Universität Stuttgart
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Item Open Access Beanspruchung eingeerdeter Rohrleitungen infolge Austrocknung bindiger Böden(2006) Fischer, Markus; Giesecke, Jürgen (Prof. em. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E. h.)Rohrnetze stellen meist das größte Anlagevermögen eines Versorgungsunternehmens dar. Ihr Zustand bestimmt die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Versorgung wesentlich. Der Analyse von möglichen Schadensursachen und der Identifikation von Schwachstellen im Netz, die sich aus einem schlechten Leitungs- oder aus einem kritischen Beanspruchungszustand ergeben können, kommt aus diesen Gründen eine große Bedeutung zu. Eine dieser Schadensursachen ist die Beanspruchung von Rohrleitungen infolge der Austrocknung bindiger Böden. Das aus Festsubstanz und Porenraum bestehende Volumen eines bindigen Bodens ist innerhalb bestimmter Ober- und Untergrenzen abhängig von dessen Wassergehalt: Austrocknung führt zum Schrumpfen, Feuchtezunahme zum Quellen des Bodens. Trocknet ein Boden unterhalb einer Rohrleitung aus, führt dies infolge der ausgelösten Setzungsbewegungen zum Absinken dieser Leitung. Ist dieses Absinken an einer oder mehreren Stellen durch Festpunkte behindert, wird die Leitung als Träger beansprucht und somit belastet. Festpunkte, welche die Vertikalbewegung von Rohrleitungen örtlich behindern, sind insbesondere Leitungskreuzungen, Bauwerkseinführungen, Schachtbauwerke und Stellen nichtbindiger Böden sowie große Steine und Mauerwerksbestandteile. Sie sind teilweise das Resultat einer heute als nicht mehr sachgemäß erkannten Verlegeweise. Manche Arten von Festpunkten, beispielsweise Gebäudeeinführungen, sind jedoch prinzipiell nicht vermeidbar. In der vorliegenden Arbeit wird die Größenordnung der aufgrund der beschriebenen Vorgänge unter definierten Randbedingungen auftretenden Belastungen für Rohrleitungen älterer Baujahre aus Grauguss und Stahl rechnerisch untersucht. Die Betrachtungen erstrecken sich dabei auf Festpunktlagerungen, bei denen eine starre Einspannung der Rohrleitung gegeben ist. Außer der Entwicklung der Berechnungsgrundlagen erfolgt eine Beschreibung und Quantifizierung der Einflussgrößen mit Bezug auf die in städtischen Verteilnetzen gegebenen Randbedingungen. Das Schrumpfungsverhalten bindiger Böden und eine Abschätzung des möglichen Ausmaßes der resultierenden Setzungen wird anhand von Informationen aus der Fachliteratur behandelt. Auf der Basis der genannten Grundlagen wird eine Parameterstudie durchgeführt. Im Rahmen der Parameterstudie werden Berechnungsreihen gebildet, bei denen jeweils ein Einflussfaktor geändert wird, während die übrigen Parameter konstant bleiben. Ausgangspunkt der Parameterstudie ist die Betrachtung einer Graugussrohrleitung der Nennweite DN 200, die als Ausgangsbasis für die meisten Berechnungsreihen dient. Bei allen Berechnungen betrugen die Umfangsspannungen nur einen Bruchteil der Längsspannungen. Die maximalen Vergleichsspannungen traten immer in Scheitel und Sohle an der Außenseite des Rohrquerschnitts auf. Die größte Spannungskomponente war jeweils eine Längsspannung, die am Scheitel positiv (Zug) und an der Sohle negativ (Druck) war. Die durchgeführte Parameterstudie gibt weitere Hinweise zum Einfluss wesentlicher Parameter, die unter Berücksichtigung der örtlichen Betriebserfahrungen für eine differenzierte Risikobewertung verwendet werden können. Auf Basis dieser Risikobewertung kann eine Entscheidung über die Notwendigkeit von Rehabilitationsmaßnahmen erfolgen und eine zeitliche Reihenfolge für die Durchführung der als erforderlich betrachteten Maßnahmen festgelegt werden.Item Open Access Die Lipase Engineering Database : systematische Analyse familienspezifischer Eigenschaften und der Sequenz-Struktur-Funktionsbeziehung von alpha/beta-Hydrolasen(2004) Fischer, Markus; Schmid, Rolf D. (Prof. Dr.)Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Familie der alpha/beta-Hydrolasen systematisch untersucht. Grundlage dieser Analyse war die Entwicklung eines Data Warehouse Systems zur Integration von Proteinsequenz- und Strukturdaten in Verbindung mit funktionell relevanten Informationen für große Proteinfamilien. Als Anwendung dieses Data Warehouse Systems wurde die Lipase Engineering Database (LED) erstellt, die alle Mitglieder der alpha/beta-Hydrolasen enthält. Das Release 2.3 der LED enthält 3148 Sequenzeinträge für 2313 Proteine, wobei 35% der Proteine als putativ definiert sind. Für 96 Proteineinträge sind 261 Struktureinträge in der LED abgelegt. Aufgrund der Sequenzähnlichkeit wurden die alpha/beta-Hydrolasen in 37 Superfamilien und 103 homologe Familien eingeteilt. Die LED diente zur systematischen Identifikation familienspezifischer Deskriptoren auf Sequenz- und Strukturebene. Die Bestimmung streng konservierter Positionen für acht repräsentative alpha/beta-Hydrolasesuperfamilien half bei der Identifikation des Faltungsnukleus, der den alpha/beta-Hydrolase Fold charakterisiert. Daraus konnte ein Modell für die Faltung dieser Proteine skizziert werden. Anhand der Architektur des funktionell wichtigen oxyanion holes konnten diese in drei Klassen eingeteilt werden: (1) die GGGX Klasse, für die die oxyanion hole bildende Aminosäure am C-terminalen Ende des hoch konservierten Musters GGG lokalisiert ist und von einer streng konservierten, hydrophoben Aminosäure X gefolgt wird, (2) die GX Klasse, für die die oxyanion hole Aminosäure X einem streng konserviertem Glycin folgt und (3) die Y Klasse deren oxyanion hole durch die Hydroxylgruppe eines streng konservierten Tyrosin gebildet wird. Für die strukturelle Stabilisierung des oxyanion holes der GX Klasse wurde die Wechselwirkung der Seitenkette X mit Anker Aminosäuren identifiziert. Dieses Anker-Konzept konnte experimentell durch den Austausch des Anker-Moduls in der Lipase aus Burkholderia cepacia gegen das der Lipase aus Rhizomucor miehei bestätigt werden. Die Form und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Fettsäurebindungsstelle von acht alpha/beta-Hydrolasen wurden untersucht, um deren Substratspezifität auf molekularer Ebene nachzuvollziehen. Diese konnten so in vier Gruppen eingeteilt werden und half bei der Identifikation von Aminosäuren, die für die Vermittlung der Substratkettenlängenspezifität verantwortlich sind. Für die Superfamilie der Carboxylesterasen wurden mit der in CODEHOP implementierten Methode degenerierte familienspezifischen Primer erstellt, die sich zur Identifikation neuer Carboxylesterasen in aus Bodenproben isolierter DNA eignen.