Traglastversuche an Großprüfkörpern für modulare Polygonturmsektionen von Windenergieanlagen

Abstract

AbstractBei der Bemessung von Stahltürmen für Onshore‐Windenergieanlagen führen oftmals Stabilitäts‐ und Ermüdungsnachweise infolge der hohen statischen und dynamischen Beanspruchungen zu großen Turmabmessungen. Aufgrund der Steigerung von Nennleistung und Nabenhöhe für Windturbinen müssen auch die Dimensionen bei den Tragstrukturen erhöht werden. Einige Anlagentypen erfordern mittlerweile einen Turmfußdurchmesser von > 4,5 m. In diesen Durchmessern lassen sich Turmsektionen auf der Straße nicht mehr (wirtschaftlich) transportieren. Daher sind vermehrt modulare Bauweisen entwickelt worden, wobei die Stahlsektionen aus längsgeteilten Segmenten bestehen, die auf der Baustelle endmontiert werden. Des Weiteren stellt die Verbindungstechnik für turmartige Bauwerke immer wieder eine neue Herausforderung dar, wenn größere Windenergieanlagen geplant werden. Als technische Alternative zu den bisherigen Turmkonfigurationen wird ein Konzept für einen modularen Polygonturm vorgestellt, dessen Plattensegmente entlang der Längskanten über Strangpressprofile verbunden werden sollen, sodass am Standort keine weiteren Schraub‐ oder Schweißverbindungen erforderlich sind. Durch diese innovative Verbindungstechnik und die längsorientierte Fertigung von ebenen Turmsegmenten sollen Umformprozesse und teilweise auch Schweißprozesse während der Fertigungsphase eingespart werden, die bislang bei den rohrförmigen Stahltürmen erforderlich sind. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde die technische Machbarkeit eines modularen Polygonturms für eine Anlagenklasse mit 10 MW Nennleistung und 200 m Nabenhöhe analysiert, um Lösungsansätze für die nächste Generation von Onshore‐Windenergieanlagen anbieten zu können. Für eine fiktive Referenz‐Windenergieanlage wurden Lastfälle generiert, um Bemessungen für die Turmsektionen durchführen zu können. Auf Basis der berechneten Turmabmessungen wurde ein Versuchsprogramm erstellt und es wurden Traglastversuche an Großprüfkörpern im Maßstab 1 : 10 durchgeführt. In diesem Aufsatz werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen vorgestellt, wobei die Traglasten der einzelnen Turmkonfigurationen miteinander verglichen und die Versagensmechanismen erläutert werden.