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Explosionswellen

Shock-like stress point,or explosion waves of fire.

Druckverlauf beim Durchgang einer Explosionswelle

Durchgang von einer Explosionswelle. Druckwelle Ladung 1500 KN L500 TNT. Geschwindigkeiten von Druckwelle 380 m/sec. Das spannung von maximale 85 J'o der streckgrenze in der behälterschale auftretten und eine ausreichenden standsicherheit gewär leisten ist. Vor aussetzung ist eine genügend widerstandsfähige
schalenlagerung zur Aufnahme der beträchtlichen Horisontal kräften.

Die Kugeloberfläche integrierten Druckzeitverlauf beziehungsweise den lmpulszeitverlauf (3).Massgebend für die Reaktion eines Bauwerkes auf die Druckwelle sind die Dynamischen Schwingungseigenschaften der Konstruktion und insbesondere die Periode der tiefsten Eigenfrequenz.

Die Auswertung der resultierenden Druckverteilung als Geschwindigkeitimpuls ergibt: Kugeltank response kleiner als die aus dem impuls resultierende Stossbeschleunigung.lm anderen Falle,d.h.bei T1 <tr kann der reponsewert sogar bis zum etwa I,7 fachen Wert der
Stossbeschleunigung ansteigen. ln der Praxis kann davon ausgegangen werden,dass bei Tl-> 02 s der Responsewert kleiner ist als die Stossbeschleunigung.

Der in figur 7 gezeigte Behälter wurde durch Einbau von Federkörpern gegen die Einwirkung von Erdstössen tief abgestimmt.
Eine entsprechende Ausführung kommt zur Anwendung bei der Sicherung des Behälters gegen Schockwellen als Folgen von Explosionen.Die Schwingungstechnische Abstimmung erfolgt mit Hilfe von Finite-Element-Berechnungen für verschidene Füllgrade in der Weise,dass Spannungen von maximal 85 % der Streckgrenze in der Behälterschale auftreten und eine ausreichende Standsicherheit gewärhrleistet ist.

Voraussetzung ist eine genügend widerstandsfähige Schalenlagerung zur Aufnahme der beträchtlichen Horizontalkräfte.

Figur.8 zeigt die Schadenslinie dieser Behälter einmal bei Abstimmung auf T1=1 s.lnsbesondere im Nachbereich einer Explosion wird durch diese Abstimmung der Sicherheitsabstand wesentlich reduziert.Zur Tiefabstimmung wird zweckmässig eine Sicherheitsschicht,z.B.die patentierte TECNI SYSTEME-S.A.L. Schicht (Shock Absorbing Layer )im Fundamentsockel eingebaut.

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Dieses sogenannte statische Verfahren kann jedoch die tatsächlichen verhältnisse nicht ausreichend wirklichkeits nah darstellen.
Neuere Berechnungsmethoden gehen deshalb von der dynamischen Analyse der bauwertsdeformationen aus.
Der Einsatz moderner Computerprogramme erlaubt mit Hilfe der Finite-Element-Metode die Behandlung auch umfangreicher Matrizengleichungen welche für das Mehrmassensystem. 50 0/, TNT3

Abstützkontruktin mit der Flächenlagerung nach dem TECNI SYSTEMS. ln manchen Grossbetrieben wurde inzwischen diese Problematik so hoch bewertet,dass sogar bestehende Behälter mit Einzelstützen auf dieses neue System umgebaut wurden.
Figur. 7 zeigt beispilsweise den Umbau eines Tanklagers,veranlasst durch eine neue Situation hinsichtlich der Einflüsse aus dem Unterlagerbau.

Die zwar geringste Wahrscheinlichkeit,jedoch die grössten Konsequenzen hat zweifellos der Fall einer Explosion des ausströmenden Gases. Bei der Auslegung gegen diesen extremen Fall bedient man sich sehr umfangreicher Daten und Unterlagen,welche insbesondere aus der Militärwischenschaft vorliegen.

Figur. 6a zeigt den prinzipiellen druckverlauf in einer Druckwelle nach einer Explosion.Der maximale
Druck p so pflanzt sich in der sogenannten Mach-Welle mit Überschallgeschwindigkeit fort. Beim Auftreffen auf ein Hindernis tritt ein reflektierter Druck auf,der die mehrfache Grösse des Drucks in der Wellenfront erreicht.

Die Figur. 6b zeigt die resultierende auf der Kugeloberfläche integrierter Druck über die Zeit oder lmpuls über Zeit ;mit Bezug auf die Reaktion eines Kugelförmigen Behälter auf die Druckwelle,die dynamische Schwingungsverhalten der Konstruktion und insbesondere der Zeit der tiefsten Eigenfrequenz.

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Figure 9a Beispiel eine Reponse-Spektrum-Design-Kurve,aufgebaut auf einer von 200 gal für verschiedene Dämpfungswerte.


lm Gegensatz dazu muss bei Kugeltank davon ausgegangen werden, vollumfä nglich erhalten bleibt. Ausgansbesleunigung dass die

 

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Die Auslegung setzt damit eine sehr gewissenschafte Spannungsanalyse sowie auch die Beachtung anderer Vorgänge voraus, welche häufig in Verbindung mit Erdbeben auftreten,wie beispielsweise Baugrundverformungen,Brandeinwirkungen,Sprödbruch beanspruchungen usw.


Figure.g b Beispiel einer Response. Spektrum-curve,basierend auf O,2 g als grundlage für die Berechnungen in Erdbebengebieten.
Wie einzeln dargelegt,kommt dem elastischen Verhalten der Kunststoff-Lagerschicht grundlegende Bedeutung zu.

Auch bei tiefen Temperaturen dürfen die elastischen Eigenschaften nicht zu stark nachteiligen Aus diesem Grunde wurde eigens ein Kältetest bis zu -50" C der Technischen Universität München durchgeführt, der mit zufridenstellendem Ergebnis abgeschlossen werden konnte. Neben den vielen Vorteilen,die bei der hier beschriebenen Flächenlagerung festzustellen sind, gibt es auch eine Schwachstelle, die besondere Aufmerksamkeit verlangt.

Die Lagerfläche im Südpolbereich des Kugelbehälters ist nach abgeschlossener Montage als Klebeverbindung,die ohne weiteres nicht gelöst werden kann, verdeckt und nicht mehr Korrosionserscheinungen hinzu beobachten und zu warten.
Um hier durch die Sicherheit nicht zu gefährden,musste ein langbeständiger und bewährter aus Epoxydharz-Beschichtung bestehender Korrosionsschutz mit besonderer Sorgfalt aufgebracht werden.

Bei der statische Berechnung wird zunächst die flächig gestützte Kugeltank und anschliessend das zweiteilige Blockfunda ment untersucht.

Während die Fundamentberechnung als Routinearbeit angesehen werden kann,stellt die Behandlung des so gelagerten Kugeltank zumindest für den Bauingenieur eine nicht alltägliche Aufgabe dar.

Unter Miterlassung der Teilbelastungen Eigengewicht, Wind, Schnee und lnnendruck ( bzw.Unterdruck ) waren der Reihe nach die Hauptlastfälle zu untersuchen: Betriebsfüllung in Normalstellung Probefüllung ( Wasser 1",3 x Betriebsdruck ) Betriebsfüllung mit 5To ProzenL Fundament-chräglage.

Das nachträgliche Umrüsten der Kugelbehälter auf Flächenlagerung verlangte zuvor eine grössenmässige Festlegung der Auflagerfläche, mit der sich ein brauchbarer spannungsnachweis unter beachtung der vorhandenen Kugelwand dicke noch ermöglichen lässt.

Die Grösse der Lagerfläche wird bei Flüssiggas-Kugeltank weitgehend von dem spezifischen Gewicht des Füllproduktes bestimmt und durch den Flächenwinkel festgelegt, der bei den behandelten Objekten zwischen 26 und 38 Grad gefunden wurde (siehe auch Abbildung 3 ).
Die Kugeltank mantelspannung werden in Meridian-und Ringrichtung nach der Schalen theorie ermittelt, die im engeren Bereich des Auflager randes durch Störeinwirkungen aus der Lagerung ihre Gröss werte erreichen.

Kugelbehälter mit Flächiger Lagerung nach dem 8.3.S.-System.

Es wird die flächige Lagerung von Kugelbehältern am Beispiel der flexiblen Bettung auf einem monolithische Betonsockel nach dem 8.3.S.-system vorgestellt (Bild 1 ).

Die Ausführungen sollen zeigen,dass diese flächige Lagerung im Bereich der Gas -und Flüssig gasspeicherung ein Mehr an Sicherheit bietet und dies vor allem bei den für das Entstehen von Schadens fällen entscheidenden extremen Betriebsbedingungen.

Tecni Systeme 8.3.S. Surface-Support-system für Extreme Betriebsbedingungen Kugelbehälter werden zur Speicherung grosser Mengen von Gas bei hohem Druck sowie von Flüssiggasen bei Dampfd ruck eingesetzt.

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