Behälterbau - peterknoedel.de$_01_Intro_06-09-18.pdf · HS KA Stoffplan Fb AB Behälterbau Seite...

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Ingenieurbüro Dr. Knödel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KnödelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.09.2006Tel. +49(0) 7243 – 5422 - 40, Fax - 55 Druck 18.09.06 18:[email protected] Tit_06-09-18.doc

Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft

Fakultät Architektur und Bauwesen

Modul Behälter– und Brückenbau:

Dr.-Ing. Peter Knödel / Dipl.-Ing. Rüdiger Wolfram

Behälterbau

Lehrbeauftragter: Dr.–Ing. Peter Knödel

www.peterknoedel.de

Wintersemester 2006/2007

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Stoffplan

Wintersemester 2006/2007

09.10.06 nachgeholt vom 02.10.06

1. + 2. Doppelstunde:

Einführung, Spielregeln,

Behältertypen, Anspruch und Grenzen des Moduls,

Grundformen von Schalen, Seil – Balken, Membran – Schale,

Lasten aus Innendruck, Herleiten der "Kesselformel",

Mathematische Grundlagen: Gedämpfte Schwingung

16.10.06 3. + 4. Doppelstunde

Querschnittswerte des Kreisringquerschnittes

Lasten und Schnittgrößen aus Wind, wirbelerregte Schwingungen,

Lasten aus Explosion

23.10.06 vorgeholt vom 30.10.06

5. + 6. Doppelstunde

Lasten und Schnittgrößen aus Füllung (Flüssigkeit, Schüttgüter),

Lasten aus Erdbeben

06.11.06 vorgeholt vom 13.11.06


Biegestörung der Zylinderschale, Kraftgrößenverfahren

27.11.06 9. + 10. Doppelstunde

Schnittgrößen und Bemessung eines Stahlbehälters,

Beulversuche an Klopapier-Rollen und Getränke-Dosen,

Stabilitätsnachweise

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11.12.06 11. + 12. Doppelstunde

FEM im Behälterbau

Schnittgrößen und Bemessung eines Betonbehälters

18.12.06 vorgeholt vom 25.12.06


Dächer, Trichter, konstruktive Einzelheiten

08.01.07 15. + 16. Doppelstunde

Sonderfragen, Wiederholung, Besprechung der Übungsaufgaben

ca. Anf. Feb. 2007 Schriftliche Prüfung "Behälterbau" gemeinsam mit der schriftli-

chen Prüfung "Brückenbau" (siehe folgende Hinweise)

Hinweise zur Prüfung:

Die Prüfungszeit beträgt 20 Min. je Semesterwochenstunde, d.h.

40 Min. für Behälterbau und 80 Min. für Brückenbau.

Es werden in jedem Fach ca. 100-120 % angeboten.

Aus den Punkten in beiden Fächern wird eine gemeinsame Note

mit der Gewichtung 1/3 (Behälterbau) zu 2/3 (Brückenbau) gebil-

det.

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Leitfaden –

Reihenfolge der für die Vorlesung unmittelbar benötigten

Text- und Rechenmodule

1. + 2. Doppelstunde:Tit_<datum>Stoffplan_<datum>$$_Leitfaden_<datum>Lit_<datum>Z-Mem-pi_<datum>0_Gedaempfte_Schwing_<datum>

3. + 4. Doppelstunde:L_Wind_<datum>L_Ex_<datum>

5. + 6. Doppelstunde:L_Fuell_<datum>L_Erdbeb_<datum>

7. + 8. Doppelstunde:Z-Stoer-R_<datum>Z-Stoer-M_<datum>Z-Vertraeg_<datum>Z-Stoer-R+M_<datum>

9. + 10. Doppelstunde:Z-Beul-axial_<datum>Z-Beul-aussen_<datum>

11. + 12. Doppelstunde:FEM_<datum>Z-Vertraeg_Beton_<datum>Z-Stoer-R+M_Beton_<datum>

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Ingenieurbüro Dr. Knödel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KnödelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.09.2006Tel. +49(0) 7243 – 5422 – 40, Fax – 55 Druck 18.09.06 21:[email protected] $$_Leitfaden_06-09-18.doc

13. + 14. Doppelstunde:(keine, nur Tafelanschrieb)

15. + 16. Doppelstunde:Ue_<datum>PR_<datum>

Empfehlung:

Schauen Sie sich im Internet die „Versagensbilder“ und „Projekte“ an.

Schauen Sie sich die Themen für Diplomarbeiten an.

HS KA LiteraturhinweiseFb ABBehälterbau Seite 1/5

Ingenieurbüro Dr. Knödel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KnödelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.09.2006Tel. +49(0) 7243 – 5422 – 40, Fax – 55 Druck 18.09.06 19:[email protected] Lit_06-09-18.doc

Literaturhinweise

0. Inhalt

0. Inhalt 1

1. Standardwerke Schalenstatik 1

2. Normen und Regelwerke 12.1 International 12.2 Europäisch 22.3 National 22.4 Land Baden-Württemberg 32.5 Sonstige 4

3. Weitere Fachliteratur 4

4. Erläuterungen 5

1. Standardwerke Schalenstatik[1] Calladine, C.R.: Theory of Shell Structures. Cambridge University Press 1983.

[2] Duddeck, H., Niemann, H.: Kreiszylindrische Behälter. Tabellen und Rechenprogramme fürallgemeine Lastfälle. Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1976.

[3] Flügge, W.: Statik und Dynamik der Schalen. 3. Auflage, Springer, Berlin 1962.

[4] Girkmann, K.: Flächentragwerke.6. Auflage, Springer, Wien 1963.

[5] Hampe, E.: Rotationssymmetrische Flächentragwerke. Einführung in das Tragverhalten.Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1981.

[6] Markus, G.: Theorie und Berechnung rotationssymmetrischer Bauwerke. 3. Auflage, Wer-ner, Düsseldorf, 1978.

2. Normen und Regelwerke

2.1 International

[7] ISO 11697: Grundlagen für den Entwurf, die Berechnung und die Bemessung von Tragwer-ken - Lasten infolge Schüttgütern (1995-06).(siehe auch EC1 und DIN 1055)



2.2 Europäisch

[8] DIN V ENV 1991 (EC1): Eurocode 1: Grundlagen der Tragwerksplanung und Einwirkun-gen auf Tragwerke.Teil 2-1: Einwirkungen auf Tragwerke – Wichten, Eigenlasten, Nutzlasten (1996-01)Teil 4: Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter. Entwurf Januar 2003.Teil 4: Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter (1996-12). Deutsche Fassung ENV1991-4:1995.(siehe auch DIN 1055 und ISO 11697)

[9] DIN V ENV 1993 (EC3): Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten.Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln, Bemessungsregeln für den Hochbau. April 1993.Teil 4-1: Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen; Silos (2002-05).Teil 4-2: Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen; Tankbauwerke (2002-05).Teil 4-3: Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen; Rohrleitungen (2002-05).

[10] DIN EN 14015: Auslegung und Herstellung standortgefertigter, oberirdischer, stehender,zylindrischer, geschweißter Flachboden-Stahltanks für die Lagerung von Flüssigkeiten beiUmgebungstemperatur und höheren Temperaturen; Deutsche Fassung EN 14015:2004.Februar 2005.(siehe auch DIN 4119)

[11] Richtlinie über Druckgeräte (Druckgeräterichtlinie DGRL). Richtlinie 97/23/EG des Euro-päischen Parlaments und des Rates vom 29. Mai 1997 zur Angleichung der Rechtsvor-schriften der Mitgliedsstaaten über Druckgeräte. Ausgabe Februar 1998.

2.3 National

[12] DIN Fachbericht 93: Nationales Anwendungsdokument (NAD) – Richtlinie zur Anwendungvon DIN V ENV 1993-1-2:1997-05. 2000(In LTB 2003 Baden-Württemberg aufgeführt, Stand 01.01.04)

[13] DIN 1055: Lastannahmen für Bauten.Teil 6: Lasten in Silozellen. Mai 1987; Beiblatt zu Teil 6, Mai 1987.Einführungserlaß GABl BW (1989)

[14] DIN 1055: Einwirkungen auf Tragwerke.Teil 6: Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter. März 2005.(siehe auch EC1 und ISO 11697)

[15] DIN 4119: Oberirdische zylindrische Flachboden-Tankbauwerke aus metallischen Werk-stoffen.Teil 1: Grundlagen, Ausführung, Prüfungen. Juni 1979.Teil 2: Berechnung. Februar 1980.(In LTB 2004 Baden-Württemberg aufgeführt Stand 30.12.04 www.im... – Anlage 2.4/1verweist auf die Anpassungsrichtlinie.Für Teil 1 verweist diese auf– DIN 18800 Teile 1, 2, 4, 7, DIN 18801, DIN EN 10025, DIN EN 287-1– enthält eine Tabelle mit Stahlsorten und Werkstoffbescheinigungen– Doppelboden für wassergefährdende FlüssigkeitenFür Teil 2 verweist diese auf– Lastannahmen sind charakteristisch, Unterscheidung von H und HZ entfällt



– „Abs. 4.2.3.4 Die Festlegung p,us = 0,4 q0 gilt ungeachtet der Regeln in DIN 18800-4 Elm424.“– Teilsicherheitsbeiwerte mit 1,35 für kontrollierten Flüssigkeitspegel)(siehe auch DIN EN 14015)

[16] DIN 6600: Behälter (Tanks) aus Stahl für die Lagerung wassergefährdender, brennbarer undnichtbrennbarer Flüssigkeiten; Begriffe, Güteüberwachung. September 1989. (siehe auch28005 Teil 1)Hinweis:diese Normenreihe geht weiter bis DIN 6625

[17] DIN 11622: Gärfuttersilos und Güllebehälter.Beiblatt 1: Erläuterungen; Systemskizzen für Fußpunktausbildung (07/94).Teil 1: Bemessung, Ausführung, Beschaffenheit; Allgemeine Anforderungen (07/94).Teil 4: Bemessung, Ausführung, Beschaffenheit; Gärfutterhochsilos und Güllehochbehälteraus Stahl (07/94).(siehe auch DIN 18914)

[18] DIN 15190-101:1991-04: Frachtbehälter; Binnencontainer; Hauptmaße, Eckbeschläge,Prüfungen.

[19] DIN 18800: Stahlbauten.Teil 1: Bemessung und Konstruktion. November 1990.Teil 4: Stabilitätsfälle, Schalenbeulen. November 1990.Teil 7: Ausführung und Herstellerqualifikation. September 2002.(In LTB 2003 Baden-Württemberg aufgeführt Stand 01.01.04 www.wm...)(In LTB 2004 Rheinland-Pfalz aufgeführt Stand 10.02.05 www.fm...)

[20] DIN 28005 Teil 1: Allgemeintoleranzen für Behälter; Behälter allgemein. November 1988.(siehe auch DIN 6600 ff)

[21] DIN 28083: Pratzen;Teil 1: Maße, Maximale Gewichtskräfte (1987-01).Teil 2: Maximale Momente auf die Apparatewand durch Gewichtskräfte über Pratzen FormA (1987-01).

[22] VDI 2263: Staubbrände und Staubexplosionen; Gefahren, Beurteilung, Schutzmaßnahmen.Mai Ausgabe 1992.Blatt 3: Explosionsdruckstoßfeste Behälter und Apparate; Berechnung, Bau und Prüfung.Ausgabe Mai 1990.

[23] Verordnung über Druckbehälter, Druckgasbehälter und Füllanlagen (Druckbehälterverord-nung DruckbehV) und Allgemeine Verwaltungsvorschrift. Ausgabe April 2002.

2.4 Land Baden-Württemberg

[24] Sauter, Imig, K.: Landesbauordnung für Baden-Württemberg (LBO) vom 08. August 1995,zuletzt geändert durch Gesetz vom 19. Dezember 2000. 24. Auflage. Kohlhammer, Stuttgart2001. (neuere Ausgaben vorhanden).

Hinweis 1:Für Baden-Württemberg siehe aktuelle Dokumente auf den Internet-Seiten des Innenmini-steriums



www.im.baden-wuerttemberg.de – „Bauen“ mit den Unterpunkten „Bauordnungsrecht“ und„Bautechnik“

Hinweis 2: Vorschriften mit Stand Frühjahr 2005 siehe www.peterknoedel.de – Lehre – ProjekteP_Baurecht_BW und P_Baurecht_NRW.

2.5 Sonstige

[25] Verband der Technischen Überwachungs-Vereine e.V. (Hrsg):AD-Merkblätter, Taschenbuch-Ausgabe 2002. Stand Mai 2002. Heymanns Verlag, Köln /Beuth Verlag, Berlin.

[26] Richtlinie für die Herstellung von Flachbodentanks mit besonderen Anforderungen. Verein-barung zwischen VdTÜV und FDBR, Stand 11.06.2002.

3. Weitere Fachliteratur[27] Brown, C.J., Nielsen, J. (eds): Silos - Fundamentals of theory, behaviour and design. E &

FN Spon, London 1998, pp 642--644.

[28] Knoedel, P., Ummenhofer, T.: Substitute Imperfections for the Prediction of Buckling Loadsin Shell Design. Proceedings, Imperfections in Metal Silos - Measurement, Characterisationand Strength Analysis, pp. 87-101. BRITE/EURAM concerted action CA-Silo WorkingGroup 3: Metal Silo Structures. International Workshop, INSA, Lyon, 19.04.96.

[29] Knödel, P., Ummenhofer, T.: Ein einfaches Modell zum Stabilitätsnachweis zylindrischerSchalentragwerke auf Einzelstützen. Stahlbau 67 (1998), Heft 6, S. 425-429.

[30] Ummenhofer, T., Knoedel, P.: Modelling of Boundary Conditions for Cylindrical SteelStructures in Natural Wind. Paper No. 57 in Papadrakakis, M., Samartin, A., Onate, E.(eds.): Proc., Fourth Int. Coll. on Computational Methods for Shell and Spatial StructuresIASS-IACM, June 4-7, 2000, Chania-Crete, Greece.

[31] Knoedel, P., Ummenhofer, T.: Flat Bottom Tanks Endangered by Ice Lenses.In Krupka, V. (ed).: Proc., Int. Conf. Design, Inspection, Maintenance and Operation of Cy-lindrical Steel Tanks and Pipelines. Prague, Czech Republic, 8.-11. Oct. 2003.

[32] Knoedel, P., Ummenhofer, Th.: Design of Squat Steel Tanks with R/T > 5000.TP056 in Motro, R. (ed.): Proc., IASS Symposium: Shell and Spatial Structures from Mod-els to Realization, Montpellier, 20-24 September 2004.

[33] Knödel, P., Ummenhofer, Th.: Ankerkräfte bei kurzen Zylinderschalen. Stahlbau 75 (2006),Heft 9, S. 723-728.

[34] Mang, F., Bremer, K.: Großrohrleitungen und Behälterbau. Kapitel 32 in Stahlbau Hand-buch - Für Studium und Praxis, Band 2, Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbH, Köln 1985.

[35] Martens, P. (Hrsg.): Silo-Handbuch. Ernst & Sohn, Berlin 1988.

[36] Petersen, Chr.: Behälterbau. Kapitel 22 in Stahlbau. 2. Auflage, Vieweg, Braunschweig1990.

[37] Ruckenbrod, C., Schlüter, F.-H.: Silolasten nach der neuen DIN 1055-6. Beton- und Stahl-betonbau 101 (2006), Heft 3, S. 138-151.



4. ErläuterungenDieses Dokument enthält Literaturhinweise in einer subjektiven Auswahl – es soll dabei helfen, zu

verschiedenen Stichworten den Anfang des roten Fadens zu finden. Vor der praktischen Anwen-

dung die angegebenen Normen unbedingt auf Aktualität prüfen.

www http://www2.beuth.de

suchen nach Normen

Baurecht In der BRD ist Baurecht Ländersache. In jedem Bundesland können daher andere

Bauvorschriften gelten.

GABl BW GEMEINSAMES AMTSBLATT des Innenministeriums, des Finanzministeriums,

des Wirtschaftsministeriums, des Ministeriums für Ländlichen Raum, Ernährung,

Landwirtschaft und Forsten, des Ministeriums für Arbeit, Gesundheit und Sozialord-

nung, des Umweltministeriums, des Verkehrsministeriums, des Ministeriums für

Familie, Frauen, Weiterbildung und Kunst sowie der Regierungspräsidien DES

LANDES BADEN-WÜRTTEMBERG. Herausgegeben vom Innenministerium.

Hinweis:

die Bezeichnungen der Ministerien entsprechen dem Stand 1992

Aktuelle Dokumente liegen auf den Internet-Seiten des Innenministeriums

www.im.baden-wuerttemberg.de – „Bauen“ mit den Unterpunkten „Bauordnungs-

recht“ und „Bautechnik“

FDBR Fachverband Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau e.V., Düsseldorf.

"Richtlinie" Eine "Richtlinie" des Europäischen Parlaments hat Gesetzescharakter. Die Länder

sind verpflichtet, diese Richtlinien in Landesrecht umzusetzen.

Insofern ist der Begriff "Richtlinie" nach unserem üblichen Sprachgebrauch hier

völlig irreführend!

siehe z.B. "Richtlinie über Druckgeräte" des Europäischen Parlaments und die dar-

auf folgende deutsche "Verordnung über Druckbehälter".

VdTÜV Verband der Technischen Überwachungs-Vereine e.V., Essen.

HS KAFb ABBehälterbau

ZylinderInnendruck

Seite 1/3

nϕ 500kNm

=nϕ p R⋅:=

Umfangskraft nach der Kesselformel

R 5000mm=RD2

:=Radius

Schnittgrößen

p 100kN

m2=p L γ⋅:=Innendruck

γ 10kN

m3:=Wasserfüllung

Lasten

E 2.1 105⋅N

mm2:=Stahl - E-Modul

Werkstoff

V 785m3=Vπ4D2⋅ L⋅:=informativ: Volumen

L 10.0m:=Füllhöhe

D 10.0m:=Durchmesser

Geometrie

(Formular Z-Mem-pi_05-09-26.mcd)

Zylinder unter Innendruck - Membrandehnungen

Ingenieurbüro Dr. KnödelPforzheimer Str. 53D-76275 Ettlingenwww.peterknoedel.de

Bearbeiter: Dr.-Ing. P. KnödelTel. +49(0) 7243 - 5422 - 40, Fax - 55

26.09.2005 - 18:12Z-Mem-pi_05-09-26.mcd


ZylinderInnendruck

Seite 2/3

∆R 3.0mm=∆R R εϕ⋅:=

Vorhandene Radienzunahme

εϕ 0.0595%=εϕσϕE

:=

Vorhandene Umfangsdehnung

η 0.859=ησϕ.dfy.d

:=

Tragsicherheitsnachweis als Spannungsnachweis (Ausnutzungsgrad)

σϕ.d 188N

mm2=σϕ.d σϕ γF⋅:=

vorhandene Umfangsspannung (Bemessungswert)

σϕ 125N

mm2=σϕ

nϕt

:=

vorhandene Umfangsspannung (charakteristisch)

t 4mm:=Wanddicke gewählt

γF 1.5:=Teilsicherheitsbeiwert Last

fy.d 218N

mm2=fy.d

fy.kγM

:=

Bemessungswert der Spannungen

γM 1.1:=Teilsicherheitsbeiwert Material

fy.k 240N

mm2:=Streckgrenze DIN 18800 Teil 1

S 235gewählt Bemessung Stahl



26.09.2005 - 18:12Z-Mem-pi_05-09-26.mcd


ZylinderInnendruck

Seite 3/3

∆Rb 6.8mm=∆Rb R εϕ.b⋅:=

Vorhandene Radienzunahme

εϕ.b 0.14%=εϕ.bβdE

:=

Vorhandene UmfangsdehnungBeton gerissen, maßgebend wird nur die Bewehrung

alternativ gewählt d12 e12,5

gewählt K884 mit as,vorh = 8,84 cm2/m

aS.i 8.7cm2

m=aS.i

aS2

:=

Bewehrung zu gleichen Teilen innen und außen verteilt,ergibt je Fläche

aS 17.5cm2

m=aS

nϕβd

:=

erforderlicher Bewehrungsquerschnitt

nϕ 500kNm

=vorhandene Umfangskraft (übertragen von oben)

γF 1.0:=Teilsicherheitsbeiwert Last

βd 286N

mm2=βd

βS

γM:=

Bemessungswert der Spannungen

γM 1.75:=Teilsicherheitsbeiwert Betonstahl

βS 500N

mm2:=Streckgrenze BSt 500 DIN 488

BSt 500gewählt Bemessung Beton



26.09.2005 - 18:12Z-Mem-pi_05-09-26.mcd


MathematikGedämpfte Schwingung

Seite 1/3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501

0

1

y3

y2

y2−

x

y3i e0.05 x⋅( )i−

cos x( )i( )⋅:=ergeben multipliziert eine gedämpfte Schwingung

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501

0

1

y2

y2−

x

y2i e0.05x( )i−

:=und eine e-Funktion mit beliebigem negativem Exponenten ("Argument")

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501

0

1

y1

x

y1i cos xi( ):=Eine Kosinusfunktion

xi start step i 1−( )⋅+:=stepend start−Npts 1−

:=

i 1 Npts..:=Npts 100:=end 50:=start 0:=

Vorbereiten der graphischen Darstellung

(Formular 0_Gedämpfte_Schwing_05-09-26.mcd)

Mathematische Grundlagen: Gedämpfte Schwingung



26.09.2005 - 17:410_Gedaempfte_Schwing_05-09-26.mcd



Seite 2/3

Ist das Argument der e-Funktion gleich dem der sin-/cos-Funktion, entsteht eine stark gedämpfte Schwingung

y4i exi−

:= y5i y4i y1i⋅:=

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501

0

1

y5

y4

y4−

x

Vergrößerung

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 51

0

1

y5

y4

y4−

x

Gleiches Beispiel für Sinusy6i sin xi( ):= y7i y4i y6i⋅:=

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 51

0

1

y7

y4

y4−

x






Seite 3/3

Die Länge einer Vollwelle

(Abstand von DREI Wendepunkten)

hängt NUR davon ab, wann das Argument der sin-/cos-Funktion der Wertx = 2π erreicht.Auch wenn die Funktion anders aussieht als gewohnt !

y8i y1i y6i+:=

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 502

1

0

1

2

y8

x

y9i y1i y6i−:=

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 502

1

0

1

2

y9

x

wenn man das Argument der sin-/cos-Funktion als (ω*x)

bezeichnet, dann gilt für die Periodendauer T = 2 * π / ω

oder umgeformt ω = 2 * π / T

in das Argument der sin-/cos-Funktion eingesetzt (2*π/T * x)jetzt sieht man: wenn x den Wert T erreicht, dann steht in der Klammer 2*π, und somit ist eine Periode vorbei




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