Forschungsvorhaben der Professur Massivbau und Baustofftechnologie
Untersuchungen zur Dimensionierung und Bemessung flach gegründeter Kranbahnen für Krane im Containerumschlag unter Berücksichtigung der Boden-Bauwerk-Interaktion
Aufgrund der fortschreitenden Globalisierung der Weltwirtschaft entsteht die Erfordernis, Waren in immer größerem Umfang zu transportieren. Weltweit erfolgt dieser Transport von Waren fast ausschließlich mit Hilfe von standardisierten Containern.
Für den interkontinentalen Transport von Containern auf den Weltmeeren werden mittlerweile Containerschiffe mit einer Ladekapazität von mehr als 20.000 TEU (Twenty-Foot-Equivalent-Unit) eingesetzt. Für das Bedienen solch großer Schiffe ist eine Anpassung der hafentechnischen Anlagen wie Liegeplätze, Hafenkrane und Zwischenlager zwingend erforderlich, um das Be- und Entladen sowie das Zwischenlagern dieser großen Anzahl von Containern innerhalb der sehr kurzen Liegezeiten störungsfrei zu ermöglichen. Vor diesem Hintergrund erscheint die auf Van-Carriern basierende interne Hafenlogisitk zum Bewegen und Zwischenlagern von Containern auf dem Terminalgelände nicht mehr zielführend. Zum einen können die prognostizierten Containermengen nicht in den kurzen, zur Verfügung stehenden Liegezeiten der Containerschiffe mit Van-Carriern umgeschlagen werden. Zum anderen können auf dem Terminalgelände aufgrund der beschränkten Höhe der Van-Carrier nur zwei Container übereinandergestapelt werden. Bei dem prognostizierten Anstieg der Containermengen wären neue Flächen für zusätzliche Zwischenlagerbereiche erforderlich. Diese Flächen stehen jedoch in den meisten Häfen nicht zur Verfügung.
Als erheblich leistungsfähigere Alternative für die Zwischenlagerung haben sich Kompaktlager etabliert. In diesen Kompaktlagern werden bis zu fünf Container übereinandergestapelt. Zudem können durch den Wegfall der Fahrwege für die Van-Carrier die Container eng nebeneinander abgestellt werden. In Kompaktlagern können so auf gleicher Grundfläche ca. die 3-fache Menge an Containern im Vergleich zum Van-Carrier-Betrieb zwischengelagert werden.
Das Handling der Container im Zwischenlagerbereich übernehmen heute in der Regel computergesteuerte Portalkrane mit Spannweiten von ca. 30 bis 40 m. Die Fahrwege dieser schienengebundenen Portalkrane können prinzipiell als tief oder flach gegründete Kranbahnbalken in Stahlbetonbauweise sowie als Schiene-Schwelle-Schotter-System ausgeführt werden. Tief gegründete Kranbahnbalken kommen aufgrund der hohen Herstellungskosten in Kompaktlagerbereichen in der Regel nicht zum Einsatz. Die deutlich bessere Lösung stellen die flach gegründeten Kranbahnbalken bzw. das Schiene-Schwelle-Schotter-System dar.
Aus den vorangegangenen Ausführungen wird deutlich, dass die Kranbahnen im Rahmen der gesamten Logistikkette einen wichtigen und zentralen Platz einnehmen. Schadensbedingte Ausfälle von Kranbahnen führen zum Ausfall von Zwischenlagern und damit zur Unterbrechung der gesamten Logistikkette.
Von entscheidender Bedeutung für die Bemessung dieser flach gegründeter Kranbahnträger ist die Bauwerk-Boden-Interaktion. Während die Bauwerksteifigkeit im Rahmen einer physikalisch nichtlinearen Berechnung unter Berücksichtigung des Aufreißens der Querschnitte und der Mitwirkung des Betons auf Zug zwischen den Rissen (Tension-Stiffening) hinreichend genau abgebildet werden kann, ist der Ansatz des Bettungsmoduls zur Abbildung des Bodens unter zyklischer Belastung durch die Containerkrane weitestgehend ungeklärt. Eine zeitliche Veränderung der Größe des Bettungsmoduls unter zyklischer Belastung ist zu vermuten. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden die Auswirkungen dieser zeitlichen Veränderung des Bettungsmoduls auf die Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Ermüdung systematisch untersucht. Dabei stehen die konstruktiven Aspekte zur Schadensminimierung sowie die zu vermutenden Einsparpotentiale im Hinblick auf eine Schonung von Ressourcen im Vordergrund.
Physikalisch nichtlineare Systemanalyse ein- und zweiachsig gespannter Strukturen im Stahlbetonbau
Im Rahmen eines Forschung- u. Entwicklungsvorhaben zum Thema „Physikalisch nichtlineare Systemanalyse ein- und zweiachsig gespannter Strukturen im Stahlbetonbau“ wurden das Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonplatten unter Berücksichtigung nichtlinearen und zeitabhängigen Materialeigenschaften untersucht.
Ziel des Forschung- u. Entwicklungsvorhabens war es in einer Parameterstudie
- zum einen den Einfluss wesentlicher Systemparameter (wie Betongüte, Bewehrungsgrad, Querschnittsabmessungen, Schwind- und Kriecheinflüsse, usw.) auf die Verformungen zu untersuchen
- und darauf aufbauend die in Normen und Veröffentlichungen publizierten Berechnungsformeln zur Ermittlung zulässiger Biegeschlankheiten auf ihre Realitätsnähe zu überprüfen.
Dazu wurden in einem ersten Schritt zur Verifizierung der verwendeten nichtlinearen Berechnungsprogramme die in der Fachliteratur dokumentierten Verformungsver-suche von Jaccoud / Favre und Christiansen an einachsig und zweiachsig gespannten Platten nachgerechnet, um die rechnerisch ermittelten Verformungen den in der Realität gemessenen Verformungen gegenüberstellen zu können.
In einem zweiten Schritt wurden die in Normen und Veröffentlichungen publizierten Berechnungsformeln zur Ermittlung zulässiger Biegeschlankheiten im Stahlbetonbau zusammengestellt. In einer Parameterstudie wurden anschließend die Verformungen der auf der Grundlage der unterschiedlichen Berechnungsformeln dimensionierten Tragglieder rechnerisch mit Hilfe der zuvor verifizierten nichtlinearen Berechnungs-programme ermittelt. Dabei wurden systematisch wesentliche Systemparameter variiert.
In einem dritten Schritt wurden diese rechnerischen Untersuchungen durch eigene Bauteilversuche ergänzt. Die Versuche wurden im Labor der HafenCity Universität durchgeführt.
