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2024 | Buch

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Hydraulik für Bauingenieure

verfasst von: Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Inhaltsverzeichnis
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Über dieses Buch

Das Buch beschreibt umfassend, dabei aber leicht verständlich, alle praxisrelevanten hydromechanischen Berechnungsansätze – von der Hydrostatik bis zu Strömungsproblemen.Es beantwortet kompetent die wichtigen hydraulischen Fragestellungen. Dazu dienen die in zahlreichen Berechnungsbeispielen detailliert dargestellten Rechengänge mit vielen Abbildungen. Das macht es für Bauingenieure in Studium und Praxis besonders wertvoll.
Die 3. Auflage wurde vollständig überarbeitet und aktualisiert. Inhaltliche Ergänzungen sind unter anderem zusätzliche hydraulische Bemessungsansätze für abwassertechnische Aufgaben und Trassenentwässerung sowie Zahlenbeispiele.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Erste Begriffe und Eigenschaften
Zusammenfassung
Von Wasser ausgeübte Kräfte und die maßgebenden Fließzustände sind von wesentlichen Eigenschaften geprägt. Eine Unterteilung in die dabei wesentlichen Größen, die Eigenschaften selbst mit ihrer Bedeutung und ihrer Abhängigkeiten insbesondere von der Temperatur und teilweise auch vom Druck sind beschrieben. Es handelt sich um die Dichte und Wichte; die Zähigkeit oder Viskosität; den Dampfdruck; die Oberflächenspannung und die Elastizität beziehungsweise Kompressibilität.
Dabei erfolgt die Konzentration auf die Bereiche des Bauingenieurwesens.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 2. Hydrostatik
Zusammenfassung
Das Kräftegleichgewicht innerhalb der ruhenden Flüssigkeit unter Einwirkung der Fallbeschleunigung ist erläutert. Die Druckwirkung und die daraus resultierenden Kräfte auf ebene und beliebig gekrümmte Stauflächen sowie die daraus resultierenden Kräfte werden nach Größe, Richtung und Lage analysiert sowie die entsprechenden Berechnungsansätze durch Beispiele erläutert. Hilfsmittel wie die Lotrechte durch den unteren Dichtungspunkt, Komplexe Ansätze, wie sie für ebene Stauflächen beliebiger Form und Neigung erforderlich sind, werden ebenso behandelt wie die Kraftwirkung auf bewegliche Verschlüsse (z. B. das Drucksegment). Das hydrostatische Paradoxon ist erläutert und die Berechnung der Schwimmstabilität ebenso beschrieben wie der hydrostatische Zustand in bewegten Gefäßen.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 3. Grundlagen der Hydrodynamik
Zusammenfassung
Die Grundlagen für das Verständnis der Fließvorgänge unter besonderer Berücksichtigung der Wassereigenschaften werden vermittelt. Die zur Beschreibung notwendigen Fachbegriffe sind erläutert. Die Basis wird durch einfache Bezüge gelegt, die schon bei idealen Flüssigkeiten deutlich werden. Dazu gehören die Kontinuität, die Energieformen und die durch die Bewegung zusätzlich auftretende Kraftwirkung. Die aus Potenzialliniennetzen ableitbaren Erkenntnisse werden ebenso dargestellt, wie die Kraftwirkungen durch auftreffende Wasserstrahlen oder Drücke infolge gekrümmter Strömungen.
Die Grundlagen für die Bewegung realer Flüssigkeiten, die Bildung der laminaren und turbulenten Grenzschicht, die Umströmung von Körpern und entstehende Strömungsablösungen sowie die Strahlausbreitung innerhalb des Wassers bilden den Abschluss.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 4. Stationäre Bewegung des Wassers
Zusammenfassung
Für die meisten hydraulischen Berechnungen wird die stationäre, also die über die Zeit unveränderte Bewegung des Wassers, vorausgesetzt. Zunächst erfolgt die Konzentration auf Bewegungsvorgänge mit relativ kurzem Fließweg wie der Ausfluss aus Öffnungen und unter Schützen, die Wurfparabel und der Fließvorgang an Überfallschwellen.
Die Bewegung in Rohrleitungen unter Berücksichtigung der möglichen Fließzustände, der Fließverluste durch die Rohrreibung und der Wirkung von Formstücken wie Krümmer und Verschlussorgane ist dargestellt. Berechnungen der reibungsbehafteten Rohrströmung werden systematisch und durch Beispiele ausführlich behandelt. Auch Besonderheiten wie Pumpen, Rohrnetze und teilgefüllte Rohre sind eingeschlossen.
Fließen mit freiem Wasserspiegel erfolgt in Gerinnen, gegliederten und mit Großbewuchs bestandenen Querschnitten. Ungleichförmige Fließvorgänge wie Staulinien in Flüssen, in Sammelrinnen und Zustände in Schussrinnen einschließlich dem Lufteintrag sind beschrieben. Dies gilt auch für Sonderbauwerke wie Tosbecken, Heber, Tiroler Wehr oder auch der Wirbelfallschacht. Mit dem Feststofftransport in Fließgewässern schließt dieses Kapitel.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 5. Strömung durch poröse Medien, Grundwasserströmung
Zusammenfassung
Die Bewegung des Wassers in porösen Medien ist ein für das Bauwesen wichtiger Vorgang. In der Wasserwirtschaft und im Wasserbau sind die Durchsickerung, insbesondere aber die Durchströmung der Porensysteme von Lockergesteinen von Interesse. Betrachtungsbereiche sind unterirdische Porengrundwasserleiter der Erdkruste und oberirdisch aufgeschüttete Damm- oder Deichkörper. Aus wasserbaulicher Sicht spielt in diesem Zusammenhang die Porenstruktur von Filtern eine besondere Rolle.
Um diesen Themenkreis praxisorientiert zu behandeln, widmet sich dieses Kapitel der Grundwasserströmung infolge einer Grundwasserabsenkung, der Unterströmung von Bauwerken, der Durchströmung von Dämmen und schließlich in aller Kürze der Bemessung von Filtern.
Zur Vorbereitung auf die vorgenannten Themen sind eingangs ausgewählte grundlegende Begriffe, Methoden und Prinzipien erläutert.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 6. Instationäre Bewegung des Wassers
Zusammenfassung
Massenschwingungen in Rohrleitungen treten bei Durchflussänderungen dann auf, wenn an beiden Enden der Leitung in Staubecken oder Behältern freie Wasserspiegel gegeben sind. Sie treten beispielsweise an Wasserkraftanlagen auf, deren Triebwasserleitungen mit sogenannten Wasserschlössern ausgestattet sind. Durch diese Bauwerke werden die Druckstöße in den Triebwasserleitungen deutlich reduziert. Verschiedene Bauweisen und das Berechnungsverfahren werden beschrieben und an einem Beispiel erläutert.
Andernfalls führen die Durchflussänderungen z. B. durch Armaturen oder Turbinen zu Druckstößen, die für eine wirtschaftliche Bemessung der Rohrwandungen zu begrenzen sind und deren Höhe vom Umfang und der Zeitspanne des Schließ- oder Öffnungsvorgangs abhängt. Die Darstellung der Abläufe bei raschem und langsamen Schließvorgängen, die dazugehörigen wesentlichen Funktionen sowie ein Beispiel befähigen zur Berechnung gängiger Fälle.
Zeitlich veränderliche Vorgänge mit freier Oberfläche sind bei der Speicherretention, der Schleusenfüllung und -entleerung sowie bei der Bildung von Schwall- und Sunkwellen zu beobachten. Zur Erläuterung der Beschreibungen und Ansätze dienen auch hier Zahlenbeispiele.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 7. Wellen
Zusammenfassung
Die möglichen Einwirkungen von Wellen sind nicht nur für den Küstenwasserbau sondern auch im Binnenland, z. B. für den Nachweis ausreichender Freibordhöhen an Stauanlagen, erforderlich. Daher kommt dieser Bewegung eine zunehmende Bedeutung zu.
Wesentliche Begriffe für Tiefwasser- und Flachwasserwellen sowie Zusammenhänge der Wellenbildung und -bewegung werden beschrieben. Dies gilt auch für das Brechen von Wellen, die Refraktion und die Reflexion. Für eine weitere Vertiefung dieses Themenkreises sind Literaturverweise gegeben.
Der Wellenauflauf auf Böschungen abhängig von deren Neigung und Beschaffenheit sowie die Ermittlung der Wellenhöhe, wie sie derzeit für die Freibordberechnungen gefordert sind, sind ausführlich dargestellt und mit einem Zahlenbeispiel verdeutlicht.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 8. Wasserbauliches Modellwesen
Zusammenfassung
Fließvorgänge mit deutlichen Änderungen bezüglich der Richtung und des Betrages schon auf kurzen Wegen erfolgen an Einlaufbauwerken, Wehren, Kopfbauwerken von Hochwasserentlastungsanlagen und Energieumwandlungsanlagen. Diese und auch andere Bewegungen lassen sich nur eingeschränkt durch übliche Berechnungsverfahren abschätzen. In solchen Fällen werden aufwendige mathematische und physikalische Modelle zur genaueren Untersuchung eingesetzt.
Die zunehmende Verfügbarkeit größerer und schnellerer Computer erlaubt einen ständig umfassenderen Einsatz mathematischer Modelle, die aufgrund der raschen Entwicklung nur schematisch beschrieben werden können. Den physikalischen Modellversuchen kommt aber nach wie vor eine große Bedeutung zu. Die für die unterschiedlichen Einsatzgebiete zu beachtenden Modellgesetze sind beschrieben und durch ein Zahlenbeispiel erläutert.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Kapitel 9. Abflussbestimmung
Zusammenfassung
Abflüsse oder Durchflüsse sind für das wasserbauliche Modellwesen ebenso bedeutend wie für die Fließgewässer, Stauanlagen und Pegelstationen. Dabei lassen sich grob folgende Verfahren unterscheiden: Abflussbestimmung durch Geschwindigkeitsmessungen; Messwehre; Salz- und Farbverdünnungsverfahren; Magnetisch-induktive Methoden; Unterschiedliche Verfahren mit Ultraschallwellen.
Neben den Beschreibungen und Anwendungsmöglichkeiten der unterschiedlichen Verfahren sind Formelansätze für die Methoden angegeben, womit sich einfache Abflussmessungen realisieren lassen.
Ekkehard Heinemann, Rainer Feldhaus, Christian Jokiel
Backmatter
Metadaten
Titel
Hydraulik für Bauingenieure
verfasst von
Ekkehard Heinemann
Rainer Feldhaus
Christian Jokiel
Copyright-Jahr
2024
Electronic ISBN
978-3-8348-2360-1
Print ISBN
978-3-8351-0161-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-2360-1