Einstiegsöffnungen mit Flanschen und Deckeln im Druckrohrleitungsbau – Ausführung, Tragverhalten und Bemessung

Im Zuge eines zweijährigen Forschungsprojekts wurden Einstiegsöffnungen mit Flanschen und Deckeln im Druckrohrleitungs‐ und Druckschachtbau im Hinblick auf Tragverhalten, plastische Tragreserven sowie die Beanspruchung der einzelnen Schrauben umfassend untersucht. Dabei stellt der Betriebsinnendruck die maßgebende Einwirkung dar, wobei die Schraubenbeanspruchung maßgebend von der Höhe der Schraubenvorspannung beeinflusst wird. Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse dargestellt, wobei unterschiedliche Ausführungsformen mit unbelasteten und belasteten Flanschen beim Deckelanschluss untersucht wurden. Letztere weisen im Schraubenbereich einen Spalt auf, woraus bereits beim Vorspannen der Schrauben hohe überlagerte Biegebeanspruchungen in den Schrauben entstehen. Durch das ähnliche Tragverhalten der verschiedenen Ausführungsformen konnten Aufbereitungen für die Bemessung hinsichtlich Tragsicherheit und Materialermüdung erarbeitet werden. Es zeigte sich, dass die einzelnen Schrauben unterschiedliche Beanspruchungen mit deutlichem Biegespannungsanteil und ausgeprägter Nichtlinearität zur Innendruckhöhe aufweisen. Aus den Ergebnissen werden auch Empfehlungen für eine optimierte Ausführung von Einstiegsöffnungen mit spezifischen Konstruktionsdetails abgeleitet.

In the course of a two‐year research project, access openings with flanges and covers in penstocks and pressure shafts were examined in detail with respect to load‐bearing behaviour, plastic load capacity, and stresses in individual bolts. Internal pressure is the governing action, but bolt stresses are strongly influenced by the level of prestress. The paper presents key findings for various construction details, with and without full contact between flange and cover, referred to as full‐face and raised‐face flange connections. Raised‐face flanges lead to high additional bending stresses in the bolts, even in the load case of bolt pretension. Because of the similar overall behaviour across different configurations and details, it was possible to develop design guidelines for access openings proposed for both the ultimate limit state and fatigue. The study shows that stresses differ among individual bolts of the access opening, with relevant bending components and a pronounced nonlinear dependence on internal pressure. Based on these results, recommendations are provided for an optimised design of access openings with specific detailing.