Einfluss des sequenziellen Anziehens von großen Schrauben bei gerammten Ringflanschverbindungen

Herrn Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann zur Vollendung seines 65. Lebensjahres gewidmet
Offshore-Windenergieanlagen werden in der Nord- und Ostsee vorwiegend mit sogenannten Monopiles gegründet, die am Pfahlkopf eine kraftschlüssige Verbindung zum Transition-Piece bzw. Turm benötigen. Als Alternative zu den Groutverbindungen werden dafür seit einigen Jahren gerammte Ringflanschverbindungen eingesetzt, die aufgrund der ungeregelten Bauart eine Zustimmung im Einzelfall beim BSH benötigen. Eine Besonderheit ist zum Beispiel, dass die Flanschoberflächen nicht planparallel, sondern geneigt ausgeführt werden, um die Kontaktfläche zwischen Amboss und Flansch gering zu halten. Nach dem Aufsetzen des TP liegt dadurch ein planmäßig nach innen geneigter Spalt vor. Des Weiteren werden die Größe und Form des Spalts durch Herstell- und Montagetoleranzen sowie durch den Rammvorgang beeinflusst.
In diesem Aufsatz werden Ergebnisse von Parameterstudien vorgestellt, mit denen der Einfluss des planmäßigen Spalts sowie der geometrischen Imperfektionen auf die Vorspannkraft der Schrauben analysiert wurde. Mithilfe von Finite-Element-Berechnungen wurde auch die tatsächliche Montageabfolge simuliert, wobei die Schrauben sequenziell vorgespannt wurden. Dabei konnten Reihenfolgeeffekte aufgezeigt werden, die im Aufsatz diskutiert werden. Abschließend werden Empfehlungen für zukünftige Ausführungen von gerammten Ringflanschverbindungen im Offshore-Bereich gegeben.

Influence of sequential tightening of bolts for rammed flange connections
Offshore wind turbines in the North Sea and Baltic Sea are often installed with so-called monopiles, which require a connection to the transition piece. Alternative to grouted connections rammed ring flange connections have been used since some years, which require also a single case approval due to their special type of construction. For example, the flange surfaces have a non-parallel flange surface to reduce the contact area between the anvil and the flange. Therefore a scheduled inclined gap to inside occurs if the flange of the transition piece is placed on top. Furthermore, the size and shape of the gap is influenced due to manufacturing and assembly tolerances as well as due to the pile driving procedure.
This paper presents the results of parameter studies that analysis the influence of the planned gap and geometric imperfections on the pre-tension force in the bolt. With the help of finite element analysis, the actual assembly sequence was also taken into account, with the bolts being tightened sequentially. Sequence effects were identified and discussed in the paper. Finally, recommendations are given for future projects with rammed ring flange connections in the offshore sector.