Lastkombinatorik für Rohrspannungen aufgrund gelegentlicher Lasten

Fachbeitrag

Die Zusatzmodule RF-PIPING und RF-PIPING Design ermöglichen die Bemessung von Rohrleitungen unter anderem nach EN 13480-3 [1]. Dabei werden die Spannungen im Rohr basierend auf den Formeln des Kapitels 12.3 Elastizitätsanalyse ermittelt. Je nach Spannungsart sind ein oder mehrere resultierende Momente unabhängig voneinander anzusetzen. Diese Differenzierung kommt beispielsweise bei der Ermittlung der Spannungen aufgrund gelegentlich wirkender Lasten vor.

Spannungsformel 12.3.3-1 für gelegentliche Lasten nach EN 13480-3:
$${\mathrm\sigma}_2\;=\;\frac{{\mathrm p}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm d}_\mathrm o}{4\;\cdot\;{\mathrm e}_\mathrm n}\;+\;\frac{0,75\;\cdot\;\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm M}_\mathrm A}{\mathrm Z}\;+\;\frac{0,75\;\cdot\;\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm M}_\mathrm B}{\mathrm Z}\;\leq\;\mathrm k\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm t$$

Die Spannung σ2 setzt sich aus drei Termen zusammen. In den ersten Term geht der Innendruck ein. Die anderen beiden Terme unterscheiden sich lediglich durch den Index des Momentes. Das Moment MA setzt sich aus ständig wirkenden mechanischen Lasten (beispielsweise Eigengewicht der Rohrleitung beziehungsweise der Flüssigkeit) zusammen. Das Moment MB repräsentiert gelegentlich wirkende Lasten (beispielsweise Wind oder Schnee). Die Momentenanteile müssen demzufolge getrennt berechnet werden. Eine Rohrleitungs-Lastkombination würde nur ein Moment zurückgeben. Eine Bemessung analog der Formel kann somit nicht durchgeführt werden. Lösen lässt sich der Sachverhalt mittels Ergebniskombinationen. In Ergebniskombinationen werden die Ergebnisse von Lastfällen oder Kombinationen aufaddiert beziehungsweise subtrahiert. Die einzelnen Terme sind demzufolge bekannt und können getrennt voneinander bemessen werden.

Die folgende Grafik zeigt den beispielhaften Aufbau der Kombinatorik für die gelegentliche Bemessungssituation auf. Die finale und für die Bemessung vorgesehene Kombination wird dabei rot hervorgehoben.

Bild 01 - Kombinatorik

Variante 1

In der Kombinatorik analog Variante 1 wird eine Rohrleitungs-Lastkombination mit dem Attribut "OCC" für den Windlastfall angelegt. Diese RK5 wird anschließend in einer neuen Ergebniskombination EK2 mit den üblichen Langzeitbelastungen kombiniert. Das Moment kann somit in die einzelnen Anteile MA und MB aufgeteilt werden.

Variante 2

In Variante 2 soll die Wirkung der Windlasten im Zusammenspiel mit den anderen Lastfällen genauer untersucht werden. Es wird daher eine neue Rohrleitungs-Lastkombination RK5 erzeugt, die analog RK4 aufgebaut ist und den Windlastfall beinhaltet. In EK 2 werden diese beiden Betriebsspannungssituationen voneinander subtrahiert, sodass nur noch die Schnittgrößen aus Wind und eventuell Effekte aus Theorie 2. Ordnung übrigbleiben. Diese Schnittgrößen werden im Anschluss in einer weiteren EK wieder mit den üblichen Langzeitbelastungen überlagert.

In der folgenden Grafik des Bemessungsmodules RF-PIPING Design wird der Nachweis aufgezeigt. Hier werden dann auch die einzelnen Momentenanteile MA und MB ausgegeben.

Bild 02 - Dokumentation der Momentenanteile

Literatur

[1]  Metallische industrielle Rohrleitungen - Teil 3: Konstruktion und Berechnung; EN 13480-3:2012
[2]  Handbuch RFEM. Tiefenbach: Dlubal Software, Februar 2016. Download

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