, the steel tendon and the grout body. Commonly, the part of the steel tendon is a prestressing steel, which finds itself freely moveable in the longitudinal direction between the anchor head and the grout body and is prestressed (pulled) after the grout body becomes solidified. The tension in the anchor, which is generated in this manner actively joins the structural element (retaining wall) anchored to the ground. The prestressed anchor becomes effective by the prestressing process and requires little additional deformations for mobilization of retaining forces.

In practice are misunderstandings between prestressed anchors and no prestressed anchors by the structural behaviour very often. This thesis analyse the bearing behaviour of prestressed
anchors. The aim was basic rules for the structural behaviour and the response of external forces.

The first part of the Master thesis addresses the definition of terms, the setup, the installation of anchors and anchor tests. This part deals with the specific features, as well as differences to
other construction techniques such as nails and micropiles.

The main part of the thesis deals with the analysis of the structural behaviour of the prestressed anchor. The effect of this prestress will be analysed using a each parallel spring system.
The anchor and the soil will be represented as a single spring, and the response to external forces will be determined. The idea of this method is taken from the steel engineering, where
it is used for prestressed bolted connections. The main problem is the determine of the spring constant of the soil for vertical or for horizontal inclined prestressed anchors. An analytical
method can be derived for the vertical prestressed anchor, which starts from the known equations of direct and indirect analysis of settlements. Determining the spring constant of the
ground for a horizontally prestressed anchor is based on FE-calculations.

The purpose of this Master thesis is to present an objective method of assessing the impact of external load changes on the anchor forces. The effects of the tendon (steel bar, strand), the anchor plate (size and shape), the length of the anchor and retaining structure (soft or stiff) are incorporated into the process and form the basis for the assessment of the structural behaviour
of prestressed anchors.

Vorgespannte Anker (Verpressanker) haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einem weltweit sehr häufig eingesetzten Spezialtiefbauverfahren entwickelt. Mit ihrer Hilfe können große
Zugkräfte in den Untergrund eingeleitet werden. Dort wo früher (Schwer)Gewichtskonstruktionen für Widerlager oder Aussteifungen in Baugruben notwendig waren, werden heute vorgespannte Anker für verformungsarme Konstruktionen eingesetzt. Diese zeichnen
sich vor allem durch wenig Materialverbrauch und keine störenden Aussteifungen in Baugruben aus. Die Vorteile von vorgespannten Ankern gegenüber diesen konventionellen Bauweisen können zu einer wirtschaftlich optimalen Durchführung von Bauvorhaben führen, insbesondere weil eine offene Baugrube ohne Behinderungen zur Verfügung steht, jedoch muss die Wirkungsweise und das Tragverhalten von Ankern, technisch sehr genau betrachtet werden.

Der vorgespannte Anker (Verpressanker) besteht grundsätzlich aus drei Hauptteilen, dem Ankerkopf, dem Stahlzugglied und dem Verpresskörper. Das Stahlzugglied ist meist ein Spannstahl, der in Längsrichtung zwischen dem Ankerkopf und dem Verpresskörper frei beweglich
ist und nach dem Erhärten des Verpresskörpers vorgespannt (gezogen) wird. Die so erzeugte Zugkraft im Anker verbindet aktiv den verankerten Bauteil mit dem Erdkörper. Ein vorgespannter Anker wird durch das Vorspannen wirksam und benötigt kaum zusätzliche Verfor-
mungen zur Mobilisierung der rückhaltenden Kräfte.

In der Praxis herrschen oft Missverständnisse zwischen vorgespannten und schlaffen Ankern, in Bezug auf das Tragverhalten. Diese Arbeit hat das Ziel, die Wirkungsweise vorgespannter Anker detailliert zu analysieren, um grundlegende Aussagen über das Verhalten des vorge-
spannten Ankers in Abhängigkeit des Untergrundes, der Einflüsse zusätzlicher Lasten und des Ankermodells zu treffen.

Der erste allgemeine Teil der Diplomarbeit behandelt die Begriffsdefinitionen, Konstruktion, Ausführung und die Ankerprüfung. Es wird auf Besonderheiten und Unterschiede zu anderen
Bauverfahren wie Mikropfähle und Nägel detailliert eingegangen.

Der Hauptteil befasst sich mit der Analyse des Tragverhaltens vorgespannter Anker. Die Wirkungsweise der Vorspannung wird anhand eines parallel geschalteten Federsystems analysiert. Dabei wird der Anker und der Boden als Feder dargestellt und die Reaktion auf äußere
Krafteinflüsse bestimmt. Die Idee zu diesem Verfahren stammt aus dem Stahlbau und wird dort bei vorgespannten Schraubenverbindungen (Vorspanndreieck) eingesetzt. Das Hauptproblem besteht in der Bestimmung der Federkonstante des Bodens für vertikale oder hori-
zontale vorgespannte Anker. Für vertikale vorgespannte Anker wird in dieser Arbeit ein analytisches Verfahren hergeleitet, welches von den bekannten Gleichungen der direkten oder indirekten Setzungsberechnung ausgeht. Die Bestimmung einer Federkonstante des Bodens
für einen horizontal vorgespannten Anker erfolgt anhand von FE-Berechnungen.

Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist es, ein Modell zu entwickeln, das die Beurteilung des Einflusses äußerer Laständerungen auf die Ankerkräfte ermöglicht. Die Auswirkungen des Zuggliedes (Stabstahl, Litze), der Ankerplatte (Größe und Form), der Ankerlänge und der
Verbauart (weich oder steif) fließen in das Modell ein und bilden die Grundlage zur Abschätzung des Tragverhaltens vorgespannter Anker.

Anker, Vorspannen, vorgespannt, Federmodell, analytisches Modell