Steifigkeitsberechnung eines Verbundrohrs unter variierenden Einbautiefen

Abstract

Kunststoffmantelrohre (KMR) für Fernwärmeleitungen bestehen aus einem Stahl-Mediumrohr, einer Dämmschicht aus PUR-Hartschaum und einer PE-HD-Ummantelung. Für die statische Berechnung erdverlegter Rohre nach ATV-DVWK-A 127 wird als rohrseitige Eingangsgröße die Rohrsteifigkeit benötigt, die sich für einen mehrschichtigen Querschnitt nicht unmittelbar angeben lässt. In dieser Arbeit wird für ein KMR DN 100 der Wärmedämmserie 1 eine äquivalente Biegesteifigkeit hergeleitet, wobei die Verbundwirkung über die Grenzfälle „ohne Verbund“ und „starrer Verbund“ eingegrenzt wird. Damit wird die Berechnung nach A 127 für Überdeckungshöhen von 1,0 m, 2,0 m und 4,0 m jeweils für Kurz- und Langzeitbelastung durchgeführt. Der Spannungsnachweis wird am realen Querschnitt getrennt für Stahl-Mediumrohr und PE-HD-Ummantelung geführt. Die Verbundannahme verändert die Biegesteifigkeit im Kurzzeitzustand um den Faktor 6,7 und entscheidet darüber, ob sich das Rohr biegesteif oder biegeweich verhält. Im Langzeitzustand wechselt das Tragverhalten bei einer Überdeckungshöhe von etwa 1,2 m von biegesteif zu biegeweich. Alle Nachweise sind erfüllt. Maßgebend ist die Druckspannung im Stahl-Mediumrohr im Langzeitzustand bei 4,0 m Überdeckung mit einer Ausnutzung von rund 26 %. Für das Stahl-Mediumrohr ist der Langzeitzustand maßgebend, für die PE-HD-Ummantelung der Kurzzeitzustand.