Mit FE-Analysen wird die Spannungsverteilung in dünnwandigen Zylinderschalen im Lasteinleitungsbereich von Einzelstützen untersucht. Unter Anwendung des Konzeptes der mitwirkenden Breite werden Lastausbreitungswinkel bestimmt, welche die Spannungsverteilung in der Schale oberhalb der Lasteinleitung charakterisieren. Infolge der üblichen Aussteifungen entlang des unteren Randes sowie bedingt durch die charakteristischen Abmessungen der Primärbeulen lassen sich Bereiche bestimmen, in denen Beulversagen ausgeschlossen werden kann. Für den verbleibenden kritischen Bereich erfolgt der Nachweis der Stabilität in Anlehnung an DIN 18800 Teil 4. Die Vorgehensweise wird anhand eines Beispiels erläutert.

Im Rahmen der Neuerrichtung einer Rauchgasentschwefelungsanlage wurde als Kalksteinmehldepot ein dünnwandiger aufgeständerter Stahlblechsilo mit R/t = 500 auf 8 Einzelstützen konzipiert. Während der Erstbefüllung für den Probebetrieb kam es bei ungefähr 50 % der betrieblichen Maximalbefüllung über allen acht Auflagerpunkten zu einem plötzlichen lokalen Beulversagen der in diesen Bereichen unversteiften Zylinderwandungen. Es bildeten sich am realen Bauwerk charakteristische plastische Beulformen aus, wie sie vor Jahren im Rahmen eines Europäischen Forschungsprojektes für derartige Auflagerbedingungen bereits experimentell festgestellt und durch nichtlineare FE-Analysen prognostiziert wurden. Die beulmechanischen Hintergründe sowie die vorgeschlagene und zur Ausführung gelangte Sanierungslösung werden diskutiert.

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Die Arbeit stellt Ergebnisse physikalischer nichtlinearer Tragfähigkeitsanalysen windbeanspruchter Kreiszylinderschalen im Übergangsbereich zwischen Stab und Schale vor. Die Versagensmuster unterscheiden sich hier grundsätzlich von denjenigen gedrungener windbelasteter Schalen. Das Systemversagen vollzieht sich durch plastisches Durchschlagen. Zusätzliche Ringsteifen können mit Ausnahme derjenigen am Schalenkopf zu einer Abnahme der Versagenslast führen. Für die Bemessungsschnittgrößen wird ein Anpassungsfaktor k vorgeschlagen, mit dem sie nach der Stabtheorie berechneten Schnittgrößen auf der sicheren Seite so modifiziert werden können, daß mit ihnen sowohl der Spannungsnachweis Elastisch-Elastisch nach DIN 18800-1 als auch der Beulsicherheitsnachweis nach DIN 18800-4 elemtentar geführt werden kann.

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Als Ergebnis experimenteller und rechnerischer Untersuchungen über die Beullasten von Kreiszylinderschalen aus Baustahl, die unter Bedingungen der Stahlbauindustrie gefertigt waren, wird vorgeschlagen, bei dem Beulsicherheitsnachweis nach DIN 18800-4 für biegebeanspruchte Kreiszylinderschalen aus Baustählen den Beiwert Cx gleich Eins zu setzen.

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Am Innenrohr eines 65 m hohen Doppelmantelschornsteins in einem Heizkraftwerk wurden Schäden festgestellt. Sie betrafen die Konstruktion der Pendel-Abhängung am Fuß und die Rohrwandung kurz darüber; dort war eine Rundschweißnaht großflächig nach innen eingebeult. Als Ursache wurden ungleichmäßige Rauchgastemperaturen bei Mischbetrieb identifiziert, die in Form von "Temperatursträhnen" auftreten und Temperaturdifferenzen Delta T zwischen gegenüberliegenden Wandbereichen zur Folge haben. Die durchgeführten Sanierungsmaßnahmen werden beschrieben; sie haben sich bisher bewährt. Als Schlußfolgerung aus dem Schadensfall wird u. a. empfohlen; beim Entwurf solcher rachgasführenden Rohre einen Einwirkungsfall "thermische Imperfektionen" zu berücksichtigen.

Die in den einschlägigen nationalen und internationalen Regelwerken angebotenen Nachweiskonzepte für die Beulsicherheit axialbelasteter Metallkreiszylinder mit seitlicher Mantelöffnung sind nach Wissen der Verfasser nicht streng statistisch abgesichert. In diesem Beitrag werden die im Entwurf zur DASt-Ri 017 für diesen Beulfall angegebene Nachweisformel und ein alternatives Berechnungsmodell anhand von recherchierten Versuchsergebnissen mit statistischen Hilfsmitteln kalibriert. Ein Vergleich der Ergebnisse zeigt, daß das alternative Berechnungsmodell durch Berücksichtigung der Öffnungslänge für den hier untersuchten Parameterbereich teilweise zutreffendere Schätzwerte für den Beulwiderstand liefert.

Dünnwandige Silokonstruktionen, z. B. Wellblechsilos, haben sich in der Vergangenheit als wirtschaftlicher Lagerraum bewährt. In den nachfolgenden Ausführungen wird gezeigt, daß einzelne Berechnungsansätze oder Konstruktionsdetails gegenüber der derzeitigen Praxis verbessert werden können, und daß eine Falschbedienung eines Silos zum Totalschaden führen kann.

In sattelgelagerten, unversteiften, horizontalen, kreiszylindrischen Behältern treten die größten Schalenbeanspruchungen in der Regel in der Umgebung des Sattels auf. Diese können die Ursache für Versagen infolge Materialermüdung oder für Beulversagen oder für Versagen infolge plastischen Eindrückens des Sattels in die Schale sein. Im vorliegenden Beitrag werden vereinfachte Bemessungsregeln gegen die drei genannten Versagensarten vorgestellt und mit Hilfe eines Anwendungsbeispiels erläutert.

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Anhand zweier Beispiele aus dem Druckbehälterbau wird gezeigt, daß mit Hilfe geometrisch und physikalisch nichtlinearer Finite-Element-Analysen die Bauteiltragfähigkeit sehr wirklichkeitsnahe simuliert werden kann und so wirtschaftliche und zugleich sichere Auslegungen möglich sind. Die mitunter extreme Konservativität der einfachen Bemessungsformeln in Regelwerken wird am Beispiel des Beuldruckes eines unrunden Rohres demonstriert. Ferner wird für einen kaltgereckten Behälter gezeigt, daß eine physikalisch nichtlineare aber geometrisch lineare Analyse vollkommen falsche Ergebnisse liefern kann. Es wird erörtert, daß eine befriedigende Analyse der Tragfähigkeit von Druckbehältern mit geometrischen Imperfektionen bzw. im überelastischen Bereich nur mit Hilfe einer vollständig nichtlinearen FEA gelingt. Die erzielte gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment rechtfertigt den Einsatz moderner und zuverlässiger FE-Analysewerkzeuge als Ergänzung zum und ggf. auch Einsatz für den Versuchsweg.

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