Ankerschienen sind linienförmige Befestigungsmittel, die aus einem c-förmigen Stahlprofil mit rückseitig angebrachten Ankern bestehen. Sie werden verwendet, um Belastungen in Betonstrukturen einzuleiten.
Das Tragverhalten räumlich beanspruchter Ankerschienen mit Anteilen in Längsrichtung wurde in der Literatur bisher nicht untersucht und steht daher im Fokus dieser Arbeit. Wesentliche Entwicklungen erfolgen für die Beschreibung der Interaktionseinflüsse bei Betonversagen, indem Interaktionsgleichungen für ein Bemessungsmodell entwickelt werden. Die Gleichungen basieren auf den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen, für deren Durchführung ein universeller Versuchsstand entwickelt wird. Die statistische Auswertung der Versuchsergebnisse führt zur Ermittlung von Interaktionsgleichungen. Ein realitätsnahes Bemessungsmodell entsteht aus der Kombination dieser Gleichungen mit bestehenden Ansätzen zur Berechnung der Tragfähigkeit in Richtung der Hauptachsen.
Neben der Berechnung der Tragfähigkeiten ist für den Nachweis der Interaktion auch die Ermittlung der vorhandenen Beanspruchungen elementar. Während für Quer- und Zugbelastungen allgemein anerkannte Lastverteilungsmodelle existieren, ist über die Lastverteilung von Längsbelastungen bisher wenig bekannt. Um eine realitätsnahe Berechnung der Ankerkräfte auch für Belastungen in Längsrichtung zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit ein Modell entwickelt. Dessen Verifikation erfolgt anhand experimenteller Untersuchungen, in denen erstmals Ankerkräfte im Versuch (indirekt) erfasst werden.
Es wird ein Konzept entwickelt, um durch den Einsatz faseroptischer Messtechnik den axialen Kraftverlauf in der Ankerschiene zu ermitteln und daraus auf die Verteilung der Ankerkräfte zu schließen.
Aktualisiert: 2021-10-21
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Die Energieerzeugung durch Windkraft hat in den vergangenen Jahren weltweit einen rasanten Anstieg in der installierten Kapazität erlebt und die Wirtschaft prognostiziert einen weiteren Ausbau der Windenergie auch für die kommenden Jahre. Hierbei hat Leistung und Effizienz der Anlagen stark zugenommen. Windenergieanlagen erreichen bereits elektrische Leistungen von bis zu 10 MW bei einem Rotordurchmesser von über 150 m. Die Optimierung der Anlagen ist dabei bisher auf klassischen Maschinenbau zurückzuführen.
Da die Optimierungen im Maschinenbau an ihre Grenzen stoßen, wird die nächste Welle der Innovation in der Windenergie durch Sensorik hervorgerufen. Unter anderem können durch die Messung der Lasten an Rotorblättern und einer geeigneten Regelung auf diese Signale, die strukturellen Lasten einer Windenergieanlage signifikant gesenkt werden. Dies führt zu einer optimierten Auslegung der Windenergieanlage, sowie zu einer Erhöhung der Effizienz, und damit zur Senkung der Stromgestehungskosten.
Klassische elektrische Messtechnik in der Windenergie hat sich im Speziellen für die Lastmessung in Rotorblättern nicht durchgesetzt. Durch die hohen Lastamplituden und Zyklenspielzahlen, sowie elektromagnetische Interferenzen bis hin zu Blitzeinschlägen, besitzen konventionelle Dehnmessstreifen eine unzureichende Zuverlässigkeit.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der für diese Anwendung vielversprechenden Faser-Bragg-Gitter-Messtechnik. Die faseroptische Messtechnik zur Dehnungsmessung hat das Potential diese Herausforderungen zu bestehen. Das Faser-Bragg-Gitter weist eine hohe Spitzen- und Dauerlastfestigkeit auf, zudem ist es durch das passive optische Messprinzip inhärent unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Feldern.
Aktualisiert: 2021-12-20
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