Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für den Nachweis der Tragfähigkeit von Schlauchwehrmembranen
Erstellt am: 08.04.2012 | Stand des Wissens: 21.10.2021
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Kurzname: | Bemessung Schlauchwehr | |
Auftraggeber / Förderer: | Wasser und Schifffahrtsverwaltung des Bundes im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur - WSV | |
Auftragnehmer: | Bundesanstalt für Wasserbau | |
Projektkoordination: | Bundesanstalt für Wasserbau Ralf Gurt |
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Projektnummer: | B3951.02.04.70007 | |
Laufzeit: | 2014/01 bis 2021/12 | |
Projektstand: | laufend | |
Zweckbestimmung (Titel/Kapitel): | Titelgruppe 02 / 1203 | |
Webseite: | http://www.baw.de/ | |
Raumbezug: | Bundesrepublik Deutschland | |
Veröffentlichung: | [BAW07] Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 91, Einsatz von Schlauchwehren an Bundeswasserstraßen [Gebh06] Hydraulische und statische Bemessung von Schlauchwehren [GuDe15] Design and Analysis of Reinforced Rubber Membranes for Inflatable Dams [MaMö15] Use of rubber conveyor belt materials at navigable waterway constructions |
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Sonstige Informationen: | Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung. |
Aufgabenstellung und Ziel
Wurden in der Vergangenheit fast ausschließlich Wehrverschlüsse aus Stahl eingesetzt, stellt sich das Schlauchwehr unter bestimmten Randbedingungen als Alternative dar (Gebhardt 2006). Ferner zeichnet sich ab, dass auch dieser Verschlusstyp als ein Standard für künftige Neubaumaßnahmen von Wehranlagen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) festgelegt wird.
Bislang gibt es weltweit keine einheitliche Methodik bei der Bemessung von Schlauchmembranen oder Normen, in denen das Sicherheitsniveau (z. B. Sicherheitsbeiwerte, Degradationsfaktoren) festgelegt wird. Eine Ausnahme ist Japan, wo es eine Richtlinie zur Planung von Schlauchwehren gibt, ohne dabei im Detail auf die Bemessung einzugehen. Da in Deutschland kein einheitliches Bemessungskonzept für Schlauchwehre existiert, wäre eigentlich eine Zustimmung im Einzelfall für jeden Neubau erforderlich. Dies hätte ggf. unter anderem unterschiedliche Sicherheitsniveaus zur Folge.
Ziel des FuE-Vorhabens ist es, für die zur Anwendung geeigneten Membrane und deren Steifigkeitsparameter eine möglichst realitätsnahe Beanspruchungsermittlung durchzuführen. Anschließend soll ein eurocodekonformes Bemessungskonzept für Schlauchwehrmembranen entwickelt werden.
Bislang gibt es weltweit keine einheitliche Methodik bei der Bemessung von Schlauchmembranen oder Normen, in denen das Sicherheitsniveau (z. B. Sicherheitsbeiwerte, Degradationsfaktoren) festgelegt wird. Eine Ausnahme ist Japan, wo es eine Richtlinie zur Planung von Schlauchwehren gibt, ohne dabei im Detail auf die Bemessung einzugehen. Da in Deutschland kein einheitliches Bemessungskonzept für Schlauchwehre existiert, wäre eigentlich eine Zustimmung im Einzelfall für jeden Neubau erforderlich. Dies hätte ggf. unter anderem unterschiedliche Sicherheitsniveaus zur Folge.
Ziel des FuE-Vorhabens ist es, für die zur Anwendung geeigneten Membrane und deren Steifigkeitsparameter eine möglichst realitätsnahe Beanspruchungsermittlung durchzuführen. Anschließend soll ein eurocodekonformes Bemessungskonzept für Schlauchwehrmembranen entwickelt werden.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung wird zukünftig alte Wehranlagen durch neue ersetzen müssen. Dabei wird es auch zur Planung und Ausführung von Schlauchwehren kommen (z. B. Wehr Beihingen, Wehr Obernau). Um ein ausreichendes und einheitliches Sicherheitsniveau an den Anlagen der WSV zu erhalten und die Planungs- und Genehmigungsverfahren zu vereinfachen, ist das Vorhandensein eines Bemessungskonzepts für den Nachweis der Tragfähigkeit von Schlauchwehrmembranen von großer Bedeutung.
Untersuchungsmethoden
Die zur Anwendung kommenden Schlauchwehrmembrane weisen ein nichtlineares, anisotropes Materialverhalten auf. Kraft-Verformungskurven aus Materialversuchen sind Voraussetzungen zur Bestimmung der Steifigkeitsparameter für die Materialgesetze in der Simulation. Neben den Zug- und Druckversuchen sind gegebenenfalls ergänzende biaxiale Zugversuche zur vollständigen Ermittlung der Simulationsparameter notwendig. Anschließend werden numerische Simulationen der Beanspruchungszustände von Schlauchmembranen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt. Hierzu kommen kommerzielle Programme zum Einsatz, die entsprechend große Verformungen und Nichtlinearitäten unterstützen. Materialgesetze, Belastungen und Kontakteigenschaften werden hier für die Berechnung hinterlegt. Relevante Spannungen werden ausgewertet und zur Bestimmung von Spannungskonzentrationen verwendet. Naturmessungen können (zur Verifizierung einzelner Ergebnisse) gegebenenfalls herangezogen werden.