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Der heute erreichte Stand beim Bau zylindrischer Behälter im Großanlagenbau wird anhand dreier Beispiele für die Lagerung von Flüssiggasen, von Trockengas und von Chemie-Abwasser aufgezeigt. Die Funktionsweise, die statisch-konstruktive Auslegung und die Montage der drei Beispiel-Behälter werden kurz beschrieben.

Zwei Unterdruckversuche an Festdachtanks, die bis zum Versagen durchgeführt wurden, ermöglichten den Vergleich zwischen den am tatsächlichem Bauwerk erreichten Versagenslasten und den aus Laborversuchen hergeleiteten Bemessungswerten der Vorschriften. Für beide Zylindergeometrien, die im unteren und oberen Bereich der für Flachbodentanks üblichen r/t-Verhältnisse liegen, wird dieser Vergleich mit nationalen und internationalen Regelwerken durchgeführt. Die Ergebnisse für den großen Tank rechtfertigen eine Erweiterung des Anwendungsbereiches von DIN 18800-4 bis r/t = 3500.

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Der Beitrag präsentiert die Ergebnisse eines von der ECCS initierten und von der ECSC geförderten Europäischen Forschungsprojektes über axialbelastete Kreiszylinderschalen bei lokaler Auflagerung. Dieses wurde in Hinblick auf den mittlerweile im Entwurf vorliegenden Eurocode 3/Teil 1.6 für die Stabilität von Schalen aus Stahl u. a. mit dem Ziel der Erarbeitung von Bemessungshilfen durchgeführt. Der untersuchte Parameterbereich orientiert sich an den im praktischen Silobau auftretenden Verhältnissen. Den Grundfall bildet der lokal gelagerte unversteifte Zylinder mit konstanter Wanddicke. Der praktisch wichtige Effekt einer Wanddickenerhöhung im untersten Schuss wurde mituntersucht. Die numerische Berechnung der Beultraglasten erfolgte mittels nichtlinearer FE-Methoden. Das zusätzliche Versuchsprogramm diente der Untermauerung des numerischen Vorgehens sowie der Prüfung der entwickelten Bemessungsformeln. Das gewählte Darstellungsformat der Bemessungsformeln gestattet den direkten Vergleich der kritischen Beulspannung des lokal gelagerten Kreiszylinders mit jener des bekannten Falles des gleichmäßig über den Umfang gelagerten Zylinders.

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.