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Bauingenieur - Ausgabe 11-2019, S. 436-450

Bemessung von beulgefährdeten Druckschachtpanzerungen unter Außendruck – Teil 2: Ringversteifte Stahlrohre

Bei der statisch konstruktiven Auslegung der stählernen Druckschachtpanzerungen von Triebwasserwegen wird mitunter nicht die Innendruckbelastung maßgebend, sondern die Außendruckbelastung infolge Bergwasserdruck. Dieser führt im Revisionsfall bei entleerter Druckrohrleitung zu einer hohen Beulgefährdung, bedingt durch die ausgeführten großen Rohrschlankheiten. Nachdem Teil 1 dieses Beitrages die praktische Bemessung unter Außendruck von unversteiften Stahlrohren behandelte, geht nun der Teil 2 auf den häufigeren Ausführungsfall der ringversteiften Stahlrohre ein.
Einleitend wird wieder das in der Praxis übliche Bemessungsmodell dargestellt, mit globaler Betrachtung des Beulens des Ringes mit dazwischenliegendem Rohr sowie der isolierten Beulbetrachtung der Zylinderschale zwischen den Ringen. Danach werden die Ergebnisse einer umfangreichen numerischen Traglaststudie (FEA) für repräsentative Anwendungsbeispiele, mit zusätzlicher Variation des Ringabstandes, gezeigt. Der Ergebnisvergleich des aufnehmbaren Außendrucks pFEA mit der aktuellen Vorgehensweise deutet – trotz erheblichem Berechnungsaufwand – auf Defizite in der Treffsicherheit. Es wird deshalb ein einfacheres, neues Berechnungsmodell für ringversteifte Stahlrohre und die Hintergründe zu dessen Kalibrierung vorgestellt sowie auch die Treffsicherheit im Vergleich zur numerischen Traglastberechnung gezeigt.

Buckling design of steel liners under external pressure – part 2: steel pipes with ring stiffeners

For the design of steel liners sometimes the case of external pressure is relevant, due to water pressure in the rock mass. In the cases of inspection with empty pipe the steel liner is susceptible to shell buckling, due to high slenderness of the steel pipe. After part 1 of this contribution showed the design due to external pressure for unstiffened steel pipes, this part 2 presents the design procedure for the more common cases of steel pipes with additional external rings stiffeners. First the design model in practice is presented, with two separate verifications, i) buckling of the ring, including the pipe, ii) isolated shell buckling of the pipe between two ring stiffeners. Then the results of a comprehensive numerical FE–study for representative practical cases are shown (critical external pressure pFEA), including a variation of the distance between stiffeners. The comparison of the critical external pressure shows shortcomings of the design procedure.
At the end a new design model for steel pipes with ring stiffeners is presented. Also the background and the accuracy of this design model, compared with the FE–study, is shown.

Autor(en):
H. Unterweger, A. Ecker

Der vollständige Beitrag ist erschienen in:
Bauingenieur 11-2019, Seite 436-450
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