Spannbetonsilos mit hohen Vorspanngraden unter instationären Temperatureinwirkungen

Bei der Vorspannung zylindrischer Silowände in Ringrichtung wird im Allgemeinen ein Kompromiss zwischen zwei Grenzzuständen gesucht: Bei leerem Silo treten große Ringdruckkräfte auf, denen sich bei Beginn der Füllung mit heißem Schüttgut Zwangspannungen infolge des Temperaturunterschiedes über die Wanddicke überlagern. Dies bedeutet maximale Druckspannungen in Ringrichtung auf der Wandinnenseite. Bei vollem Silo überlagern sich Ringzugkräfte und Zwangmomente infolge des heiß eingefüllten Schüttguts zu maximalen Zugspannungen auf der Wandaußenseite. Zu große Druckspannungen können den Wandbeton schädigen, zu große Zugspannungen führen zu unzulässig breiten Rissen, die die Dauerhaftigkeit gefährden.
Während bisher keine Hinweise auf Schäden auf der Wandinnenseite infolge hoher Druckspannungen gefunden wurden, weisen Schäden (Delaminierungen) auf der Wandaußenseite von sehr hoch vorgespannten Silowänden auf eine möglicherweise bisher unterschätzte Schadensursache hin. Die instationären Temperaturspannungen aus Sonneneinstrahlung überlagern sich den Druckspannungen aus Vorspannung und verursachen sehr große Querzugspannungen im Bereich zwischen äußerer Wandbewehrung und den Ringspanngliedern, wie nicht-lineare Berechnungen mit dem FE-Programm MASA 3 ergaben. Werden in Kombination mit weiteren Einflüssen aus dem Silobetrieb die aufnehmbaren Zugspannungen überschritten, erklärt dies möglicherweise die beobachteten Delaminierungen an der Außenseite hoch vorgespannter Silowände, die intensiver Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Post-tensioned silo walls with high post-tensioning degree and transient temperature effects
When post-tensioning a cylindrical silo wall in ring direction usually a compromise of two limit states has to be considered: For an empty silo high compression stresses will occur in combination with high restraint stresses due to the temperature difference between inside and outside when filling the silo with hot bulk material. This means a maximum for the compression stresses in ring direction at the inner face of the wall. When the silo is filled to capacity circumferential tension and restraint bending moments due to the hot bulk material will cause maximum tensile stresses at the outer face of the wall. Excessive compression stresses can damage the wall concrete, while excessive tensile stresses cause wide cracks, which endanger the durability.
Until now no indications were found for damages at the inner face of silo walls due to excessive compression stresses in ring direction, but damages (delaminations) at the outer face of some silo walls with very high post-tensioning suggest a risk, which has been underestimated until now eventually. Transient temperature stresses due to the sun radiation will increase the compression stresses due to post-tensioning, which causes very high transverse tensile stresses in the range between outer reinforcement and tendons. This was proved by a non-linear analysis with the FE-program MASA 3. If further influence from silo operation causes tensile stresses above the ultimate limit state, this might be an explanation for the delaminations, which have been detected at the outer face of silo walls with high post-tensioning degree and intensive sun radiation.