Die Entwicklung der Türme von Windenergieanlagen (WEA) hat eine Vielzahl von Konstruktionen hervorgebracht und bereits bestehende Konstruktionsarten wurden stetig weiterentwickelt. Eine dieser Konstruktionen ist die Segmentbauweise, welche sich aufgrund der großen Anzahl an vorgefertigten Bauteilen für den Turmbau besonders gut eignet. Von besonderer Bedeutung bei dieser Konstruktion sind die entstehenden Segmentfugen, welche bereits im Brückenbau vielfach untersucht wurden. Als großer Unterschied zum Brückenbau werden die Segmente jedoch nicht mit Schubverzahnungen ausgeführt, sondern größtenteils als geschliffene Trockenfugen ausgebildet. Bei einer Vorspannung der Türme mit einer externen Vorspannung erfolgt die Kraftübertragung in den Segmentfugen somit ausschließlich über Reibung. Die in der Vergangenheit durchgeführten Untersuchungen von solchen „sehr glatten“ Fugen wurden i. d. R. an glatt geschalten Oberflächen und nicht an geschliffenen Proben durchgeführt. Es ist daher fraglich, inwieweit die derzeitigen Normenwerte zu der Konstruktionsart der geschliffenen Segmentfugen passen. Weiter handelt es sich bei den Türmen von WEA um hochdynamisch beanspruchte Konstruktionen. Somit gilt es zu klären, ob der i. d. R. statisch ermittelte Reibbeiwert über die Dauer der dynamischen Lasten Bestand hat. Die Ergebnisse der durchgeführten statischen als auch dynamischen Versuche zur Ermittlung des Reibbeiwerts werden ausgewertet und diskutiert.

Experimentell ermittelte Bruchlastwechselzahlen druckschwellbeanspruchter Betone weisen im Allgemeinen große Streuungen auf. Als Hauptursache wird die Streuung der tatsächlichen Probekörperdruckfestigkeit vermutet, da die im Ermüdungsversuch aufgebrachten Ober‐ und Unterspannungen stets auf die mittlere Druckfestigkeit bezogen werden. Demnach versagen Probekörper, die tatsächlich höhere Druckfestigkeiten besitzen, bei höheren Lastwechselzahlen als Probekörper mit geringeren tatsächlichen Druckfestigkeiten. Um diese Vermutung zu überprüfen, wird im folgenden Artikel ein Konzept zur stochastischen Berücksichtigung der Druckfestigkeitsstreuung bei der Herleitung von Versuchswöhlerkurven präsentiert. Das Konzept wird auf Grundlage umfangreicher Ermüdungsuntersuchungen an Betonen der Festigkeitsklassen C100/115 und C80/95 für Windenergieanlagentürme erarbeitet und führt in den durchgeführten Untersuchungen zu nahezu glatten streuungsbereinigten Versuchswöhlerkurven. Das deutet darauf hin, dass die ursprüngliche, in den Wöhlerkurven inhärente Streuung tatsächlich allein auf die Streuung der Druckfestigkeit innerhalb der untersuchten Betonchargen zurückgeführt werden kann. Die Anwendung dieses Konzepts grenzt sich zunächst auf die Randbedingungen ein, unter denen die experimentellen Untersuchungen durchgeführt wurden. In ergänzenden Untersuchungen werden die unter Betrieb herrschenden Feuchte‐, Temperatur‐ und Frequenzbedingungen in einem Windenergieanlagenturm beleuchtet und mit den Bedingungen verglichen, unter denen die Laborergebnisse erzielt wurden. Abschließend wird für die untersuchten Betone ein Bemessungskonzept formuliert, welches die Anwendung der Wöhlerkurven gemäß fib Model Code 2010, inklusive einer angepassten Formulierung für die Bemessungsdruckfestigkeit bei Ermüdungsbeanspruchungen fcd,fat, empfiehlt.

This article deals with the analysis and evaluation of the structural behavior of segmented tower constructions in large-scale experimental investigations. For this purpose, a tower model with dry horizontal joints on a scale of approximately 1:10 is constructed and loaded. The objective of these large-scale investigations is to determine the load-bearing behavior of concrete segment towers subjected to normal force (external prestressing), bending, shear force and torsion and to derive more efficient and realistic design models. The transfer of shear stresses between individual segments is ensured by frictional resistance in the horizontal joints due to prestressing. The current design models are based on plane flange surfaces at the top and bottom of the segments as well as their ideal circular ring shape. This assumes a constant normal stress distribution for the compression connection. Within the large-scale experimental tests, findings for uneven force distribution in the horizontal joints due to prestressing and shear bending were obtained, that have a significant impact on the design models. However, for the evaluation of the results and the projection onto the real construction components, the scale effects must be urgently taken into account.

Hybride Turmkonstruktionen für Windenergieanlagen haben sich in den letzten Jahren vor allem für Anlagen mit großen Nabenhöhen etabliert. Der obere Teil derartiger Türme besteht aus Stahlsektionen, wohingegen sich der untere Teil aus vorgespannten Betonfertigteilringen zusammensetzt. Die zwangsläufig zwischen den Betonfertigteilen entstehenden Horizontalfugen werden üblicherweise als Trockenfugen ausgeführt. Aufgrund der fehlenden Ausgleichsschicht in der Fuge entstehen erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Fugenoberflächen. Aus Messdaten von realen Segmenten von Windenergieanlagen konnte abgeleitet werden, dass die Fugenoberflächen Ungenauigkeiten hinsichtlich der Querschnittsform und Ebenheit aufweisen. Mittels numerischer Simulationen wurde der Einfluss dieser Imperfektionen auf das Fugentragverhalten unter kombinierter Belastung aus Vorspannung, Biegung und Torsion untersucht. Es zeigt sich, dass in Abhängigkeit von der Imperfektionsart und vom Vorspanngrad Imperfektionen das Fugentragverhalten erheblich beeinflussen können.