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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein turmförmiges, zumindest abschnittsweise hohles Tragwerk mit einer Vielzahl von miteinander verbundenen Betonelementen, wobei diese in Nachspann- und Vorspanntechnik, mit und ohne Verbund gefertigt sind. Die Betonelemente weisen eine Vielzahl von langgestreckten Spannmittel auf, von denen die Mehrzahl in ein benachbartes Betonelement geführt und dort unter Zugspannung verankert werden.
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Stand der Technik
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Turmförmige Tragwerke der eingangs genannten Art sind insbesondere bei Windkraftanlagen im Einsatz. Dabei werden die einzelnen Betonelemente üblicherweise als Ringe, Ringsektionen oder längliche Wandsegmente vorgefertigt, auf die Baustelle transportiert und dort miteinander verbunden, bzw. miteinander verspannt. Die Längsfugen können ringförmig nachgespannt, vergossen oder nur verschraubt werden.
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So beschreibt beispielsweise das
EP 1 474 579 B1 ein gattungsmäßiges turmförmiges Tragwerk mit externen Spanngliedern, die nach oben gestuft sind, d. h. bei denen die im Turmfuß fixierten Spannmittel zum Turmzopf hin reduziert werden.
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Bei sehr hohen Türmen, mit Nabenhöhen 120–150 m, wie sie heute vor allem in windschwächeren Gebieten im Leistungsbereich um 3 MW und mehr eingesetzt werden, bestehen strenge Anforderungen an die Eigenfrequenzen des Bauwerks. Die übliche Bauweise ”soft/stiff” verlangt, dass die erste Eigenfrequenz des Turmes mit einem Sicherheitsabstand von 10–15% über der maximalen Drehzahl der Turbine liegt und der Blattschatten mit bei 3 Blattanlagen dreifacher Frequenz, im Betriebsbereich oberhalb dieser Turmeigenfrequenz bleibt.
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Die bei sehr schlanken Schleuderbetonmasten für Windturbinen bis 500 KW übliche Bauweise ”soft/soft”, bei der die Turbinenunwucht im Rotor und der Blattschatten die erste Turmeigenfrequenz durchfahren, ist z. Zt. noch unüblich bei Turbinen im Mehrmegawattbereich. Die schlanke Bauweise brächte aber mit geringerem Materialeinsatz weitere Gewinne an Nabenhöhe. Das hohe Gewicht der Betontürme und die bessere Dämpfung gegenüber Stahltürmen, lassen die Schwingungs- und Resonanzproblematik des Systems aber künftig beherrschbar erscheinen.
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Es stellt sich aber eine komplett neue Anforderung an die Staffelung der Spannglieder, die sich in Anfängen bei hohen Hybridtürmen schon jetzt zeigt. Durch die gewünscht hohe Steifigkeit der Türme bei gleichzeitiger Nabenhöhe jenseits 100 m und dem zusätzlichen Wunsch nach großem Volumen für den Einbau von Trafo, Leistungselektronik, Mittelspannungstrennschaltern, Aufzug usw. im Turmfuß, haben heute übliche Türme im Fußbereich Durchmesser von 10 m und mehr. Um dennoch große Nabenhöhen von 120 bis 150 m und mehr mit wirtschaftlichem Materialeinsatz zu erreichen, werden die Türme nach oben stark verjüngt. Im obersten Drittel werden für Durchmesser kleiner 4 m normalerweise leichte und relativ steife Stahlmaste aufgesetzt, die spezifisch teurer als Betontürme sind. Kostenoptimal scheint im Fußbereich der Spannbetonschaft parabelförmig (polygon), anschließend konisch und zylindrisch und im Stahlturm zylindrisch, dann wieder konisch bis zum Anschluss der Windanlage zu verlaufen.
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Übliche Spannbetontürme aus Ortbeton oder aus Fertigteilen führen die Spannbewehrung entweder komplett vom Zopf oder dem Übergangsstück Beton/Stahl-Turm bis zum Fuß des Turmes oder ins Fundament. Dabei hat sich gezeigt, dass sich in Kombination mit den sich stark aufweitenden Turmdurchmessern ein sehr hoher Bedarf an Spannmitteln ergibt, was nicht nur einen hohen Materialeinsatz fordert, sondern auch aus statischer Sicht ungünstig ist.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein turmförmiges Tragwerk der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine materialsparende und zuverlässige Verspannung der einzelnen Spannbetonelemente miteinander sowie mit einem Fundament ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein turmförmiges Tragwerk nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines turmförmigen Tragwerks nach Anspruch 13 gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die bei heutigen Türmen relativ starke Reduzierung des Turmdurchmessers im parabelförmigen bzw. konischen unteren Turmschaft bei Überschreitung der Konizität im Bereich von 55 mm/m (Durchmesserreduktion im mm bei 1 m mehr Höhe) dazu fuhrt, dass die erforderlichen Spannkräfte im Turmschaft nicht mehr wie üblich nach oben reduziert werden, sondern vom Turmfuß bis zum konischen Teil zunehmen. Falls dieser mit Konizitäten von über 55 mm/m startet, geht die Erhöhung der Spannkraft weiter, bis dieser Wert unterschritten wird.
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Daher erhält man eine optimierte Spannbewehrung, indem man diese bis zum Zopf hin staffelt. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Vorspannung von Teil zu Teil höhenunabhängig wählen zu können und die Spannarmierung zur Erzeugung der Vorspannung gleichzeitig zum verspannen der Elemente untereinander und beim untersten Teil zusätzlich noch mit dem Fundament zu verwenden.
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Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die langgestreckten Spannmittel jeweils innerhalb der Spannbetonelemente vorgesehen sind, und die Summe der Vorspannkräfte in den langgestreckten Spannmitteln in vertikaler Richtung entlang des turmförmigen Tragwerks veränderlich ist. Hierdurch wird es möglich, die Spannmittelverteilung an die jeweils benötigte Tragfähigkeit des Querschnitts anzupassen, so dass sich erhebliche Einsparungen bei den Spannmitteln ergeben. Darüber hinaus ergeben sich auch statische Vorteile.
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Für die Ausführung der Erfindung stehen prinzipiell Verfahren mit niedrigen Materialkosten, aber hohen Investitionskosten bei hoher Automation wie z. B. Vorspannung der Betonsegmente mit Spannstahl in sofortigem Verbund (mittels Spannbett oder Spannung gegen die Formen) oder Nachspannverfahren mit im Beton liegenden Spannelementen zur Verfügung. Letzteres Verfahren stellt weniger Anforderungen an die Stabilität der Formen und die Qualität des Zements, da Schnellhärtung der Betonteile vor Aufnahme der Vorspannung nicht nötig ist und die Teile sind schlaffarmiert leichter zu entformen, da sie sich nicht verkürzen unter der Vorspannung. Nachspannverfahren sind lohnintensiver und eignen sich durch ihre Unkompliziertheit insbesondere für kleine und mittlere Produktionszahlen.
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An die Qualität der Spannelemente und ihre Vorbereitung sind geringe Anforderungen zu stellen und es wird vornehmlich mit siebenadrigen Litzen der Durchmesser 0,6 oder 0,5 Zoll gearbeitet. Spanndrähte mit niedriger Relaxation können auch verwendet werden. Die Spannelemente werden vornehmlich in Hüllrohren plaziert, die in die Betonfertigteile einbetoniert sind und sie werden zusätzlich durch Leerrohre oder Spannkanäle im darüberstehenden Turmteil durchgeschoben und verspannt, ggf. zusätzlich beim ersten Teil auch mit dem Fundament. Die Anzahl der Spannglieder im Betonteil ist lageunabhängig frei wählbar. Ebenso kann der Verankerungspunkt von unten nach oben verlegt werden. Die Teile werden nach dem Aushärten für den Transport teilvorgespannt, sie können durch Vergussmörtel komplett oder teilweise verpresst werden, aber auch ohne Verbundverankerung kann die Erfindung realisiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Summe der Vorspannkräfte in vertikaler Richtung von unten nach oben zumindest abschnittsweise zunimmt. Hierdurch lässt sich die Verteilung der angestrebten Spannmittel besonders vorteilhaft an dem jeweiligen Querschnitt benötigte Vorspannung anpassen, wobei die Erfindung sich vollständig von dem bisher geltenden Prinzip abkehrt, dass die Summe der Vorspannkräfte von unten nach oben entweder konstant bleibt oder abnimmt.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, dass das Tragwerk mindestens einen Abschnitt aufweist, der sich in vertikaler Richtung im Wesentlichen parabelförmig oder konisch verjüngt, wobei die Summe der Vorspannkräfte in diesem Abschnitt in vertikaler Richtung von unten nach oben zumindest abschnittsweise zunimmt. Die Zunahme der Summe der Vorspannkräfte in vertikaler Richtung geht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung soweit, bis die Konizität des Querschnitts des turmförmigen Tragwerks einen Wert von 55 mm/m unterschreitet. Ab hier kann die Summe der Vorspannkräfte – je nach Querschnitt – abnehmen oder zunächst auch nach konstant bleiben. Hierdurch ergibt sich erneut ein optimierter Materialeinsatz bei gleichzeitig optimierter Statik. Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, sind die langgestreckten Spannmittel vorzugsweise jeweils in Hüllrohren vorgesehen. Dabei können besonders bevorzugt in einem Hüllrohr mehrere Litzen vorgesehen sein, beispielsweise drei bis sieben Litzen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Hüllrohre zumindest über einen Teil ihrer Länge mit einer Verbundmasse verpresst sind. Hieraus ergibt sich eine besonders gleichmäßige Einleitung der Verankerungs- und Spannkräfte. Gleichzeitig werden die Spannmittel vor Umwelteinflüssen und insbesondere Korrosion geschützt. Darüber hinaus können die Verankerungsmittel nach einem Aushärten der Verbundmasse gegebenenfalls abgeschraubt und wiederverwendet werden, was bei der extrem hohen Anzahl von Spann- und Verankerungsmitteln nicht zu vernachlässigen ist. Andererseits besitzt der optional ebenfalls mögliche Einsatz von Spannmitteln ohne Verbund den Vorteil, dass eine Demontage des Tragwerks erleichtert wird.
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Andererseits kann es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft sein, gezielt an bestimmten Stellen ohne Verbund zwischen Spannmitteln und Spannbetonelementen zu arbeiten. Vor diesem Hintergrund ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Verbund zwischen den Spannmitteln und den Spannbetonelementen zumindest benachbart zu einer Verbindungsfuge zwischen Spannbetonelementen geschwächt oder aufgehoben ist. Hierdurch lässt sich die freie Dehnlänge der jeweiligen Spannmittel deutlich vergrößern, sodass erheblich größere Spannkräfte aufgebracht werden können, ohne den Beton der jeweiligen Spannbetonelemente zu gefährden. Darüber hinaus lässt sich durch den gezielten Verzicht auf den Verbund (”Debounding”) auch die Spannkraftverteilung an den jeweiligen Betonquerschnitt anpassen, beispielsweise in Bereichen, in denen der Betonquerschnitt der Spannbetonelemente vergrößert oder verkleinert ist.
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Die Spannbetonelemente können im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell eine beliebige Grundform besitzen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spannbetonelemente ringförmig (z. B. als rotationssymmetrischer Körper wie Zylinder, Kegel oder Paraboloid) ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteilhaftes Tragverhalten und ein einfacher Herstellungsprozess. Alternativ ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Spannbetonelemente ringsegmentförmig ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich ein erleichterter Transport der Spannbetonelemente, und die Spannbetonelemente können liegend in einem klassischen Spannbett betoniert werden. Dies vereinfacht nicht nur den Produktionsvorgang, sondern ermöglicht auch glatt geschalte Kontaktflächen auf den späteren Ober- und Unterseiten der Spannbetonelemente.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann prinzipiell das gesamte turmförmige Tragwerk im Wesentlichen aus Spannbetonelementen bestehen. Ebenso ermöglicht die vorliegende Erfindung jedoch auch Hybridbauweisen, bei welchen beispielsweise ein unterer Bereich des turmförmigen Tragwerks aus Spannbetonelementen zusammengesetzt ist, während ein oberer Bereich des turmförmigen Tragwerks durch eines oder mehrere Abschnitte aus Stahl gebildet ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens ein Spannbetonelement mit einem benachbarten Turmabschnitt aus Stahl derart verbunden ist, dass die Mehrzahl von langgestreckten Spannmitteln in den benachbarten Turmabschnitt aus Stahl geführt und dort unter Zugspannung verankert ist. Es kommt somit das gleich Grundprinzip der Verbindung zum Einsatz, sodass sich prinzipiell die oben beschriebenen Vorteile erzielen lassen. Besonderer Bedeutung kommt jedoch bei dieser Verbindung einem Debounding der Spannmittel zu, da bei einer Verbindung mit einem Turmabschnitt aus Stahl üblicherweise kurze Spann- bzw. Dehnwege verfügbar sind, die durch ein gezieltes Debounding im entsprechenden Spannbetonelement verlängert werden können, sodass ohne Beschädigung des Betons hohe Spannkräfte aufgebracht werden können. Hinzu kommt, dass bei einer Anbindung von Turmabschnitten aus Stahl oftmals noch höhere Spannkräfte erforderlich sind als bei einer Verbindung zwischen Spannbetonelementen.
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Um diese hohen Verbindungskräfte zuverlässig zu ermöglichen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zusätzliche Verankerungsmittel vorgesehen sind, die formschlüssig in dem Spannbetonelement verankert, zu dem benachbarten Turmabschnitt aus Stahl geführt und dort unter Zugspannung verankert sind. Es kommt somit eine Kombination von Spannmitteln einerseits, die gleichzeitig für eine Vorspannung der jeweiligen Spannbetonbauteile sorgen, und Verankerungsmitteln andererseits, die lediglich formschlüssig in dem Spannbetonelement verankert sind, zum Einsatz. Hierdurch lässt sich eine gezielte Abstufung der Spann- und Verankerungskräfte bei zuverlässiger Verbindung der Bauteile erzielen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der benachbarte Turmabschnitt aus Stahl einen Betonabschnitt, insbesondere Betonring aufweist, durch die die langgestreckten Spannmittel und gegebenenfalls Verankerungsmittel hindurchgeführt sind. Durch den zusätzlichen Betonabschnitt lässt sich die Flächenpressung an der Fuge vermindern und gleichzeitig die Steifigkeit des Turmabschnitts aus Stahl erhöhen. Ferner ergibt sich, insbesondere im Falle eines Betonrings, infolge der durch die Spannkräfte hervorgerufenen Querdehnung des Betonrings eine Überdrückung des von Stahl umgebenen Betons, was die Einleitung sehr hoher Lasten ermöglicht. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Betonabschnitt auch formschlüssig mit dem Stahl des benachbarten Turmabschnitts verbunden ist, sodass sich eine sehr steife, schlupfarme und zuverlässige Gesamtverbindung ergibt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines turmförmigen Tragwerks ist in Anspruch 13 definiert. Dieses ermöglicht, wie oben bereits ausgeführt, eine hochgradig automatisierbare Arbeitsweise und ein schlupfarme und somit zuverlässige Verbindung zwischen den jeweiligen Spannbetonelementen bzw. Turmabschnitten. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Spannbetonelemente stehend betoniert werden und bevorzugt aus selbstverdichtendem Beton hergestellt werden.
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Beim stehenden Betonieren kann jedoch das Problem auftreten, dass die Oberseite der Spannbetonelemente uneben ist, da ein Glätten der Oberseite aufgrund der herausstehenden Spannmittel schwierig bis unmöglich ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Spannbetonelemente nach dem Betonieren auf ihrer Oberseite mit einer selbstnivellierenden Ausgleichsmasse versehen werden. Hierdurch ergibt sich eine präzise ebene Oberfläche der Spannbetonelemente, sodass diese auf der Baustelle ohne zuverlässige Nachbearbeitungen oder Ausgleichsmaßnahmen übereinander gestapelt werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmförmigen Tragwerks;
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2a zeigt schematisch eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmförmigen Tragwerks;
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2b zeigt schematisch eine weitere, teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmförmigen Tragwerks;
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3 zeigt schematisch die stehende Herstellung eines Spannbetonelements für ein turmförmiges Tragwerk gemäß der Erfindung;
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4 zeigt schematisch eine Verbindung eines Spannbetonelements mit einem Turmabschnitt aus Stahl;
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5 zeigt schematisch eine weitere Verbindung eines Spannbetonelements mit einem Turmabschnitt aus Stahl.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
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Eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmförmigen Tragwerks ist in 1 schematisch dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das turmförmige Tragwerk 1 eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Spannbetonelementen 2, 4 aufweist, die untere Abschnitte A, B und C des Turms bilden. Dabei ist der unterste Abschnitt A parabelförmig, der nächste Abschnitt B ist konisch und der darauffolgende Abschnitt C ist zylindrisch ausgestaltet. Es ist jedoch zu beachten, dass auch andere Ausgestaltungen möglich sind, beispielsweise ein stark konischer Abschnitt A, ein schwächer konischer Abschnitt B und ein noch schwächer konischer oder zylindrischer Abschnitt C.
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Oberhalb der Spannbetonelemente 2, 4 weist der Turm in der vorliegenden Ausführungsform einen zylindrischen Stahlabschnitt B sowie einen konischen Stahlabschnitt E auf, sodass es sich in der vorliegenden Ausführungsform um einen Hybridturm handelt. Auch in dieser Hinsicht ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt ist, sondern dass auch andere Kombinationen von Beton- und Stahlbauteilen oder sonstigen Materialien möglich sind.
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Das turmförmige Tragwerk kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältigen Zwecken dienen, beispielsweise auch als Tragwerk für eine Windkraftanlage.
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Teilweise Schnittansichten des turmförmigen Tragwerks 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den 2a und 2b schematisch dargestellt. Das turmförmige Tragwerk 1 wird durch Übereinanderstapeln und miteinander Verspannen einer Mehrzahl von Spannbetonelementen 2, 4 aufgebaut, wobei die Spannbetonelemente 2, 4 jeweils eine Vielzahl von langgestreckten Spannmitteln 10 in Form von Spannlitzen (oder ggf. Drähten) aufweisen. Wie in 2b am besten zu erkennen ist, stehen die Spannmittel 10 des Spannbetonelements 2 an dessen Oberseite über dieses hervor und sind in das benachbarte Spannbetonelement 4 geführt und dort unter Zugspannung mittels formschlüssiger Endverankerungselemente 12 verankert. Dabei können alle oder auch nur eine Mehrzahl der jeweiligen Spannmittel im benachbarten Spannbetonelement 4 verankert sein.
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Die langgestreckten Spannmittel 10 sind in der vorliegenden Ausführungsform als mehradrige Litzen ausgestaltet, die in Hüllrohren 10' vorgesehen sind. Dabei sind in einem Hüllrohr 10' jeweils mehrere Litzen vorgesehen, beispielsweise der bis sieben Litzen.
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Wie in 2A am besten zu erkennen ist, können die Litzen 10 in einem Großteil des Querschnitts in Hüllrohren 10' vorgesehen sein, jedoch letztlich über Endverankerungselemente 10'' an der Unterseite des jeweiligen Spannbetonelements 2, 4 verankert sein. Die in 2A schematisch dargestellten Endverankerungselemente leiten die Verankerungskraft über eine längere Verankerungsstrecke ein. Alternativ ist es ebenso möglich, auf der Unterseite des jeweiligen Spannbetonelements 2 eine Endverankerungsplatte vorzusehen. Auch Kombinationen solcher Verankerungen sind möglich.
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Das Verbinden und Verspannen der Spannbetanelemente 2 und 4 vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Das Spannbetonelement 2 ist in einer vertikalen Stellung zunächst derart positioniert, dass die freien Enden der Spannmittel 10 vertikal nach oben stehen und der Bereich der Fuge 32 horizontal ausgerichtet ist. Anschließend wird das benachbarte Spannbetanelement 4 per Kran derart auf das Spannbetonelement 2 aufgesetzt, dass die Spannmittel 10 des Spannbetonelements 2 in Durchgangsöffnungen bzw. Hüllrohre 10' innerhalb des benachbarten Spannbetonelements 4 eingeführt werden, bis schließlich das benachbarte Spannbetanelement 4 im Bereich der Fuge 32 auf dem Spannbetonelement 2 aufsitzt. In diesem Zustand stehen die mit einem Gewinde versehenen, freien Enden der Spannmittel 10 etwas aus den Durchgangsöffnungen des benachbarten Spannbetonelements 4 hervor. Nunmehr werden die Endverankerungselemente 12 auf die Spannmittel 10 aufgesetzt, und die freien Enden der Spannmittel 10 werden durch eine geeignete Spanneinrichtung, wie beispielsweise eine hydraulische Presse, gegriffen.
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Anschließend bringt die Spanneinrichtung eine definierte Zugspannung auf die Spannmittel 10 auf. Nach Erreichen der definierten Zugspannung werden die Verankerungselemente 12 fixiert. Auf diese Weise wird der durch die Spanneinrichtung erzeugte Vorspannungszustand ”eingefroren”. Nunmehr kann die Spannkraft der Spanneinrichtung abgelassen werden, wobei die Verankerungselemente 12 für die Aufrechterhaltung des Vorspannungszustands zwischen den Spannbetonelementen 2 und 4 sorgt.
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Die Endverankerungselemente 12 sind von einem Hohlraum 1' (unten in 1) im Inneren des turmförmigen Tragwerks 1 zugänglich, wobei das turmförmige Tragwerk beispielsweise als hohler Turm mit einem kreisförmigen oder sonstigen Querschnitt ausgeführt ist.
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Die Spannmittel 10 sind in den jeweiligen Spannbetonelementen 2, 4 in vertikaler Richtung gestaffelt, und zwar derart, dass die Summe der Vorspannkräfte in den langgestreckten Spannmitteln 10 in vertikaler Richtung entlang des turmförmigen Tragwerks 1 veränderlich ist. Dabei nimmt die Summe der Vorspannkräfte in dem untersten Abschnitt A zunächst zu, und zwar bis die Konizität des Querschnitts des turmförmigen Tragwerks 1 einen Wert von 55 mm/m unterschreitet. Ab diesem Punkt kann die Summe der Vorspannkräfte zunächst noch konstant bleiben oder unmittelbar abnehmen, wobei die Abnahme der Summe der Vorspannkräfte präzise auf den jeweiligen Querschnitt des turmförmigen Tragwerks abgestimmt werden kann.
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Darüber hinaus sind die Spannmittel 10 im Bereich zwischen der Fuge 32 und den Endverankerungselementen 12 optional über eine Verbundmasse 16 (beispielsweise einen Verbundmörtel) in dem Spannbetonelement 4 verankert. Diese Verbundmasse kann beispielsweise durch nachträgliches Verpressen in die entsprechenden Hüllrohre 10 in dem Spannbetonelement 4 eingebracht werden, wobei die Endverankerungselemente 12 zur Erleichterung des Verpressens und zur Sicherstellung eines vollständigen Verpressens vorzugsweise eine nicht näher gezeigte Durchgangsöffnung (z. B. Schlitz) für das Austreten von Verbundmasse 16 aufweisen. Diese Verbundmasse sorgt neben einer gleichmäßigen Verankerung auch für einen zuverlässigen Korrosionsschutz, wobei alternativ oder zusätzlich auch andere Korrosionsschutzmaßnahmen getroffen werden können, wie beispielsweise ein Fetten, Beschichten, etc. Ferner können die Endverankerungselemente 12 zur weiteren Verbesserung des Korrosionsschutzes mit einer geeigneten Abdeckung versehen werden.
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Die Spannbetonelemente 2, 4 können, insbesondere wenn es sich um Ringsegmente handelt, vorzugsweise liegend betoniert werden. Dabei können die Spannbetonelemente 2, 4 auch größere Längen von bis zu 15 oder sogar 20 m aufweisen.
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Ein alternatives Verfahren zum Herstellen der Spannbetonelemente 2, 4 ist in 3 schematisch dargestellt. Bei diesem Verfahren werden die Spannbetonelemente 2, 4 stehend betoniert, wobei in üblicherweise zunächst eine großformatige, beispielsweise zylindrische Außen- und Innenschalung aufgebaut und darüber hinaus geeignete Flanschplatten 40 vorgesehen werden, zwischen denen die Spannmittel 10 verspannt werden. Anschließend wird die Schalung mit geeignetem Beton, vorzugsweise selbstverdichtendem Beton gefüllt. Sobald der Beton eine ausreichende Festigkeit erreicht hat, können die Spannmittel 10 von den Flanschplatten 40 gelöst werden, sodass die Spannkraft in die Spannbetonelemente 2 eingeleitet wird. Ferner werden in dieser Phase bereits die Abstützelemente 14 einbetoniert. Dabei nimmt der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 20 bevorzugt nach unten hin zu.
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Ferner kann auf der Oberseite der Spannbetonelemente 2, 4 nach dem Betonieren eine selbstnivellierende Ausgleichsmasse 8 vorgesehen werden. Diese Ausgleichsmasse ist extrem dünnflüssig und daher selbstnivellierend, sodass sich ohne zusätzliche Maßnahmen auch im Bereich der aus dem Beton hervorstehenden Spannmittel 10 eine exakt horizontale Oberfläche ergibt. Dies ermöglicht ein präzises Übereinandersetzen der jeweiligen Spannbetonelemente 2, 4.
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Die Verbindung eines Spannbetonelements 2 mit einem benachbarten Turmausschnitt aus Stahl ist in 4 schematisch in einer teilweisen Schnittansicht dargestellt. Diese Verbindung arbeitet nach demselben Grundprinzip wie eine Verbindung zwischen zwei Spannbetonelementen, in dem nämlich die Spannmittel 10 des Spannbetonelements 2 in den benachbarten Turmabschnitt 6 aus Stahl geführt und dort unter Zugspannung verankert ist. Um dabei einen ausreichenden Dehnweg für das Anspannen der Spannmittel 10 zu ermöglichen, sind die Spannmittel 10 bei dieser Ausgestaltung im Bereich der Verbindungsfuge 34 über die mit ”a” gekennzeichnete Länge ”debounded”, wobei die Länge a bis zu 1 m und mehr betragen kann. Ferner sind bei dieser Ausführungsform zusätzliche Verankerungsmittel 30 vorgesehen, die formschlüssig in dem Spannbetonelement 2 verankert, zu dem benachbarten Turmabschnitt 6 aus Stahl geführt und dort ebenfalls unter Zugspannung verankert sind. Auch diese zusätzlichen Verankerungsmittel 30 sind im oberen Bereich debounded. Sie können durch Gewindestangen mit Spannmuttern oder dergleichen gebildet sein.
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Eine weitere Ausgestaltung einer Verbindung zwischen einem Spannbetonelement 2 und einem benachbarten Turmabschnitt 6 aus Stahl ist in 5 schematisch dargestellt. Diese entspricht vom Grundprinzip der in 4 gezeigten Ausführungsform. Allerdings weist in 5 der benachbarte Turmausschnitt 6 aus Stahl einen Betonabschnitt 6', insbesondere Betonring auf, durch den die Spannmittel 10 und gegebenenfalls Verankerungsmittel hindurchgeführt sind. Aus fertigungstechnischen Gründen wird der Formabschnitt 6 um 180° gedreht, vertikal ausgerichtet und der Betonring, bevorzugt aus selbstverdichtendem Beton, von oben auf den Stahlring aufbetoniert. Zusätzlich wird eine selbstnivellierende Ausgleichsmasse 8 aufgebracht, die die Planparallelität zwischen Flansch des Turmabschnitts 6 und Steinfläche des Betonrings 6' automatisch sicherstellt. Dabei ist der Betonring 6' (unter dem eingeschweißten Stahlring) auch formschlüssig mit dem Stahl des Turmabschnitts 6 verbunden, beispielsweise durch Kopfbolzen (rechts in 5) oder durch eine gewellte oder geriffelte Innenfläche des Turmabschnitts 6 (links in 5). Hierdurch ergibt sich eine besonders steife Verbindung der benachbarten Turmabschnitte und eine hohe Dauerhaftigkeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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