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PLANUNGSGEMEINSCHAFT
KIELER SCHLEUSEN
Bauherr: Wasser- und Schifffahrtsamt Kiel-Holtenau
(WSA Kiel-Holtenau)
Schleuseninsel 2
24159 Kiel
B
Stahlwasserbau – Vorstatik
Inverses Stemmtor
Bauvorhaben: Machbarkeitsstudie
Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Kiel
Auftrag: H13188
Inhalt: Statische Berechnung
Vorstatik
Variantenuntersuchung
Tragwerksplanung:
IRS Stahlwasserbau Consulting AG
Max-von-Laue-Str. 12
97080 Würzburg
Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Sorin Silaghi
Telefon: 0931 / 35 93 34 - 24
Telefax: 0931 / 35 93 34 - 50
Mail: silaghi@irs-stahlwasserbau.de
Anlage 3.4
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Revisionsverzeichnis
zur
Statischen Berechnung
Rev.
Nr.
Versand-
Datum:
Block
(Kapitel):
Seiten neu / ergänzt /
geändert / Bemerkungen
Aufsteller:
0 03.11.2015 1-10 Deckblatt,
Revisionsverzeichnis,
Inhaltsverzeichnis Seiten: 0-
1 bis 0-3, Statik: 99 Seiten
(1-1 bis 1-19; 2-1 bis 2-16;
3-1 bis 3-15; 4-1; 5-1 bis 5-
12; 6-1 bis 6-12; 7-1 bis 7-
6; 8-2; 9-1 bis 9-16; 10-1 /
Ersteinreichung
Silaghi
8 Seite 8-1 Sattler
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 0-1
INHALTSVERZEICHNIS 0.
INHALTSVERZEICHNIS 0-1 0. ALLGEMEINES 1-1 1. BERECHNUNGSGRUNDLAGEN FÜR DEN STAHLWASSERBAU 2-1 2.
Normen und Bemessungsvorschriften 2-1 2.1. Vorschriften 2-1 2.2. Literatur 2-4 2.3. Werkstoffe 2-5 2.4.
Stahlbauteile S355J2 2-5 2.4.1. Allgemeine Planungsgrundsätze Stahlwasserbau 2-6 2.5. Geometrische Planungsvorgaben 2-7 2.6. Wasserstände 2-8 2.7. Wasserstandsdifferenzen Kieler Förde – Kammer - NOK 2-8 2.8. Betriebszustände (Binnen- und Außenhaupt) 2-9 2.9.
Einwirkungen 2-10 2.10. Eigengewicht (ständige Einwirkung) 2-10 2.10.1. Hydrostatische Einwirkungen: 2-10 2.10.2. Hydrodynamische Einwirkungen: 2-10 2.10.3. Eisauflast 2-11 2.10.4. Eisdruck 2-11 2.10.5. Verkehrs- und Auflasten 2-11 2.10.6. Massenkräfte 2-11 2.10.7. Änderung der Stützbedingungen 2-12 2.10.8. Schiffsreibung 2-12 2.10.9.
Schiffsstoß 2-12 2.10.10. Windlasten 2-12 2.10.11. Leckwerden von Luftkammern (Außergewöhnliche Einwirkung) 2-12 2.10.12. Abhebesicherung /Verriegelung (Außergewöhnliche Einwirkung) 2-13 2.10.13. Transport-, Montage- und Reparaturzustände 2-13 2.10.14. Bewegungsbehinderung durch Fremdkörper / Einwirkungen des Antriebes im 2.10.15.
Störfall 2-13 Weitere Einwirkungen auf die Verschlüsse 2-13 2.10.16. Betriebsfestigkeitsnachweise 2-14 2.10.17. Fahrzeiten Verschlüsse 2-14 2.10.18. Füll- und Entleerungszeiten Schleuse 2-14 2.10.19.
LASTFÄLLE 3-1 3. LF1: Eigengewicht + 10% 3-1 3.1. LF2: NN -0,20 NOK gegen NN -1,40 Förde 3-2 3.2. LF3: NN +1,70 Förde gegen NN +0,50 NOK 3-3 3.3. LF4: NN +3,47 HHW gegen NN +0,50 NOK inv 3-4 3.4. LF5: NN +0,50 NOK gegen NN -2,29 Förde 3-5 3.5. LF6: Dynamische Wellenlast H=62cm inv 3-6 3.6. LF7: Dynamische Wellenlast H=115cm inv 3-9 3.7. LF8: Eisauflast 1 kN/m2 3-12 3.8. LF9: Eisdruck NN -0,20 NOK 3-13 3.9.
LF10: Eisdruck NN +0,50 NOK 3-14 3.10. LF11: Eisdruck NN +1,70 Förde 3-15 3.11. LF12: Eisdruck NN -1,40 Förde 3-16 3.12. LF13: Gabelstapler und Elektrozug 3-17 3.13. LF14: Gabelstapler und Elektrozug, Bremslast 3-18 3.14. LF15: Leckwerden von Luftkammer 3-19 3.15.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 0-2
KOMBINATIONEN 4-1 4. Für Bemessung 4-1 4.1. Für Verformungen 4-1 4.2.
VARIANTEN 5-1 5. Übersicht 5-1 5.1. Variante 1: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 1 und 2 5.2.
Verriegelungen 5-2 Variante 2: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 2 und 2 5.3.
Verriegelungen 5-5 Variante 3: Tor mit 8 Verriegelungen 5-8 5.4. Variante 4: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 2 und 2 Verriegelungen 5-11 5.5. Variante 5: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 1 und 2 Verriegelungen 5-14 5.6. Variante 6: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 1 5-17 5.7. Variante 7: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 2 5-20 5.8. Variante 8: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 2 5-23 5.9.
Variante 9: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 1 5-26 5.10. Variante 10: Tor mit 2 Verriegelungen 5-29 5.11. Variante 11: Tor mit 4 Verriegelungen am Schlagsäule und 4 Gelenklager am 5.12.
Drehsäule 5-32 Zusammenstellung der Ergebnisse 5-35 5.13.
BEARBEITUNG 6-1 6.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 1-1
ALLGEMEINES 1.
Diese Variantenuntersuchung hat den Zweck, die optimale Konstruktionslösung für das
inverse Tor zu finden.
Es werden verschiedene Varianten untersucht. Als Hauptkriterien werden die Verformungen
und die Lagerkräfte sowie die Zylinder-/Stabkräfte betrachtet.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 2-1
BERECHNUNGSGRUNDLAGEN FÜR DEN STAHLWASSERBAU 2.
Normen und Bemessungsvorschriften 2.1.
Für die Bemessung des Stahlwasserbaus der „Alte Schleuse Kiel-Holtenau“ gelten folgende
Bemessungsgrundlagen:
Vorschriften 2.2.
[1] DIN 19704-1:2012-05 Entwurf, Stahlwasserbauten, Berechnungsgrundlagen
[2] DIN 19704-2:2012-05 Entwurf, Stahlwasserbauten, Bauliche Durchbildung und
Herstellung
[3] DIN EN 1990:2010-12, Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung; deutsche
Fassung EN 1990:2002 + A1:2005 + A1:2005/AC:2010
[4] DIN EN 1990/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter –
Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung
[5] DIN EN 1990/NA/A1:2012-08, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter –
Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung; Änderung A1
[6] DIN EN 1991-1-1:2010-12, Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-1:
Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke - Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im
Hochbau; deutsche Fassung EN 1991-1-1:2002 + AC:2009
[7] DIN EN 1991-1-1/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen auf
Tragwerke - Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau
[8] DIN EN 1991-1-1/NA/A1:2014-07, Nationaler Anhang - National festgelegte
Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-1: Allgemeine
Einwirkungen auf Tragwerke - Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau:
Änderung A1
[9] DIN EN 1991-1-4:2010-12, Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4:
Allgemeine Einwirkungen - Windlasten; deutsche Fassung EN 1991-1-4:2005 +
A1:2010 + AC:2010
[10] DIN EN 1991-1-4/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen –
Windlasten
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 2-2
[11] DIN EN 1992-1-1:2011-01, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln
und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004 + AC:2010
[12] DIN EN 1992-1-1 A1:2013-09, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln
und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004/prA1:2013
[13] DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und
Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den
Hochbau
[14] DIN EN 1993-1-1:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau;
deutsche Fassung EN 1993-1-1:2005 + AC:2009
[15] DIN EN 1993-1-1/A1:2014-07, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau;
deutsche Fassung EN 1993-1-1:2005/FprA1:2013
[16] DIN EN 1993-1-1/NA:2010-12, Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-1: Allgemeine
Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau
[17] DIN EN 1993-1-5:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten – Teil 1-5: Plattenförmige Bauteile; deutsche Fassung EN 1993-1-5:2006
+ AC:2009
[18] DIN EN 1993-1-5/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-5: Plattenförmige
Bauteile
[19] DIN EN 1993-1-6:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten – Teil 1-6: Festigkeit und Stabilität von Schalen; deutsche Fassung EN
1993-1-6:2007 + AC:2009
[20] DIN EN 1993-1-6/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-6: Festigkeit und
Stabilität von Schalen
[21] DIN EN 1993-1-7:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten - Teil 1-7: Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung; deutsche Fassung
EN 1993-1-7:2007 + AC:2009
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 2-3
[22] DIN EN 1993-1-7/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-7: Plattenförmige
Bauteile mit Querbelastung
[23] DIN EN 1993-1-8:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung von Anschlüssen; deutsche Fassung EN 1993-1-
8:2005 + AC:2009
[24] DIN EN 1993-1-8/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung
von Anschlüssen
[25] DIN EN 1993-1-9:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten - Teil 1-9: Ermüdung; deutsche Fassung EN 1993-1-9:2005 + AC:2009
[26] DIN EN 1993-1-9/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-9: Ermüdung
[27] DIN EN 1993-1-10:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von
Stahlbauten - Teil 1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und
Eigenschaften in Dickenrichtung; deutsche Fassung EN 1993-1-10:2005 + AC:2009
[28] DIN EN 1993-1-10/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter -
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-10:
Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in
Dickenrichtung
[29] DIN EN 1090-1:2012-02, Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken
- Konformitätsnachweisverfahren für tragende Bauteile
[30] DIN EN 1090-2:2011-10, Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken
- Technische Regeln für die Ausführung von Stahltragwerken
[31] DIN EN 1090-3:2011-10, Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken
- Technische Regeln für die Ausführung von Aluminiumtragwerken
[32] DIN EN 10025-2:2005-04, Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen; Teil 2:
Technische Lieferbedingungen für unlegierte Baustähle
[33] DIN EN 10025-6:2009-08, Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen; Teil 6:
Technische Lieferbedingungen für Flacherzeugnisse aus Stählen mit höherer
Streckgrenze im vergüteten Zustand
[34] DIN EN 10088-1:2005-09, Nichtrostende Stähle – Teil 1: Verzeichnis der
nichtrostenden Stähle
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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[35] DIN EN 10088-2:2005-09, Nichtrostende Stähle – Teil 2: Technische
Lieferbedingungen für Blech und Band aus korrosionsbeständigen Stählen für
allgemeine Verwendung
[36] DIN EN 10088-3:2005-09, Nichtrostende Stähle – Teil 3: Technische
Lieferbedingungen für Halbzeug, Stäbe, Walzdraht, gezogenen Draht, Profile und
Blankstahlerzeugnisse aus korrosionsbeständigen Stählen für allgemeine
Verwendung
[37] DIN EN ISO 3506-1:2010-04, Mechanische Eigenschaften von
Verbindungselementen aus nichtrostenden Stählen – Teil 1: Schrauben
[38] DIN EN ISO 2338:1998-02, Zylinderstifte aus ungehärtetem Stahl und austenitischem
nichtrostendem Stahl
[39] DIN 743-1:2000-10, Tragfähigkeitsberechnung von Wellen und Achsen – Teil 1:
Einführung, Grundlagen
[40] DIN 743-2:2000-10, Tragfähigkeitsberechnung von Wellen und Achsen – Teil 2:
Formzahlen und Kerbwirkungszahlen
[41] DIN 743-3:2000-10, Tragfähigkeitsberechnung von Wellen und Achsen – Teil 3:
Werkstoff-Festigkeitswerte
Literatur 2.3.
[42] Stahlwasserbau – G. Wickert, G. Schmaußer, Springer Verlag 1971
[43] Stahlbau – Ch. Petersen, Vieweg Verlag, 4. Auflage 2013
[44] Stahlbaufibel – U. Engelmann, Bauwerk/Beuth Verlag, 1. Auflage 2012
[45] Stahlbaupraxis nach Eurocode 3, Band 1: Tragwerksplanung, Grundlagen – G.
Wagenknecht, Bauwerk/Beuth Verlag, 4. Auflage 2012
[46] Stahlbaupraxis nach Eurocode 3, Band 2: Verbindungen und Konstruktionen – G.
Wagenknecht, Bauwerk/Beuth Verlag, 3. Auflage 2012
[47] Stahlbau 78 (2009), Heft 1 - Zur Beanspruchbarkeit bei Herzschen Pressungen - H.
Nölke
[48] Stability of steel plates under combined loading. Dissertation 2010. B. Braun
[49] EAU 2012
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Werkstoffe 2.4.
Stahlbauteile S355J2 2.4.1.
M0 = 1,1 (nach [1])
M1 = 1,1 (nach [1])
M2 = 1,25 (nach [1])
wv,Rd = 251900
470
,*, = 418 N/mm2 (nach [23] und [24])
w,Rd = 251
47090
,*, = 338 N/mm2(nach [23] und [24])
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Allgemeine Planungsgrundsätze Stahlwasserbau 2.5.
Für den Leistungsabschnitt B „Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau“ gelten
folgende Planungsgrundsätze:
Allgemein
- Erhalt der vorhandenen, lichten nutzbaren Schleusenabmessungen
- Als Mindestanforderung ist die Lenzbarkeit der Häupter zu Gewährleisten
- Decksbereiche sind niveaugleich auszubilden, Rampen und Treppen sind zu
vermeiden
Verschlüsse
- Für die Schleusenverschlüsse soll das Stemmtorkonzept grundsätzlich beibehalten
werden. Es werden folgende Verschlusstypen untersucht:
Inverses Stemmtor (System Ijmouden)
Inverses Stemmtor (System „Biegesteife Ausführung an der Schlagsäule)
- Die Schleusentore sind überfahrbar zu gestalten. Mindestanforderungen sind die
Lastmodelle der Fa. Still – Fahrzeuge Gabelstapler RX 70-50 und Elektrozug R08-20
mit max. Anhängelast. Geometrisch soll eine Fahrbahnbreite von 2,0 m nicht
überschritten werden.
- Die Füll- und Entleerungsorgane der Schleuse sind in die Schleusenverschlüsse zu
integrieren. Die Anzahl der Verschlüsse ist zu minimieren.
- Die maschinentechnische Ausrüstung ist an die neuen Verschlüsse anzupassen und
zu verkleinern bzw. zu konzentrieren.
- Die Steuerungstechnik ist so auszulegen, dass der Betrieb der Alten und Neuen
Schleusen über eine gemeinsame Leitzentrale möglich ist
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Geometrische Planungsvorgaben 2.6.
Lichte Kammer- bzw. Hauptbreite 25,00 m
Drempelwinkel 20,0°
Geometriedaten der Hauptbereiche der Nord- und Südkammer
Außenhaupt
OK Planie NN +4,27 m
OK Drempel / Kammersohle NN -10,00 m
OK Sohle Haupt NN -10,50 m
Binnenhaupt
OK Planie NN +4,27 m
OK Drempel / Kammersohle NN -10,00 m
OK Sohle Haupt NN -10,50 m
Die geometrischen Vorgaben sind ggf. in Abhängigkeit von den Ergebnissen der
Voruntersuchungen/Machbarkeitsstudie noch anzupassen.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Wasserstände 2.7.
NOK
HKW NN + 0,50 m
MKW NN ± 0,00 m
NKW NN - 1,00 m
Schleusenkammer
HKW NN + 0,50 m
MKW NN ± 0,00 m
NKW NN - 1,00 m
Kieler Förde
HHW NN +3,47 m
NNW NN -2,29 m
Wasserstandsdifferenzen Kieler Förde – Kammer - NOK 2.8.
Schleuse außer Betrieb:
Kieler Förde
HHW NN +3,47 m
NOK
Bemessungswasserstand NN + 0,50 m
Max 2,97 m
Schleuse in Betrieb:
NOK
Oberer Bemessungswasserstand NN + 0,50 m
Unterer Bemessungswasserstand NN - 0,20 m
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Der Schleusenbetrieb erfolgt bis zu einer max. Wasserstandsdifferenz von 1,20 m
Es ergeben sich somit folgende Bezugswasserstände für die Kieler Förde:
Kieler Förde
Oberer Bemessungswasserstand NN + 1,70 m
Unterer Bemessungswasserstand NN - 1,40 m
Betriebszustände (Binnen- und Außenhaupt) 2.9.
Schleuse außer Betrieb
- Verschluss in Revision (Haupt trockengelegt)
- Verschluss halten gegen max. Überstau (Hochwasser Kieler Förde)
Schleuse in Betrieb
- Verschluss halten gegen Überstau von NOK
- Verschluss halten gegen Überstau von der Kieler Förde
- Verschluss bewegen gegen Überstau
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 2-10
Einwirkungen 2.10.
Folgende Angaben sind für die Bemessung der Verschlüsse anzusetzen:
Eigengewicht (ständige Einwirkung) 2.10.1.
Als ständige Einwirkungen sind die Eigenlasten der Stahlwasserbauteile anzusetzen:
Zuschlag Eigengewicht
Zusätzlich ist für die Verschlüsse gemäß [1] (5.1) ein Zuschlag von 10 % für Beschichtungen,
anhaftendes Wasser, anhaftendes Eis, Bewuchs und Verschmutzungen zu den Eigenlasten
zu berücksichtigen.
Eine mögliche Schlickbelastung wird durch den Zuschlag zum Eigengewicht mit abgedeckt.
Hydrostatische Einwirkungen: 2.10.2.
Bemessungswasserstände:
Siehe Kap. 2.8
Hydrodynamische Einwirkungen: 2.10.3.
Aufschlag zu den hydrostatischen Einwirkungen:
Ansatz für die statische Bemessung der Stemmtore in geschlossener Stellung:
Die Wellenlasten wurden bereits ermittelt und es liegt eine signifikante Wellenhöhe von 62
cm und eine maximale Wellenhöhe von 1,15 m vor.
Die Stauhaut der Verschlüsse ist auf den höchsten Bemessungswasserstand von 3,47 m
auszulegen. Wellenbelastungen sind bis auf diese Höhe anzusetzen. Ein möglicher, geringer
Restüberlauf von wenigen Zentimetern wird vernachlässigt.
Die Ermittlung von möglichen, ermüdungsrelevanten Wasserstandsschwankungen erfolgt mit
gesonderter Pegelauswertung.
Einwirkungen aus Torbewegung:
Für die statischen Nachweise zu berücksichtigen:
Tor geschlossen bis 90° (in Tornische) Δw = 15 cm
Für Betriebsfestigkeitsnachweise zu berücksichtigen:
Tor geschlossen bis 90° (in Tornische) Δw = 10 cm
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Eisauflast 2.10.4.
Für die Schleusenverschlüsse ist eine Last von 1 kN/m² infolge einer 10 cm hohen
geschlossenen Eisschicht auf dem oberen horizontalen Torabschluss zu berücksichtigen.
Eisdruck 2.10.5.
Zusätzlich zum hydrostatischen Wasserdruck ist der Eisdruck gemäß [1] (5.2.5) anzusetzen.
Es ist der in Küstengebieten vorherrschende Eisdruck anzusetzen:
- Flächenlast pE = 250 kN/m²
- Mindesteisdicke Eisdicke hE = 0,50 m
- Der Eisdruck ist mit den Betriebswasserständen
(Normalwasserständen) zu kombinieren.
- Der Eisdruck wird nach [1] 5.2.5 (4) um 30% reduziert.
Verkehrs- und Auflasten 2.10.6.
Für die Torlaufstege (Bedienstege) sind Verkehrslasten nach [1] (5.2.6) anzusetzen.
Der Schleusenverschluss muss für den Dienstbetrieb und für die Schiffsausrüster mittels
folgender Fahrzeuge (Bemessungsfahrzeuge) überfahrbar sein:
- Fahrzeug Gabelstapler RX 70-50, Fa. Still
- Fahrzeug Elektrozug R08-20 mit max. Anhängelast, Fa. Still
Die Fahrbahnbreite soll eine Breite von 2,0 m nicht überschreiten.
Weiterhin ist eine Mindestflächenlast von 5 kN/m2 bei der Bemessung anzusetzen.
Für Bedienstege auf und im Torkörper werden Verkehrslasten nach [1] (5.2.6) angesetzt:
- Bedienstege 2,5 kN/m2
- horizontale Holmlast 0,5 kN/m
Massenkräfte 2.10.7.
Massenkräfte werden gemäß [1] (5.2.7) aufgrund der geringen Beschleunigungen (< 0,5
m/s² bezogen auf den Schwerpunkt) vernachlässigt.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Änderung der Stützbedingungen 2.10.8.
Auswirkungen statisch unbestimmter Lagerung:
Es ist als Lastfall „Erhöhung der Auflagerlasten infolge Lastumlagerung/Ausfall“ einer
Stemmknagge zu berücksichtigen.
Temperaturdifferenzen werden bei der Bemessung der Verschlüsse vernachlässigt.
Die Auswirkung massivbaulicher Verformung sind durch den Ansatz des Lastfalls „Erhöhung
der Auflagerlasten infolge Lastumlagerung/Ausfall“ einer Stemmknagge mit abgedeckt.
Schiffsreibung 2.10.9.
Für den geöffneten Verschluss sind nach [1] (5.2.10) folgende Lasten aus Schiffsreibung
gleichzeitig zu berücksichtigen:
- Horizontallast ┴ zur Fahrtrichtung 100 kN
- Horizontallast in Fahrtrichtung 50 kN
Die Lasten werden auf die Schrammleisten im Bereich der Wasserlinie angesetzt.
Schiffsstoß 2.10.10.
Ein Schiffsstoß ist bei der Auslegung des Antriebes zu berücksichtigen. Der Antrieb soll sich
bei einem bestimmten Stoß öffnen, damit er keinen Schaden nimmt. Hierzu ist eine Energie
von max. 1.000 kNm anzusetzen.
Für den Schiffsstoß ist der maximal schleusbare Wasserstand mit dem Stoß zu kombinieren.
Anprall ist nur für den Fall zu berücksichtigen, dass ein Schiff, das sich innerhalb der
Kammer befindet, gegen das geschlossene Tor fährt. Ein Anprall von der Kanalseite her
bzw. von der Fördeseite her ist nicht zu berücksichtigen.
Windlasten 2.10.11.
Für die Ermittlung der Antriebskräfte der Schleusenverschlüsse sind Windlasten nach [9], mit
nationalem Anhang zu berücksichtigen.
Geschwindigkeitsdruck nach [9]; Windzone WZ3:
Geschwindigkeitsdruck → q=1,05 kN/m²
Aerodynamischer Beiwert des Geländeniveaus nach [1] (5.2.12) → cf=0,5
Leckwerden von Luftkammern (Außergewöhnliche Einwirkung) 2.10.12.
Das Leckwerden von Luftkammern der Verschlüsse ist gemäß [1] zu berücksichtigen. Es ist
der ungünstigste Fall für die Bemessung heranzuziehen. Das Tor muss in diesem Zustand
noch in die Revisionsstellung gefahren werden können.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 2-13
Abhebesicherung /Verriegelung (Außergewöhnliche Einwirkung) 2.10.13.
Die Abhebesicherung gegen das Ausheben der Verschlüsse aus dem Lager bei
Schiffsanprall/ Auftrieb ist für 10% der Antriebskraft bzw. max. 250 kN zu dimensionieren.
Transport-, Montage- und Reparaturzustände 2.10.14.
Die Einwirkungen bei Transport, Montage und Reparatur sind zu berücksichtigen:
a) Revision der Schleusenverschlüsse:
Im Revisionsfall werden entsprechende Revisionsverschlüsse gesetzt. Auf den Verschluss
wirkt kein Wasserdruck
Rückwand: nicht wasserbenetzt (Kammer, Haupt abgepumpt).
b) Druckprüfung von Hohlkörpern:
pmin = 0,3 bar
c) Montagezustand:
Eigengewicht Verschluss ohne Auftrieb > Belastbarkeit der Auflager
Bewegungsbehinderung durch Fremdkörper / Einwirkungen des 2.10.15.
Antriebes im Störfall
Es sind außergewöhnliche Einwirkungen durch den Antrieb bei Blockierung der Verschlüsse
(Verklemmen) nachgewiesen.
Der Stahl- und Maschinenbau ist so auszulegen, dass infolge Bewegungsbehinderung keine
Schäden an den Stahlbauteilen entstehen. Lokale Beschädigungen an der Verklemmstelle
sind nicht auszuschließen.
Im Störfall werden die größtmöglichen Antriebskräfte / Antriebsmomente des Antriebs auf die
Verschlusskörper mit den Ansätzen nach [1], Abschnitt 8 und 9.3 und die
außergewöhnlichen Kombinationen nach [1], Tabelle 6 plus Überlastschutz (25%) des
Antriebes erfasst.
Weitere Einwirkungen auf die Verschlüsse 2.10.16.
Reibungskräfte:
Die auf Stahl- und Maschinenbaukonstruktionen einwirkenden Reibkräfte sind nach [1],
Kapitel 6, zu ermitteln.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 2-14
Betriebsfestigkeitsnachweise 2.10.17.
Stahlkonstruktionen:
Folgende Angaben sind den Betriebsfestigkeitsnachweisen für die Stahlkonstruktionen zu
Grunde zu legen:
Betriebszeit: 70 Jahre
Betriebstage pro Jahr: 340 Tage/Jahr
Kreuzungsschleusungen pro Tag: 24
Lastspielanzahl: n = 571.200
Maschinenkonstruktionen:
Folgende Angaben sind den Betriebsfestigkeitsnachweisen für die Maschinenkonstruktionen
zu Grunde zu legen:
Betriebszeit: 35 Jahre
Betriebstage pro Jahr: 340 Tage/Jahr
Kreuzungsschleusungen pro Tag: 24
Lastspielanzahl: n = 285.600
Fahrzeiten Verschlüsse 2.10.18.
Verschluss Schleuse 90 s
Verschluss Füll- und Entleerungsorgane 120 s
Füll- und Entleerungszeiten Schleuse 2.10.19.
Füll- und Entleerungszeiten gemäß Abstimmung mit der BAW
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LASTFÄLLE 3. LF1: Eigengewicht + 10% 3.1.
Eigengewicht des Modells wird automatisch vom Programm berücksichtigt.
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LF2: NN -0,20 NOK gegen NN -1,40 Förde 3.2.
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LF3: NN +1,70 Förde gegen NN +0,50 NOK 3.3.
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 3-4
LF4: NN +3,47 HHW gegen NN +0,50 NOK inv 3.4.
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LF5: NN +0,50 NOK gegen NN -2,29 Förde 3.5.
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LF7: Dynamische Wellenlast H=115cm inv 3.7.
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LF8: Eisauflast 1 kN/m2 3.8.
Eisauflast wurde nur auf der oberen Blech angesetzt!
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LF9: Eisdruck NN -0,20 NOK 3.9.
Der Eisdruck wird reduziert um 30% nach [1] 5.2.5 (5).
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LF10: Eisdruck NN +0,50 NOK 3.10.
Der Eisdruck wird reduziert um 30% nach [1] 5.2.5 (5).
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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LF11: Eisdruck NN +1,70 Förde 3.11.
Der Eisdruck wird reduziert um 30% nach [1] 5.2.5 (5).
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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LF12: Eisdruck NN -1,40 Förde 3.12.
Der Eisdruck wird reduziert um 30% nach [1] 5.2.5 (5).
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Seite 3-17
LF13: Gabelstapler und Elektrozug 3.13.
Als Verkehrslast wird eine gleichmäßige Flächenlast von 15 kN/m2 (aus den
Gesamtgewichten der Fahrzeuge mit einem Schwingbeiwert von 1,4 und verteilt auf der
Oberfläche) eingesetzt.
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LF14: Gabelstapler und Elektrozug, Bremslast 3.14.
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Seite 4-1
KOMBINATIONEN 4. Für Bemessung 4.1.
Für Verformungen 4.2.
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Seite 5-1
VARIANTEN 5.
Übersicht 5.1.
NN +3,55
m
NN -10,08
m
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Seite 5-2
Variante 1: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 1 und 5.2.
2 Verriegelungen
Übersicht:
Pos.1
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-5
Variante 2: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 2 und 5.3.
2 Verriegelungen
Übersicht:
Pos.2
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-8
Variante 3: Tor mit 8 Verriegelungen 5.4.
Übersicht:
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-11
Variante 4: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 2 und 2 5.5.
Verriegelungen
Übersicht:
Pos.2
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-14
Variante 5: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 1 und 2 5.6.
Verriegelungen
Übersicht:
Pos.1
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-17
Variante 6: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 1 5.7.
Übersicht:
Pos.1
Drehsäule Schlagsäule
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-20
Variante 7: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 2 5.8.
Übersicht:
Pos.2
Drehsäule Schlagsäule
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-23
Variante 8: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 2 5.9.
Übersicht:
Pos.2
Drehsäule Schlagsäule
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-26
Variante 9: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 1 5.10.
Übersicht:
Pos.1
Drehsäule Schlagsäule
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
Seite 5-29
Variante 10: Tor mit 2 Verriegelungen 5.11.
Übersicht:
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen
Machbarkeitsstudie Alte Schleuse Kiel-Holtenau
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Variante 11: Tor mit 4 Verriegelungen am Schlagsäule und 4 5.12.
Gelenklager am Drehsäule
Übersicht:
Drehsäule Schlagsäule
Verriegelungen Gelenke
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BEARBEITUNG 6.
Variantenuntersuchung Inverses Tor
Schleuse Kiel-Holtenau
Bearbeitet:
Würzburg, 29.09.2015
Bearbeiter
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Dipl.-Ing. Timm Sattler
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Dipl.-Ing. Sorin Silaghi Dr.-Ing M. Schäfers