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Die größte seismische Gefährdung von unterirdischen Rohrleitungen ist durch die lokalen erdbebeninduzierten Bodenverformungen (z.B. Bodenverflüssigungen, Rutschungen) gegeben, die in der englischsprachigen Literatur häufig PGD (Permanent Ground Deformation) genannt werden. Unter Bodenverflüssigung wird im folgenden der Verlust der … |
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Das Versagen der Rohrleitung erfolgt durch Aufschwimmen der Rohre infolge von Bodenverflüssigung, Verdrehung in der Rohrverbindung, Herausziehen aus der Rohrverbindung oder Versagen der Vortriebrohre durch Überschreiten der aufnehmbaren Spannungen sowie Stabilitätsversagen (Beulen oder Knicken) der Rohrleitung. Welche dieser Versagensarten eintritt ist abhängig von der Art der Rohrverbindung. Das Ausziehen der Rohre aus der Rohrverbindung und die … |
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Aufgrund des komplexen Rohr-Boden-Systems sind zur Ermittlung der seismischen Beanspruchung Berechnungsmodelle auf der Grundlage von Idealisierungen und Annahmen notwendig. Diese Berechnungsmodelle sollen die Ermittlung der zur erdbebensicheren Bemessung relevanten Größen in Form von Dehnungen, Verdrehungen und entsprechenden Spannungen als Antwort auf die Erdbebenerregung ermöglichen. In Abhängigkeit der gewünschten Genauigkeit und des tolerierbaren … |
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24.11.2005 Näherungsansätze sind Verfahren, die zur Abschätzung der zulässigen Grenzwerte der Dehnungen und Krümmungen dienen. Ihre Genauigkeit ist im Vergleich zu den dynamischen und quasi statischen Methoden akzeptabel. Das folgende, vereinfachte Berechnungsverfahren nach [Wang80] [Newma67] geht von der Annahme aus, dass die seismischen Wellenmuster sich nicht verändern und die Rohr- und Bodenbewegungen gleichgroß sind. Es entstehen Rohrdehnungen und Krümmungen … |
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24.11.2005 Die quasi statische Berechnungsmethode nach [Wang79] gilt für die Berechnung der relativen Verschiebungen von biegesteifen Rohren mit beweglichen Verbindungen. Die Druckübertragungsringe werden bei dem verwendetem Modell als Federn idealisiert. In der dynamischen Bewegungsgleichung können die Trägheits- und Dämpfungsterme entfallen, da die Wirkung der Rohrträgheitskräfte auf das Antwortverhalten unterirdischer Rohrleitungen vernachlässigbar klein … |
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24.11.2005 |
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Die Antwortspektrummethode stellt eine Kombination der dynamischen und quasi statischen Berechnungsmethoden dar. Sie kann eingesetzt werden, wenn die Rohrleitung auf Grund ihrer großen Steifigkeit als Stabtragwerk idealisiert und das Rohr-Boden-System durch Federn und Ersatzmassen modelliert werden kann [Kraus84] # [Flesc97]. In diesem Fall werden, basierend auf den dynamisch berechneten Bodenverformungen, die Rohrquerschnittsgrößen quasi-statisch … |
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Bei der Zeitverlaufsanalyse wird ein dynamisches Rohr-Boden-System durch die Massen-, Steifigkeits- und Dämpfungsmatrizen beschrieben. Die Berechnung wird dann mit räumlichen Finite-Elemente-Modellen oder mit diskreti-sierten Modellen durchgeführt. Mit dem so ermittelten Verschiebungsvektor und der Steifigkeitsmatrix lassen sich dann die Schnittkräfte aus den dynamischen Belastungen berechnen. (Bild: Dynamisches Berechnungsmodell zur Bestimmung der … |
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Nach DIN V ENV 1998 [DINENV1998-4] sind Rohrleitungen in Erdbebengebieten so zu bemessen und zu konstruieren, dass die Sicherheitsanforderungen an den Grenzzustand der Tragfähigkeit und den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erfüllt werden. Für die Einwirkungsarten seismische Wellenausbreitung und erdbebeninduzierte, permanente Boden Verformungen ist es ausreichend, die Anforderungen an den Grenzzustand der Tragfähigkeit zu erfüllen. Für die … |
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Bei der Planung von Rohrleitungen oder Rohrleitungssystemen sollten Gebiete mit hohem seismischem Schadenspotential möglichst umgangen werden. Dazu zählen z.B. Bereiche:
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Obwohl der Rohrvortrieb zu den verformungsarmen und oberflächenschonenden Verfahren zählt, können bei der Ausführung unvermeidbare und vermeidbare Bodenverformungen entstehen. Um Schäden an der angrenzenden Bebauung oder an der Geländeoberfläche zu vermeiden, muss angestrebt werden, diese in bestimmten, minimalen Grenzen zu halten. Unter Bodenverformungen versteht man allgemein die horizontale oder vertikale Lageänderung der Bodenoberfläche oder … |
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Vorlaufende Senkungen oder Hebungen entstehen vor der Durchfahrt der Vortriebs-/Schildmaschine durch die Entspannung des Bodens an der Ortsbrust oder infolge eines falsch eingestellten Stützdruckes oder Bohrkopfanpressdruckes zur Stabilisierung der Ortsbrust (Abschnitt 14.2.1.1). Der Abstand der beginnenden Bodenverformung von der Ortsbrust entspricht in der Regel dem 3-fachen Durchmesser der Vortriebs-/ Schildmaschine, bei steifen, bindigen Böden … |
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Die Senkungen über der Vortriebs-/Schildmaschine entstehen, wenn überhaupt, durch Verformungen des Schildmantels und sind in der Regel vernachlässigbar. In stark wechselnden inhomogenen Böden mit teilweise hohem Lehmanteil sind auch Fälle bekannt geworden, in denen es zu Bodenverformungen durch Mitnahme von stark klebrigem Bodenmaterial am Schildmantel und der anschließenden partiellen Verdichtung an konzentrierten Punkten gekommen ist. Dabei wurden … |
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Nachlaufende Senkungen entstehen z.B. infolge des durch den Überschnitt erzeugten Ringspaltes, fehlender oder fehlerhafter Ringspaltverpressung, durch Steuerung oder Kurvenfahrt verursachte Bodenverdrängungen, Vibrationen und Verformung biegeweicher Vortriebsrohre [Jancs01]. Die nachlaufenden Senkungen sind beim Rohrvortrieb sehr gering, da der ausgeführte Überschnitt sehr klein und das Verformungsmaß der Vortriebsrohre relativ gering sind (bei … |
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Zur Bestimmung von Bodenverformungen im Zusammenhang mit dem Rohrvortrieb stehen empirische (Abschnitt 15.2.1), analytische (Abschnitt 15.2.2) und numerische (Abschnitt 15.2.3) Berechnungsverfahren zur Verfügung. Die empirischen und analytischen Berechnungsverfahren wurden für Tunnelvortriebe entwickelt und teilweise durch entsprechende Anpassung auch für Rohrvortriebe anwendbar gemacht. Sie reichen in den meisten Fällen zur groben Abschätzung … |
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Empirische Berechnungsverfahren basieren auf mathematischen Beziehungen zwischen messbaren Größen, die durch nummerische Auswertungen von Messergebnissen aufgestellt wurden. Im vorliegenden Anwendungsfall zählen hierzu z.B. das Verfahren der Fehlerfunktionskurve (Abschnitt 15.2.1.1) und das Berechnungsverfahren nach Scherle (Abschnitt 15.2.1.2). |
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Das "Verfahren der Fehlerfunktionskurve" wurde von Peck [Mair93] entwickelt und von O'Reilly und New [New92] modifiziert, um auch den Einfluss der Tiefenlage des Vortriebes zu berücksichtigen. Grundlage des Berechnungsverfahrens bildet ein Senkungsmuldenverlauf (Bild 15.2.1.1), der durch eine Gaußsche Normalverteilungsfunktion ausgedrückt und nach Formel 15.2.1.1 berechnet wird: (Formel: Berechnung der Fehlerfunktionskurve nach Peck [Mair93]) Wenn … |
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(Bild: Tiefenabhängigkeit der Fehlerfunktionskurve [Scher77c])Das Berechnungsverfahren nach Scherle [Scher77c] basiert auf der Annahme, dass die Senkungen im Wesentlichen durch den Bodenverlust und damit auch durch den Überschnitt entstehen. In diesem Fall wird die sich an der Geländeoberfläche (GOK) bildende Senkungslinie näherungsweise durch ein Trapez idealisiert (Bild 15.2.1.2), dessen Fläche identisch ist mit der zum Bodenverlust äquivalenten … |
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Analytische Verfahren zur Berechnung oder Vorabschätzung von Senkungen im Zusammenhang mit der geschlossenen Bauweise stehen zur Zeit nur für den Tunnelvortrieb zur Verfügung. Dazu zählen zum Beispiel das Berechnungsverfahren von Vafaeian [Vafae91], Veruijt/Booker [Verru96], Loganathan/Poulos [Logan98] und Sagaseta [Sagas87] (Abschnitt 15.2.2.1). Eine Ausnahme bildet das Verfahren von Sagaseta [Sagas87], dass von O'Reily und Rogers [OReil91] für … |
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Das Berechnungsverfahren von Sagaseta [Sagas87] basiert auf den Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik. Sagaseta [Sagas87] betrachtet in seinen Untersuchungen einen sich zunächst in unendlicher Tiefe befindlichen Tunnel. Dieser wird von einem als inkompressibles Fluid idealisierten Boden umgeben, der in etwa einem bindigen Lockergestein unter undränierten Bedingungen entspricht. Vorausgesetzt, dass ein Verformungsvektor bekannt ist, ist die Berechnung … |
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Der Nachteil des Verfahrens nach Sagaseta [Sagas87] (Abschnitt 15.2.2.1) besteht in der Annahme der Inkompressibilität des Bodens. Dadurch werden Langzeitverformungen, welche durch Konsolidierung oder Kriechen entstehen, in der Verformungsberechnung nicht berücksichtigt. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde der Faktor α eingeführt, der die Volumenänderung während des Rohrvortriebes berücksichtigt. Unter Verwendung von α werden Radialverformungen S… |
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Zu den nummerischen Verfahren zählen die Finite-Elemente-Methoden (FEM), die Finite-Differenz-Methoden (FDM), die Kinematische-Element-Methode (KEM), die Randelemente-Methode (REM) und die Diskrete-Element-Methode (DEM). Wegen ihrer vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten ist die Finite-Elemente-Methode am weitesten verbreitet und für die Darstellung des Spannungs- und Verformungsverhaltens komplizierter Geometrien und räumlicher Strukturen prädestiniert. |
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(Bild: Auswirkungen von Bodenverformungen auf angrenzende Bebauungen [Attew86]) Maßgeblich für die Auswirkungen von Bodenverformungen auf vorhandene Bebauungen (Bild 15.3) sind die
Differenzverformungen verursachen Verschiebungen/Verformungen an vorhandenen Tragwerken, Leitungen und Verkehrsflächen und damit zusätzliche Lasten. Zur Abschätzung des … |
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Die steuerbaren Spülbohrverfahren unterscheiden sich generell von den, fast ausnahmslos auf dem Prinzip des Rohrvortriebes mittels Einschieben, Einpressen bzw. Einrammen basierenden Verfahren (Abschnitt 5) (Abschnitt 6) (Abschnitt 7) (Abschnitt 8) (Abschnitt 9). Sie wurden für den grabenlosen Leitungsbau aus der Richt- und Tiefbohrbohrtechnik entwickelt, die bei der Exploration und Förderung von Erdgas und Erdöl Anwendung finden und stellen heute … |
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