P 230: Untersuchung des Querschwingungsverhaltens von Original-Stahlschornsteinen

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ISBN: 3-930621-52-5 Artikelnummer: b78bb29fd139 Kategorien: ,

Beschreibung

An Stahlschornsteinen tritt das Phänomen der winderregten Querschwingungen auf. Die Anregung hierzu erfolgt durch regelmäßige alternierende Luftkräfte, die sich bei der Ablösung von sogenannten Karmannwirbeln ausbilden. Die Querschwingungen sind häufig bemessungsbestimmend, d.h. die Schornsteinkosten werden u.a. durch dieses Phänomen beeinflußt. Die Auslegung der Stahlschornsteine erfolgt in Deutschland nach der DIN 4133. Es wird erwartet, daß die in Ausarbeitung befindliche Euronorm trotz teilweise konträrer Auffassungen der Vertreter anderer Nationen weitgehend der deutschen Norm folgt. Voraussetzung hierfür ist die Lieferung überzeugender Argumente anhand von Meßmaterial, das an ausgeführten Schornsteinen über hinreichend lange Zeiträume gewonnen wurde.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit lieferten Langzeitbeobachtungen an vier Originalschornsteinen das Material für die Bestimmung der Querschwingungsbeanspruchung aus Schwingweite und Schwingspielzahl (Lastkollektive). Damit entstand die Möglichkeit zur Überprüfung der Lebensdauerberechnung nach aktuellen Theorien der  Schadensakkumulation, so wie sie dem ERUROCODE 3 , Abschnitt 9, Werkstoffermüdung (in Deutschland erschienen als DIN V ENV 1993) zugrunde liegen. Die DIN 4133 gewinnt ihre Lebensdaueraussage unter der Annahme stets gleicher Wechsellasten und gleicher Schwingungsamplitude (Einstufenkollektiv). Die bei den Messungen gewonnenen realen Lastkollektive sind indes vielstufig. So sind z.B. die naturgemäß wegen der nur selten bei besonderen Windereignissen auftretenden hohen Beanspruchungen – geringe Schwingspielzahl und hohe Schwingungsamplitude größer, teilweise sogar erheblich größer als die nach DIN für die Berechnung herangezogenen Einstufenbelastungen. Entsprechend der tatsächlichen Schwingungsbeanspruchung wurden abgestufte Belastungsklassen gebildet und aus diesen eine Lebensdauervorhersage unter Ansatz einer die Schadensakkumulation berücksichtigenden Kennlinie zur Dauerschwingfestigkeit ( Wöhler-Kurve) gewonnen . Bei Ansatz des auch der DIN 4133 zugrunde liegenden Sicherheitsbeiwertes für die Ermüdungsfestigkeit erhält man für alle untersuchten Kamine eine Lebensdauer von über 50 Jahren. Damit konnte bewiesen werden, daß die nach DIN 4133 ausgelegten Schornsteine standsicher sind. Ergänzende Variationsrechnungen mit unterschiedlichem Ansatz bezüglich der Bauwerksdämpfung und des Teilsicherheitsbeiwertes lassen den grundsätzlichen Zusammenhang von Lebensdauer und Bauwerkdämpfung erkennen.
Sie zeigen auf, in welchen Fällen die DIN 4133 definitiv zu scharfe Forderungen stelltund sie weisen auf Grenzfälle hin, in denen eine Neigung zu besonders hoher Querschwingung besteht. Die Untersuchungen bilden eine verläßliche Argumentationshilfe für die Übernahme der DIN 4133 zur Auslegung der Stahlschornsteine in die europäische Normung. Sie zeigen darüber hinaus Möglichkeiten zur Verfeinerung der Berechnung für eine sichere und wirtschaftliche Auslegung von Stahlschornsteinen.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.

Veröffentlichung:
1996

Autoren:
Dipl.-Ing. W. Langer, Prof. Dr.-Ing. H. Ruscheweyh, Dipl.-Ing. C. Verwiebe