HyTowering

Verbundpartner

• Marx Krontal Partner GmbH
• Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG
• TÜV Süd Service GmbH

Inhalte und Ansprechpersonen

• Institut für Massivbau (Fabian Klein)

Großversuche zur Optimierung der Bemessung und Schadensdetektion von hybriden Türmen

• Institut für Statik und Dynamik (Nikolai Penner, Benedikt Hofmeister)
• Institut für Geotechnik (Shuhan Cao)

Numerische und experimentelle Ermittlung der Boden-Bauwerksinteraktion unter statischen, zyklischen und dynamischen Lasten

Sowohl aufgrund der zunehmenden Leistungsstärke der Anlagen als auch durch den Mangel an geeigneten Standorten bedarf es für den weiteren Ausbau der Windenergie an Land höhere Türme. Denn die Windgeschwindigkeit und damit die Energieausbeute nimmt mit Höhe der Nabe zu. Höhere Türme sind allerdings wesentlich kostenintensiver, schwieriger zu transportieren und mit einem größeren Risiko für Instabilität verbunden. Als eine sehr gut geeignete Ausführungslösung haben sich hierfür sogenannte Hybridtürme am Markt etabliert, die im unteren Teil aus Beton und im oberen Teil aus Stahl bestehen. Damit werden inzwischen Nabenhöhen von 150 m und mehr erreicht.

Besonders wirtschaftlich sind dabei die sogenannten Segmenttürme, die aus Betonfertigteilringen bestehen. Bei diesen Türmen werden die Segmentringe trocken aufeinandergestapelt und ausschließlich durch eine externe Vorspannung miteinander verbunden. Die Übertragung der Querkräfte und Torsionsmomente über die Fuge funktioniert über Reibung, solange die Fuge hinreichend überdrückt ist. Wenn sich die Fuge im Grenzzustand der Tragfähigkeit öffnet, ist das nach den bisherigen Modellansätzen mit einem dramatischen Abfall der Schubkraftübertragung verbunden. In der Realität ist die Tragfähigkeitsreduktion jedoch deutlich geringer, wie nichtlineare numerische FE-Untersuchungen zeigen. Die Grenzen der bisherigen Berechnungsmodelle erweisen sich zunehmend als Behinderung für die Effizienz der Segmenttürme bei weiter steigenden Nabenhöhen und Anlagenklassen bzw. für deren wirtschaftliche Auslegung. Die notwendigen Modellweiterentwicklungen allein auf Basis nichtlinearer numerischer Simulationen sind jedoch nicht möglich und würden von den Genehmigungsbehörden auch nicht akzeptiert werden. Hierzu sind zwingend großmaßstäbliche Verifikationsversuche erforderlich, die Gegenstand des hier beantragten Forschungsvorhabens sind.

Die geotechnische Bemessung der Fundamente von WEA geht derzeit von zahlreichen Annahmen aus, deren Einflüsse auf das tatsächliche Verhalten unklar sind. Durch das vorliegende Forschungsvorhaben werden die Einflüsse aus der Fundamentform, des Baugrunds sowie der zyklischen Lasten auf die Spannungsverteilung des Fundaments, die akkumulierte Schiefstellung sowie die Drehfedersteifigkeit systematisch untersucht und in praxisnahe Empfehlungen überführt.