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Forschungsbericht: Untersuchung der Tragsicherheit abgespannter Maste unter der Einwirkung von Starkwind und Seilbruch

Untersuchung der Tragsicherheit abgespannter Maste unter der Einwirkung von Starkwind und Seilbruch
Udo Peil
TU Braunschweig, Institut für Stahlbau
1997, 100 S.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhalt

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.

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeines 1
2 Berechnung des dynamisch beanspruchten Systems 3
2.1 Allgemeines 3
2.2 Zeitschrittverfahren 3
2.2.1 Grundlagen 3
2.2.2 Elemente 5
2.2.3 Werkstoffmodelle 7
2.3 Frequenzbereichsverfahren 8
2.3.1 Allgemeines 8
2.3.2 Berechnung der Übertragungsfunktion 9
2.3.3 Verwendete Elemente 10
2.3.4 Erzwungene Schwingungen 11
3 Generierung von Windgeschwindigkeitsverlaufen 13
3.1 Allgemeines 13
3.2 Eigenschaften des natürlichen Windes 15
3.2.1 Allgemeines 15
3.2.2 Mittlere Windgeschwindigkeit 16
3.2.3 Korrelation der Windgeschwindigkeit 18
3.2.4 Leistungsspektren der Windgeschwindigkeit 20
3.2.4.1 Autoleistungsspektren 21
3.2.4.2 Kreuzleistungsspektren und Kohärenz 26
3.2.4.3 Phasenbeziehung 30
3.3 Windgenerierung 36
3.4 Vergleich der Ergebnisse der Windgenerierung mit Naturmessungen 40
3.4.1 Generierte Windgeschwindigkeit 40
3.4.2 Vergleich mit Messergebnissen und Diskussion 42
4 Tragverhalten von Gittermasten unter Starkwind 50
4.1 Tragverhalten von Fachwerkelementen 50
4.1.1 Modellierung 50
4.1.2 Berechnungsergebnisse 51
4.3 Dynamisches Verhalten von Mastsystemen unter Starkwindbelastung 55
4.3.1 Systemparameter 55
4.3.2 Tragverhalten 56
4.3.3 Zusammenfassung Mastsysteme unter Starkwindbelastung 58
5 Tragverhalten unter Seilbruch 59
5.1 Rechnerische Simulation des Seilbruches 59
5.1.1 Allgemeines 59
5.1.2 Dynamische Berechnung 60
5.1.3 Vergleich mit Untersuchungen 61
5.1.3.1 Allgemeines 61
5.1.3.2 Modellierung 61
5.1.3.3 Vergleich Messung - Rechnung: Kappen unteres Seil 62
5.1.3.4 Vergleich Messung - Rechnung: Kappen oberes Seil 65
5.1.3.4 Anzupfen eines 200m Mastes 67
5.4 Grundlage der Parameterstudie 68
5.4.1 Allgemeines 68
5.4.2 Mastgeometrie 68
5.4.3 Parameter realer Maste 71
5.5 Ergebnisse 72
5.6 Zusammenfassung Seilbruch 75
6 Zusammenfassung 76
Literaturverzeichnis 77

Publikationslisten zum Thema:
Tragsicherheit, Mast, Dehnungsmessung, Abbruch, Abspannung, Videokamera, Kamera, Sensor, Stahlmast, Fachwerk, Berechnung, Schwingung, Wind, Windgeschwindigkeit, Gittermast, Starkwind, Modell, Modellierung, Parameterstudie,

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