A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Zur Bemessung geschraubter Ringflanschverbindungen von Windenergieanlagen
Die vorherrschende Bauweise für Türme von Windenergieanlagen sind Stahlrohrtürme, die in mehreren Sektionen auf die Baustelle gebracht und dort mittels geschraubter Verbindungen errichtet werden. Hierbei kommen fast ausschließlich Ringflanschverbindungen zum Einsatz, bei denen die Achse der kraftübertragenden Schrauben exzentrisch zur Turmschale liegt. Durch die großen Turmhöhen steigt insbesondere die dynamische Beanspruchung der Anlage, so dass sich ein deutlicher Bedarf an verfeinerten Berechnungsmethoden für die Auslegung ergeben hat. Es wird auf der Grundlage von experimentellen und numerischen Untersuchungen eine Weiterentwicklung der bekannten Bemessungsmethoden vorgenommen. Die experimentellen Untersuchungen wurden dabei sowohl an Bauteilausschnitten im Labor als auch an einer Windenergieanlage im Betrieb durchgeführt. Aus der Analyse des Tragverhaltens wird ein iteratives Näherungsverfahren entwickelt, mit dem die Beanspruchung der Schrauben in Abhängigkeit der äußeren Belastung ermittelt werden kann. Gegenüber bekannten Berechnungsverfahren bietet das Verfahren den Vorteil einer genaueren Beschreibung des nichtlinearen Beanspruchungsverlaufes und erlaubt zudem die Bestimmung der Biegebeanspruchung in der Schraube. Da die Vorspannkraft der Schraube einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Verbindung hat, werden Untersuchungen zum Verlust an Vorspannkraft infolge von Setzvorgängen und plastischer Dehnungen in Flansch oder Schraube angestellt. Es zeigt sich, dass die Vorspannkraftverluste durch Setzvorgänge in beachtenswerter Größenordnung liegen, sich aber einem Grenzwert annähern und deshalb nicht zum Versagen der Verbindung führen, wenn sie in geeigneter Weise rechnerisch oder durch Wartungsvorgänge berücksichtigt werden. Zur Verhinderung nicht zulässiger plastischer Dehnungen werden Näherungsverfahren eingeführt. Für den Nachweis der Grenztragfähigkeit wird ein verbessertes Berechnungsmodell für mitteldicke Flansche entwickelt. Das Modell wird an numerischen Untersuchungen und eigenen sowie fremden Traglastversuchen überprüft. Es zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung, so dass in bestimmten Abmessungsbereichen mit dem neuen Vorschlag eine deutliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.
Zur Bemessung geschraubter Ringflanschverbindungen von Windenergieanlagen
Die vorherrschende Bauweise für Türme von Windenergieanlagen sind Stahlrohrtürme, die in mehreren Sektionen auf die Baustelle gebracht und dort mittels geschraubter Verbindungen errichtet werden. Hierbei kommen fast ausschließlich Ringflanschverbindungen zum Einsatz, bei denen die Achse der kraftübertragenden Schrauben exzentrisch zur Turmschale liegt. Durch die großen Turmhöhen steigt insbesondere die dynamische Beanspruchung der Anlage, so dass sich ein deutlicher Bedarf an verfeinerten Berechnungsmethoden für die Auslegung ergeben hat. Es wird auf der Grundlage von experimentellen und numerischen Untersuchungen eine Weiterentwicklung der bekannten Bemessungsmethoden vorgenommen. Die experimentellen Untersuchungen wurden dabei sowohl an Bauteilausschnitten im Labor als auch an einer Windenergieanlage im Betrieb durchgeführt. Aus der Analyse des Tragverhaltens wird ein iteratives Näherungsverfahren entwickelt, mit dem die Beanspruchung der Schrauben in Abhängigkeit der äußeren Belastung ermittelt werden kann. Gegenüber bekannten Berechnungsverfahren bietet das Verfahren den Vorteil einer genaueren Beschreibung des nichtlinearen Beanspruchungsverlaufes und erlaubt zudem die Bestimmung der Biegebeanspruchung in der Schraube. Da die Vorspannkraft der Schraube einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Verbindung hat, werden Untersuchungen zum Verlust an Vorspannkraft infolge von Setzvorgängen und plastischer Dehnungen in Flansch oder Schraube angestellt. Es zeigt sich, dass die Vorspannkraftverluste durch Setzvorgänge in beachtenswerter Größenordnung liegen, sich aber einem Grenzwert annähern und deshalb nicht zum Versagen der Verbindung führen, wenn sie in geeigneter Weise rechnerisch oder durch Wartungsvorgänge berücksichtigt werden. Zur Verhinderung nicht zulässiger plastischer Dehnungen werden Näherungsverfahren eingeführt. Für den Nachweis der Grenztragfähigkeit wird ein verbessertes Berechnungsmodell für mitteldicke Flansche entwickelt. Das Modell wird an numerischen Untersuchungen und eigenen sowie fremden Traglastversuchen überprüft. Es zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung, so dass in bestimmten Abmessungsbereichen mit dem neuen Vorschlag eine deutliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht werden kann.
Zur Bemessung geschraubter Ringflanschverbindungen von Windenergieanlagen
Seidel, M. (author)
2001
207 Seiten, 114 Bilder, 56 Tabellen, 193 Quellen
Theses
German
Ermüdungsbeanspruchung geschraubter Ringflanschverbindungen bei Windenergieanlagen
| Online Contents | 2002
Ermudungsfestigkeit feuerverzinkter HV-Schrauben in Ringflanschverbindungen von Windenergieanlagen
| Online Contents | 2015