Einflussfaktoren auf die Vorspannkraft von Schrauben mit Durchmessern bis M72 in Ringflanschverbindungen

Abstract

Bei Monopfahlgründungen von Offshore-Windenergieanlagen wird die Verbindung zwischen Monopfahl und Übergangsstück als geschraubter Ringflansch ausgeführt. Die zunehmende Leistungsfähigkeit der Windenergieanlagen führt zu immer größeren Schnittgrößen in diesem Anschluss. In der Folge erhöhen sich nicht nur die Querschnittsabmessungen, sondern es kommen auch zunehmend größere Schrauben zum Einsatz. Da die einschlägigen Regelwerke zur Bemessung dieser Verbindungen nicht für Schrauben der Größen M64 oder M72 konzipiert wurden, stellt sich die Frage der Übertragbarkeit auf solche Anwendungsfälle. Im Rahmen des Aufsatzes werden Einflüsse diskutiert, die eine Herabsetzung der Schraubentragfähigkeit verursachen könnten. Diese Einflüsse, vornehmlich geometrische Imperfektionen, werden systematisch untersucht und ergänzend in praxisrelevanten Beispielen bewertet. Die somit gewonnenen Erkenntnisse werden für die abschließende Beurteilung der großen Schrauben in Ringflanschverbindungen herangezogen. Stichworte: Ermüdung; Vorspannung; Imperfektion; offshore; Windenergieanlage; SchraubenFactors influencing the pretension force in bolts with diameter up to M72 in ring flange connections. The joint between monopile and transition piece in monopile foundations of offshore wind turbines is realized by bolted ring flanges. The increased size of the wind turbines leads to ever larger internal forces at this joint. This does not only cause an increase in cross sectional dimensions, but also requires the use of larger bolts. Since the relevant regulations for the verification of this joint type were not devised for bolts of size M64 or even M72, the applicability of these rules is challenged. Therefore, influences that may have the potential to lower the strength of these bolts are discussed in this work. These influences, primarily geometric imperfections, are systematically investigated and additionally evaluated with realistic examples. The findings from these analyses are used to give a final assessment for the use of large bolts in bolted ring flanges. Normativer HintergrundDie im Bereich Offshore Wind eingesetzten Garnituren für hochfeste vorspannbare Schraubverbindungen sind in DIN EN 14399-1 [2] bzw. deren nachgeordneten Normenteile DIN EN 14399-3 bis -10 geregelt. Die spezifischen Produktnormen für das System HV, DIN EN 14399-4 [3] für Schrauben und Muttern sowie DIN EN 14399-6 [4] für flache Scheiben, beschränken sich auf die Regelung der

Analytical calculation of stress concentrations at welded flange necks

“…is marked. Owing to the thick flange relative to the wall thickness, the origin is within the upper flange. The second example, a flange with a thick tower wall, has the same geometry as used by Schwedler et al . The diameter‐to‐thickness ratio is D / s = 93, i. e. significantly lower than for the previous example ( D / s = 173), but still within the range where shell bending theory is deemed to be applicable.…”

Influence of flange dimensions and geometrical imperfections on stress concentrations at welded flange necks

“…As a second example, the flange geometry as published by Schwedler et al [5], which was also used for the investigations in [6], is calculated. The stress transfer function is substantially more non‐linear (Fig.…”