Identifikation und Simulation instationärer Übertragung der Windturbulenz im Zeitbereich: Fid-Bau Portal

Identifikation und Simulation instationärer Übertragung der Windturbulenz im Zeitbereich

Clobes, Mathias

Für abgespannte Maste ist der Wind die bemessungsrelevante und einzige regelmäßig wiederkehrende dynamische Einwirkung. Um Fragestellungen der Ermüdungssicherheit zuverlässig beantworten zu können, ist eine dynamische Analyse des Tragverhaltens unter böigem Wind erforderlich. Übliche Frequenzbereichsmodelle auf Basis von Admittanzfunktionen erfordern eine Linearisierung dieses nichtlinearen Last-Verformungsverhaltens um einen Arbeitspunkt. Da auch zeitlich zurückliegende Windgeschwindigkeiten die momentane Windkraft beeinflussen, ist die aerodynamische Übertragung frequenzabhängig. Diese Frequenzabhängigkeit ist mit dem Begriff der instationären Übertragung verknüpft. Quasistationäre Ansätze zur Beschreibung der Windlasten für den Zeitbereich erlauben zwar eine Berücksichtigung nichtlinearer Effekte, sind jedoch nur bei hohen Windgeschwindigkeiten zutreffend. In dieser Arbeit wird über Naturmessungen an einem 344 m hohen abgespannten Masten und deren Auswertung berichtet. Anhand der Messungen von Windgeschwindigkeit und - richtung bis in große Höhen kann das existierende Ingenieurmodell zur Beschreibung des natürlichen Windfeldes verifiziert und auf Basis simultan durchgeführter Windgeschwindigkeits- und Kraftmessungen am partiell verkleideten Mast ein instationäres Windlastmodell für die Böenwindlasten auf Basis linearer, zeitinvarianter Übertragungssysteme identifiziert werden. Eine Approximation der identifizierten aerodynamischen Admittanzen im Frequenzbereich erfolgt mittels rationaler Funktionen, deren Real- und Imaginärteile Paare der Hilbert- Transformation sind. Deren Rücktransformation in den Zeitbereich liefert ein Modell der kausalen instationären Übertragung auf der Basis von Impulsantwortfunktionen. Mit diesem identifizierten instationären Modell für die turbulenzinduzierten Windlasten erfolgt eine Simulation des Tragverhaltens abgespannter Maste unter böigem Wind im Zeitbereich unter Berücksichtigung des nichtlinearen Last-Verformungsverhaltens des Tragwerks sowie aeroelastischer Effekte.