Bemessung

Die Berechnung von Klappen, insbesondere von Fischbauchklappen läßt sich mit hinreichender Genauigkeit auf der Basis von Stabmodellen durchführen, wie Messungen und Vergleichsrechnungen an Stauklappen gezeigt haben.

Stab-Ersatzsystem

Die nebenstehenden Bilder zeigen die Finite-Element-Modellierung einer Fischbauchklappe mit Antrieb über ein Zentralrohr.

 

Ermüdung von Stahlwasserbauten

Viele Tore (Hubtore, Stemmtore, Segmenttore etc.)   im Bereich von Wasserstraßen zeigen Ermüdungserscheinungen. Grund hierfür sind die bei Schleusungsvorgängen auftretenden hohen Beanspruchungen.  Ein Schleusentor wird mit der Bemessungslast wiederholt beansprucht, es gibt keine Reserven wie z.B. im Brückenbau, wo die maximalen Belastungen nur in Sonderfällen auftreten. Das Beanspruchungskollektiv ist ein Einstufenkollektiv. Die Anzahl der Lastwechsel ist beachtlich. Bei ca. 10 Schleusungen pro Jahr treten bei ca. 300 Betriebstagen 3000 Lastwechsel pro Jahr auf, d.h. schon nach ca. 3 Jahren (ca. 10 000 Lastwechsel) wird der Bereich der Zeitfestigkeit erreicht, der durch eine stark abfallende Ermüdungsfestigkeit gekennzeichnet ist. In Folge dieses Effektes zeigen heute viele Stahlwasserbauten Ermüdungsschäden.

 

Übersicht Hubtore der Schachtschleuse

 

Schleuse Hannover - Anderten

 

 

 

 

 

 

 

 

 Halbes Modell des Hubtores

Zur Überprüfung der Ermüdungsfestigkeit der Tore der Hindenburgschleuse Hannover-Anderten wurden Untersuchungen durchgeführt. Da bei Ermüdungs- untersuchungen die tatsächlichen lokalen Spannungsspitzen eine große Rolle spielen, diese Spannungsspitzen mit üblichen vereinfachten Berechnungen nach der Balkentheorie aber nicht entdeckt werden können, wurde bei der Untersuchung die Finite-Element-Methode verwendet.

Das Bild zeigt die Hälfte des unterwasserseitigen, symmetrischen Hubtores der Schachtschleuse. 

Die Vernetzung wurde so vorgenommen, dass die globale räumliche Tragwirkung exakt erfasst wird, die lokalen Details werden nur überschläglich modelliert. Der Ermüdungsnachweis wird dann im Anschluss daran mit Hilfe des Nennspannungskonzeptes vorgenommen, d.h. es werden die Ermüdungsfestigkeitskurven der untersuchten Details verwendet.

 

 

 

 

 

 

 

 

Detail der Modellierung

Die Anwendung des Hot-Spot-Konzeptes (Ermittlung der exakten lokalen Spannungsspitzen  mit Hilfe der FE-Methode und Ermüdungsnachweis z.B. gegen die Ermüdungsfestigkeit des Grundwerkstoffes oder einer Grundschweißnaht, hätte einen enormen Modellierungsaufwand benötigt. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vergleichsspannungen im Staublech

Das nebenstehende Bild zeigt beispielhaft die Verteilung der Vergleichsspannung in der Mittelebene des Staublechs. Es werden also nicht die Spannungen aus der Plattenwirkung, sondern nur die aus der Gurtwirkung dargestellt. Man erkennt, wie die Spannungen infolge der Gurtwirkung zur Feldmitte (links) und nach unten (wegen des Wasserdrucks) anwachsen.

Der Ermüdungsnachweis zeigte, das die rechnerische Lebensdauer einiger Details kürzer ist als die die geplante Betriebsdauer.

Mit Hilfe von kürzeren Inspektionsintervallen oder einer (ermüdungsgerechten) Verstärkung der betreffenden Details kann die rechnerische Lebensdauer verlängert werden.

 

 

 

 

 

 

Ermüdungsuntersuchungen an den Segmenten des Eidersperrwerkes

 

 

 

 

 

 

 

Segmente im Bauzustand                                   Segmente Modelliert