DE10230273B3

DE10230273B3 - Turm einer Windkraftanlage mit einem unteren Teil aus Spannbeton und einem aufgesetzten Stahlrohr

Info

Publication number: DE10230273B3
Application number: DE10230273A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Prof. Künzel; Matthias Dr.-Ing. Kott
Original assignee: Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
Current assignee: Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbindung zweier Teile eines rohrförmigen Turms einer Windkraftanlage. Der untere Teil des Turms besteht aus Spannbeton und der obere Teil aus Stahl. Um Querzugkräfte infolge konzentriert eingeleiteter Spannkräfte am oberen Rand des Turmteils aus Spannbeton zu vermeiden, erfolgt die Verbindung mit Hilfe eines rohrförmigen Verbindungsstücks (2). Die Spannglieder werden, vom oberen Flansch (8) des Verbindungsstücks (2) ausgehend, in den Spannbetonteil (3) des Turms geführt und in der Wand (14) verankert. Die Spannkräfte verteilen sich auf den unteren Flansch (10) des Verbindungsstücks, das auf den oberen Rand des Spannbetonteils einen ringförmig gleichmäßigen Druck ausübt. Der obere Teil des Turms wird über einen Flansch (6) an den Flansch (8) des Verbindungsstücks geschraubt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turm einer Windkraftanlage mit einem Verbindungsstück zwischen einem unteren rohrförmigen Spannbetonteil und einem oberen rohrförmigen Stahlteil. Ausgegangen wird also von einem Turm, der – vereinfacht gesehen – aus zwei Teilen besteht, einem Turmfuß aus vorgespanntem Stahlbeton und einem aufgesetzten Stahlturm.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden für Türme von Windkraftanlage Stahlrohrtürme, Stahlgittermasten oder Spannbetonrohrtürme angewendet. Stahlrohrtürme werden aus geschlossenen Ringen, die nach oben konisch verlaufen können, montiert. Dieses Konstruktionsprinzip, das auf der Verwendung der geschlossenen Ringe beruht, erreicht mit zunehmender Turmhöhe seine Grenze, da Türme mit größerem Ringdurchmesser erforderlich werden. Die zulässige Breite von Bauteilen, die auf der Straße transportiert werden, darf etwa vier Meter nicht überschreiten. Damit lässt dieses Konstruktionsprinzip keine unbegrenzte Vergrößerung der geometrischen Abmessungen zu.

Spannbetontürme werden vor Ort monolithisch gefertigt und vorgespannt oder werden aus Stahlbetonfertigteilen montiert, die miteinander verspannt werden. Nachteilig bei der Errichtung von Spannbetonrohrtürmen ist die lange Zeit für ihre Errichtung auf der Baustelle und der hohe Aufwand für das Aufbringen der Vorspannkraft. Bekannt sind Ausführungen in Fertigteilbauweise, bei der aufeinandergestapelte ringförmige Stahlbetonteile vertikal mit Litzenspanngliedern verbunden und verspannt werden.

Bei nicht vorgespannten Stahlbetonrohrtürmen würden infolge der Einwirkungen aus Wind und der maschinentechnischen Anlage der Windkraftanlage horizontale Risse auftreten, da der Beton keine Zugspannungen aufnehmen kann. Diese Einwirkungen variieren zusätzlich in ihrer Richtung je nach Stellung des Rotors und der Windrichtung, sodass sich im Turmquerschnitt an jeder Stelle Zugspannungen in zeitlicher Abfolge einstellen. Um diese Zugbeanspruchungen, die zu einer bisher nicht quantifizierbaren Ermüdung des Betons führt, zu vermeiden, wird nach gegenwärtigem Stand der Technik für Türme von Windkraftanlagen zugspannungsfreier Beton im Zustand der Gebrauchstauglichkeit verlangt.

Vorspannkräfte werden über Verankerungen konzentriert in den Beton eingeleitet. Bei Einleitung senkrecht verlaufender Vorspannkräfte über Verankerungskörper am Kopf des Betonschafts eines Spannbetonrohrturms treten quer zur Spannrichtung in einem Verankerungsbereich Zugkräfte im Beton auf. Die Kombination mit wechselnden Einwirkungen aus Wind und maschinentechnischer Anlage kann zu Ermüdungserscheinungen im Beton und somit zu Zerstörungen führen.

Im Gegensatz zum Turm aus Beton kann ein Stahlturm Zug- und Druckspannungen gleichermaßen aufnehmen. Wird ein Stahlrohr mit Hilfe von Schrauben verbunden auf einen Betonturm gesetzt, werden die im Stahlrohr auftretende Zugspannungen an den Verbindungspunkten konzentriert in der Hauptbeanspruchungsrichtung vertikal in den Beton übertragen, was zu den oben beschriebenen Schädigungen des Betons führen wird. Beim unmittelbaren Verbinden des Stahlrohrs durch Vorspannglieder mit dem Betonturm werden Zugspannungen im Betonturm in der Hauptbeanspruchungsrichtung vermieden, jedoch können durch die konzentrierte Krafteinleitung über die Verbindungen quergerichtete Zugspannungen im Beton auftreten.

Aus der DE 198 23 650 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen von hohen, hohlen, turmartigen Bauwerken, insbesondere von Türmen für Windkraftanlagen, bekannt. Dieses Verfahren beruht auf der Vorfertigung von transportfähigen, komplett vorbehandelten, fertigen Einzelschalungsteilen. Dabei kann die Bewehrung entweder komplett an der Außen- und/oder an der Innenschalung fabrikmäßig angeordnet sein. Die Montage vor Ort erfolgt zum Beispiel durch einfache Schraub-Steckverbindungen. Dabei werden die fabrikmäßigen vorgefertigten Modul-Einzelschalungsteile vor Ort zu Schalungsrohrschüssen für die Innen- und Außenschalung zusammengebaut und dadurch eine verlorene Schalung gebildet, in der sich die vorgefertigte Stahlarmierung befindet. Die einzelnen Schalungsrohrschüsse der Innen- und Außenschalung werden z.B. sektionsweise übereinandergestülpt und miteinander verbunden, bis die angestrebte Höhe in dieser Bauweise erreicht ist. Abschnittsweise wird der Ringraum zwischen den äußeren Schalungsrohrschüssen und den inneren Schalungsrohrschüssen mit Fertigbeton verfüllt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Kombination der Stahl- und Betonbauweise in einem Turm für eine Windkraftanlage durch eine konstruktive Anordnung, die die Nachteile des zugbeanspruchten Betons vermeidet.

Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Turm der eingangs genannten Art dadurch, dass das Verbindungsstück rohrförmig ausgebildet ist sowie am oberen und unteren Ende jeweils mit einem kreisförmigen Flansch versehen ist, dass der obere Flansch des Verbindungsstücks zweiseitig ausgebildet ist, und damit mit der Rohrwand des Verbindungsstücks ein T bildet, dass der obere Flansch ferner auf einer Seite der Rohrwand durch Schrauben mit einem Flansch des oberen rohrförmigen Stahlteils verbunden ist und dass auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrwand im oberen Flansch gleichmäßig verteilt in Ringrichtung Spannglieder verankert sind, die durch Bohrungen im unteren Flansch des Verbindungsstücks senkrecht in das untere rohrförmige Spannbetonteil ihre aufgebrachte Spannkraft abtragen.

In das Verbindungsstück werden am oberen Ende Vorspannkräfte eingeleitet und in den Betonteil des Turms geführt, so dass das Verbindungsstück durch die Abstützung auf dem oberen Rand des unten liegenden Betonteils des Turms unter Druck in vertikaler Richtung gesetzt wird. Es wird die Wirkung erzielt, dass sich die Spannkräfte auf den unteren Flansch durch die Kraftausbreitung in der Rohrwand verteilen und einen radial gleichmäßig verteilten senkrechten Druck auf die Wand des unteren Betonteils ausüben.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Nachführend werden Anwendung und Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Es zeigt:
1 in vereinfachter Darstellung den Turm der Windkraftanlage mit einem unteren Teil (3) aus vorgespanntem Beton, mit einem oberen Teil (1) aus Stahl, auf den die maschinentechnische Anlage (4) montiert ist, und mit einem Verbindungsstück (3), das beide Teile verbindet,
2 einen Abschnitt aus dem Turm als Teilschnitt links von der Symmetrieachse SA, der die Verbindung des Spannbetonteils und des Stahlteils durch das Verbindungsstück enthält,
3 einen Abschnitt aus dem Turm als Teilschnitt links von der Symmetrieachse SA, der eine Variante der Verbindung entsprechend 2 enthält,
4 das Verbindungsstück.
Die Teile (1), (2) und (3) sind rohrförmig ausgebildet. Das Verbindungsstück (2) ist oben mit einem Flansch (8) versehen, der mit der Wand (13) ein T bildet. Auf der einen Seite des Flanschs (8) wird das Verbindungsstück mit dem Flansch (8) des oberen Stahlteils (1) durch Schrauben (5) verbunden. An der anderen Seite des Flanschs (8) bezogen auf die Wand (13) werden Vorspannkräfte durch Spannglieder (7), die außerhalb des Verbindungsstücks (2) in die Wand (14) des Spannbetonteils (3) des Turms geführt werden, eingeleitet. Die Spannglieder (7) werden horizontal in gleichen Abständen auf den ringförmigen Flansch verteilt. Im Spannbetonteil (3) verlaufen die Spannglieder (7) in Spanngliedhülsen (11). Die Vorspannkräfte können am Flansch (8) oder an einer Spannstelle in der Wand (14) des Spannbetonteils (3) des Turms durch Spannpressen erzeugt werden. Ebenso kann die Vorspannkraft durch Vorspannen am Flansch (8) oder an einer Spannstelle in der Wand (14) gleichzeitig aufgebracht werden. Die Vorspannkräfte verteilen sich von der Verankerung am oberen Flansch (8) in der Wand (13) des Verbindungsstücks (2). Am unteren Flansch (10) des Verbindungsstücks (2) wirken die Vorspannkräfte als gleichmäßig verteilter Druck auf den oberen Abschluss der Wand (14) des Spannbetonteils (3) des Turms.
Um eine Verbiegung des oberen Flansches (8) und ein Beulen der Wand (13) des Verbindungsstücks (2) zu verhindern, können senkrechte Bleche. (9) angeordnet werden.
Das Spannen der Spannglieder (7) kann mit einer der drei folgenden Varianten erfolgen, und zwar

– dass die Spannglieder (7) durch Spannvorrichtungen, die am oberen Flansch (8) angeordnet werden, gespannt werden, im unteren Betonteil (3) des Turms verankert sind und am Flansch nach Erzeugen der Vorspannkraft verankert werden;
– oder dass die Spannglieder (7) an einer Stelle im unteren Betonteil (3) des Turms durch Spannvorrichtungen mechanisch gespannt werden und am oberen Flansch (8) verankert sind und nach Erzeugen der Vorspannkraft im Betonteil (3) verankert werden;
– oder dass die Spannglieder (7) an einer Stelle im unteren Betonteil (3) des Turms und am oberen Flansch (8) durch Spannvorrichtungen mechanisch gespannt werden und am oberen Flansch (8) und im Betonbauteil (3) verankert werden.

Claims

Turm einer Windkraftanlage mit einem Verbindungsstück (2) zwischen einem unteren rohrförmigen Spannbetonteil (3) und einem oberen rohrförmigen Stahlteil (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (2) rohrförmig ausgebildet ist sowie am oberen und unteren Ende jeweils mit einem kreisförmigen Flansch (8 bzw. 10) versehen ist, dass der obere Flansch (8) des Verbindungsstücks (2) zweiseitig ausgebildet ist und damit mit der Rohrwand (13) des Verbindungsstücks (2) ein T bildet, dass der obere Flansch (8) ferner auf einer Seite der Rohrwand (13) durch Schrauben (5) mit einem Flansch (6) des oberen rohrförmigen Stahlteils (1) verbunden ist und dass auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrwand (13) im oberen Flansch (8) gleichmäßig verteilt in Ringrichtung Spannglieder (7) verankert sind, die durch Bohrungen (12) im unteren Flansch (10) des Verbindungsstücks (2) senkrecht in das untere rohrförmige Spannbetonteil (3) ihre aufgebrachte Spannkraft abtragen.
Turm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des oberen Flansches (8) durch Bleche (9) ausgesteift ist, die mit dem oberen Flansch (8), der Rohrwand (13) und dem unteren Flansch (10) verbunden sind.
Turm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (6) des oberen Stahlteils (1) an den oberen Flansch (8) des Verbindungsstücks (2) geschweißt ist.