Zum Torsionstragverhalten extern vorgespannter Kreissegmente mit trockenen Fugen

Abstract

Im Turmbau von Windenergieanlagen haben sich insbesondere bei großen Turmhöhen Beton‐ oder Hybridtürme etabliert, welche durch ihre bessere Transportfähigkeit die traditionellen Stahltürme abgelöst haben. Speziell die Fertigteilbauweise bringt jedoch aufgrund der erforderlichen Fugen Fragestellungen mit sich, welche durch die derzeitigen Modelle und Berechnungsansätze nicht zufriedenstellend gelöst werden. Bei der Ausbildung sogenannter Trockenfugen (Horizontalfugen) zwischen den Segmenten erfolgt die Kraftübertragung der Querkräfte und Torsionsmomente ausschließlich über die Reibung in der Fuge, wobei der Reibwiderstand durch die externe Vorspannung und den Reibbeiwert erzeugt wird. Die Querkrafttragfähigkeit in der Fuge ermittelt sich über einen linearen Ansatz, wonach die zulässige Querkraft der Vorspannkraft, multipliziert mit dem Reibbeiwert, entspricht. Für die Übertragung der Torsionsmomente erfolgt die Berechnung nach den bekannten Torsionstheorien nach Bredt und Saint‐Venant, wonach die Fuge, solange diese überdrückt ist, ein sehr großes Torsionsmoment übertragen kann. Kommt es jedoch im Grenzzustand der Tragfähigkeit zum Aufklaffen der Fuge, fällt das zulässige Moment um ein Vielfaches ab und wird somit zu einem Grenzkriterium in der Bemessung des Turms. Nach aktuellen Untersuchungen beschreiben diese Ansätze das Trag‐ und Verformungsverhalten einer solchen Fuge unzutreffend, woraus sich in der Bemessung sowohl ein Unsicherheitsbereich, aber auch ein sehr großes ungenutztes Potenzial ergibt.

Torsionstragverhalten von Betonhohlquerschnitten in geschlossenen und klaffenden Segmentfugen

“…Um die Qualität dieser Nachweismodelle besser bewerten zu können, werden berechnete Tragfähigkeiten an einem Beispielquerschnitt gegenübergestellt. Das gewählte Berechnungsbeispiel entspricht dem FE‐Modell von Hartwig [6], womit die Tragfähigkeiten seines Bemessungsmodells automatisch vorliegen.…”

Torsionstragverhalten eines Segmentturms mit alternativer Fugenausbildung

“…Für die derzeitig übliche Fugenausbildung an Kreissegmenten wurden in die Unterschiede der derzeitig verwendeten Theorien und einer numerischen Simulation in Bezug auf das Torsionstragverhalten dargestellt. Weiter wurden die Schwächen an den bestehenden Bemessungsmodellen in Bezug auf reibbehaftete Fugen erläutert.…”

“…Im Verformungsverhalten infolge eines angreifenden Biegemoments kann kein signifikanter Unterschied zwischen den Türmen mit und ohne offene Vertikalfugen festgestellt werden. Wie bereits in gezeigt wurde, steigen die Verformungen bis zum Klaffen der Fugen linear an. Durch das Öffnen der Kontaktzonen kommt es zu einer überproportionalen Verformungszunahme.…”

“…beschrieben, durch das Abgleiten der Fugen und das Erreichen der Grenztragfähigkeit beendet. Das Bild stellt einen Vergleich der in festgestellten Tragfähigkeiten der Konstruktionsart ohne senkrechte Fugen mit der Konstruktionsart mit senkrechten Fugen dar. Zwischen den Untersuchungen in und den hier durchgeführten Berechnungen ohne senkrechte Fugen ist kein signifikanter Unterschied zu erkennen.…”

“…Durch das Öffnen der Fugen kann nach lediglich von einer Schubabtragung nach Saint Venant ausgegangen werden. Wie schon in beschrieben, entsteht im überdrückten Zustand ein Unsicherheitsbereich. Dieser wird durch die Ergänzung der senkrechten Fugen vergrößert.…”