Methode zur Evaluierung der Standsicherheit einer Autobetonpumpe unter Teilabstützung

Abstract

In den meisten Fällen werden Autobetonpumpen mit voll ausgefahrenen Abstützungen für die Standsicherheit dimensioniert und geprüft. Auf Baustellen mit geringer Platzverfügbarkeit ist jedoch die Möglichkeit von großem Vorteil, die Ausfahrweite jeglicher Stütze frei wählen zu können. Für den sicheren Einsatz der Autobetonpumpe bei jeder möglichen Abstützkonfiguration stellt sich die Frage, nach welchen Kriterien die Bewegung der Ausleger zu begrenzen ist, um die Standsicherheit zu gewährleisten. In der vorliegenden Masterarbeit werden die normativen Vorgaben der DIN 24117:2007 mit einem Verfahren zur Beurteilung der Standsicherheit unter Berücksichtigung der Schwerpunkthöhe verglichen und bewertet. Zu diesem Zweck wird ein Modell einer Autobetonpumpe in der Mehrkörpersimulation (MKS) Software Simpack erstellt, in dem, im Gegensatz zu bestehenden Arbeiten, sowohl der Ausleger als auch das gesamte Untergestell abgebildet werden. Basierend auf den Ergebnissen anderer Forschungsarbeiten wird der Pumpvorgang von Anfang bis Ende anhand der in der Realität auftretenden Kräfte im MKS-Modell aufgebaut und synchronisiert. Die Steifigkeiten und Dämpfungen des Auslegers, des Unterbaus und der Stützen werden anhand mehrerer Datensätze kalibriert und das korrekte Verhalten überprüft. Abschließend wird das Gesamtmodell durch den Vergleich der ersten Eigenfrequenz und der Stützkräfte verifiziert. Die Untersuchungen am Modell bestätigen, dass der praktische Standsicherheitsnachweis nach DIN 24117:2007 mit dem die betriebliche Standsicherheit von Autobetonpumpen überprüft wird, für die in der Norm nicht vorgesehene Stützkonfigurationen (freie Wahl der Aus-fahrweite der Stützen), in einigen Fällen die Gültigkeit verliert. Daher werden mehrere Simulationen für verschiedene Stützkonfigurationen durchgeführt und mit Hilfe der “Force-Angle“-Methode der erforderliche Standsicherheitskoeffizient für eine sichere Abstützung mit teilweise ausgefahrener Stützen quantifiziert. Im letzten Teil der Masterarbeit werden die Anwendungsgrenzen des ermittelten Standsicherheitskoeffizienten diskutiert und einige Vorschläge für sichere Teilabstützungen mit Fokus auf den Pumpbetrieb erarbeitet.

In most cases, truck-mounted concrete pumps are designed and tested for stability with the outriggers fully extended. On construction sites with limited space, however, the possibility of being able to freely select the extension of any outrigger is of great advantage. For the safe use of the truck-mounted concrete pump in every possible outrigger configuration, the question arises as to which criteria should be used to limit the movement of the boom in order to ensure stability. In this master thesis, the normative guidelines of DIN 24117:2007 are compared and evaluated with a method for assessing stability taking into account the center of gravity height. For this purpose, a model of a truck-mounted concrete pump is created in the multi-body simulation (MBS) software Simpack, in which, in contrast to existing work, both the boom and the entire understructure are modeled. Based on the results of other research work, the pumping process is modelled and synchronized from start to finish using the real forces in the MKS model. The stiffnesses and damping of the boom, the sub-structure and the supports are calibrated using several data sets and the correct behavior of each component is verified. Finally, the overall model is validated by comparing in experimental data and in simulations the first natural frequency and the support forces. The investigations on the model confirm that the practical verification of stability according to DIN 24117:2007, which is used to assess the operational stability of truck-mounted concrete pumps, loses its applicability for some outrigger configurations not foreseen in the standards (partially extended outriggers). Therefore, several simulations are carried out for different outrigger configurations and the force-angle method is used to quantify the required stability coefficient for safe support with partially extended outrigger. In the last part of the master thesis, the application limits of the determined stability coefficient are discussed and some suggestions for safe partial support with focus on pumping operation are elaborated.