In den folgenden Kapiteln werden die verschiedenen Berechnungsverfahren für biegeweiche Rohre näher dargestellt und erläutert. Zunächst wird mit beiden analytischen Berechnungsverfahren ein Beispiel berechnet, bei dem die Überdeckungshöhe der biegeweichen Rohre von 0,5m bis 15m variiert. Die Ergebnisse werden anschließend mit dem FEM-Programm „Plaxis“ nachgeprüft. Die Ergebnisse aus den beiden analytischen Berechnungsverfahren werden mit den Ergebnissen aus „ PLAXIS“ verglichen. Die dabei auftretenden Abweichungen werden anschließend näher analysiert. Zum Schluss werden Parameterstudien mit Variation der Rohrsteifigkeit (d.h. der Wanddicke und des Rohraußendurchmessers) sowie der Bodenart und –steifigkeit durchgeführt, wobei jeweils die Überdeckungshöhe wiederum von 0,5m bis 15m variiert. Die Ergebnisse werden tabellarisch und graphisch zusammengefasst und ausgewertet. Aus diesen ausgewerteten Ergebnissen wird deutlich, welches Berechnungsverfahren für eine bestimmte Situation am Besten geeignet ist.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Vorgehensweise
2. Statische Berechnung nach ATV-DVWK-A 127
2.1 Boden- und Verfüllungsmaterialkennwerte
2.2 Verformungsmodul
2.3 Rohrwerkstoffkennwerte und Rohrabmessung
2.4 Lastfälle
2.5 Verlegung- und Einbaubedingungen
2.5.1 Relative Ausladung a
2.5.2 Überschüttungsbedingung
2.5.3 Erddruckverhältnisse K1 und Wandreibungswinkel δ
2.5.4 Einbettungsbedingung
2.5.5 Erddruckverhältnisse K2
2.6 Lastaufteilung
2.6.1 Umlagerung der Bodenspannungen
2.6.2 Mittlere vertikale Spannung
2.6.3 Konzentrationsfaktor
2.6.4 Steifigkeitsverhältnis VS
2.6.5 Systemsteifigkeit VRB
2.6.6 c-Verformungsbeiwerte
2.6.7 Einfluss der relativen Grabenbereite
2.6.8 Grenzwerten der Konzentrationsfaktoren
2.7 Duckverteilung am Rohrumfang
2.7.1 Vertikalen Druck
2.7.2 Seitendruck (horizontaler Druck)
2.8 Schnittkräfte, Spannungen, Dehnungen, Verformungen
2.9 Bemessung
3. Statische Berechnung mit der „IOWA-Gleichung“
3.1 Lastfaktor
3.2 Rohrsteifigkeitsfaktor
3.3 Bodensteifigkeitsfaktor
3.4 Bemessung
4. Berechnungen mit der FEM-Programm „PLAXIS“
4.1 Verwendete Geometrie und FEM-Netz
4.2 Verwendetes Stoffgesetz
4.2.1 Mohr-Coulomb-Modell
4.2.2 Hardening-Stoff-Modell
4.3 Definition der Berechnungsphasen
4.4 Einfluss der Grabenbreite
4.5 Einfluss der Scherfestigkeit des Interface Rinter
5. Vergleichsberechnung
5.1 Parameter für die Berechnung nach ATV-DVWK-A 127
5.2 Parameter für Berechnung mit der IOWA-Gleichung
5.3 Parameter für FEM-Berechnung
5.4 Vergleichung der Ergebnisse
6. Parameterstudie
6.1 Einfluss der Rohrwanddicke
6.2 Einfluss des Rohrdurchmessers
6.3 Einfluss von der Bodenart- bzw. steifigkeit
7. Zusammenfassung
8. Formelzeichentabellen
9. Tabellen- und Bildensverzeichnisse
10. Literaturverzeichnis
11. Anhangen
11.1 Anhang1:Tabellen zur statischen Berechnung nach ATV
11.2 Anhang 2: Berechnungsergebnisse
11.3 Anhang 3: Anlagenlist
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Studienarbeit verfolgt das Ziel, verschiedene Berechnungsverfahren für biegeweiche erdverlegte Rohre zu vergleichen, um deren Genauigkeit und Eignung unter verschiedenen Randbedingungen zu bewerten.
- Vergleich analytischer Verfahren (ATV-DVWK-A 127, IOWA-Gleichung) mit numerischen Methoden (FEM)
- Untersuchung des Einflusses der Überdeckungshöhe auf das Verformungsverhalten
- Analyse der Rohrsteifigkeit durch Variation von Wanddicke und Durchmesser
- Bewertung des Einflusses der Bodensteifigkeit und Bodenart
- Ermittlung der Abweichungen zwischen den Verfahren in Abhängigkeit der Parameter
Auszug aus dem Buch
1.1 Problemstellung
Nach ihrem Verformungsverhalten werden erdverlegte Rohre in biegeweiche Rohre und steife Rohre unterschieden. Bei den erdverlegten biegeweichen Rohren werden nicht nur die Lasten des Bodens und die darauf einwirkenden Lasten auf die Rohre betrachtet, sondern auch die Abstützungswirkung des Bodens und die Interaktion zwischen Boden und Rohr für das Strukturverhalten des Rohres mitberücksichtigt.
Die Biegbeanspruchung und die Durchmesseränderung bzw. die Interaktion zwischen Boden und Rohr wird durch folgende Einflüsse bestimmt:
- Rohr- und Grabenabmessungen
- Art und Größe der Belastungen
- Rohr– und Bodenmaterialverhalten
Es gibt unterschiedliche Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Biegebeanspruchung und der Durchmesseränderungen infolge Ovalisierung. In Deutschland wird in der Regel das Berechnungsverfahren nach ATV-DVWK-Arbeitsblatt A 127 geführt. Das in den USA entwickelte Berechnungsverfahren basiert auf der IOWA-Gleichung, wobei man die Berechnungsverfahren mit konstantem Bodenverformungsmodul und mit spannungsabhängigem Bodenverformungsmodul unterscheiden kann. Bei den vereinfachten Berechnungsverfahren liegen zahlreiche Idealisierungen vor, die aus umfangreichen Untersuchungen und bisherigen Kenntnissen resultieren. Dabei wird von stark vereinfachenden Annahmen zum Spannungszustand, zum Bodenmaterialverhalten und zur Steifigkeit des Boden-Rohr-Systems ausgegangen. In manchen Situationen können starke Abweichungen der Ergebnisse aufgrund solcher vereinfachten Annahmen entstehen. Im Hinblick auf eine wirtschaftliche und sichere Bauweise sollte man wissen, wie groß die Abweichung bei bestimmten Situationen ist und welchen Einfluss die Parameter auf die Abweichungen der Ergebnisse haben.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung beschreibt die Problemstellung der Interaktion von biegeweichen Rohren mit dem Boden und die Zielsetzung des Vergleichs verschiedener Berechnungsverfahren.
2. Statische Berechnung nach ATV-DVWK-A 127: Dieses Kapitel erläutert das deutsche Regelwerk zur Bemessung von erdverlegten Leitungen, inklusive der Bodenkennwerte und der Lastaufteilung.
3. Statische Berechnung mit der „IOWA-Gleichung“: Hier wird das in den USA entwickelte Verfahren basierend auf der IOWA-Gleichung zur Ermittlung der Durchmesseränderung vorgestellt.
4. Berechnungen mit der FEM-Programm „PLAXIS“: Dieses Kapitel beschreibt die Anwendung der Finite-Element-Methode zur numerischen Nachprüfung der analytischen Ergebnisse.
5. Vergleichsberechnung: Die verschiedenen Verfahren werden an einem konkreten Berechnungsbeispiel unter einheitlichen Randbedingungen gegenübergestellt.
6. Parameterstudie: Hier erfolgt eine detaillierte Untersuchung der Einflüsse von Rohrwanddicke, Durchmesser sowie Bodenart auf die Ergebnisse.
7. Zusammenfassung: Dieses Kapitel fasst die gewonnenen Erkenntnisse über die Eignung der Berechnungsverfahren unter variierenden Parametern zusammen.
Schlüsselwörter
Biegeweiche Rohre, Erdverlegung, ATV-DVWK-A 127, IOWA-Gleichung, Finite-Elemente-Methode, PLAXIS, Durchmesseränderung, Ovalisierung, Bodenverformungsmodul, Rohrsteifigkeit, Überdeckungshöhe, Spannungsabhängigkeit, Parameterstudie, Boden-Rohr-Interaktion, Bemessung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit vergleicht verschiedene analytische und numerische Verfahren zur statischen Berechnung und Bemessung biegeweicher erdverlegter Rohre.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentral sind die Boden-Rohr-Interaktion, das Verformungsverhalten der Rohre unter Erdlast sowie die Validierung analytischer Ansätze mittels Finite-Elemente-Simulationen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, die Zuverlässigkeit gängiger Berechnungsverfahren (ATV-DVWK-A 127 und IOWA) zu prüfen und deren Abweichungen in Abhängigkeit von Parametern wie Überdeckungshöhe und Rohrsteifigkeit aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden analytische Berechnungsverfahren angewandt und deren Ergebnisse mit numerischen Ergebnissen aus der Finite-Element-Software PLAXIS verglichen.
Was umfasst der Hauptteil?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung der analytischen Grundlagen, die numerische Modellierung, die vergleichende Analyse an Beispielrechnungen sowie eine umfangreiche Parameterstudie.
Welche Schlagworte charakterisieren die Studie?
Biegeweiche Rohre, Boden-Rohr-Interaktion, ATV-DVWK-A 127, IOWA-Gleichung, Finite-Elemente-Methode (FEM), Parameterstudie.
Wie unterscheidet sich die IOWA-Gleichung von der ATV-Methodik?
Die IOWA-Gleichung dient primär der Ermittlung der Durchmesseränderung, während das ATV-Verfahren ein umfassendes Regelwerk zur statischen Berechnung von Schnittkräften und zum Nachweis der Standsicherheit darstellt.
Warum wird eine Parameterstudie durchgeführt?
Die Studie ist notwendig, um zu evaluieren, wie sich Variationen in der Rohrgeometrie (Dicke, Durchmesser) und Bodenbeschaffenheit auf die Genauigkeit der verschiedenen Berechnungsverfahren auswirken.
- Quote paper
- Wei Li (Author), 2003, Vergleich verschiedener Berechnungsansätze für die Bemessung biegweicher erdverlegter Rohre, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/38034
