Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2253
Main Title: Ausbreitung dynamischer Druckbelastungen infolge brechender Wellen in Fugen von Küstenschutzbauwerken
Translated Title: Propagation of wave generated impact pressures into cracks of coastal structures
Author(s): Marth, Reinhard
Advisor(s): Hinkelmann, Reinhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Belastung aus Druckschlag zählt zu den höchsten Belastungen, denen ein Küstenschutzbauwerk ausgesetzt ist. Der Aufprall einer brechenden Welle auf das Bauwerk führt zu stoßartigen Belastungen, die extrem hohe und kurzzeitige Druckspitzen aufweisen, an die sich oftmals erhebliche Druckschwingungen anschließen. Küstenschutzbauwerke, die nicht aus Schüttmaterial hergestellt sind, weisen Fugen auf, die üblicherweise so gestaltet sind, dass ein Eindringen von Wasser nicht möglich ist. Durch Schäden am Bauwerk können in diesen Fugen feine Risse oder Spalten entstehen. Wenn sich diese Spalten in der Nähe der Aufprallfläche von brechenden Wellen befinden, können sich hohe Drücke in das Innere des Bau¬werks ausbreiten und so zu Belastungen führen, die die Standsicherheit gefährden. Mit Hilfe umfangreicher physikalischer Modellversuche wird in dieser Arbeit nachgewiesen, dass in Spalten mit geringer Höhe erhebliche Druckbelastungen entstehen. Die maximalen Druckhöhen am Spaltende entsprechen der Belastung, die sich im Aufprallbereich der brechenden Welle an der vertikalen Frontplatte einstellt. Für die Analyse der Versuchsergebnisse, die sehr komplexe Druckverläufe aufweisen, werden Erkenntnisse aus der Druckschlagausbreitung in Rohrleitungen herangezogen. Die Druckausbreitung in den Spalten ist aber nur zum Teil mit einer Druckschlagausbreitung vergleichbar. Die Druckverläufe lassen sich hauptsächlich auf dynamische Anregungen der in den Spalten eingeschlossenen Luft- und Wasservolumina zurückführen. Nur unter bestimmten Randbedingungen wird eine druckstoßartige Ausbreitung beobachtet, die sich auf den vorderen Spaltbereich auswirkt und dann schnell gedämpft wird. Die wesentliche Folgerung für die Bemessung und Unterhaltung von Küstenschutzbauwerken ist, dass zusätzlich zur äußeren Belastung eines Bauwerks, erhebliche Belastungen im Bauwerksinneren zu beachten sind. Der Nachweis der globalen Standsicherheit des gesamten Bauwerks reicht also nicht aus. Vielmehr müssen einzelne Bauteile, die durch offene Fugen gefährdet sind, gesondert betrachtet werden. In dieser Arbeit wird ein einfacher Ansatz für die Abschätzung der Druckbelastungen innerhalb von Spalten entwickelt. Zum Abschluss werden Empfehlungen für die Neuplanung und für die Unterhaltung von Küstenschutzbauwerken gegeben. Das Hauptaugenmerk jeder Neuplanung und jeder Unterhaltungsstrategie sollte darauf liegen, die Verbundwirkung der einzelnen Bauteile untereinander dauerhaft zu sichern. Die betrifft vor allem Bauteile, die oberhalb von Lagerfugen und im Bereich hoher Wellenbelastungen angeordnet sind.
The loads resulting from impact pressures are among the most dangerous loads for coastal structures. The impact of a breaking wave on a coastal structure generates impact like loads which are characterised by very high but short pressure peaks often followed by pressure oscillations. Coastal structures which are not constructed with dumping materials will exhibit joints due to their design. These joints usually are sealed to prevent the intrusion of water. Settlements, displacements or weathering of the sealing material can lead to cracks in these joints. If cracks are located near to the impact area of breaking waves a possible propagation of the impact pressures into the cracks can result in high loads inside the structure thus endangering the structural integrity. By means of extensive physical model tests it is demonstrated in this thesis that inside cracks with small heights close to the impact area considerable pressures are generated. The maximum pressures at the crack end are of the same magnitude as the impact pressures in the impact area on the front face of the breakwater model. For the analysis of the very complex pressure time histories also fluid mechanics of pipelines describing the water hammer phenomena are consulted. The analysis shows that the pressure time histories are mainly caused by the generation of driven and self-induced oscillations of the water and air volumes trapped inside the crack. Only for certain boundary conditions pressure propagation comparable with water hammer propagation is observed. For these cases high pressures are generated in the front part of the crack which are rapidly attenuated inside the crack. The most important consequence for the design and the maintenance of coastal structures is that additionally to the external loads on the structure internal loads must be considered. The verification of the global structural safety is not sufficient. It is rather necessary to examine the integrity of the structure which is endangered by high loads in cracks. Completing the findings of this thesis recommendations are elaborated for the design of new coastal structures and for the maintenance of existing coastal structures. The main attention in the design and in every maintenance strategy should be turned to the securing of a long lasting compound effect of the elements of the structure. This is especially important for elements which are situated above horizontal joints in the impact area of breaking waves.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-23627
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2550
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2253
Exam Date: 3-Jun-2009
Issue Date: 30-Sep-2009
Date Available: 30-Sep-2009
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Belastung
Druckausbreitung
Küstenschutz
Spalt
Wellenbrecher
Breakwater
Coastal protection
Crack
Impact pressure
Pressure propagation
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/de/
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