Beurteilung des Vorspannkraft-Zeit-Verhaltens gleitfest vorgespannter Verbindungen in Turmbauwerken für Windenergieanlagen

Die Tragfähigkeit gleitfest vorgespannter Verbindungen hängt neben der Haftreibungszahl maßgeblich von der Vorspannkraft und ihrem Erhalt ab. Für zyklisch beanspruchte Stahltragwerke wie Türme für Windenergieanlagen (WEA) sind wartungsfreie/-arme Schraubverbindungen von besonderem Interesse. Die Ausführung mechanisch wartungsfreier Verbindungen erfordert zwingend die Kenntnis der über die Lebensdauer der betreffenden Struktur auftretenden Vorspannkraftverluste, da diese bereits bei der Bemessung der Verbindung zu berücksichtigen sind. Im stahlbaulichen Kontext werden die mechanisch gefügten Bauteile aus Korrosionsschutzgründen jedoch oftmals beschichtet. Aus diesem Grund ist anstelle einer analytischen Berechnung häufig eine versuchsgestützte Ermittlung der Verluste notwendig. Umfang und Aufwand entsprechender Versuchskampagnen im Labor oder im Feld können jedoch unter Zuhilfenahme bestehender Erfahrungen entscheidend reduziert werden. Der vorliegende Beitrag thematisiert daher Laboruntersuchungen in Anlehnung an die IEC-Richtlinie 61400-6, in denen erstmals systematisch die Sensitivität der Vorspannkraftverluste gegenüber relevanten Einflussgrößen bewertet wurde. Hierbei wurden neben Langzeitsetzversuchen auch Versuche unter schwingender Beanspruchung durchgeführt, die aus für Windenergieanlagen typischen Belastungssituationen abgeleitet wurden.

In addition to the coefficient of friction, the bolt preload and its preservation have a significant influence on the load-bearing capacity of slip-resistant preloaded connections. For cyclically loaded steel structures such as wind turbine towers, mechanically low maintenance or maintenance free bolted connections are of particular interest. The design of mechanically maintenance free connections requires knowledge of the preload losses occuring over the service life of the structure, since these losses must be taken into account already in the design. In steel construction, however, the mechanically joined parts are often coated for corrosion protection. Therefore, a test-based determination of the preload losses is often necessary instead of an analytical calculation. Scope and expense of corresponding laboratory or field tests can be reduced using existing experience. This paper therefore discusses laboratory investigations based on IEC guideline 61400-6, in which the sensitivity of preload losses to relevant influencing variables was systematically evaluated for the first time. In addition to long-term embedding tests, tests under cyclic loads were carried out, which were derived from load situations typical for wind turbines.