Torsionstragmodell extern vorgespannter Kreisringsegmente mit trockenen Fugen
Creators: name: Hartwig, Steffen
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2020
Subjects: subject: dry joints
subject: segmental construction
subject: precast construction
subject: wind energy
subject: gab joint
subject: circular ring
subject: torsion model
subject: Torsion
subject: Trockenfuge
subject: Segmentbauweise
subject: Fertigteilbauweise
subject: Windenergie
subject: klaffende Fuge
subject: Kreisring
subject: Torsionsmodell
subject: Dewey Decimal Classification::600 | Technik::620 | Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau::624 | Ingenieurbau und Umwelttechnik

description: Die Konstruktion der Segmentbauweise ist im Brückenbau schon seit vielen Jahren eine etablierte Bauweise. Seit einigen Jahren kommt diese Bauweise auch für die Errichtung von Windenergieanlagen (WEA) zum Einsatz. Die aus dieser Bauweise heraus entstehenden Fugen werden je nach Lage und Beanspruchung unterschiedlich ausgebildet. In der vorliegenden Arbeit werden die horizontalen Fugen von WEA aus Kreisringsegmenten behandelt. Diese Fugen werden seit einiger Zeit als Trockenfugen ohne ein Verfüllmaterial oder der Ausbildung von Schubnocken ausgeführt. Die Fugen werden vor der Errichtung durch eine CNC-Schleifmaschine plan geschliffen und nach dem Errichten durch eine externe Vorspannung im Inneren des Turmes vorgespannt. Lediglich der Traganteil der Reibkräfte überträgt in den Fugen entstehende Schubspannungen aus Querkräften und Torsionsmomenten. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Übertragung der Schubspannungen aus Torsionsmomenten, welche für den Zustand einer überdrückten Fuge und im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) für klaffende Fugen betrachtet werden müssen. Die derzeitigen Tragfähigkeitsmodelle beruhen auf den bekannten Torsionsmodellen der Saint-Venantschen Torsionstheorie für dünnwandig offene und dünnwandig geschlossene Querschnitte in Kombination mit dem Coulombschen Haftreibungsgesetz. Da die ermittelten Tragfähigkeiten der aktuellen Theorie sowohl durch theoretische Überlegungen als auch durch numerische Berechnungen widerlegt werden konnte, wurde in dieser Arbeit ein neues Modell entwickelt. Das Modell beruht auf der Annahme des inneren Gleichgewichtes in der Fugenebene, durch welches es im GZT zu einer Drehpunktverschiebung kommen muss. Unter der Berücksichtigung dieser Verschiebung und der Zerlegung des Kreisringquerschnittes in ein Fasermodell konnte ein Tragfähigkeitsmodell entwickelt werden. Die numerischen Berechnungen bestätigen zum einen die ermittelten Tragfähigkeiten und zum anderen auch die zugrundeliegende Drehpunktverschiebung in der Fugenebene. Die versuchstechnisch ermittelten Torsionstragfähigkeiten eines Kleinversuches aus Aluminiumrohren konnten das Modell auch in der Anwendung bestätigen. Die dem Modell zugrundeliegenden Annahmen einer linearen Spannungsverteilung und eines linear-elastischen Materialverhaltens werden durch die Verwendung des Materials Aluminium nur geringfügig verletzt, sodass gute Übereinstimmungen erzielt werden konnten. Bei der Verwendung des Materials Stahlbeton in Großversuchen konnten die im Modell ermittelten Tragfähigkeiten nur in Teilen erreicht werden. Die Versuche widerlegten zwar die aktuellen Theorien, konnten jedoch die Tragfähigkeit des neu entwickelten Fasermodells nur bedingt bestätigen. Der grundlegende Tragfähigkeitsverlauf unter ansteigendem Biegemoment sowie die Tragfähigkeiten der Torsion unter geringen Biegebeanspruchungen konnten festgestellt werden. Unter der Einwirkung größerer Biegebeanspruchungen fielen die versuchstechnisch bestimmten Torsionstragfähigkeiten jedoch deutlich geringer aus als im Berechnungsmodell. Durch weitführende numerische Berechnungen der Stahlbetonversuche wurden mögliche Einflussfaktoren auf die Abweichungen der Ergebnisse zwischen dem Fasermodell und den Versuchen genannt. Eine abschließende Begründung konnte jedoch nicht gefunden werden. Zum Ende der Arbeit wurden noch einmal die Grenzen des Berechnungsmodells genannt und im Anschluss eine mögliche vereinfachte Tragfähigkeitskurve für extern vorgespannte Kreisringquerschnitte mit trockenen Fugen dargestellt.