Forschungsbericht G 202107 07/2024

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens, Forschungsbericht G 202107 erfolgt die Untersuchung erdverlegter Gashochdruckleitungen aus Stahl mit Betriebsdrücken ≥ 16 bar, die für den Lastfall Erdbeben in Deutschland gemäß DIN EN 1594 nachweispflichtig sind. Basierend auf einer Auswahl repräsentativer Kombinationen aus Durchmesser und Auslegungsdruck in Verbindung mit den gemäß den gültigen Regelwerken anzusetzenden Minimalkonfigurationen (z.B. Wandstärke gemäß DIN EN 1594 bzw. DVGW G 463) erfolgt die Ableitung unterschiedlicher Realisierungen. Diese bilden die Grundlage für die weiteren Untersuchungen und werden im ersten Teil in Form von geraden Rohrleitungsabschnitten sowie Werksbögen als prototypische Konfigurationen genutzt, um den Einfluss der einzelnen Eigenschaften auf das Nachweisergebnis für den Lastfall seismische Wellenausbreitung zu untersuchen. Basierend auf diesen Erkenntnissen erfolgt die Durchführung einer gezielten Parameterstudie mit dem Ziel ein vereinfachtes Nachweisverfahren abzuleiten. Dieses basiert auf einem mehrstufigen Ansatz ausgehend von einer Bewertung der erdverlegten Rohrleitung anhand einer Bewertungsmatrix in tabellarischer Form. Die weiteren Stufen stellen u.a. eine detailliertere Betrachtung in tabellarischer Form sowie ein rechnergestütztes numerisches Vorgehen zur Bewertung der Rohrleitung dar. Zusätzlich werden vereinfachte analytische Berechnungsansätze vorgestellt. Generell zeigt sich bei der Untersuchung der erdverlegten Rohrleitungen, dass die in Deutschland zu erwartenden seismischen Einwirkungen für gerade Rohrleitungsabschnitte unkritisch hinsichtlich des Nachweises sind. In Abhängigkeit der vorliegenden Randbedingungen stellen Rohrbögen die wesentlichen Bereiche für den Nachweis der Rohrleitung dar.

Anschließend erfolgt im zweiten Teil des Forschungsvorhabens die Untersuchung spezieller Leitungssituationen in Form von Unterquerungen mit variierender Verlegetiefe, Mantelrohren und Dükern sowie Übergangssituationen von unter- zu oberirdischer Verlegung. Analog zum ersten Teil werden auch hier zunächst die wesentlichen Einflussgrößen bei Beanspruchung durch seismische Wellenausbreitung identifiziert und basierend auf diesen ein vereinfachtes Vorgehen für den Nachweis abgeleitet. Dieses ist aufgrund der Vielzahl der unterschiedlichen Typen nur bedingt durch eine tabellarische Form repräsentierbar, sodass hier im Wesentlichen einfache analytische Ansätze für eine konservative Nachweisführung hergeleitet werden.

Zuletzt erfolgt die Betrachtung des Lastfalls bleibender Bodenverformungen auf gerade Rohrleitungsabschnitte. Hierbei wird aufgrund der Komplexität eines numerischen Rechenmodells eine vereinfachte analytische Vorgehensweise präsentiert, die für die Ermittlung der resultierenden Spannungen und Dehnungen in der Rohrleitung genutzt werden kann. Diese können dann für die Bewertung der Einhaltung der normativ geforderten Sicherheit gegenüber einem möglichen Versagen infolge Erdbeben genutzt werden.