DE102016009386A1

DE102016009386A1 - Verfahren zum Prüfen der Torsionsfestigkeit von stehend verankerten Masten, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102016009386A1
Application number: DE102016009386.2A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Standsicherheitsprüfung an stehend verankerten Masten dar, wie sie insbesondere bei der Straßenbeleuchtung anzutreffen ist. Eine Simulation der in der Lichtmastnorm EN40 beschriebenen Biegebelastung ist hier ein übliches Verfahren. Die bei mit Auslegern bestückten Masten auftretenden Torsionen wurden nur unzureichend physikalisch berücksichtigt. Wie in beiliegender Zeichnung 1–3 und in der Beschreibung dargestellt, wird in der vorliegenden Erfindung die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Prüfkraft vorausberechnet und durch die Vorrichtung 2 außerhalb der Rohr-Mittelachse aufgebracht wird. Hierdurch werden erfindungsgemäß die Kräfte der Biegung und Torsion technisch präzise simuliert und durch Auswertung der Auslenkungen der einzelnen Kräfte ist eine genaue Standsicherheitsaussage möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Torsionsfestigkeit von stehend verankerten Masten durch vorausberechnete Torsionsbelastung als Einzelprüfung, jedoch vorzugsweise im Zusammenhang mit einer Biegemomentprüfung durch eine exzentrisch wirkende Prüfkraft. Desweiteren betrifft die Erfindung die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Der hier vorgetragenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass stehend verankerte Masten für Straßenbeleuchtung und Lichtsignalanlagen durch Korrosionsangriff im Erdübergangsbereich und durch Risse im Türbereich geschädigt werden und der regelmäßigen Prüfung bedürfen. Entsprechende Biegemoment-Prüfverfahren sind in den Patenten DE-OS 1573752 , G 94 04 664.6 und DE 199 32 084 beschrieben. Diesen Patenten ist gemeinsam, dass sie ausschließlich ein Biegemoment als Kriterium für die Beurteilung der Standsicherheit erzeugen und bewerten. Für Masten ohne Ausleger, in der Norm EN40 gerade Masten genannt, ist diese Methode geeignet.
Ein nicht unerheblicher Anteil der Masten im Bereich Straßenbeleuchtung und auch insbesondere der Lichtsignalanlagen sind jedoch mit Auslegern ausgestattet. (Normbegrifflich: Auslegermasten) Die Windbelastung erzeugt hier zusätzlich zum Biegemoment ein Torsionsmoment. Hier stellt eine reine Biegemomentprüfung nicht mehr die Belastung durch Wind dar und ist somit physikalisch nicht korrekt. In der Normung für Lichtmasten wird die Berechnung dieser Torsionsmomente vorgeschrieben. Für die statische Vorausberechnung besteht die Möglichkeit über eine Näherungsformel von gemischten Belastungen (Biegung und Torsion) einen statischen Sollwert zu errechnen. Dieses gilt für neue nicht korrodierte und unbeschädigte Masten. Prüfungen werden jedoch vorzugsweise an alten und sehr alten Masten (20–50 Jahre Standzeit) durchgeführt. Die Einbeziehung der Torsion durch Erhöhung der Biegelast stellt eine nicht zufriedenstellende Lösung dar. Da fast alle diese Masten eine Masttür (Inspektion und Installationsöffnung) besitzen, ist seit Jahren auch die Gefahr von Spannungsrissen in den Ecken dieser Türen bekannt. Diese Risse werden bei reiner Biegemomentprüfung nicht gemäß ihrer tatsächlichen Belastungsweise geprüft.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches sowohl das Biegemoment als auch die Torsion gemäß der errechneten Werte zu erzeugen, zu messen und zusammen mit der entsprechenden Durchbiegung zu bewerten vermag. Desweiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, die hierfür erforderliche Vorrichtung zu beschreiben. Darüber hinaus muss das Verfahren und die Vorrichtung, da diese Prüfung tausendfach vor Ort bei Wind und Wetter, also nicht unter Laborbedingungen durchgeführt werden, einfache, stabile und transportable Messtechnik verwenden.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem, allein oder vorzugsweise zusammen mit einer Biegemoment-Standsicherheitsprüfung bei Auslegermasten eine korrekte, vorausberechnete Torsionsbelastung gleichzeitig durchzuführen. Hierdurch wird die in der Normung zitierte Böenbelastung nun auch bei Auslegermasten präzise simuliert und der sensible Türbereich einwandfrei mit einbezogen. Eine eindeutige Weiterentwicklung im Vergleich zur Beaufschlagung rechnerischer Torsionslasten auf die Biegelast.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Windlastberechnung eine computergestützte Berechnung des maximalen Biegemomentes erstellt wird. Das Biegemoment wird, wie bereits bekannt, von Fahrzeugen auf bevorzugt 2 m Höhe auf hydraulischen Weg erzeugt. Hierbei wird eine Zug- oder Druckbelastung mit der Belastungsrichtung durch den Mittelpunkt des meist kreisförmigen Rohrquerschnitts durchgeführt. Erfindungsgemäß wird hier jedoch ein kurzer Hebelarm 90° quer zur Belastungsrichtung am Mast befestigt. Dieser ist mit einer linearen Aufteilung versehen. Die Belastung erfolgt nun an diesem Hebelarm. Da Biege- und Torsionsmoment durch die Böenbelastung der Mastgeometrie (und Standort, je nach Windzone) vorgegeben sind, gilt es nun den Hebelangriffspunkt für die Belastung zu finden.

Die Berechnungstabelle hierfür sieht wie folgt aus: Beispielberechnung für eine kombinierte Standsicherheitsprüfung bei Lastangriffspunkt auf 2 m Höhe

Masttyp	M_B [kNm] aus der Windlastberechnung	F_B = Belastungskraft [kN] = M_B/Höhe Lastangriffspunkt	M_T [kNm] aus der Windlastberechnung	L_H = M_T/F_B·100 [cm]
am 8/2 m Ausleger	9,6	4,8	0,47	9,792
am 8/1 m Ausleger	6,98	3,49	0,25	7,163
am 6/1 m Ausleger	4,78	2,39	0,25	10,460

Legende:

M_B = Biegemoment [kNm] aus der Windlastberechnung
F_B = Biegekraft [kN]
M_T = Torsionsmoment [kNm] aus der Windlastberechnung
L_H = Horizontale Distanz Lastangriffspunkt bis Rohrmitte [cm]
am 8 = Auslegermast 8 m Lichtpunkthöhe
am 6 = Auslegermast 6 m Lichtpunkthöhe

Zur Lösung der gestellten Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 + 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einem Klemm-Mechanismus, einen Auslegerhebel mit Linealeinteilung sowie einem verschiebbaren Kraftaufnahmeflansch auf.
Der Klemmmechanismus ist für verschiedene Rohrdurchmesser ausgelegt und wird vorzugsweise mit reibungsstarkem, nichtmetallischem Material, bevorzugt Hartgummi (auch Kunststoff) ausgestattet, um Beschädigungen an evtl. Lackierungen des Mastes beim Belastungsvorgang zu vermeiden.
Desweiteren muss die Messung der Durchbiegung um die Messung der Torsion ergänzt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß vorzugsweise durch die beschriebene Vorrichtung
3 mit 2 horizontal nebeneinander angeordneten Messgebern, welche auf ein Stativ montiert sind und einer Anschlagseinheit mit Anbringung am Mast durch Klemmung.
Der Messgeber (17) misst hierbei durch die Rohr-Mittelachse und stellt die Auslenkung durch das Biegemoment dar. Der Messgeber (18) ist seitlich versetzt montiert und misst Durchbiegung und Torsion zusammen.
Es gilt die Formel: Auslenkung/Torsion = Wert Messgeber (18) – Wert Messgeber (17)
Ausführungsbeispiel gemäß Zeichnung
Verfahren zum Prüfen der Torsionsfestigkeit von stehend verankerten Masten, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
In den 1 Gesamtansicht, 2 Vorrichtung für die Torsionsbelastung und 3 Vorrichtung für die Messung der Auslenkung ist eine Ausführungsform für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Der Auslegermast (8) ist stehend im Erdboden verankert. Die mobile Prüfeinheit (1) mit schwenkbarem Ausleger ist am Auslegerende mit einem Hydraulikzylinder (2) ausgestattet. Über das Koppelmittel (7) wird eine definierte Kraft auf definierter Höhe auf die außermittig einstellbare Zugöse (11) aufgebracht. Diese Zugöse (11) ist verschiebbar am Schieber (10) auf einem Hebel (9) mit Skala befestigt und kann mit der Rändelschraube (12) arretiert werden. Der Hebel (9) ist mit der Klemmschelle (13) am Mast (8) befestigt und wird mit der Klemmschraube (14) festgezogen.
Zur Messung der Durchbiegungs- und Torsionsauslenkung wird die Doppelwegmesseinrichtung (4) auf dem Stativ (3) in Kraftrichtung oberhalb der Masttüre (5) positioniert.
Die Doppelwegmesseinrichtung besteht aus dem Wegmesser (17) für die Durchbiegung und dem Wegsensor (18) für die Messung der Torsion. Beide Sensoren sind auf der Grundplatte (19) montiert, welche auf dem Stativ (3) befestigt ist. Zur Messung der Auslenkung wird die Messleiste (16) als Anschlag für die Messtaster mittels Schelle (15) am Mast (8) angebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1573752 A [0002]
DE 9404664 [0002]
DE 19932084 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN40 [0002]

Claims

Verfahren zum Prüfen der Torsionsfestigkeit von stehend verankerten Masten, bei dem der zu prüfende Mast zusätzlich zum Biegemoment mit einem Torsionsmoment belastet wird, indem die Prüfkraft nicht mehr in Richtung Rohr-Mittelachse, sondern außermittig in vorausberechneten Abstand zu Rohr-Mittelachse wirkt.
Verfahren zum Prüfen der Torsionsfestigkeit von stehend verankerten Masten, bei dem die durch Windlast auftretende Biege- und Torsionsbelastung berechnet wird und dann auf der Grundlage der einzuleitenden Biegekraft der Abstand Rohr-Mittelachse – Lastangriffspunkt ermittelt wird, so dass durch eine einzige Belastung die durch Windlast auftretenden Kräfte Biegung und Torsion präzise in ihrer auftretenden Größe simuliert werden und dadurch eine physikalisch einwandfreie Beurteilung erfolgen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem die aufgrund dieser Belastung auftretende Auslenkung mit dem Messgerät gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Windlastberechnung sowohl die Biegemoment- und Torsionsmomentberechnung als auch die Berechnung der Außermittigkeit für den Prüflastangriffspunkt in einem Datenbanksystem errechnet und gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem in dem Datenbanksystem nach Anspruch 4 auch die Auslenkung der Biegung und Torsion gespeichert und mit den Sollwerten aus der Norm verglichen werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1–5, gekennzeichnet durch eine am Mastrohr angebrachten Klemmschelle, an der ein seitlicher Hebel mit verschiebbarem Lastangriffspunkt befestigt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1–5, gekennzeichnet durch zwei auf einem Stativ montierte Messeinheiten, die die Auslenkung durch Biegung und Torsion messen.