Tragverhalten von hohen Stahlbetontürmen für Aufwindkraftwerke

摘要

Aufwindkraftwerke sind solarthermische Kraftwerke zur Gewinnung erneuerbarer Energie aus der direkten und indirekten Sonneneinstrahlung. Für diese Kraftwerke sind Türme mit Höhen bis zu 1 000 m und mehr erforderlich, die als freistehende Stahlbetonröhren geplant sind. Diese Stahlbetonröhren werden mit mehreren Aussteifungen wie z. B. Speichenrädern, die über die Höhe verteilt angeordnet sind, ausgesteift, um die Membranschnittgrößen aus Wind möglichst gering zu halten. Das Tragverhalten dieser mehrfach ausgesteiften Türme besteht aus einem stabartigen über die gesamte Turmröhre und einem schalenartigen Tragverhalten in den Segmenten zwischen den Aussteifungen. Die Traglasten verschiedener 1 000 m hoher Türme wurden mit geometrisch und physikalisch nichtlinearen FEM-Berechnungen ermittelt. Dabei zeigt sich, dass die Rissbildung das Tragverhalten maßgeblich beeinflusst. In Verbindung mit dem Flankensog führt diese zu einer typischen sichelförmigen Ovalisierung der Segmente zwischen den Aussteifungen, die auf das schalenartige Tragverhalten zurückzuführen ist. Es zeigte sich, dass das schalenartige Tragverhalten im Bereich der sichelförmigen Ovalisierung infolge Biegung mit Längsdruck maßgebend ist. Vergleichsrechnungen am obersten Turmsegment zeigen wiederum dieses typische Tragverhalten.%Solar updraft power plants are solar thermal power plants for producing renewable electric energy from direct and indirect solar radiation. These power plants demand for high rise tower tubes with heights up to 1 000 m and more, which are planned as cantilevering tubes out of structural concrete. These tower tubes are provided with several stiffeners such as spoke wheels distributed over the height to keep the membrane forces due to wind at a minimum. The load bearing of these multi-stiffened towers consists of a cantilever-like and a shell-like in the segments between two stiffeners. The ultimate loads of several 1 000 m high tower tubes were investigated by geometrical and physical non-linear FEM calculations. Cracking of the concrete has a reasonable impact on the ultimate limit state and results together with the flank suction in a typical sickle-like ovalling between the luv and the flank suction. The ultimate limit state of these towers is governed by the shell-like behavior in the sickle-like deformation with bending and longitudinal force. Additional non-linear FEM calculations of the topmost segment of the tower show the same deformation and failure mechanism.