620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Es werden die Verzweigungslasten von Kreisringen, die auf der Außenseite elastisch gebettet sind, nach der klassischen Stabilitätstheorie ermittelt und das Verhalten im überkritischen Bereich untersucht. Im Hinblick auf praktische Anwendungen werden sowohl Kreisringe mit Momentengelenken bzw. Momentenfedergelenken als auch biegesteife Ringe betrachtet. Als Ergebnisse werden die kritischen Lasten mitgeteilt und Hinweise für ihre Anwendung bei der Berechnung von Tunnelauskleidungen und unterirdischen Behältern gegeben.
Das Stabilitätsproblem eines radial elastisch gebetteten Kreisringes unter gleichmäßiger Temperaturerhöhung wird mit der klassischen Stabilitätstheorie einer geometrisch nichtlinearen Theorie und durch Versuche untersucht. Die Ergebnisse für die kritische Temperatur, das Verhalten im überkritischen Bereich und den Einfluss von Vorverformungen werden in Diagrammen in Abhängigkeit von den Steifigkeitsparametern angegeben. In Versuchen mit starr und elastisch gebetteten Hostaphan-Ringen werden die Vorverformungen systematisch variiert.
Für elastisch gebettete, kreiszylindrische Konstruktionen wird im Fall getrennter Belastungs- und Bettungswirkung das Last-Verschiebungsverhalten analysiert. Es zeigt sich, dass das System eine Grenzlast hat, nach deren Überschreitung die aufnehmbare Belastung absinkt. Für Anwendungsfälle in der Praxis und zur Auswertung von Modell- und Großversuchen wird ein Diagramm für die Ermittlung der Grenzlasten angegeben. Die untersuchten Bereiche des Steifigkeitsparameters ß und des Konstruktionsparameters k* umfasst Anwendungen wie Tunnelwandungen, Rohre und Rohrauskleidungen aus PVC und Polyethylen sowie Durchlässe aus kalt gewellten und kalt gebogenen Stahlblechen. Es wird die Gültigkeit des gewählten, linear elastischen Stoffgesetzes der Konstruktion abgegrenzt. Beim Erddruckproblem kann die Last- und Bettungswirkung nicht mehr voneinander getrennt werden. Hierfür werden Versuche und rechnerische Ansätze dargestellt, die einen Einblick in das Verhalten der Konstruktion bei Laststeigerung ermöglichen. Unter idealisierten Voraussetzungen existiert im überkritischen Bereich des zunächst mehrwelligen Beulproblems ein weiterer Indifferenzpunkt und eine einwellige Beulform.
Bedingt durch die zunehmende Mächtigkeit des Wasser führenden Deckgebirges wird bei neueren Schachtbauten der innere Ausbau als Verbundkonstruktion ausgeführt (Voerde, Sophia Jacoba 8): Ein Stahl- oder Gusseisenliner wird von einem dickwandigen Betonmantel mit außen liegendem, wasserdicht verschweißten Stahlmantel umschlossen. Die Verbundkonstruktion wird durch mit der Teufe anwachsende Druckkräfte beansprucht, die einen besonderen Stabilitätsnachweis des relativ dünnwandigen Liners verlangen. Es werden die Durchschlaglasten für unverankerte und verankerte Liner in Abhängigkeit vom Radius-/Wanddickenverhältnis angegeben. Die bei der Berechnung zu berücksichtigenden Imperfektionen, die Grenzwerte für die Annahme einer starren Bettung und weitere Gültigkeitsgrenzen für die Durchschlagslasten werden erläutert und Rechenverfahren für die Praxis aufbereitet.
Schadhafte Abwasserkanäle und -leitungen können durch Einziehen eines flexiblen Liners oder durch Teilauskleidung mit Platten saniert werden. Der Ringraum zwischen Rohr und Liner wird häufig mit Dämmer verfüllt. Die Standsicherheit muss für die Lebensdauer des sanierten Bauwerks unter den während der Sanierungsarbeiten und beim Betrieb des Abwasserkanals herrschenden Bedingungen gewährleistet sein. Das bedeutet, dass konservative Annahmen bezüglich des System- und Belastungsverhaltens zu treffen sind. Für einige wichtige Lastfälle (hydrostatischer Druck mit Auftrieb, Eigenlasten, Temperaturänderungen usw.) werden Lösungsansätze diskutiert und Durchschlagbeiwerte alpha D angegeben. Von besonderer Bedeutung für die Sicherheitsnachweise ist der richtige Ansatz der Vorverformungen: Sie müssen sowohl die Verformungen des Kanals repräsentieren als auch stabilitätstheoretischen Erkenntnissen entsprechen.
Während über die Erfassung und Bewertung des Bauzustands kleinformatiger Abwasserkanäle inzwischen umfangreich berichtet wurde, liegen über begehbare Kanäle nur wenige Veröffentlichungen vor. Als Teil einer umfassenden Bestandsaufnahme werden Methoden vorgestellt, wie bei Mauerwerkskanälen die Bauzustandserfassung durch Begehungen und ergänzende Untersuchungen erfolgen kann. Ferner werden Verfahren zur Bewertung des Kanalmilieus, der Baustoffverhältnisse und insbesondere der statischen Tragfähigkeit aufgezeigt. Diese Methoden sind teilweise auf begehbare Kanäle aus anderen Baustoffen übertragbar.
Das Stabilitätsproblem eines radial elastisch gebetteten Kreisringes unter gleichmäßiger Temperaturerhöhung wird mit der klassischen Stabilitätstheorie einer geometrisch nichtlinearen Theorie und durch Versuche untersucht. Die Ergebnisse für die kritische Temperatur, das Verhalten im überkritischen Bereich und den Einfluss von Vorverformungen werden in Diagrammen in Abhängigkeit von den Steifigkeitsparametern angegeben.
Im Rahmen eines USA-Praxissemesters der erstgenannten Autorin an der Tulane University in New Orleans wurden im Jahr 1995 in Zusammenarbeit mit Pipe Liners, Inc. Außendruckversuche an PE-HD-Linern durchgeführt. Bei diesen Versuchen sollte der maximale Beuldruck unter Variation von Randbedingungen des Liners im Altrohr (hier: Längsversatz und Ovalisierung) ermittelt werden. Außerdem war die Ermittlung des Zeitstandverhaltens der mit konstantem Außendruck beaufschlagten Versuchskörper ein wichtiges Versuchsziel. Die experimentellen Ergebnisse werden unter Verwendung der vom Zweitverfasser entwickelten nichtlinearen Theorie ausgewertet.
Konstruktionen aus dem Werkstoff PE-HD haben sich in besonderer Weise für den Einbau in einer Deponie bewährt. Zur Berücksichtigung der Einflüsse während des Betriebs wie Wärmeentwicklung, Chemikalieneinwirkung und hohe Belastungen ist eine sichere Dimensionierung mit analytischen und numerischen Verfahren möglich (Merkblatt ATV-M 127-1 und Finite Element Methode). Im Anschlussbereich Schachtmantel/-boden und Speicherrohr/Kopfschacht sind analytische Modelle auf der Grundlage der Schalentheorie zur Beurteilung von Randbedingungen vorteilhaft. Ferner liefern sie bei Anwendung der FEM Informationen für die an solchen Stellen er-forderliche Elementverfeinerung. Mit analytischen Verfahren lassen sich die relevanten Ein-flüsse von Imperfektionen der Konstruktion und von Grenzzuständen im Boden auf das Trag-verhalten systematisch aufzeigen. Bei zutreffender Modellierung kann das Tragverhalten von Rohren und Schächten in Deponien mit der Finite Element Methode gut angenähert werden. So muss mit geeigneten Schalenelementen der Einfluss von Schubverformungen erfasst werden. Bei Mitnahme des Bodens im Modell müssen Zugspannungen ausgeschlossen und die Schubspannungen im Boden be-grenzt werden. Bei profilierten Querschnitten ist eine Untersuchung der in Rohr- und Schachtanschlüssen auftretenden Spannungen von besonderer Bedeutung - die Schnittgrößen müssen in den inneren Wandaufbau verfolgt werden. Messprogramme an ausgeführten Bauwerken sind erfor-derlich, um die verwendeten Rechenmodelle weiter abzusichern.