Grundsätzliche Untersuchungen zum seismischen Verhalten schienengebundener mobiler Großgeräte der Fördertechnik

Abstract

Mobile Großgeräte (u. a. Containerkrane, Schaufelradgeräte, Schiffsbelader, Absetzer) sind für die globale Wirtschaft von großer Bedeutung. Zunehmend werden sie aufgrund immer knapper werdender Rohstoffe in seismisch aktiven Gebieten, in denen noch Vorräte schlummern, eingesetzt. Das seismische Verhalten dieser nicht verankerten Strukturen unterscheidet sich durch die Möglichkeit des Abhebens grundlegend von konventionellen Bauwerken und eine zutreffende und wirtschaftliche erdbebengerechte Auslegung ist nach derzeit geltenden Erdbebennormen weltweit kaum möglich. In diesem Beitrag werden die allgemeine Normensituation, der Stand der Forschung und bereits bekannte Versagensmechanismen von mobilen Großgeräten unter seismischer Anregung beleuchtet sowie Modellierungs‐ und Berechnungsansätze zur grundsätzlichen Untersuchung des seismischen Verhaltens von schienengebundenen mobilen Großgeräten der Fördertechnik am Beispiel typischer Schaufelradgeräte abgeleitet.

Grundsätzliche Untersuchungen zum seismischen Verhalten schienengebundener mobiler Großgeräte der Fördertechnik

“…Im ersten Beitrag [1] wurde die derzeitige unzureichende Normensituation bezüglich seismischer Bemessungsansätze für mobile nicht verankerte Großgeräte der Fördertechnik hinsichtlich Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit beleuchtet und mögliche Versagensmechanismen anhand bisheriger Forschungen vorgestellt. Mechanismen, auf die besonderes Augenmerk zu richten ist, sind zum einen die Möglichkeit des Abhebens und Entgleisens, zum anderen die aus Abheben resultierende Kraftumlagerung bzw.…”

“…Für das Beispiel typischer Schaufelradgeräte wurden in [1] Voraussetzungen geschaffen, um das dynamische Verhalten nicht verankerter mobiler Großgeräte bei seismischen Belastungen anhand numerischer Simulationen grundsätzlich zu analysieren. Es wurden Berechnungsansätze vorgestellt zur Bestimmung der dynamischen Eigen schaften des Systems, der Beanspruchungs-und Verformungsgrößen bei linearem und nichtlinearem Verhalten und des Einflusses der verschiedenen Komponenten von Schaufelradgeräten auf das seismische Verhalten.…”

“…In [1] wurde das Tragsystem typischer Schaufelradgeräte, die für das Ein-und Ausstapeln von Kohle und Eisenerz eingesetzt werden, vorgestellt (Bild 1).…”

“…Bei den Analysen der nichtlinearen Versagensmechanismen von Schaufelradgeräten liegt der Fokus auf den Kontaktverhältnissen zwischen Rad und Schiene. Um alle maßgebenden Kraftübertragungszustände zu implementieren, wurde in[1] ein Modellierungsansatz entwickelt, bei dem Öffnungs-Reibelemente, die zum einen ein Lösen in vertikaler Richtung zulassen, zum anderen eine Verschiebung längs zur Schiene erlauben und vor dem Abheben über die errechneten Reibwerte quer und längs zur Schiene Kräfte übertragen, mit einer zusätzlichen speziell angepassten Federlagerung in Richtung quer zur Schiene ausgestattet wurden. Somit ist es möglich, den Zustand des geringen Abhebens innerhalb der Spurkränze zu erfassen und dabei realistisch hohe Lasten quer zur Schiene zu übertragen.…”

“…Da auch dieses für typische Schaufelradgeräte zum Zeitpunkt der Analysen unbekannt war, wurden bei Chile ungünstig 2 % angenommen, was gemäß dieser Norm einer geschweißten Stahlstruktur entspricht -bei typischen Schaufelradgeräten überwiegen eigentlich die Anteile geschraubter und Bolzenverbindungen, was in der Norm einem ξ von 3 % entsprechen würde. Für Indonesien und die Türkei wurde in Anlehnung an[1] jeweils normenkonform ξ = 5 % angesetzt. Bild 3 zeigt die Antwortspektren der drei Regionen zum Vergleich.Allen drei Normen ist gemein, dass sie eigentlich Gebäudenormen sind und bis auf die in[1] erörterte chilenische Norm für Strukturen wie Schaufelradgeräte keine direkten Bemessungshinweise enthalten.Für die nichtlinearen Zeitverlaufsberechnungen wurden aus diesen drei Antwortspektren pro Region jeweils drei kompatible Erdbeben-Akzelerogramme synthetisch generiert.…”