Bemessung der Bauzustände für Turmbauwerke aus Doppelwandfertigteilen

Abstract

Der Ausbau der Windkraftnutzung fordert größere und leistungsstärkere Windkraftanlagen und infolgedessen werden immer höhere Türme errichtet. Die heutigen Konstruktionsmethoden von hohen Windkrafttürmen führen dabei oft zu hohen Transportkosten und einem hohen Baumaterialverbrauch. Deshalb wurde am Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien eine neue Baumethode zur Errichtung von Turmbauwerken aus Doppelwandfertigteilen entwickelt. Bei dieser Baumethode handelt es sich um eine Halb-Fertigteilbauweise, bei der Doppelwandelemente, wie sie im klassischen Hochbau üblich sind, im Werk vorgefertigt und an der Baustelle zu polygonalen Segmentringen zusammengesetzt werden. Ein Segmentring besteht aus mehreren Doppelwandelementen, welche auf einem Vormontageplatz aufgestellt, eingerichtet und miteinander verbunden werden. Im Zuge der Errichtung des Windkraftturmes werden die einzelnen Segmentringe übereinander positioniert und kontinuierlich ausbetoniert. So entsteht ein monolithisches, durchgehend bewehrtes Tragwerk. Der Durchmesser der Segmentringe verringert sich dabei mit zunehmender Höhe und bildet einen sich konisch nach oben verjüngenden Turm. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, die auf einen Segmentring wirkenden Belastungen während der Bauzustände zu definieren und die Schnittgrößen mittels numerischer Simulationen zu bestimmen, um die Struktur zu bemessen. Dazu wird ein dreidimensionales Modell eines Segmentringes mit einer Höhe von 2,5m im Statik Programm RFEM modelliert. Neben der Modellierung der Doppelwandplatten werden sämtliche Einbauteile wie die Doppelwandverbinder zur Aufnahme des Frischbetondruckes, die Hebekonstruktionen zur Auflagerung und als Anhebevorrichtung, die Schweißgründe welche zur Verbindung im Segment benötigt werden und die Verankerungen von Gerüstpodesten modelliert. All diese modellierten Elemente müssen auf die einwirkenden Lasten bemessen werden. Es wird unter anderem auf die Einleitung von punktuellen Lasten, wie sie beispielsweise bei der Verankerung der Gerüstpodeste im Inneren des Turmes vorkommen, eingegangen. Dies ist von Bedeutung, da es sich bei den Doppelwandplatten um eine dünnwandige Konstruktion mit einer Plattenstärke von nur 5 cm handelt. Alle erforderlichen Nachweise können mit ausreichender Sicherheit geführt werden. Die getätigten Annahmen und Modellierungsvereinfachungen stehen in Einklang mit bereits durchgeführten Großversuchen.

The expansion of wind energy demands larger and more powerful wind turbines and hence higher towers. Current methods of construction of tall wind towers often lead to high transportation cost and construction material consumption. To mitigate this drawbacks, a new construction method for towers using precast double wall elements was developed at the Institute for Structual Engineering at the Vienna University of Technology. This semi-precast construction method makes use of double wall elements as used in classic building construction. These elements are cast at a plant and assembled in polygonal segment rings at the construction site. A segment ring consists of a number of double wall elements which are raised at a pre-assembly area where they are adjusted and linked together. During the course of raising the tower the assembled segment rings are placed on top of each other and continously filled with concrete. Thus a monolithic, continously reinforced structure is created. The diameter of the segment rings can be reduced with growing height, creating a conical tower structure. The structural design and all associated proofs of an segment out of double walls under construction loads is the objective of the current thesis. To that end the structural analysis is performed using a 3D-Model of a 2.5m high segment ring is created in the structural FE-analysis software RFEM. Apart from modelling the double wall elements, all mounting components, like the double wall connection that bears the concrete pressure, the lifting structure for support and lifting, the welding embedment that is needed when linking the elements and the mounting points for the scaffolding platform are modelled. All modelled components are designed must be dimensioned to the external loads acting on them. Among other things the load transfer of point loads as for example the scaffolding platform creates is adressed. This is of special concern as the slabs of the double-wall elements are a comparatively thin structure with only 5cm wall thickness. All necessary proofs of the required structural strenght have been conducted with a sufficient level of safety. The assumptions and model abstractions are in accordance to already conducted large scale tests.