Fraunhofer IRB Zur Schädigungsberechnung an Betonkonstruktionen für Windenergieanlagen unter mehrstufiger und mehraxialer Ermüdungsbeanspruchung

Tragwerke für Windenergieanlagen unterliegen während ihrer Lebensdauer grossen zyklischen Beanspruchungen mit hohen Lastwechselzahlen. Neben den maximalen Einwirkungen sind daher die Ermüdungsbeanspruchungen für die Dimensionierung der Tragkonstruktion von entscheidender Bedeutung. Der Ermüdungsnachweis für Beton basiert auf einer linearen Schädigungshypothese nach Palmgren und Miner. Die Anwendung dieser vereinfachten linearen Akkumulationshypothese kann aber zu unsicheren oder unwirtschaftlichen Bemessungsergebnissen führen, da der tatsächlich stark nichtlinear verlaufende Ermüdungsprozess im Beton nicht ausreichend genau berücksichtigt wird. Ebenfalls können durch diesen linearen Schädigungsansatz nicht die Auswirkungen unterschiedlicher Belastungsreihenfolgen sowie Einflüsse aus mehraxialen Beanspruchungszuständen auf die resultierende Ermüdungslebensdauer berücksichtigt werden. Daher wird in der vorliegenden Arbeit, aufbauend auf einem mechanisch begründeten Ermüdungsmodell aus der Literatur, eine Vorgehensweise zur Beschreibung der Steifigkeits- und Schädigungsentwicklung in Beton unter mehrstufiger und mehraxialer Ermüdungsbeanspruchung entwickelt. Zur Validierung des mehrstufigen Schädigungsansatzes werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die erforderlichen Materialkennwerte für mehraxiale Beanspruchungszustände werden aus Literaturangaben abgeleitet und anhand von mechanischen Modellüberlegungen entwickelt. Das modifizierte Schädigungsmodell wird an das FE-Programm ABAQUS© adaptiert. Damit wird ein Spannbetonschaft einer Windenergieanlage der Multi-Megawattklasse numerisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutlich den Einfluss der Belastungsreihenfolge auf die Ermüdungslebensdauer. Ferner wird offenkundig, dass sich durch Spannungsumlagerungen im Querschnitt erheblich geringere Ermüdungsschädigungen ergeben als bei Berechnungen, in denen die Spannungsumlagerungen nicht berücksichtigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass durch eine gle