Zum Torsionstragverhalten extern vorgespannter Kreissegmente mit trockenen Fugen

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.

Torsion structural behavior of external prestressed circular segments with dry joints
In the tower construction of wind power plants concrete or hybrid towers are established, especially for high towers, they have replaced the traditional steel towers due to better transportability. The needed joints for the prefabricated construction method leads to problems, which are not satisfactorily resolved by the current models and calculation approaches. In the case of the formation of dry joints (horizontal joints) between the segments, the force transmission of the lateral forces and torsion moments take place exclusively through the friction in the joint, the external prestressing and the coefficient of friction generate the frictional resistance. The capacity of lateral force between the joints should be calculate by a linear calculation approach, that the permissible transverse force corresponds to the prestressing force multiplied by the coefficient of friction. For the transmission of the torsional moments, the calculation is carried out according to the known torsion theories of Bredt and Saint-Venant, as long as the joints are overpressed, they can transmit a very high torsional moment. However, in the ultimate limit state, if the joint begin to open, the permissible torsional moment drops immediately to a very small value and thus becoming a critical criterion for the tower. According to recent investigations, these approaches witch describe the bearing and deformation behavior of such a joints are incorrect, results in an uncertainty range and a very large unused potential.