Zum Torsionstragverhalten vorgespannter Segmenttürme: ein Nachweismodell für überdrückte und klaffende Segmentfugen mit Kreisringquerschnitt

ger: Beim Bau von Segmentbrücken oder Türmen von Windenergieanlagen werden Betonfertigteile häufig trocken gestoßen und die Fugen mit einer Vorspannung überdrückt. Durch trockene Reibung müssen die meist glatten Betonoberflächen auch Schubspannungen aus Querkraft und Torsion übertragen. Gleichzeitig ist es durchaus üblich, dass im Grenzzustand der Tragfähigkeitklaffende Fugen zugelassen werden. Bestehende Modelle zur Berechnung der Torsionstragfähigkeit von Trockenfugen haben es bisher nicht geschafft, eine stringente Lösung zur Torsionstragfähigkeit in Kombination mit Biegung darzulegen. Zudem konzentrieren sich die vorherrschenden Modelle ausschließlich auf den Reibwiderstand in der Fuge und lassen den Schubwiderstand der angrenzenden Segmente unbeachtet. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues Modell zur Ermittlung der Torsionstragfähigkeit von Trockenfugen entwickelt. Es beruht auf der Theorie der Wölbkrafttorsion und berücksichtigt, neben dem Reibwiderstand in der Fuge, auch den Schubwiderstand der angrenzenden Segmente. Zur Verifikation werden Berechnungen mit der Finiten-Element-Methode sowie Versuche aus der Literatur herangezogen. Anhand der Versuche und FE-Berechnungen werden die Grenzen des Modells identifiziert. Ein Teil der Modellentwicklung und Verifikation wurde bereits in [1, 2, 3] vorab veröffentlicht. Abschließend wird ein Bemessungsmodell vorgestellt, mit dem Segmentfugen auf Normalkraft, Biegung und Torsion nachgewiesen werden können. Eine zusätzliche Beanspruchung durch Querkraft wird zwar diskutiert, ist aber nicht Bestandteil dieser Arbeit. Um dennoch eine vollständige Bemessungsgrundlage zu liefern, wird analog zum neuen Torsionsbemessungsmodell zusätzlich ein Bemessungsmodell unter Normalkraft, Biegung und Querkraft vorgestellt. Ein Anwendungsbeispiel zur Verwendung des Berechnungsmodells rundet die Arbeit ab.

eng: During the construction of segmental bridges or towers of wind turbines precast concrete elementsare often met dry, and the joints get prestressed. By dry friction the mostly smooth concretesurfaces have to transfer shear stresses from lateral force and torsion. At the same time it is quite common that gaping joints are allowed in the ultimate limit state. Existing models forcalculating the torsional load-bearing capacity of dry joints have not yet succeeded in presentinga stringent solution for torsional load-bearing capacity in combination with bending. Moreover, the prevailing models focus exclusively on the frictional resistance in the joint and disregard the shear resistance of the adjacent segments. In this thesis, a new model is developed to determine the torsional resistance of dry joints. It is based on the theory of warping torsion and considers not only the frictional resistance in the joint but also the shear resistance of the adjacent segments. For verification, calculations with the finite element method as well as experiments obtained from the literature are employed. The limitations of the model are identified by the basis of these experiments and FE calculations. Some part of the model development and verification has already been published in [1, 2, 3] inadvance. Finally, a design model to calculate segment joints under a combination of normal force, bending and torsion is presented. An additional shear force is discussed but is not part of this work. Nevertheless, in order to provide a complete basis, a design model under normal force, bending and shear force is also presented in analogy to the torsion design model. An applicationexample for the use of the model completes the work.