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Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für den Nachweis der Tragfähigkeit von Schlauchwehrmembranen

Erstellt am: 08.04.2012 | Stand des Wissens: 05.08.2019
Kurzname:   Bemessung Schlauchwehr
Auftraggeber / Förderer:   Wasser und Schifffahrtsverwaltung des Bundes im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur - WSV
Auftragnehmer:   Bundesanstalt für Wasserbau
Projektkoordination:   Bundesanstalt für Wasserbau
Ralf Gurt
Projektnummer:   B3951.02.04.70007
Laufzeit:   2014/01/1 bis 2020/12/30
Projektstand:   laufend
Zweckbestimmung (Titel/Kapitel):   Titelgruppe 02 / 1203
Webseite:   http://www.baw.de/
Raumbezug:   Bundesrepublik Deutschland
Veröffentlichung:   [BAW07] Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 91, Einsatz von Schlauchwehren an Bundeswasserstraßen
[Gebh06] Hydraulische und statische Bemessung von Schlauchwehren
[GuDe15] Design and Analysis of Reinforced Rubber Membranes for Inflatable Dams
[MaMö15] Use of rubber conveyor belt materials at navigable waterway constructions
Sonstige Informationen:  
Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau 2018 steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung.
Aufgabenstellung und Ziel
Wurden in der Vergangenheit fast ausschließlich Wehrverschlüsse aus Stahl eingesetzt, stellt sich das Schlauchwehr unter bestimmten Randbedingungen als Alternative dar (Gebhardt 2006). Ferner zeichnet sich ab, dass auch dieser Verschlusstyp als ein Standard für künftige Neubaumaßnahmen von Wehranlagen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) festgelegt wird.
Bislang gibt es weltweit keine einheitliche Methodik bei der Bemessung von Schlauchmembranen oder Normen, in denen das Sicherheitsniveau (z. B. Sicherheitsbeiwerte, Degradationsfaktoren) festgelegt wird. Eine Ausnahme ist Japan, wo es eine Richtlinie zur Planung von Schlauchwehren gibt, ohne dabei im Detail auf die Bemessung einzugehen. Da in Deutschland kein einheitliches Bemessungskonzept für Schlauchwehre existiert, wäre eigentlich eine Zustimmung im Einzelfall für jeden Neubau erforderlich. Dies hätte ggf. unter anderem unterschiedliche Sicherheitsniveaus zur Folge.
Ziel des FuE-Vorhabens ist es, für die zur Anwendung geeigneten Membrane und deren Steifigkeitsparameter eine möglichst realitätsnahe Beanspruchungsermittlung durchzuführen. Anschließend soll ein eurocodekonformes Bemessungskonzept für Schlauchwehrmembranen entwickelt werden.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung wird zukünftig alte Wehranlagen durch neue ersetzen müssen. Dabei wird es auch zur Planung und Ausführung von Schlauchwehren kommen (z. B. Wehr Beihingen, Wehr Obernau). Um ein ausreichendes und einheitliches Sicherheitsniveau an den Anlagen der WSV zu erhalten und die Planungs- und Genehmigungsverfahren zu vereinfachen, ist das Vorhandensein eines Bemessungskonzepts für den Nachweis der Tragfähigkeit von Schlauchwehrmembranen von großer Bedeutung.
Untersuchungsmethoden
Die zur Anwendung kommenden Schlauchwehrmembrane weisen ein nichtlineares, anisotropes Materialverhalten auf. Kraft-Verformungskurven aus Materialversuchen sind Voraussetzungen zur Bestimmung der Steifigkeitsparameter für die Materialgesetze in der Simulation. Neben den Zug- und Druckversuchen sind gegebenenfalls ergänzende biaxiale Zugversuche zur vollständigen Ermittlung der Simulationsparameter notwendig. Anschließend werden numerische Simulationen der Beanspruchungszustände von Schlauchmembranen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt. Hierzu kommen kommerzielle Programme zum Einsatz, die entsprechend große Verformungen und Nichtlinearitäten unterstützen. Materialgesetze, Belastungen und Kontakteigenschaften werden hier für die Berechnung hinterlegt. Relevante Spannungen werden ausgewertet und zur Bestimmung von Spannungskonzentrationen verwendet. Naturmessungen können (zur Verifizierung einzelner Ergebnisse) gegebenenfalls herangezogen werden.
Ansprechpartner
Wasser und Schifffahrtsverwaltung des Bundes im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur - WSV
Bundesanstalt für Wasserbau
Literatur
[BAW07] Gabrys, M., Gebhardt, M., Kamuf, I., Kemnitz, B., Maisner, M., Meine, G., Moreira, S., Poligot-Pitsch, S., Reuter, R., Stamm, J. Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 91, Einsatz von Schlauchwehren an Bundeswasserstraßen, Ausgabe/Auflage Dezember 2007, Bundesanstalt für Wasserbau / Karlsruhe, 2007/12, ISBN/ISSN ISSN 0572-5801
[Gebh06] Gebhardt, M. Hydraulische und statische Bemessung von Schlauchwehren, veröffentlicht in Mitteilungen des Instituts für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Wasserwirtschaft und Kulturtechnik, der Universität Karlsruhe (TH), Ausgabe/Auflage Heft 235, Universitätsverlag / Karlsruhe, 2006, ISBN/ISSN ISBN: 3-86644-066-9, 978-3-86644-066-1
[GuDe15] Gurt, R., Deutscher, M., Gebhardt, M. Design and Analysis of Reinforced Rubber Membranes for Inflatable Dams, 2015
[MaMö15] Maisner, M., Möschen, M., Becker, H., Gebhardt, M., Deutscher, M., Gurt, R. Use of rubber conveyor belt materials at navigable waterway constructions, veröffentlicht in Deutsche Kautschuk-Tagung 2015, June 29 to July 2, Nürnberg, DKG, 2015
Glossar
Tragfähigkeit Wasserverdrängung eines voll abgeladenen Schiffes abzüglich der Schiffsmasse. Umfasst die Massen von Besatzung, Passagieren, Ladung, Brennstoffen, Wasser und aller Vorräte.
übliche Abkürzungen:  Tons deadweighttdw), Dead weight tons)

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?386406

Gedruckt am Donnerstag, 22. August 2019 03:37:25