STEINZEUG Information 2004 - Fachverband Steinzeugindustrie eV

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34 Forschung + Technik Mit in den Rohrfugen eingelegten Druckmessfolien konnten über die gesamte Querschnittsfläche die Druckspannungen (Kontaktspannungen) gemessen werden (Abb. 2). Es zeigte sich, dass die Spannungsverteilung nach mehrfacher Belastung der Fugenzwischenlage nicht mehr linear ist, sondern zum Rand hin überproportional ansteigt, und dass es schon bei kleineren Verwinkelungen zu hohen Lastspitzen und Fugenklaffungen kommen kann. Die maximalen Belastungen der Vortriebsrohre im Bauzustand entstehen an den Rohrenden infolge Verwinkelung der Rohre. Hierbei hat das mechanische Materialverhalten der Fugenzwischenlagen wesentlichen Einfluss auf die Spannungsverteilung in der Rohrfuge. Durch die belastungsabhängige Verfestigung der Fugenzwischenlagen können Spannungsspitzen an den Rohrspiegeln entstehen, die über die Materialfestigkeiten des Rohrwerkstoffs hinausgehen und Schäden an den Rohren verursachen. In Kenntnis der Materialeigenschaften der in die Rohrfugen eingelegten Fugenzwischenlagen, der aktuellen Verformungen während des Vortriebs und der Verformungshistorie kann die aktuelle Materialspannung und die Spannungsverteilung in der Rohrfuge berechnet werden. Zur Ermittlung und Beschreibung des Materialverhaltens von Fugenzwischenlagenwerkstoffen wurden umfangreiche Materialuntersuchungen im Labor durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen und das entwickelte Materialmodell werden nachfolgend vorgestellt. STEINZEUG-Information 2004 Fugenzwischenlagen Zur Übertragung der Vortriebskräfte zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Vortriebsrohren mit druckkraftschlüssiger Rohrverbindung werden Fugenzwischenlagen in die Rohrfugen eingelegt. Aufgabe der Fugenzwischenlagen ist die Kompensation von Abweichungen innerhalb der Grenzen der Fertigungstoleranzen von Rechtwinkeligkeit und Planparallelität der Rohrspiegel. Weiter haben Fugenzwischenlagen die wesentliche Aufgabe, die zur Übertragung der Vortriebskraft verfügbare „lastübertragende Fläche“ zwischen den Vortriebsrohren bei Verwinkelung infolge Steuerkorrektur oder Kurvenfahrt der Vortriebsmaschine zu vergrößern. Die Abmessungen der Fugenzwischenlagen sind abhängig von den Abmessungen der Fugenkonstruktion der Vortriebsrohre und der beim Vortrieb vorgesehenen Verwinkelungen und Belastungen. ANTZ [3] schlägt in seinen Untersuchungen die Wahl der Fugenzwischenlagendicke in Abhängigkeit von den zu erwartenden Rohrverwinkelungen und Rohrabmessungen vor. Als Richtwert für die Dicke der Fugenzwischenlage werden nach ATV-DVWK-Arbeitsblatt 125 [1] 10 % der Rohrwanddicke vorgeschlagen. Die radiale Breite der Fugenzwischenlage sollte keinesfalls die Wanddicke ■ Abb. 3: Fugenausbildung und Fugenzwischenlage bei druckkraftschlüssiger Rohrverbindung mit fest montierter Stahlmanschette. am Spitzende des Vortriebsrohres überschreiten. Gerade bei Stahlbetonrohren sollte die Fugenzwischenlage zwischen der inneren und äußeren Ringbewehrung angeordnet werden, um Abplatzungen an der Innen- oder Außenseite des Vortriebsrohres zu vermeiden (Abb. 3). Normative Regelungen zu Aufbau und Konstruktion von Fugenzwischenlagen sowie bindende Angaben zu verwendender Materialien existieren bis heute nicht. Dennoch lassen sich aus den technischen Randbedingungen nachfolgende Anforderungen an die Materialeigenschaften von Fugenzwischenlagen ableiten:
Forschung + Technik ■ Abb. 4: Standardadapter mit einem Prüfkörper 19,3 mm vor dem Einbau; Prüfkörper in hydraulischer Materialprüfmaschine. ● hohe Druckfestigkeit ● ausreichende Materialdicke und hohe Verformbarkeit ● elastisches Stauchungsverhalten (hohe Rückverformbarkeit) ● geringst mögliche Querdehnung ● Resistenz gegen physikalische und chemische Einwirkungen Als Materialien für Fugenzwischenlagen werden überwiegend Holzwerkstoffe verwendet. Auch wenn diese Materialien die oben angeführten Anforderungen nicht gänzlich erfüllen, haben sie bisher gegenüber alternativen Kunststoffen oder Verbundmaterialien einen entscheidenden Preisvorteil. Die Verformungseigenschaften von Holzwerkstoff-Fugenzwischenlagen sind durch ein elastisches Materialverhalten im niedrigen Lastbereich und durch ein nicht linear elastisch-plastisches Materialverhalten bei weiterer Laststeigerung geprägt. Die Abschätzung des Last-Verformungsverhaltens mit einem konstanten E-Modul ist deshalb problematisch. Zur Bestimmung und anschließenden Beschreibung des Materialverhaltens eines elastisch-plastischen Werkstoffs unter vortriebsspezifischen Belastungen wurde vom ibb eine zweiteilige Standardprüfung entwickelt (Abb. 4) [4]. Hierbei wird der Fugenzwischenlagen-Prüfkörper in einem ersten Versuch einer einfachen monoton steigenden lastgesteuerten (5 kN/s) Belastung bis zur vollständigen Kompression des Probenmaterials oder bei Erreichen einer festgelegten Lastgrenze ausgesetzt. Im zweiten Prüfungsteil wird ein weiterer, aus gleicher Herstellungscharge stammender Prüfkörper einer vortriebsspezifischen Belastungsgeschichte mit festgelegten Last- und Verformungswechseln ausgesetzt (Abb. 5). Mit dem entwickelten Materialmodell kann das elastisch-plastische Verformungsverhalten von Fugenzwischenlagenwerkstoffen unter vortriebsspezifischen Belastungen beschrieben werden. Zudem ist aufgrund des numerischen Aufbaus eine Implementierung in einen vortriebsbegleitendenBerechnungs- ■ Abb. 5: Zyklische Belastung von 10,3-mm-Holzwerkstoff-Prüfkörpern; links: Extraktion der vierten Belastungsäste; rechts: E-Modulverlauf und Polynomapproximation Stauchungsstufe 10 %. STEINZEUG-Information 2004 35
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