Elastostatisches Tragverhalten von Stahlrohren unter Innendruck und Zusatzbeanspruchungen

Projektbeschreibung

Die Dimensionierung und Bemessung von Hochdruckleitungen erfolgt bisher auf Basis einer elastischen Spannungsanalyse und dem Nachweis gegen die zulässige elastische Grenzspannung. Das Prinzip der Analyse besteht darin, die Spannungen infolge des Innendrucks und der Zusatzbeanspruchungen während des Baus und Betriebs zu ermitteln. Zur Beurteilung des mehrachsigen Spannungszustandes werden die vorhandenen Spannungen zur Vergleichsspannung zusammengefasst, die die zulässige Spannung nicht überschreiten darf.

Prinzipiell erlauben die zurzeit gültigen Vorschriften für stählerne Hochdruckleitungen für eine höhere Ausnutzung des Rohrquerschnittes die Berücksichtigung von plastischen Verformungen bei der Leitungsbemessung. Allerdings werden dazu keine Hinweise angegeben, wie in einem solchen Fall die Bemessung durchzuführen ist. Unter Beachtung der Forderungen für die Tragfähigkeit und Dichtigkeit von Pipelines ergibt sich hieraus die Fragestellung, welche maximalen plastischen Dehnungen für den jeweiligen Rohrquerschnitt unter Innendruck und Zusatzbeanspruchungen zugelassen werden können.

 Zielsetzung

Die technologische Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Ingenieur-Bemessungskonzeptes für Hochdruckleitungen, das die plastischen Dehnungen infolge des mehrachsigen Spannungszustandes berücksichtigt. Es sind Bemessungsgrenzwerte zu definieren, die die Anforderungen an Sicherheit und Wirtschaftlichkeit erfüllen. Die Tragfähigkeit von Hochdruckleitungen unter Innendruck und Zusatzbeanspruchungen soll anhand von wenigen Geometrie- und Materialparametern beurteilt werden können.

Vorgehensweise

In Kooperation mit der  Dr.-Ing. Veenker Ingenieurgesellschaft mbH Hannover sollen Ansätze für ein leicht anwendbares, theoretisch abgesichertes Ingenieur- Bemessungskonzept geschaffen werden. Das Trag- und Verformungsverhalten wird unter Anwendung analytischer und numerischer Verfahren beschrieben und analysiert. Anhand von Versuchen an ausgewählten Rohrquerschnitten wird die Gültigkeit der gewählten Bemessungsansätze überprüft. Geplant sind Versuche an durch Innendruck und Biegung beanspruchten Vollmodellrohrquerschnitten, die in der Versuchshalle des Institutes durchgeführt werden. Aufbauend auf theoretisch erarbeiteten Ansätzen soll ein Bemessungsmodell entwickelt und mit Hilfe der Versuchsergebnisse validiert werden. Hierbei soll die Definition möglichst für allgemeine Querschnitte gelten und sich speziell mit den Fragen des elasto-plastischen Tragverhaltens beim biaxialen Spannungszustand beschäftigen. Zur Gewährleistung der nötigen Sicherheit bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit soll das gewählte Bemessungsmodell in ein probabilistisches Sicherheitskonzept eingebettet werden.

Vertragspartner

• Institut für Stahlbau, Leibniz Universität Hannover

• Dr.-Ing. Veenker Ingenieurgesellschaft mbH,

  Heiligengeiststraße 19, 30173 Hannover

  www.veenkergmbh.de

• Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

  „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), Berlin