Zur Ermüdungsbewertung der Böenantwort von Türmen

• Published in: Der Stahlbau 2013-09, Vol.82 (9), p.657-664
• Main Authors: Kemper, Frank H., Feldmann, Markus
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Analysis and calculation; Berechnungs‐ und Bemessungsverfahren; Betriebsfestigkeit; Böenerregung; Ermüdung; Fachwerkturm; fatigue; fatigue endurance limit; gust response; lattic tower; Lebensdauer; lifetime; Masts and towers; Mast‐ und Turmbau; Stahlhochbau; Steel buildings; wind turbine; Windenergieanlage
• ISSN: 0038-9145; 1437-1049
• DOI: 10.1002/stab.201310079

Windbelastete Türme aus Stahl weisen vielfach dynamische Beanspruchungswechsel in einer Größenordnung auf, die aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht mehr mit quasistatischen Modellen abgebildet werden können, da damit die Materialausnutzung im Grenzzustand der Ermüdung auf das Dauerfestigkeitsniveau beschränkt ist. Im vorliegenden Beitrag wird ein modernes Berechnungsverfahren präsentiert, das die Beanspruchbarkeit im Grenzzustand der Ermüdung auf Betriebsfestigkeitsebene mittels stochastischer Methoden berechenbar macht. Aufgrund der analytischen Formulierung des Berechnungsweges lassen sich auch instationäre Last‐Admittanzen, wie sie beispielsweise bei Windenergieanlagen auftreten, mit großem Zeitvorteil gegenüber transienten Verfahren berücksichtigen. Neben einem baupraktischen Anwendungskonzept für die Ermüdungsbewertung einfacher Strukturen werden die Vorzüge der stochastischen Modellbildung auch exemplarisch anhand einer Windenergieanlage aufgezeigt. Die Anwendungsbeispiele demonstrieren die Eignung des Verfahrens für baupraktische Zwecke. Verification of the fatigue limit state of gust induced structural response of tower constructions. Tower structures made of steel, show often stress cycle amplitudes due to the wind loading, which cannot be treated by quasi‐static models anymore for economic reasons. In the present paper a methodology is described which allows for a detailed verification of the fatigue limit state, using a realistic stress cycle count distribution. Due to the analytical formulation of the approach, it is possible to consider nonsteady load admittance relations, which are present in e. g. in case of wind turbines or structures with cylindrical cross‐sections with a low computational effort, compared to transient methods. Besides a practical concept for the verification of simple structures, the advantages of the method are shown exemplary using the example of a wind turbine with lattice tower. The shown examples emphasize the usability for structural problems.