WO2013098086A1 - Turmförmiges tragwerk - Google Patents

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WO2013098086A1
WO2013098086A1 PCT/EP2012/075382 EP2012075382W WO2013098086A1 WO 2013098086 A1 WO2013098086 A1 WO 2013098086A1 EP 2012075382 W EP2012075382 W EP 2012075382W WO 2013098086 A1 WO2013098086 A1 WO 2013098086A1
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WO
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tower
prestressed concrete
adjacent
elements
structure according
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PCT/EP2012/075382
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Rolf J. WERNER
Original Assignee
Werner Rolf J
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Publication date
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/02—Structures made of specified materials
    • E04H12/12—Structures made of specified materials of concrete or other stone-like material, with or without internal or external reinforcements, e.g. with metal coverings, with permanent form elements
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    • E04H12/02—Structures made of specified materials
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/16—Prestressed structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/34—Arrangements for erecting or lowering towers, masts, poles, chimney stacks, or the like
    • E04H12/342—Arrangements for stacking tower sections on top of each other
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a tower-shaped, at least
  • the concrete elements have a plurality of elongated tensioning means, the majority of which are guided in an adjacent concrete element and there under
  • the individual concrete elements are usually called rings,
  • Prefabricated ring sections or elongated wall segments transported to the site and connected there, or clamped together.
  • the longitudinal joints can be tightened, cast or just screwed in a ring shape.
  • EP 1 474 579 B1 describes
  • Turbine imbalance in the rotor and the leaf shadow pass through the first tower natural frequency is currently. still unusual for turbines in the multi-megawatt range.
  • the slim design would bring but with lower material use further gains in hub height.
  • the invention is based on the recognition that in modern towers relatively strong reduction of
  • the invention is based on the idea to be able to select the bias from part to height regardless of height and the
  • the method makes less demands on the stability of the molds and the quality of the cement, since rapid hardening of the concrete parts is not necessary before absorbing the prestressing and the parts are slack-armored easier to demould, since they do not shorten under the bias.
  • Post-tensioning processes are more labor-intensive and are particularly suitable for small and medium-sized production numbers due to their uncomplicated nature.
  • the quality of the clamping elements and their preparation are low requirements to make and it is mainly used with seven-strand strands of diameter 0.6 or 0.5 inches. Tension wires with low relaxation can also be used.
  • the clamping elements are placed primarily in cladding, which are cast in the precast concrete and they are additionally by conduits or
  • the number of tendons in the concrete part can be freely selected independently of position. Likewise, the
  • Anchoring point be laid from bottom to top. The parts are after curing for transportation
  • the sum of the biasing forces increases in the vertical direction from bottom to top at least in sections.
  • Sheaths provided.
  • several strands may be provided, for example, three to seven strands.
  • the cladding tubes are pressed at least over part of their length with a composite mass. This results in a particularly uniform introduction of
  • clamping means protected against environmental influences and in particular corrosion.
  • the anchoring means may optionally be unscrewed and reused after curing of the composite mass, which is not negligible in the extremely high number of clamping and anchoring means.
  • the optionally also possible use of clamping means without composite has the advantage that dismantling of the structure is facilitated.
  • Prestressed concrete elements is increased or decreased.
  • the prestressed concrete elements may in principle have any basic shape in the context of the present invention.
  • the prestressed concrete elements annular eg as
  • rotationally symmetrical body such as cylinders, cones or
  • Prestressed concrete elements can be lying in a classic
  • Concrete bed to be concreted This not only simplifies the production process, but also allows smooth contact surfaces formed on the later upper and lower sides of the prestressed concrete elements.
  • the entire tower-like structure can essentially consist of
  • the present invention also contemplates hybrid structures in which, for example, a lower portion of the tower-shaped structure is composed of prestressed concrete elements while an upper portion of the tower-shaped structure is formed by one or more sections of steel.
  • the adjacent tower section made of steel has a concrete section, in particular concrete ring, through which the elongated clamping means and optionally
  • additional concrete section can be reduced surface pressure on the joint and at the same time increase the rigidity of the tower section made of steel. Furthermore, in particular in the case of a concrete ring, as a result of the transverse forces of the concrete ring caused by the tension forces, a suppression of the concrete surrounded by steel, which is the result
  • Tower-shaped structure is defined in claim 13. This allows, as already stated above, a highly automated way of working and a low-slip and thus reliable connection between the respective
  • prestressed concrete elements are concreted standing and preferably made of self-compacting concrete.
  • Fig. 1 shows schematically a side view of a
  • Fig. 2a shows schematically a partial sectional view of an embodiment of the turmformigen structure according to the invention
  • Fig. 2b shows schematically another, partially
  • Fig. 3 shows schematically the standing production of a
  • FIG. 4 shows schematically a compound of a
  • Fig. 5 shows schematically a further connection of a
  • Prestressed concrete element with a steel tower section Prestressed concrete element with a steel tower section.
  • tower-shaped structure according to the invention is shown schematically in Fig. 1. It can be seen that the tower-shaped supporting structure 1 a plurality of each other
  • Section B and an even weaker conical or
  • the tower in the present embodiment has a cylindrical
  • the tower-shaped supporting structure can serve in the context of the present invention various purposes, for example, as a supporting structure for a wind turbine.
  • FIGS. 2a and 2b Partial sectional views of the tower-shaped structure 1 according to the present invention are shown in FIGS. 2a and 2b
  • the tower-like structure 1 is constructed by stacking and bracing together a plurality of prestressed concrete elements 2, 4, wherein the prestressed concrete elements 2, 4 each have a plurality of
  • elongated clamping means 10 in the form of tension strands (or possibly wires).
  • the tensioning means 10 of the prestressed concrete element 2 protrude above the latter at the upper side thereof and are in the
  • the elongated tensioning means 10 are configured in the present embodiment as multi-core strands, which are provided in cladding tubes 10.
  • a plurality of strands are each provided in a cladding tube 10 1 , for example, three to seven strands.
  • the strands 10 can be provided in cladding tubes 10 1 in a large part of the cross section, but ultimately over
  • End anchoring elements 10 '' to be anchored to the underside of the respective prestressed concrete element 2, 4.
  • the end anchoring elements shown schematically in Fig. 2A introduce the anchoring force over a longer anchoring distance.
  • Also combinations of such anchorages are possible.
  • the bonding and bracing of the prestressed concrete elements 2 and 4 takes place, for example, as follows.
  • Prestressed concrete element 2 is initially positioned in a vertical position such that the free ends of the tensioning means 10 are vertically upwards and the area of the joint 32
  • Clamping means 10 are gripped by a suitable clamping device, such as a hydraulic press.
  • the tensioning device applies a defined tensile stress to the tensioning means 10. After reaching the defined tension, the anchoring elements 12 are fixed. In this way, the bias state generated by the tensioner is "frozen". Now, the clamping force of the clamping device can be lowered, the anchoring elements 12 for the maintenance of the
  • the end anchoring elements 12 are accessible from a cavity 1 '(bottom in Fig. 1) in the interior of the tower-like structure 1, wherein the tower-shaped supporting structure is designed for example as a hollow tower with a circular or other cross-section.
  • the clamping means 10 are staggered in the respective prestressed concrete elements 2, 4 in the vertical direction, in such a way that the sum of the biasing forces in the elongated
  • tensioning means 10 in the area between the joint 32 and the end anchoring elements 12 are optionally anchored in the prestressed concrete element 4 via a composite mass 16 (for example a composite mortar).
  • This compound can, for example, by subsequent compression in the
  • the corresponding sheaths 10 ' may be introduced into the prestressed concrete element 4, wherein the end anchoring elements 12 preferably have a passage opening (e.g., slot) for the escape of composite 16, for ease of crimping and to ensure complete crimping.
  • this composite compound also ensures reliable corrosion protection, alternatively or additionally other corrosion protection measures being taken, such as greasing, coating, etc.
  • the end anchoring elements 12 can be provided with a suitable cover to further improve the corrosion protection.
  • the prestressed concrete elements 2, 4 can, especially when it comes to ring segments, are preferably concreted lying. In this case, the prestressed concrete elements 2, 4 may also have greater lengths of up to 15 or even 20 m.
  • An alternative method for producing the prestressed concrete elements 2, 4 is preferably concreted lying. In this case, the prestressed concrete elements 2, 4 may also have greater lengths of up to 15 or even 20 m.
  • Prestressed concrete elements 2, 4 is shown in Fig. 3 schematically
  • a large-sized, for example, cylindrical outer and inner formwork constructed and beyond suitable flange plates 40 are provided, between which the clamping means 10 are clamped.
  • the clamping means 10 can be released from the flange plates 40, so that the clamping force is introduced into the prestressed concrete elements 2.
  • the cross section of the passage openings 20 preferably increases towards the bottom.
  • a self-leveling leveling compound 8 can be provided on the top of the prestressed concrete elements 2, 4 after concreting. This balancing mass is extreme
  • This compound operates on the same basic principle as a connection between two prestressed concrete elements, namely in which the clamping means 10 of the prestressed concrete element 2 is guided in the adjacent tower section 6 made of steel and anchored there under tension.
  • Dehnweg allow for the clamping of the clamping means 10, the clamping means 10 in this embodiment in the region of the joint 34 over the length marked with "a" "debounded", where the length a can be up to 1 m and more.
  • additional anchoring means 30 are provided in this embodiment, which positively anchored in the prestressed concrete element 2, to the adjacent
  • Anchoring means 30 are debounded in the upper area. They can be formed by threaded rods with clamping nuts or the like.
  • FIG. 4 A further embodiment of a connection between a prestressed concrete element 2 and an adjacent steel tower section 6 is shown schematically in FIG. This corresponds to the basic principle of that shown in Fig. 4
  • the adjacent steel tower cutout 6 has a concrete section 6 ',
  • the tower section 6 is rotated by 180 °, aligned vertically and the concrete ring, preferably made of self-compacting concrete, concreting from above onto the steel ring.
  • the concrete ring preferably made of self-compacting concrete, concreting from above onto the steel ring.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein turmförmiges, zumindest abschnittsweise hohles Tragwerk (1) mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Spannbetonelementen (2, 4), wobei die Spannbetonelemente (2) jeweils eine Vielzahl von langgestreckten Spannmitteln (10), insbesondere Litzen, von denen die Mehrzahl in ein benachbartes Spannbetonelement (4) geführt und dort unter Zugspannung verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Vorspannkräfte in den langgestreckten Spannmitteln (10) in vertikaler Richtung entlang des turmformigen Tragwerks (1) veränderlich ist.

Description

Turmförmiges Tragwerk
Technisches Gebiet
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.
Stand der Technik
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.
So beschreibt beispielsweise das EP 1 474 579 B 1 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.
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.
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 .
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.
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
Kombinatio 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.
Darstellung der Erfindung
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 .
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.
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 führt, 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.
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.
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.
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.
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.
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 .
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 noch 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.
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.
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.
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 .
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.
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.
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.
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.
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmformigen Tragwerks;
Fig. 2a zeigt schematisch eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmformigen Tragwerks;
Fig. 2b zeigt schematisch eine weitere, teilweise
Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen turmformigen Tragwerks ;
Fig. 3 zeigt schematisch die stehende Herstellung eines
Spannbetonelements für ein turmförmiges Tragwerk gemäß der Erfindung; Fig. 4 zeigt schematisch eine Verbindung eines
Spannbetonelements mit einem Turmabschnitt aus Stahl;
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Verbindung eines
Spannbetonelements mit einem Turmabschnitt aus Stahl.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben .
Eine Seitenansicht einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen turmförmigen Tragwerks ist in Fig. 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.
Oberhalb der Spannbetonelemente 2, 4 weist der Turm in der vorliegenden Ausführungsform einen zylindrischen
Stahlabschnitt D 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 . Das turmförmige Tragwerk kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältigen Zwecken dienen, beispielsweise auch als Tragwerk für eine Windkraftanlage.
Teilweise Schnittansichten des turmförmigen Tragwerks 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Fig. 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 Fig. 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.
Die langgestreckten Spannmittel 10 sind in der vorliegenden Ausführungsform als mehradrige Litzen ausgestaltet, die in Hüllrohren 10 vorgesehen sind. Dabei sind in einem Hüllrohr 101 jeweils mehrere Litzen vorgesehen, beispielsweise drei bis sieben Litzen.
Wie in Fig. 2A am besten zu erkennen ist, können die Litzen 10 in einem Großteil des Querschnitts in Hüllrohren 101 vorgesehen sein, jedoch letztlich über
Endverankerungselemente 10' ' an der Unterseite des jeweiligen Spannbetonelements 2, 4 verankert sein. Die in Fig. 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 . Das Verbinden und Verspannen der Spannbetonelemente 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 Spannbetonelement 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
Spannbetonelement 4 im Bereich der Fuge 32 auf dem
Spannbetonelement 2 aufsitzt. In diesem Zustand stehen die 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.
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 .
Die Endverankerungselemente 12 (vgl. Fig. 2) sind von einem Hohlraum 1' (unten in Fig. 1) im Inneren des turmförmigen Tragwerks 1 zugänglich, wobei das turmförmige Tragwerk beispielsweise als hohler Turm mit einem kreisförmigen oder sonstigen Querschnitt ausgeführt ist. 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.
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 .
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. Ein alternatives Verfahren zum Herstellen der
Spannbetonelemente 2, 4 ist in Fig. 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. Dabei nimmt der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 20 bevorzugt nach unten hin zu.
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.
Die Verbindung eines Spannbetonelements 2 mit einem
benachbarten Turmausschnitt aus Stahl ist in Fig. 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.
Eine weitere Ausgestaltung einer Verbindung zwischen einem Spannbetonelement 2 und einem benachbarten Turmabschnitt 6 aus Stahl ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Diese entspricht vom Grundprinzip der in Fig. 4 gezeigten
Ausführungsform. Allerdings weist in Fig. 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 Turmabschnitt 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 Fig. 5) oder durch eine gewellte oder geriffelte Innenfläche des Turmabschnitts 6 (links in Fig. 5) . Hierdurch ergibt sich eine besonders steife Verbindung der benachbarten
Turmabschnitte und eine hohe Dauerhaftigkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Turmförmiges , zumindest abschnittsweise hohles Tragwerk (1) mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen
Spannbetonelementen (2, 4), wobei die Spannbetonelemente (2) jeweils eine Vielzahl von langgestreckten Spannmitteln (10) , insbesondere Litzen, von denen die Mehrzahl in ein benachbartes
Spannbetonelement (4) geführt und dort unter Zugspannung verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass die langgestreckten Spannmittel (10) jeweils innerhalb der Spannbetonelemente (2, 4) vorgesehen sind, und die Summe der Vorspannkräfte in den langgestreckten Spannmitteln (10) in vertikaler Richtung entlang des turmförmigen Tragwerks (1) veränderlich ist.
2. Turmförmiges Tragwerk nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Summe der Vorspannkräfte in vertikaler Richtung von unten nach oben zumindest abschnittsweise zunimmt.
3. Turmförmiges Tragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Abschnitt (A, B) aufweist, der sich in vertikaler Richtung im
wesentlichen parabelförmig oder konisch verjüngt, wobei die Summe der Vorspannkräfte in diesem Abschnitt (A, B) in vertikaler Richtung von unten nach oben zumindest abschnittsweise zunimmt.
4. Turmförmiges Tragwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der VorSpannkräfte in vertikaler Richtung von unten nach oben so lange zunimmt, bis die Konizität des Querschnitts des
turmformiges Tragwerks (1) einen Wert von 55 mm/m unterschreitet .
5. Turmformiges Tragwerk nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass langgestreckten Spannmittel (10) jeweils in Hüllrohren (10') vorgesehen sind .
6. Turmformiges Tragwerk nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Hüllrohr (10') mehrere Litzen vorgesehen sind, bevorzugt 3 bis 7 Litzen.
7. Turmformiges Tragwerk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllrohre (10') zumindest über einen Teil ihrer Länge mit einer Verbundmasse (16) verpresst sind.
8. Turmformiges Tragwerk nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (10) in dem benachbarten Spannbetonelement (4) über Endverankerungselemente (12) verankert sind, die bevorzugt über ein Kraftschlussmittel mit dem
Spannmittel (10) verbunden ist.
9. Turmformiges Tragwerk nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund zwischen den Spannmitteln (10) und den
Spannbetonelementen (2, 4) zumindest benachbart zu einer Verbindungsfuge zwischen Spannbetonelementen (2, 4) geschwächt oder aufgehoben ist.
10. Turmformiges Tragwerk nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spannbetonelemente (2, 4) ringförmig oder
ringsegmentförmig ausgebildet sind.
11. Turmförmiges Tragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannbetonelement (2) mit einem benachbarten
Turmabschnitt (6) aus Stahl derart verbunden ist, dass die Mehrzahl von langgestreckten Spannmitteln (10) in den benachbarten Turmabschnitt (6) aus Stahl geführt und dort unter Zugspannung verankert ist.
12. Turmförmiges Tragwerk nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass zusätzliche Verankerungsmittel (30) vorgesehen sind, die formschlüssig in dem
Spannbetonelement (2) verankert, zu dem benachbarten Turmabschnitt (6) aus Stahl geführt und dort unter
Zugspannung verankert sind.
13. Verfahren zum Herstellen eines turmförmigen Tragwerks (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
Herstellen von Spannbetonelementen (2, 4), die jeweils eine Vielzahl von langgestreckten Spannmitteln (10) , insbesondere Litzen, aufweisen,
Verbinden eines Spannbetonelements (2) mit einem
benachbarten Spannbetonelement (4) derart, dass die Mehrzahl der Spannmittel (10) des Spannbetonelements (2) in das benachbarte Spannbetonelement (4) geführt sind,
Anspannen der in des benachbarte Spannbetonelement (4) geführten Spannmittel (10) , und
Anziehen der Verankerungselemente (12) derart, dass die Spannmittel (10) unter Zugspannung in dem benachbarten Spannbetonelement (4) verankert sind. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, das die Spannbetonelemente (2, 4) stehend betoniert und bevorzugt aus selbstverdichtendem Beton hergestellt werden .
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbetonelemente (2, 4) nach dem Betonieren auf ihrer Oberseite mit einer selbstnivellierenden
Ausgleichsmasse (8) versehen werden.
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