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Falls die betreffenden Flughafenverwaltungen keine anderen Lasten vorschreiben, kann nach [ATVA161] mit den in Tabelle 14.1.5.3 angegebenen Bemessungsflugzeugen BFZ 90 bis BFZ 750 und den entsprechenden Belastungen gerechnet werden. (Tabelle: Zuordnung der Bemessungsflugzeuge) (Bild: Bodenspannung infolge Flugzeugverkehrslasten [ATVA161])
Die maßgebenden Bodenspannungen aus Flugzeugverkehrslasten sind Bild 14.1.5.3 zu entnehmen. Die lastverteilende … |
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Neben den bereits erläuterten Erd- und Verkehrslasten sind nach ATV-A 161 [ATVA161] noch folgende Belastungen quer zur Rohrachse zu berücksichtigen (Tabelle 14.1) :
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(Tabelle: Schnittgrößenermittlung quer zur Rohrachse [ATVA161]) Kreisförmige Vortriebsrohre werden trotz einer oftmals aufgrund der Geometrie gegebenen Zugehörigkeit zu den Flächentragwerken im Rahmen der Schnittkraftermittlung nach ATV-A 161 [ATVA161] vereinfacht als Kreisringträger betrachtet. Sie stellen ein dreifach statisch unbestimmtes System … |
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Die Bemessung der Vortriebsrohre wird unter Beachtung der werkstoffspezifischen Normen und Richtlinien durchgeführt. Sowohl für den Bau- als auch den Betriebszustand müssen die zulässigen Spannungen bzw. erforderlichen Sicherheiten eingehalten werden. Die zulässigen Verformungen dürfen nicht überschritten werden. Die für den jeweiligen Rohrwerkstoff zu führenden Nachweise sind der Tabelle 14.1.8 zu entnehmen. (Tabelle: Erforderliche Nachweise [ATVA161]) |
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Die Normalspannungen, die in der Rohrwand in Ringrichtung, d.h. quer zur Rohrachse, wirken, werden mit den nach Abschnitt 14.1.7 berechneten Schnittkräften nach Formel 14.1.8.1 ermittelt zu: (Formel: Berechnung der Normalspannung in der Rohrwand in Ringrichtung) Der Korrekturfaktor für die Rohrkrümmung αK wird in Abhängigkeit vom Rohrwerkstoff nach wie folgt ermittelt:
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Bei Stahlrohren ist neben dem Spannungsnachweis die zulässige Verformung im Bau- und Betriebszustand zu ermitteln. ATV-A 161 [ATVA161] gilt bislang nicht für biegeweiche Rohre wie z.B. Kunststoff- und GFK-Rohre, kann aber für diese Werkstoffe sinngemäß angewendet werden. Die größte zulässige Verformung beträgt in Form der relativen Durchmesseränderung 3% im Allgemeinen und 2% unter Eisenbahnstrecken. Für den Verformungsnachweis biegeweicher Rohre … |
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Der Beulsicherheitsnachweis ist ebenso wie der Verformungsnachweis nur für biegeweiche Vortriebsrohre erforderlich, also Rohre, deren Verformung das Tragverhalten wesentlich beeinflusst. Der bettende Boden ist dabei in der Regel ein wesentlicher Bestandteil des Tragsystems. Der kritische Beuldruck pk wird mit den Einflüssen aus vertikaler Gesamtbelastung, maximalem Grundwasserstand und Unterdruck verglichen. Falls Gleit- und Stützmittel während des … |
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Eine mögliche Ermüdung der Vortriebsrohre unter häufigen Lastwechseln bei nicht vorwiegend ruhender Belastung, ist in einem Dauerfestigkeitsnachweis zu berücksichtigen. Dieser Nachweis ist für Rohrleitungen unter Eisenbahnverkehrslasten immer erforderlich. Unter Straßenverkehrslasten kann der Nachweis erforderlich werden. Bei Erdüberdeckungshöhen ab 1,5 m ist er in der Regel nicht erforderlich. Dabei ist nachzuweisen, dass vor allem die Schnittkräfte … |
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Die im ATV-A 161 [ATVA161] verwendeten Sicherheitsbeiwerte sind auf der Grundlage der probabilistischen Zuverlässigkeitstheorie für in offener Bauweise verlegte Rohre ermittelt worden [Fuchs84]. Dabei werden die Streuungen der Belastbarkeit der Rohre (z.B. Festigkeit, Abmessungen) und der Belastung (z.B. Bodeneigenschaften, Verkehrslasten) berücksichtigt. Diese Sicherheitsbeiwerte können näherungsweise auch für Vortriebsrohre angewendet werden.… |
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Weitere Beanspruchungen der Rohre können sich durch außerplanmäßige Abweichungen bauverfahrenstechnischer Einflussgrößen oder Werkstoffeigenschaften ergeben. Hierzu gehören insbesondere:
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(Bild: Eindringwiderstand und Reibungswiderstände)
Bei allen Verfahren des grabenlosen Leitungsbaus nach dem Prinzip des Rohrvortriebes treten in der Bauphase neben den im Abschnitt 14.1 erläuterten Belastungen quer zur Rohrachse auch Belastungen in Richtung der Rohrachse durch die verfahrensbedingte Einleitung der Vortriebskraft beim Einschieben, Einpressen, Einrammen oder Einziehen auf. Nachfolgend wird der Vortrieb durch Einschieben oder Einpressen … |
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Der Eindringwiderstand setzt sich, je nach Vortriebsverfahren (Tabelle 14.2.1), zusammen aus:
(Tabelle: Zusammensetzung des Eindringwiderstandes (PE) in Abhängigkeit des Vortriebs-/ Schildmaschinentyps) Der Schneidenwiderstand (PS) entsteht beim Einpressen der Schildschneide der Vortriebs-/ Schildmaschine in den Boden. Dabei bilden sich, je nach Bodenart, vor der Schneide grundbruchähnliche … |
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Die Stützkraft bzw. der Brustwiderstand soll größer sein als der aktive Erddruck, um Senkungen der Geländeoberfläche zu vermeiden, und kleiner sein als der passive Erddruck, um Hebungen auszuschließen (Bild 14.2.1.1) (Bild 14.2.1.1) |
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Der Reibungswiderstand bei Vortrieben bzw. Vortriebsabschnitten mit planmäßig geradliniger Linienführung ergibt sich aus der Integration der Mantelreibung über die Oberfläche der Vortriebs-/Schildmaschine und der Vortriebsrohre nach Formel 14.2.2.1 zu: (Formel: Berechnung des Reibungswiderstandes) Die Ermittlung der Mantelreibung basiert auf dem aus der Mechanik bekannten Reibungsgesetz nach Formel 14.2.2.1 : (Formel: Berechnung der Mantelreibung) |
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Bei Vortrieben bzw. Vortriebsabschnitten mit gekrümmter Linienführung entsteht zusätzlich zu den Reibungswiderständen nach Abschnitt 14.2.2.1 ein weiterer Reibungswiderstand durch die zusätzliche Belastung der Vortriebsrohre quer zur Rohrachse infolge der Führungskräfte (Abschnitt 14.1.10). Dieser zusätzliche Reibungswiderstand wird nach [Okada00] [FI-Kidoh] für stark gekrümmte Linienführungen mit Radien < 30 da über folgende empirische Formel 14.2.2.2 |
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Bei der Einleitung der Vortriebskraft durch die Press-/Hauptstation bzw. Zwischenpressstationen treten in Rohren primär axial gerichtete Normalkräfte auf, die in den … |
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Nach ATV-A 161 [ATVA161] ergibt sich die an der Press-/Hauptpressstation bzw. den Zwischenpressstation zulässige Vortriebskraft (zul V) unter Berücksichtigung der Ausmitte ihres Kraftangriffes nach Formel 14.3.1.1 zu: (Formel: Berechnung der zulässigen Vortriebskraft nach ATV-A 161 [ATVA161]) Bei γ handelt es sich gemäß dem sicherheitstheoretischen Hintergrund des ATV-A 161 [ATVA161] um einen globalen Sicherheitsbeiwert, der eventuelle Grenzwertüberschreitungen … |
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(Bild: Parabel-Rechteck-Diagramm für Beton [DINENV1992-1]) Das Verfahren zur Berechnung der aufnehmbaren Vortriebskraft nach prEN 1916 [DINprEN1916] gilt für Vortriebsrohre aus Beton, Stahlfaserbeton und Stahlbeton. Dabei wird ein nicht lineares Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Bild 14.3.1.2) verwendet, welches es ermöglicht, den Spannungs- und Kraftverlauf exakter zu ermitteln. Bedingt durch diese Annahmen und die Berücksichtigung des Sicherheitskonzeptes … |
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Die Erfahrungen mit der Anwendung der in den vorangegangenen Abschnitten erläuterten Berechnungsansätze haben gezeigt, dass diese mit Unzulänglichkeiten - insbesondere hinsichtlich der Erfassung des Steifigkeitsverhaltens des Systems bestehend aus Rohr und Druckübertragungsring - behaftet sind, die zu teilweise gravierenden Fehleinschätzungen der zulässigen Vortriebskraft führen können. Dies veranlasste die Entwicklung des nachfolgend vorgestellten … |
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(Bild: Querschnittsfunktion in Abhängigkeit von der z-Koordinate für das Berechnungsbeispiel)Um die Spannungsverteilung über den Querschnitt berechnen zu können, ist es zunächst erforderlich, für den vorgegebenen Querschnitt die Geometrie mit einer Funktion in Abhängigkeit von der Durchmesserkoordinate z entsprechend (Bild 14.3.3.1) zu beschreiben, wobei im Falle des Kreisringquerschnittes die z-Achse mit Ursprung am Außenrand des Querschnitts durch … |
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(Bild: Typisches Spannungs-/Stauchungsverhalten eines Druckübertragungsringes aus Weichholz) Das Spannungs-/Stauchungsverhalten in der Praxis eingesetzter Druckübertragungsringe ist, wie bereits erwähnt, ausgeprägt nichtlinear. Das Bild 14.3.3.2 zeigt ein typisches Spannungs-Stauchungsdiagramm für einen Druckübertragungsring aus Fichtenholz mit einer Dicke von sD = 30 mm, das den nachfolgenden Beispielrechnungen zugrunde gelegt wurde. Die Ermittlung … |
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Der Verlauf der Stauchung des Druckübertragungsringes über den Durchmesser und damit die Funktion εD(z) ist grundsätzlich in zwei Abschnitte zu unterteilen:
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Unter Verwendung des gültigen Spannungs-/ Stauchungsdiagramms (Bild 14.3.3.4) und den zugehörigen Funktionen σel(ε), σpl(ε) und σges(ε) kann jeder Verzerrungsordinate εD(z) eine Spannungsordinate σD(z) zugeordnet werden, wobei hier drei Bereiche zu unterscheiden sind: Bereich 1: |
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Multipliziert man die im Bild 14.3.3.5 ablesbare Kontaktdruckspannung σD(z) an jedem Punkt auf der z-Achse mit der im Bild 14.3.3.5 dargestellten Querschnittsbreite B(z), ergibt sich die Kontaktdruckkraft pro Längeneinheit bezüglich der z-Achse. Die Integration dieser im Bild 14.3.3.5 dargestellten Funktion über den gesamten, von der z-Achse geschnittenen Bereich des Querschnitts ergibt die zulässige Vortriebskraft Vzul nach Formel 14.3.3.5.
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