Berechnungsempfehlung für rohrförmig verstärkte Öffnungen

in zylindrischen Behältern aus Thermoplasten

40-B5

Herausgeber: Deutsches Institut für Bautechnik Berlin Ausgabe: August 2012

Berechnungsempfehlung für rohrförmig verstärkte Öffnungen in zylindrischen Behältern aus Thermoplasten Ausgabe August 2012

Seite 2 von 6

Deutsches Institut für Bautechnik, Kolonnenstraße 30 B, 10829 Berlin Alle Rechte vorbehalten, Nachdruck – auch auszugsweise – nicht gestattet.

Berechnungsempfehlung für rohrförmig verstärkte Öffnungen in zylindrischen Behältern aus Thermoplasten Ausgabe August 2012

Seite 3 von 6

1 Vorbemerkung Mit dieser Berechnungsempfehlung verfolgt das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) das Ziel, die Bearbeitung von Anträgen auf Erteilung von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen für thermoplastische Behälter mit großen Stutzenöffnungen im Zylinder zu beschleunigen, indem den Antragstellern ein Berechnungsverfahren an die Hand gegeben wird, dessen Gültigkeit von den Sachverständigen des DIBt bereits im Voraus überprüft worden ist und das somit bei der Bearbeitung einzelner Anträge nicht nochmals ein Beratungsthema darstellt. Es bleibt dem Antragsteller jedoch unbenommen, statische Berechnungen nach eigenen Verfahren einzureichen, die dann allerdings im Rahmen der Bearbeitung des Antrages ggf. unter Hinzuziehen des zuständigen Sachverständigenausschusses überprüft werden müssen, was zu einem zusätzlichen Zeitaufwand bis zur Erteilung der allgemeinen bau-aufsichtlichen Zulassung führen kann. Das DIBt ist den Sachverständigen, die die Erarbeitung der Berechnungsempfehlung durch ihr ehrenamtliches Mitwirken in der Projektgruppe Berechnung des Sachver-ständigenausschusses Kunststoffbehälter und -rohre erst möglich gemacht haben, im besonderen Maße zu Dank verpflichtet.

2 Allgemeines Die Nachweisführung für Stutzen in Zylindern mit dA ≤ 160 mm ist in Abschnitt 4.1.7 der DVS–Richtlinie 2205-2 [1] festgelegt. Sie erfolgt über die Berücksichtigung eines Ver-schwächungsbeiwertes vA. Für Standsicherheitsnachweise für Öffnungen mit größeren Durchmessern gelten die in den folgenden Abschnitten 4 und 5 angegebenen Berechnungsempfehlungen. Die Hin-weise zu den konstruktiven Randbedingungen (siehe Abschnitt 3) sind zu beachten. Zusätzlich zu den in den Abschnitten 4 und 5 angegebenen Festigkeits- und Stabilitäts-nachweisen ist die Tragfähigkeit des Flansches und des ggf. vorhandenen Deckels nachzuweisen.

Berechnungsempfehlung für rohrförmig verstärkte Öffnungen in zylindrischen Behältern aus Thermoplasten Ausgabe August 2012

Seite 4 von 6

3 Konstruktive Randbedingungen Der Stutzen ist durchgesteckt auszuführen und umlaufend mit dem Zylinder zu verschweißen. Es gelten folgende Randbedingungen: dA > 160 mm

4,0≤ddA

6,0≥Z

R

ss

h1 ≥ 1,5 · dA

( ) RRA ssdl ⋅+≥1

SR asl +≥2

aS = 0,7 · min(sZ, sR)

Können die vorgenannten konstruktiven Randbedingungen nicht eingehalten werden, ist ein statischer Nachweis mit den Angaben dieser Berechnungsempfehlung nicht zulässig.

4 Festigkeitsnachweise Die Festigkeitsnachweise für den Zylinder werden mit dem Verschwächungsbeiwert vA analog Abschnitt 4.1.7 der DVS–Richtlinie 2205-2 [1] geführt. Der Verschwächungsbeiwert wird in Abhängigkeit von der Wanddicke des Stutzenrohres nach einer der beiden folgenden Gleichungen ermittelt. a) Stutzen mit einer Wanddicke, die mindestens SDR 11 entspricht

( ) ZZ

AA

ssd

dv

⋅+⋅+

=

21

75,0 für 11

AR

ds ≥

b) Stutzen mit anderen Wanddicken, aber 6,0≥Z

R

ss

( ) ZZ

A

Z

R

Z

R

A

ssd

dss

ss

v

⋅+⋅+

⋅=

2

75,0

l

sd

Z

A

1

R

2

1h

l

s

d

aS aS

Berechnungsempfehlung für rohrförmig verstärkte Öffnungen in zylindrischen Behältern aus Thermoplasten Ausgabe August 2012

Seite 5 von 6

5 Stabilitätsnachweise Die Nachweisführung orientiert sich an [1] mit Änderungen beim Nachweis der Axial-stabilität, die den Einfluss der Öffnungen erfassen. Dies erfolgt in Anlehnung an die DIBt–Berechnungsempfehlungen für GFK–Behälter [2]. a) Manteldruckstabilität Der Nachweis erfolgt gemäß Gl. (50) in [1]. b) Axialstabilität Mit den Querschnittswerten des Restquerschnitts, d.h. unter Berücksichtigung der Öff-nung aber ohne Berücksichtigung des Stutzens, wird die vorhandene Spannung vorh

di,σ an

einem Ersatzbalken ermittelt. Die kritische Spannung wird in Anlehnung an Gl. (47) in [1] berechnet:

*,,, 62,0 dK

Z

M

CTK

dik KrsE

≤⋅⋅⋅=°

γασ

Der Abminderungsbeiwert α wird geändert, und zwar wie folgt:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

+⋅

=

°

°

ZC

L

CK

sr

E

E100

1

65,0

20

20α für 5,3≤

⋅ Z

A

sr

d

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

+⋅

=

°

°

ZC

L

CK

sr

E

E100

1

45,0

20

20α für 5,3>

⋅ Z

A

sr

d

r = Nenn-Innenradius des Zylinders, 2d

r =

Der Nachweis erfolgt gemäß Gl. (49) in [1]. c) Interaktion von Axial- und Manteldruckstabilität Der Nachweis erfolgt gemäß Gl. (53) in [1].

Berechnungsempfehlung für rohrförmig verstärkte Öffnungen in zylindrischen Behältern aus Thermoplasten Ausgabe August 2012

Seite 6 von 6

6 Literatur [1] DVS – Deutscher Verband für Schweißtechnik und verwandte Verfahren e.V.

Richtlinie DVS 2205-2, Ausgabe Januar 2011

Berechnung von Behältern und Apparaten aus Thermoplasten – Stehende runde, drucklose Behälter

[2] DIBt – Deutsches Institut für Bautechnik Berechnungsempfehlungen für stehende Behälter aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, 40-B1

Ausgabe Mai 2011