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Seismic design of buried steel pipelines

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[Quelle: http://d-nb.info]

Erdbebenrisiken wie seismisch bedingte Erdrutsche, horizontale Bewegungen im Boden durch Bodenverflüssigung und Verwerfungen bedrohen die Sicherheit von unterirdischen Rohrleitungssystemen. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit, die Tragfähigkeit der Rohrleitungen bei diesen Einwirkungen zu bewerten. Diese Dissertation analysiert den Widerstand einer geraden, unterirdischen Stahlrohrleitung, die einer strike-slip-Störung im Boden ausgesetzt ist. Dabei werden die Methoden der Winklerbettung eines Balkens und des Kontinuumsansatzes im Rahmen der Finite-Elemente-Methode eingesetzt. Die Auswirkung unterschiedlicher Boden- und Rohrparameter, die eine maßgebliche Rolle bei der Reaktion der Rohrleitung spielen, werden sorgfältig untersucht. Dazu gehören beispielsweise der Neigungswinkel von Störungen, die Verschüttungstiefe der Rohrleitung, das Bodenmaterial, die Rohrdicke und der Rohrinnendruck. Um die Rechenzeit zu optimieren, ist jedes Ende des berechneten Rohrsegments, mit einer äquivalenten Randfeder verbunden, die die Wechselwirkung mit dem Rest des Bodenleitungssystems darstellt. Innerhalb des Kontinuumsmodells werden sowohl Boden- als auch Rohrleitungskontaktoberflächen mit einer ähnlichen Maschengröße vermischt, sodass eine Lösungskonvergenz gewährleistet ist. Mit dem eingeführten Submodellierungsmodell ist es möglich, auf einen begrenzten Teil des Modells zu fokussieren und diesen mit einer feineren Maschengröße zu berechnen. Dadurch können lokale Stauchungen und Ausbeulungen genau berechnet und die kritische Verschiebung für diesen Grenzzustand ausgewertet werden. Die numerischen Ergebnisse aus beiden Modellen werden sowohl untereinander als auch mit neueren Forschungsergebnissen verglichen, was einen besseren Einblick in das mechanische Verhalten des Boden-Pipelinesystems unter strike-slip-Störungen ermöglicht. Abschließend wird eine Reihe von Empfehlungen entwickelt, um die seismische Bemessung von Stahlrohrleitungen im Bereich von aktiven Störungen zu verbessern. Das vorgeschlagene Modellierungsverfahren, einschließlich der Submodellierungstechnik und der exakten analytischen Formulierung der Rohrgrenzen in Abhängigkeit der Systemparameter, ist dazu geeignet, das seismische Verhalten der unterirdischen Stahlrohrleitung genau und effizient zu berechnen und analysieren.

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Bücher, Broschüren

Tabellenbuch für den Rohrleitungsbau
17., Aufl.
2018, 554 S., 15,5 cm, Hardcover
Vulkan Verlag

 

 

In den letzten fünf Jahren haben sich im Rohrleitungs- und Anlagenbau verschiedene Gesetze, Vorschriften und Normen wesentlich verändert. Dies betrifft insbesondere die Druckgeräterichtlinie. Denn seit dem 19.07.2016 ist die Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU rechtsverbindlich anzuwenden und ersetzt damit die DGRL 97/23/EG. Daraus ergab sich die Notwendigkeit einer 17. Auflage des Tabellenbuches für den Rohrleitungsbau. Das Tabellenbuch enthält in komprimierter Form die praxisrelevanten Daten, Hinweise und Kennwerte für Planer, Konstrukteure und Betreiber von Rohrleitungsanlagen. Die Anwendung des Tabellenbuches setzt Kenntnisse des Rohrleitungsbaus voraus. Das Tabellenbuch ist kein Ersatz, sondern eine Ergänzung der Fach- und Lehrbücher der Rohrleitungstechnik.

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Rohrleitungen - innovative Bau- und Sanierungstechniken, m. CD-ROM
Schriftenreihe aus dem Institut für Rohrleitungsbau Oldenburg, Band 45
2018, 760 S., 212 x 150 mm, Softcover
Vulkan Verlag

 

 

Rohrleitungen unterliegen dem technischen Verschleiß und der Alterung. Von der Allgemeinheit besonders wahrgenommen werden die notwendigen baulichen Maßnahmen bei den großen Freispiegelkanälen in der Entwässerung, die - abhängig von Beanspruchung und Material sowie anderen Parametern - nach vielleicht 100 Jahren nicht mehr funktionstüchtig sind. Besonders in den Innenbereichen größerer Städte sind in diesen Jahren große Maßnahmen zu erwarten, da zu Beginn des 20. Jahrhunderts vielerorts mit dem Bau von Entwässerungsleitungen begonnen wurde. Neben dem Neubau gibt es doch mittlerweile viele gute, angepasste Technologien, von grabenloser Verlegung zu ausgefeilter Sanierungstechnik. Neben den Neuerungen der Sanierungstechnik sollen auch die digitalen Themen der Vorjahre weitergesponnen werden. Darüber hinaus werden in weiteren Vortragsblöcken die aktuelle Entwicklung z.B. im Bereich der Rohrleitungsmaterialien, der Sanierung, des Neubaus, des grabenlosen Bauens, der Wasserver- und Abwasserentsorgung, der Gasversorgungs- und der Pipelinetechnik oder der Fernwärmeversorgung beleuchten.

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Philipp Klingel
Modellierung von Wasserverteilungssystemen
Erstellung und Anwendung von Rohrnetzmodellen nach allgemein anerkannten Regeln der Technik
2018, xii, 294 S., 240 mm, Hardcover
Springer

 

 

Das Buch gibt eine übersichtliche Darstellung nach bundesdeutschen Vorgaben zur Modellierung von Wasserverteilungssystemen. Es konzentriert sich auf die in Deutschland geltenden allgemein anerkannten Regeln der Technik (aaRT). Behandelt sind die Aspekte der Rohrnetzmodellierung für Druck- sowie Durchflussverhältnisse und es bietet einen softwareunabhängigen Einstieg. Die kompakte Darstellung verzichtet bewusst auf die ausführliche Behandlung der mathematischen Ansätze und konzentriert sich stattdessen auf die Grundlagen der Systemkomponenten, auf die erforderlichen Daten, deren Umsetzung im Modell, die Modellkalibrierung und die Rohrnetzanalyse.

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Forschungsberichte

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Susanne Veser, Jörg Londong
EVaSENS - Einsatz von Vakuum-Inlinern im Bestand. Integration von Unterdruck-Sanitärtechnik im bestehenden Gebäude zur Etablierung von NASS-Systemen
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3038
2017, 52 S., 39 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Anwendung von Neuartigen Sanitärsystemen ist es notwendig, Grau- und Schwarzwasser direkt am Entstehungsort getrennt zu erfassen und abzuleiten. Schwarzwasser wurde als wichtige Nährstoffressource identifiziert. Grauwasser lässt sich einfacher reinigen und wiederverwenden als gemischtes Abwasser. Die technische und ökonomische Möglichkeit, vorhandene Rohrleitungssysteme nachträglich für die Bedürfnisse Neuartiger Sanitärsysteme umzurüsten ist jedoch fraglich. Beide Forschungsfragen wurden in diesem Forschungsprojekt bearbeitet, indem ein neues Inliner-System mit Doppel-Inversionen und zwei Liner-Querschnitten unterschiedlicher Größe für Grau- und Schwarzwasser auf seine Praxistauglichkeit geprüft wurde.

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Konstantin Terytze, Robert Wagner, Judith Ellfeldt, Sebastian Möller
Verfahrensvalidierung des inversen Säulenversuchs zur Bewertung und Beurteilung umweltrelevanter Auswirkungen von Kanalrohrsanierungsmitteln im Flutungsverfahren. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3338
2016, 63 S., 18 Abb. u. 14 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Sanierung von nicht begehbaren Abwasserkanälen und -leitungen werden Bauprodukte als Bodeninjektionsmittel in sog. Flutungsverfahren eingesetzt. Hierbei werden zwei Komponenten nacheinander und in unterschiedlichen Verhältnissen in den Abwasserkanal gepumpt. Das entscheidende Merkmal dieser Sanierungsmethode ist, dass die Arbeiten in situ durchgeführt und eine Freilegung der Leitungen vermieden werden kann. Die Sanierung umschließt vertikale und horizontale Leitungsabschnitte, bestehend aus Guss- und Steingut- sowie Kunststoffrohren aus PVC und PVC-U. Der Anwendungsbereich des Flutungsverfahrens zur Sanierung von Abwasserkanälen erstreckt sich von öffentlichen Kanälen, Hausanschlüssen bis Grundstücksentwässerungsanlagen. Ziel der Untersuchungen war es, den inversen Säulenversuch auch als Prüfmethode für Bauprodukte, die in Flutungsverfahren eingesetzt werden, anzupassen und zu standardisieren.

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Rainer Weltring, Dieter Arlt
Wirtschaftlichkeit und Langzeitbewährung von Wasserleitungs- und Entwässerungsrohren aus Kunststoffen im Vergleich unter Einbeziehung technischer, ökologischer, hygienischer und toxikologischer Aspekte
Bau- und Wohnforschung
1999, 207 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die im Bericht vorgestellten Beispiele von Rohrleitungen aus verschiedenen Kunststoffen, die alle weit über 20, teilweise bis über 50 Jahre in Betrieb waren, zeigen, daß schon die polymeren Rohrwerkstoffe der "ersten Generation" ein beachtliches Zeitstandverhalten aufweisen. Bei den Polymerrohren ist im wesentlichen die Kombination von Biegeweichheit und Korrosionsfreiheit für das gute Langzeitverhalten verantwortlich. Der Vergleich von aktuellen Anforderungen mit dem derzeitigen Leistungsprofil der verschiedenen Rohrwerkstoffe zeigt, daß die Rohre aus polymeren Werkstoffen für den Einsatz in vielen Bereichen der Trink- und Abwassernetze am besten geeignet sind. Als Nachteile der Kunststoffrohre sind allgemein deren Brennbarkeit und die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften zu nennen. Diese Einschränkungen wirken sich jedoch in der Anwendungspraxis der Kunststoffrohre kaum nachteilig aus, da die Temperaturgrenzen bekannt sind und die einzelnen Polymerrohre nur in den Bereichen eingesetzt werden kann, für die sie geeignet sind. Lediglich die Forderung nach der Verwendung nicht brennbarer Rohre kann den generellen Verzicht auf Kunststoffrohre bewirken. Bezüglich der Wirtschaftlichkeit kann festgestellt werden, daß vor allem die für höhere Anforderungen konzipierten Rohre aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, Polyethylen-HD und Polyethylen-X häufig teurer sind, als die alternativ einsetzbaren Produkte aus anderen Werkstoffen. Zumindest dann, wenn man den Anschaffungspreis von Rohren und Zubehörteilen in DM pro Meter Rohrmaterial betrachtet. Leichte Handhabbarkeit, Verbindungstechnik und Flexibilität der Kunststoffrohre bieten bei Einbau und Verlegung wirtschaftliche Vorteile.

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H. Doll, K. Hilmer, A. Hoch
Dimensionierung von Linern zur Sanierung geschädigter Rohrleitungen. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1998, 96 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die experimentelle Verifizierung der Berechnungsannahmen der ATV M127 Teil 2 war Ziel des Forschungsvorhabens. Untersucht wurde das auflastbedingte Verformungsverhalten von mit Schlauchlinern sanierten Betonrohren DN 800. Es wurden 2 großmaßstäbliche Versuche mit 2 unterschiedlichen Linerwandstärken (9,0 mm bzw. 18,0 mm) durchgeführt. Die maximalen Linerbeanspruchungen traten bei beiden Versuchen in der Sohle auf. Ferner wurde deutlich, daß der dünnere Liner unabhängig von der Laststufe nur ca. 50% der Beanspruchung des dickeren Liners erfährt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen ergab keine befriedigende Übereinstimmung. Als Schlußfolgerungen hinsichtlich der Planung von Sanierungsmaßnahmen ergeben sich: Mit Linern sanierte biegesteife Rohre weisen ein erhebliches Verformungsvermögen auf. Die gemessenen Linerdehnungen zeigen ferner, daß ein dünnerer Liner geringer beansprucht wird; d.h. gegenüber einer Berechnung nach ATV A127 (bisher gängige Praxis) können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

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T. Grunder, H.P. Lühr
Vergleichende Versuche zur Eluatgewinnung für die ökologische Beurteilung von Rohrmuffensanierungsprodukten
Bauforschung, Band T 2848
1998, 100 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur ökologischen Bewertung von Produkten zur Rohrmuffensanierung werden in einer Prüfeinrichtung Eluate aus ihnen gewonnen und diese bezüglich der Menge ihrer eluierbaren organischen Inhaltsstoffe mit Hilfe von Biotests und bezüglich der biologischen Abbaubarkeit der Inhaltsstoffe untersucht und bewertet. Diese Prüfeinrichtung besteht aus einem mit Sand gefüllten Metallzylinder (Durchmesser 1 m, Länge 1,2 m), in den ein schadhaftes Abwasserrohr (Muffenspalt) eingebaut ist. Der Sand wird kontinuierlich mit Wasser durchströmt. Mit Hilfe eines Packers wird die Schadstelle durch Injektion des Produktes abgedichtet. Das den Sand durchströmende Wasser (belastet mit den nicht auspolymerisierten organischen Anteilen des Produktes) wird aufgefangen und untersucht. Zum Vergleich mit dieser Versuchseinrichtung wird das Produkt in einen mit Sand gefüllten und kontinuierlich mit Wasser durchströmten Plexiglaszylinder (Durchmesser 28 cm, Höhe 50 cm) injiziert (sog. Säulenversuch). Das eluierende Wasser wird aufgefangen und untersucht. Der Vergleich der Versuchsergebnisse zeigt, daß die Eluate aus dem Säulenversuch mit organischen Stoffen belasteter sind als die Eluate aus dem großen Zylinder. Dadurch sind auch die Wirkungen auf die Testorganismen in den Biotests stärker. Da die Untersuchungsergebnisse aus den Säuleneluaten besser reproduzierbar und interpretierbar sind, wird empfohlen, den Säulenversuch auch zur ökologischen Bewertung der Produkte zuzulassen.

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Zeitschriftenartikel

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Peeck, Michelle
Im Laborcheck: Acrylate im Schlauchlining
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2020

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Fandrich, Sven
Gefahrenpotenziale auf Baustellen vermeiden (kostenlos)
Straßen- und Tiefbau, 2019

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Körkemeyer, Karsten
Greater investments in our drainage systems. Situation analysis and specific measures
BFT International, 2018

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Krippgans, Christoph
Zulässige Beschädigungen von PE-Rohren - Ist die farbige Außenschicht von coextrudierten Rohren als zuverlässiger Indikator für erlaubte Beschädigungen geeignet?
Energie Wasser-Praxis, 2018

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Körkemeyer, Karsten
Construction and testing of drains and sewers. The new Worksheet DWA-A 139
BFT International, 2018

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