5. & PRAXIS. Tagungsprogramm 5. & PRAXIS. Projektbeschreibung. Dienstag 26. Juni Mittwoch, 27. Juni 2007

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1 5. & PRAXIS Tagungsprogramm Dienstag 26. Juni & PRAXIS Projektbeschreibung Das Pumpspeicherkraftwerk Herdecke wurde 1928 erbaut. Die Anlage erzeugt bei maximaler Fördermenge von 115 m³/sek eine Maximalleistung von kw. Wesentlicher Bestandteil der Anlage ist das 1,55 Mio. m³ fassende Oberbecken. Im Zuge einer umfassenden Revision werden die Maschinen, die Leittechnik, die Umspannanlage und das Oberbecken für die Zukunft ertüchtigt Uhr Uhr: Anreise der Teilnehmer Treffpunkt ist die Mensa der FH Aachen, Bayernallee Uhr Uhr: Einführungsveranstaltung für Studenten Uhr Uhr: Revision des PSW Herdecke, Dr. Dymek Uhr Uhr: Projektplanung, Prof. Kuhlmann Uhr Uhr: Konstruktive Planung, Prof. Vismann Uhr Uhr: Prüfung und Überwachung, Dr. Linse Uhr Uhr: Bauausführung, HEITKAMP Kraftwerks- und Ingenieurbau Mittwoch, 27. Juni Uhr: Abfahrt zum PSW Herdecke Treffpunkt ist der Haupteingang der FH Aachen Uhr: Ankunft auf der Baustelle Treffpunkt ist das Büro der Bauleitung am Oberbecken Uhr: Verabschiedung und Heimfahrt Die Teilnahme an der Veranstaltung ist bis zum anzumelden. Anmeldungen bitte an Herrn Prof. Kuhlmann Es ist ein Kostenbeitrag von 5,00 Euro je Teilnehmer zu entrichten. Auf Wunsch kann eine Hotelreservierung in Aachen vorgenommen werden. Die Instandhaltungsmaßnahmen am Oberbecken umfassen unter Anderem den Schutz von m² Böschungen mit einer bewehrten Spritzbetonschale, den Schutz von m² Schwergewichtsmauer mit einer rückverankerten Stahlbetonvorsatzschale (Halbfertigteilbau) und den Rückbau und Umbau alter Anlagen sowie der Zufahrtsrampe. Die strikten Bauzeitvorgaben, die Instandsetzung bei laufendem Teilbetrieb des Beckens und die beengten örtlichen Verhältnisse erfordern innovative Planungslösungen und stellen hohe Anforderungen an die Logistik, Ablaufplanung und Bauausführung. Im Zuge der Tagung werden die Aufgabenstellungen und Lösungen bei der Ertüchtigung des Oberbeckens ausführlich erläutert und vor Ort vorgestellt.

2 Ertüchtigung des Pumpspeicherkraftwerks Herdecke Statische Berechnung und Konstruktion Fachhochschule Aachen - Aachen University of Applied Sciences, Fachbereich Bauingenieurwesen Bayernallee 9, Aachen, Germany Telefon , Telefax vismann@fh-aachen.de, Gliederung 1. Einleitung und Aufgabenstellung 2. Lastansätze 3. Statisches Modell 4. Sicherheitskonzept und Bemessung 5. Konstruktion 2

3 1. Einleitung und Aufgabenstellung 3 1. Einleitung und Aufgabenstellung Lageplan, Blockaufteilung 4

4 1. Einleitung und Aufgabenstellung Schnitte durch die Umschließung des Oberbeckens 5 1. Einleitung und Aufgabenstellung Vorher Nachher 6

5 1. Einleitung und Aufgabenstellung Vorsatzschale als Konstruktion mit Halbfertigteilen 7 2. Lastansätze Für die statische Berechnung wurden die folgenden Lastansätze identifiziert: LF 1: Eigengewicht der Vorsatzschale LF 2: Sickerwasser aus Hinterfüllung (5 m) LF 3: Spaltwasserdruck (12,5 m Wassersäule) (Außergewöhnlicher Lastfall) LF 4: Temperatur (Wasserseite kälter) LF 5: Temperatur (Wasserseite wärmer) 8

6 2. Lastansätze LF 2 Sickerwasser LF 3 Spaltwasserdruck Stauziel Stauziel Hinterfüllung Hinterfüllung Beckenseite Beckenseite 50 kn/m² 125 kn/m² 9 2. Lastansätze LF 4 Temperatur LF 5 Temperatur Vorsatzschale durch Sonneneinstrahlung aufgewärmt Stauziel rasche Beckenfüllung durch relativ kaltes Wasser Vorsatzschale durch kalte Außenluft abgekühlt Stauziel rasche Beckenfüllung durch relativ warmes Wasser Temperaturdifferenz in der Schale T = +15 Kelvin (Wasserseite kälter) Temperaturdifferenz in der Schale T = -10 Kelvin (Wasserseite wärmer) 10

7 3. Statisches Modell Vorsatzschale, d = 35 cm, Beton C 30/37 bzw. C25/30 Betrachtung eines Wandblocks Statisches Modell Modell 1: Vorsatzschale mit starrer Lagerung an den Ankern. Modell 2: Vorsatzschale mit elastischer Lagerung an den Ankern (entspricht eher der Realität, da die Anker mit einem Schrumpfschlauch im vorderen Bereich abisoliert werden). Modell 3: Vorsatzschale, mit elastischer Lagerung an den Ankern sowie mit elastischer Bettung auf dem Altbeton unter Ausschluss von Zugkräften in der Bettung. Vermeidung des Modellfehlers aus Modell 1 12

8 3. Statisches Modell Vorbereitete Anker mit Schrumpfschlauch zur Abisolierung Statisches Modell Modell 1 Deformationen und Modellfehler 14

9 3. Statisches Modell Modell 3 Deformationen Spannungen in der Kontaktfläche zum Altbeton Sicherheitskonzept und Bemessung 1. Bemessung der Vorsatzschale im Sinne des Massivbaus nach DIN Außergewöhnliche Lastkombination 3. Ankerbemessung, Betonausbruch und Durchstanzen 16

10 4.1 Bemessung der Vorsatzschale Die Bemessung der Vorsatzschale nach DIN erfolgt aus der jeweils ungünstigsten Überlagerung der einzelnen Lastfällen, berechnet mit den drei statischen Modellen. Grenzzustand der Tragfähigkeit - mit der jeweils ungünstigsten Lastkombination aus den Lastfällen Eigengewicht (γ = 1,35), Wasserdruck 5 m (γ = 1,5, ψ 0 =0,8) Temperatur (γ = 1,0, ψ 0 = 0,8) - Außergewöhnliche Lastkombination mit 12,5 m Spaltwasserdruck - Robustheitsbewehrung Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit - Betonspannungsbegrenzung - Stahlspannungsbegrenzung - Rissbreitenbeschränkungen für Lastbeanspruchung auf 0,2 mm (auf die Mindestbewehrung für Zwang wurde aus wirtschaftlichen Erwägungen sowie unter der Vorgabe eines möglichst innigen Verbundes zwischen altem und neuem Beton verzichtet) Außergewöhnliche Lastkombination Als außergewöhnliche Lastkombination wird der Lastfall Spalt- Wasserdruck mit 12,5 m Wassersäule betrachtet. Nach Abstimmung mit allen Beteiligten wurden allerdings auch für diesen Lastfall (im Gegensatz zu den Vorgaben der DIN ) zusätzliche Sicherheitselemente eingebaut. Sicherheitsfaktor auf der Einwirkungsseite: 1,1 Sicherheitsfaktor auf der Widerstandsseite: 1,15 Die Begründung hierfür ist darin zu sehen, dass im Gegensatz zu den anfänglichen Planungen der Fußpunkt der Vorsatzschale als konstruktiv besonderes sensibler Punkt ohne ein explizites Fugenband oder Fugenblech an den Bestand angeschlossen wird. 18

11 4.3 Bemessung der Anker Aus den Eignungsprüfungen gemäß DIN 4125 können die erforderlichen Verankerungslängen bestimmt werden. Ankerbemessung - mit der jeweils ungünstigsten Lastkombination aus den Lastfällen Eigengewicht, Wasserdruck 5 m, Temperatur - Zusätzlicher Nachweis des Ankers gegen Fließen in der außergewöhnlichen Beanspruchungskombination Betonausbruch - Die Bildung eines Ausbruchkegels wird durch den Wasserdruck günstig beeinflusst. Maßgebend sind demnach für den Betonausbruch die randnahen Anker (an den Blockfugen) mit den Lagerkräften aus den Temperaturlastfällen. Diese wurden in Anlehnung an die Verfahren zur Dübelbemessung nachgewiesen. Die Betonfestigkeiten des Bestands wurden vorher umfangreich untersucht. Durchstanznachweis für die Verankerung des Ankerkopfes in der Vorsatzschale Abnahmeprüfung für jeden Anker Konstruktion 1. Anker, Ankerkopf 2. Wandfußpunkt 3. Bauzustand Filigranplatte unter Frischbetonlasten 4. Blockfugen, Arbeitsfugen 20

12 5.1 Konstruktion, Anker Konstruktion, Anker 22

13 5.2 Konstruktion, Wandfuß Konstruktion, Wandfuß Eingebaute Anker 24

14 5.2 Konstruktion, Wandfuß Konstruktion, Bauzustand Filigranplatte unter Frischbetonlasten 26

15 5.3 Konstruktion Konstruktion 28

16 5.3 Konstruktion Konstruktion, Fugen Blockfuge Anschluss Wandkopf Arbeitsfuge, mit Vorbehandlung und Quellband 30

17 5.4 Konstruktion Fugen Konstruktion Fugen 32

18 5.4 Konstruktion Fugen Konstruktion Fugen 34

19 Vielen Dank Tragwerksplanung: Kossin-Vismann + Partner Bauingenieure 35