Primärspannung

Eine Primärspannung ist nötig, um eine äußere Last im Gleichgewicht zu halten. Der Innendruck will das Rohr aufweiten, das Eigengewicht will es durchbiegen – die Wand muss beides tragen, und sie kann sich dieser Aufgabe nicht durch Nachgeben entziehen. Gibt der Werkstoff nach, bleibt die Last in voller Höhe bestehen.

Das unterscheidet sie von der Sekundärspannung, die aus einer behinderten Verformung entsteht und abnimmt, sobald der Werkstoff örtlich fließt. Eine Primärspannung ist nicht selbstbegrenzend: Übersteigt sie die Tragfähigkeit des Querschnitts, folgen große plastische Verformungen und im Grenzfall das Versagen – bei einmaliger Belastung, nicht erst nach vielen Lastwechseln.

In der Rohrstatik gehören dazu alle Lasten, die unabhängig von der Verformung der Leitung wirken.

Die Regelwerke prüfen Primärspannungen in zwei Schritten. Der Innendruck allein bestimmt die Wanddicke. Danach werden die Längsspannungen aus ständig wirkenden Lasten – Druck und Gewicht – zusammengefasst und mit der zulässigen Spannung bei Betriebstemperatur verglichen. ASME B31.3 schreibt dafür SL ≤ Sh; EN 13480-3 führt den gleichen Nachweis mit der Auslegungsspannung.

Für selten wirkende Lasten wie Wind oder Erdbeben lassen die Regelwerke einen erhöhten Grenzwert zu, weil sie nur kurzzeitig auftreten – ASME B31.3 das 1,33-Fache der zulässigen Spannung. Der Grundsatz bleibt: Der Vergleichswert leitet sich aus der Festigkeit des Werkstoffs bei Temperatur ab, nicht aus einer Ermüdungsbetrachtung.

Primärspannungen aus Gewicht sinken mit jedem zusätzlichen Auflager: Kürzere Stützweiten bedeuten kleinere Biegemomente. Gegen den Innendruck hilft nur Wanddicke oder ein festerer Werkstoff.

Mehr Elastizität in der Leitungsführung – das Mittel der Wahl gegen Wärmespannungen – hilft hier nicht, im Gegenteil: Ein langer, weicher Dehnungsbogen ohne Abstützung erhöht die Gewichtsspannungen. Dieser Gegensatz ist der Grund, warum eine Rohrleitung nicht nach einer einzigen Regel optimiert werden kann. Halterungen, die das Gewicht tragen, dürfen die Wärmedehnung nicht sperren.

Primärspannungen gelten als der einfache Teil der Rohrstatik. Die Fehler liegen in den Lastannahmen.