Tragverhalten von biegebeanspruchten Stahlmasten mit polygonalen Querschnitten

Dissertationsschrift
Berichte zum Stahl- und Leichtbau, Band 2
Thomas Christian Reinke
Hrsg.: Karlsruher Institut für Technologie -KIT-, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine
2015, 278 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing
ISBN 978-3-7315-0398-9

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Inhalt

Stahlmaste mit polygonalem Querschnitt werden z. B. bei Fahr- und Freileitungsmasten eingesetzt. Diese Bauart verbindet die Vorteile einer einfachen Fertigung und einer ansprechenden Formgebung. Diese Maste werden deshalb, auch im Zusammenhang mit dem anstehenden Ausbau der Stromnetze, zur Zeit verstärkt nachgefragt. Im Forschungsprojekt wird das Tragverhalten dieser Bauart untersucht. Die polygonalen Querschnitte dieser zumeist dünnwandigen Maste sind durch den Wechsel von flachen Seiten und Kanten gekennzeichnet. Infolge der überwiegenden Biegebeanspruchung ergibt sich dadurch auf der druckbeanspruchten Seite ein Stabilitätsproblem, dass sich nicht mehr eindeutig einem plattenartigen oder schalenartigen Tragverhalten zuordnen lässt. Anhand von experimentellen und numerischen Untersuchungen werden die Grenzen und Möglichkeiten der polygonalen Bauweise untersucht. Es sollen Grundlagen geschaffen werden, die dazu beitragen Lücken in den bestehenden Regelwerken zu schließen um die Vorteile dieser Bauart besser nutzen zu können. Von besonderem Interesse ist dabei das Tragverhalten von polygonalen Querschnitten mit hoher Kantenanzahl im Übergangsbereich zum Kreiszylinder unter Biegung.

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Stahlmast, Mast, Dünnwandigkeit, Querschnittsform, Geometrie, Kreiszylinderschale, Biegebeanspruchung, Axialdruck, Druckbeanspruchung, Tragverhalten, Berechnungsverfahren, Finite-Elemente-Methode, Last-Verformungsverhalten, Dehnung, Messung, Traglastversuch, Versuchsprogramm, Versuchsaufbau,

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Mathias Clobes, Andreas Willecke
Überprüfung des Patch-Last-Verfahrens zur Ermittlung der Antwort abgespannter Maste unter Böenwirkung
Bauforschung, Band T 3204
2009, 158 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Im Rahmen dieses Kurzvorhabens werden diverse für Deutschland typische abgespannte Stahlbau-Konstruktionen, die üblicherweise mit Hilfe der Regelungen in DIN 4131 und DIN 4133 bemessen werden, unter der Einwirkung von Böenwindlasten berechnet. Die gewonnenen Ergebnisse aus den - gegenüber den Normverfahren genaueren - Berechnungen dienen der Verifizierung der Regelungen zur Berücksichtigung der Böenwirkung in DIN 4131. Die Tragwerksantwort unter Einwirkung räumlich korrelierter turbulenter Windfelder wird dynamisch im Zeitbereich berechnet, um bei den abgespannten Tragwerken das nichtlineare Last-Verformungsverhalten zu berücksichtigen. Die Ergebnisse der Zeitverlaufsberechnungen dienen als Referenz für die Einschätzung der Qualität der ebenfalls zu ermittelnden Ergebnisse aus dem Patch-Last-Verfahren. Es wird überprüft, ob mit dem im E DIN 4131 vorgesehenen Verfahren eine sichere und wirtschaftliche Bemessung sowohl von Antennentragwerken als auch Schornsteinen aus Stahl möglich ist.

Ermüdungssicherheit imperfekter vorgespannter Ringflanschstöße in windbeanspruchten turmartigen Stahlbauten

Herbert Schmidt, Alexander Jakubowski
Ermüdungssicherheit imperfekter vorgespannter Ringflanschstöße in windbeanspruchten turmartigen Stahlbauten
Bauforschung, Band T 2978
2002, 170 S., Abb., Tab., Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die Montagestöße turmartiger, kreiszylindrischer oder konischer Stahlbauten (Windenergietürme, Maste, Schornsteine) werden häufig als planmäßig vorgespannte geschraubte L-Ringflanschverbindungen ausgebildet. Der Bericht untersucht den Einfluss von Flanschklaffungen auf das innere Kräftespiel in L-Flansch-Stößen unter Rohrbiegung und analysiert die daraus resultierende Ermüdungsbeanspruchung der Schrauben. Das hierfür aufzubauende FE-Modell wurde experimentell validiert, indem großmaßstäbliche Rohrbiegeversuche an Ringflanschstößen durchgeführt wurden. Beschrieben werden die insgesamt vier Experimente, welche an einem perfekten Prüfflanschstoß, einem planmäßig imperfekten Stoß mit flanschseitiger Winkelklaffung, einem planmäßig imperfekten Stoß mit rohrseitiger Winkelklaffung sowie an einem planmäßig imperfekten Stoß mit Parallelklaffung durchgeführt wurden. Erläutert werden der Aufbau des FE-Modells mit Hilfe des Programmsystems ANSYS, dessen Validierung anhand der Versuchsergebnisse sowie eine numerische Parameterstudie, die an Ringflanschen mit zwei ausgewählten baupraktischen Ringflanschgeometrien durchgeführt wurde. Die Imperfektionsparameter wurden variiert und die damit berechneten Schraubenbeanspruchungsfunktionen miteinander verglichen. Der Forschungsbericht zieht aus den Untersuchungsergebnissen Schlussfolgerungen für die Bemessungspraxis und gibt Ausführungsempfehlungen.

Udo Peil
Untersuchung der Tragsicherheit abgespannter Maste unter der Einwirkung von Starkwind und Seilbruch
Bauforschung, Band T 2797
1997, 100 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Das Tragverhalten abgespannter Maste unter Starkwindsituationen darf nach den gültigen Normen nicht unter Berücksichtigung der Ausbildung plastischer Gelenke bemessen werden. Zur Ermittlung des tatsächlichen Tragverhaltens wurden Untersuchungen durchgeführt, mit denen das Tragverhalten unter Starkwindsituationen bis zum Einsturz simuliert wurde. Die Untersuchungen zum dynamischen Tragverhalten unter Starkwind wurden im Zeitbereich durchgeführt. Die Vorgehensweise bei der Generierung der hierzu benötigten zeitveränderlichen und korrelierten Windlasten ist dargestellt. Bei hohen, abgespannten Bauwerken hängt die Standsicherheit erheblich von einem Bauelement - dem Seil einer Abspannung - ab. Im Eurocode 3, Tl.3 "Masts, Towers and Chimneys" stellte sich deshalb die Frage nach der Erfassung des Lastfalls Seilbruch. Die hierbei auftretenden dynamischen Effekte machen eine Berechnung für den praktischen tätigen Ingenieur aber schwierig. Der Fall Seilbruch wurde im Rahmen einer Parameterstudie auf der Basis linearisierten Verhaltens untersucht. Es zeigt sich, daß der Ansatz der Horizontalkraft, die das brechende Seil unmittelbar vor dem Ausfall aufweist, als Aktion auf den Mastschaft zu einer für die Mastschaftbiegemomente ausreichend sicheren Bemessung führt.

H Falkner, M Teutsch, H.J. Wichmann
Vorspannvermessungen an Baukonstruktionen. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2813
1997, 98 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Es wurde eine Meßanlage mitsamt Sensoren zur Bestimmung der Spannstahlspannung mit Hilfe eines magnetoelastischen Meßverfahrens entwickelt. Die Meßanlage ermöglicht es, mehrere magnetische Kenngrößen gleichzeitig zu bestimmen. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Spannstahlspannung verbessert und die Messung von Kräften mit dem magnetoelastischen Verfahren bei bestimmten Spannelementtypen (z.B. nicht siliziumreduzierte Stähle) ermöglicht. Unter Berücksichtigung der Meßunsicherheit des Meßverfahrens und des Meßgerätes kann bei der Bestimmung der Spannstahlspannung mit der entwickelten Meßanlage von einer Meßunsicherheit von ca. 20 bis 30 N/qmm ausgegangen werden. Die Ergebnisse der Belastungsversuche wurden durch einen Versuch mit einer Litze sowie einen Versuch mit einem Seil verifiziert und bestätigt. Bei diesen Bauteilversuchen wurde die Tauglichkeit des Meßverfahrens und der Sensoren auch im baupraktischen Einsatz bewiesen. Die Meßmethode eignet sich zur Messung der Spannstahlspannungen in der Herstellungs- und Nutzungsphase von Bauwerken und Bauteilen. Es bieten sich hierfür insbesondere rückverankerte Systeme (Spundwände) und vorgespannte Systeme ohne Verbund an. Überwacht werden können ferner die Seilkräfte in Sendemastseilen und Schrägkabelbrücken.

Udo Peil, G. Telljohann
Großversuche zur Ermittlung der Tragsicherheit abgespannter Maste unter der Einwirkung von Seilbruch
Bauforschung, Band T 2735
1996, 26 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

Bedingt durch die relativ große Zahl von Einstürzen abgespannter Maste in den letzten Jahren wird die Frage nach der Abhängigkeit der Standsicherheit von einem einzelnen Bauelement, dem Seil, zunehmend diskutiert. Eine statische Betrachtung stellt allenfalls eine grobe Abschätzung des zu erwartenden Tragverhaltens dar. Mit Hilfe theoretischer Methoden werden Berechnungsgrundlagen für die Ermittlung des Traglastzustandes unter Seilbruch und Starkwind erarbeitet. Dabei sind das komplizierte Verhalten des Werkstoffs unter möglicherweise wiederholter oder zyklischer Beanspruchung und die Seildynamik bei großen Schwingungsamplituden zu beachten. Eine experimentelle Überprüfung der theoretischen Ergebnisse ist notwendig. In Anbetracht dieser Situation wurden deshalb 4 Funkmaste durch Kappen definierter Seile umgestürzt. Bei den Masten handelte es sich um 84,2 m hohe, in zwei Ebenen abgespannte Fachwerkgittermasten. Dehnungsmessungen erfolgten in einer Ebene ca. 2 m unterhalb der unteren Abspannung. Neben den Dehnungsmessungen wurden Videoaufzeichnungen mit mehreren Kameras aus verschiedenen Perspektiven des Abbruchvorgangs angefertigt.

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Der Mast bleibt stehen! (kostenlos)
Denkmalstiftung Baden-Württemberg, 2020

Werner, Michael; Cotardo, Dario; Lohaus, Ludger
Herleitung eines Teilsicherheitsbeiwerts für hochfeste Vergussmörtel in Offshore-Anwendungen
Bautechnik, 2020

Oppeneder, Johannes; Dittmar, Frank; Tue, Nguyen Viet
Analyse von Beton-Stahlrohrsteckverbindungen für Maste. Großversuche und FEM-Simulationen
Beton- und Stahlbetonbau, 2020

Weist, Jürgen
Restaurierung eines Strommastes. Teutoburger Str. 106, Logierhaus in Bielefeld
Restaurator im Handwerk, 2019

Bucher, Ralf
Ein Meilensteinprojekt für Ostafrika. 2000-MW-Gleichstromverbindung zwischen Äthiopien und Kenia (kostenlos)
Beratende Ingenieure, 2019

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