B Stahlwasserbau – Vorstatik Inverses Stemmtor

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: [email protected]

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


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.


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.


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.


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


Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen –

Windlasten


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


Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und

Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den

Hochbau


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


Stahlbauten – Teil 1-5: Plattenförmige Bauteile; deutsche Fassung EN 1993-1-5:2006

+ AC:2009


Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-5: Plattenförmige

Bauteile


Stahlbauten – Teil 1-6: Festigkeit und Stabilität von Schalen; deutsche Fassung EN

1993-1-6:2007 + AC:2009


Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-6: Festigkeit und

Stabilität von Schalen


Stahlbauten - Teil 1-7: Plattenförmige Bauteile mit Querbelastung; deutsche Fassung

EN 1993-1-7:2007 + AC:2009


Seite 2-3


Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-7: Plattenförmige

Bauteile mit Querbelastung


Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung von Anschlüssen; deutsche Fassung EN 1993-1-

8:2005 + AC:2009


Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-8: Bemessung

von Anschlüssen


Stahlbauten - Teil 1-9: Ermüdung; deutsche Fassung EN 1993-1-9:2005 + AC:2009


Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-9: Ermüdung


Stahlbauten - Teil 1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und

Eigenschaften in Dickenrichtung; deutsche Fassung EN 1993-1-10:2005 + AC:2009


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


- Technische Regeln für die Ausführung von Stahltragwerken


- 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


Seite 2-4

[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


Formzahlen und Kerbwirkungszahlen


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


Seite 2-5

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])


Seite 2-6

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


Seite 2-7

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.


Seite 2-8

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


Seite 2-9

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


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


Seite 2-11

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.


Seite 2-12

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.


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.


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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


Seite 3-1

LASTFÄLLE 3. LF1: Eigengewicht + 10% 3.1.

Eigengewicht des Modells wird automatisch vom Programm berücksichtigt.


Seite 3-2

LF2: NN -0,20 NOK gegen NN -1,40 Förde 3.2.


Seite 3-3

LF3: NN +1,70 Förde gegen NN +0,50 NOK 3.3.


Seite 3-4

LF4: NN +3,47 HHW gegen NN +0,50 NOK inv 3.4.


Seite 3-5

LF5: NN +0,50 NOK gegen NN -2,29 Förde 3.5.


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LF6: Dynamische Wellenlast H=62cm inv 3.6.


Seite 3-7


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Seite 3-9

LF7: Dynamische Wellenlast H=115cm inv 3.7.


Seite 3-10


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Seite 3-12

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.



Seite 3-15

LF11: Eisdruck NN +1,70 Förde 3.11.



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LF12: Eisdruck NN -1,40 Förde 3.12.



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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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LF15: Leckwerden von Luftkammer 3.15.


Seite 4-1

KOMBINATIONEN 4. Für Bemessung 4.1.

Für Verformungen 4.2.


Seite 5-1

VARIANTEN 5.

Übersicht 5.1.

NN +3,55

m

NN -10,08

m


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


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Verformung:


Seite 5-4

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-5

Variante 2: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 2 und 5.3.

2 Verriegelungen

Übersicht:

Pos.2


Verriegelungen


Seite 5-6

Verformung:


Seite 5-7

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-8

Variante 3: Tor mit 8 Verriegelungen 5.4.

Übersicht:


Verriegelungen


Seite 5-9

Verformung:


Seite 5-10

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-11

Variante 4: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 2 und 2 5.5.

Verriegelungen

Übersicht:

Pos.2


Verriegelungen


Seite 5-12

Verformung:


Seite 5-13

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-14

Variante 5: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 1 und 2 5.6.

Verriegelungen

Übersicht:

Pos.1


Verriegelungen


Seite 5-15

Verformung:


Seite 5-16

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-17

Variante 6: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 1 5.7.

Übersicht:

Pos.1



Seite 5-18

Verformung:


Seite 5-19

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-20

Variante 7: Tor mit horizontaler und schräger Abstützung in Pos. 2 5.8.

Übersicht:

Pos.2



Seite 5-21

Verformung:


Seite 5-22

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-23

Variante 8: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 2 5.9.

Übersicht:

Pos.2



Seite 5-24

Verformung:


Seite 5-25

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-26

Variante 9: Tor mit horizontaler Abstützung in Pos. 1 5.10.

Übersicht:

Pos.1



Seite 5-27

Verformung:


Seite 5-28

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-29

Variante 10: Tor mit 2 Verriegelungen 5.11.

Übersicht:


Verriegelungen


Seite 5-30

Verformung:


Seite 5-31

Stabkräfte:

Lagerkräfte:


Seite 5-32

Variante 11: Tor mit 4 Verriegelungen am Schlagsäule und 4 5.12.

Gelenklager am Drehsäule

Übersicht:


Verriegelungen Gelenke


Seite 5-33

Verformung:


Seite 5-34

Lagerkräfte:


Seite 5-35

Zusammenstellung der Ergebnisse 5.13.


Seite 6-1

BEARBEITUNG 6.

Variantenuntersuchung Inverses Tor

Schleuse Kiel-Holtenau

Bearbeitet:

Würzburg, 29.09.2015

Bearbeiter

....................................

Dipl.-Ing. Timm Sattler

.................................... .......................................

Dipl.-Ing. Sorin Silaghi Dr.-Ing M. Schäfers

B Stahlwasserbau – Vorstatik Inverses Stemmtor

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Transcript of B Stahlwasserbau – Vorstatik Inverses Stemmtor