Axialkräfte in der neuen EN13480-3

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r2user
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Axialkräfte in der neuen EN13480-3

Beitrag von r2user » Fr 27. Mär 2020, 15:20

Hallo Rohr2 team

In dem Entwurf zur EN13480-3 2017 A2 werden bei der Längsspannungsanalyse auch die Axialkräfte berücksichtigt.
Dabei wird für die Axialkraft die folgende Formel angegeben:
Qxa = max( |Qxs+Fp| , |Qxs| ) mit Fp = P∙π/4∙Di²

Ist das nicht eigentlich falsch? Müsste das nicht heißen:
Qxa = |Qxs|+|Fp| mit Fp = P∙π/4∙Di²
Der Spannungsnachweis soll doch eigentlich einen Vergleichspannungsnachweis nach Tresca machen. Das würde doch die Überprüfung der drei Hauptspannungsdifferenzen erfordern:

σV = max(|σumfang−σradial| , |σaxial−σradial| , |σumfang−σaxial|)

Dabei wäre der Term |σumfang−σradial| durch den Innendrucknachweis erbracht, so dass der Längsspannungsnachweis nur die beiden Terme |σaxial−σradial| , |σumfang−σaxial| abdecken muss.
Wenn man die Radialspannung mal weglässt (durch Innendruck auf der Innenseite des Rohres) dann wäre das ja |σaxial|  und  |σumfang−σaxial| .
Dabei ist der erste Term ja offensichtlich durch die σ1 Gleichung abgedeckt:
σ1 = Qxa/Ac + 0,75 i Ma/Zc < ff
da Qxa die maximale axiale Zugkraft darstellt.
Bei dem zweiten Term |σumfang−σaxial| könnte es aber doch sein, dass die dimensionierende Axialkraft eine Druckkraft darstellt. Dann würde die Vergleichspannung berechnet aus
σV = |σumfang−σaxial| = P∙D/2∙e - σ1 = P∙D/2∙e - (P∙D/4∙e + Qxs/Ac +- 0,75 i Ma/Zc)
= P∙D/4∙e - Qxs/Ac +- 0,75 i Ma/Zc
Bei axialer Druckkraft ist diese negativ und die Momente erzeugen auf einer Seite Druckkräfte und auf der anderen Zugkräfte daher ist:
σV = P∙D/4∙e + |Qxs|/Ac + 0,75 i Ma/Zc
die Gleichung würde aber nur die vorzeichengerechte Addition berücksichtigen:
σ1 = Qxa/Ac + 0,75 i Ma/Zc = |Qxs+Fp|/Ac + 0,75 i Ma/Zc
bei axiale Druckkraft also
= |Fp-|Qxs||/Ac + 0,75 i Ma/Zc
= Fp/Ac-Qxs/Ac + 0,75 i Ma/Zc
= P∙D/4∙e - |Qxs|/Ac + 0,75 i Ma/Zc
Also
σV = P∙D/4∙e + |Qxs|/Ac + 0,75 i Ma/Zc
aber:
σ1 = P∙D/4∙e - |Qxs|/Ac + 0,75 i Ma/Zc

MfG

Rohr2 User

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rohr2support
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Re: Axialkräfte in der neuen EN13480-3

Beitrag von rohr2support » Fr 27. Mär 2020, 15:35

Hallo Rohr2 User

Zunächst einmal habe Sie recht, die Gleichung σ1 deckt formal nicht die Vergleichsspannung nach Tresca ab. Mit der Ergänzung der Spannungsgleichungen um die Axialkräfte ging es aber primär nicht um die Frage ob man hier formal die Vergleichsspannung berechnet (dann hätte man sie einfach hinschreiben können) sondern um das Verhindern von möglichen Versagensfällen. Dabei hatte man besonders die axialen Druckkräfte aus thermische Dehnung, wie sie bei erdgebetteten Leitungen auftreten können im Auge, aber auch zu große axiale Zugkräfte wie sie z.B. bei Abhängungen von Rohrleitungsbündeln im Kessel durch Tragrohre.
Der von Ihnen geschilderte Fall würde ja nur auftreten wenn:
  • Die Innendruckspannung die Umfangsspannung maximal ausnutzt
  • Die Momentenspannung die Gleichung σ1 maximal ausnutzt
  • Eine große axiale Druckkraft aus Primärlasten entsteht.
Das dieser Spezialfall mit der neuen Gleichung nicht abgedeckt ist, kann man im Vergleich zu der bisherigen Regelwerksituation, bei der alle Axialkräfte (außer aus Innendruck) komplett vernachlässigt werden, sicher verkraften. In solchen Fällen gibt es ja auch noch andere Probleme, die im aktuellen Regelwerk nicht explizit abgedeckt sind: Bei so großen primären axialen Druckkräften ist womöglich ein Knicknachweis erforderlich.
Für die Axialkräfte aus thermischer Dehnung, wie sie in erdgebetteten Leitungen auftreten, besteht das beschriebene Problem nicht, da die Gleichungen σ3 und σ4 die Axialkräfte und Innendruckkräfte nicht mischen.

MfG

Rohr2 Support

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