Die Windindustrie in Deutschland nimmt bei der Entwicklung und Herstellung von Windenergieanlagen (WEA) weltweit eine herausragende Stellung ein. Durch die fortschreitende Entwicklung von immer leistungsfähigeren Windenergieanlagen sowie die zusätzlichen Anforderungen bei der Bemessung und Ausführung von Offshore-Gründungstragwerken wird der bisherige Erfahrungsbereich in den verschiedenen Teilgebieten des Bauingenieurwesens überschritten.
Im vorliegenden Buch werden die Grundlagen für Planung, Entwurf, Berechnung und Konstruktion von Turmkonstruktionen für WEA aus Stahlbeton und Spannbeton, und zwar für Onshore- und für Offshore-Anlagen, behandelt. Windenergieanlagen sind dynamisch hochbeanspruchte Bauwerke. Für die Bemessung von Tragkonstruktionen sind daher neben den maximalen Lasten die Ermüdungsbeanspruchungen von großer Bedeutung, insbesondere in den Anschluss- und Knotenbereichen von Beton- und Hybridkonstruktionen. Dort treten mehraxiale Beanspruchungszustände auf, die bisher durch die Bemessungsvorschriften nicht erfasst werden. Die speziellen Einwirkungen und das nichtlineare Werkstoffverhalten werden detailliert dargestellt und die Modellbildungen für die Berechnungen erläutert. Bemessung und Nachweise werden unter besonderer Berücksichtigung der Ermüdung behandelt. Das Kapitel Herstellung schließt hybride Tragwerke, die Segmentbauweise für Spannbetontürme und die Fundamente für Offshore-WEA ein.
Seit 1906 begleitet der Verlag Ernst & Sohn mit dem Beton-Kalender die Entwicklung des Stahlbeton- und Spannbetonbaus. Dieses Buch sollte das Fortschreiten des Eisenbetonbaus jährlich begleiten, und zwar so lange, bis die "stürmische Entwicklung", so der erste Herausgeber Fritz von Emperger (1862-1942), der Bauweise ein Ende gefunden hätte.
Ausgewählte Kapitel des Beton-Kalender werden in der neuen englischsprachigen Reihe BetonKalender Series dem internationalen Markt zur Verfügung gestellt.
Autorentext
Jurgen Grunberg, Univ.-Prof. Dr.-Ing., studied civil engineering at the Technical University Berlin and at the University Hannover where he gained his doctorate from. Following eight years as project manager at HOCHTIEF AG and at IMS, Ingenieurgemeinschaft Meerestechnik und Seebau, since 1983 as consulting engineer and since 1986 as test engineer for structural engineering, he became professor for concrete construction at the University Hannover in 1993. Already since 1980 he deals with design and construction of offshore structures, telecommunication towers and later on of wind turbine towers. Professor Grunberg is a member of numerous national and international expert commissions in the fields of reinforced concrete and the author of a large number of books and articles.
Joachim Gohlmann, Dr.-Ing., studied structural engineering at the Leibniz University Hannover where he completed his doctorate with the doctorate thesis ?Damage calculation of concrete constructions for wind turbines subjected to multi-stage and multi-axial fatigue loading?.
Dr. Gohlmann has been involved with the design, manufacture and measurement of towers and foundations for wind turbines for over 13 years. Since 2010 he has been managing director at grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH in Hannover, Germany. grbv is an independent planning and consulting company for structural design of towers and support structures for on- and offshore wind farms.
Klappentext
The wind energy industry in Germany has an excellent global standing when it comes to the development and construction of wind turbines. Germany is currently the world's largest market for wind energy. The ongoing development of ever more powerful wind turbines plus additional requirements for the design and construction of their offshore foundation structures exceeds the actual experience gained so far in the various disciplines concerned.
This book provides a comprehensive overview of the planning and structural analysis of reinforced and prestressed concrete wind turbine towers for both onshore and offshore installations. Wind turbines are structures subjected to highly dynamic loading patterns. Therefore, when designing loadbearing structures, fatigue effects and not just maximum loads are extremely important, especially in the connections and joints of concrete and hybrid structures. Multi-axial stress conditions so far not covered by the design codes occur in such structures. The specific actions, the non-linear behaviour and the modelling for the structural analysis are explained. Design and verification with a focus on fatigue are addressed. The chapter on construction includes hybrid structures, segmental construction of prestressed concrete towers and offshore wind turbine foundations.
Inhalt
Introduction
Actions on wind turbine towers
- Permanent actions
- Turbine operation (rotor and nacelle)
- Wind load
- Height of sea level
- Hydrodynamic environment conditions
- Hydrodynamic analysis
- Thermal actions
- Sea ice
- Icing of construction elements
Non-linear material behaviour
- General
- Material laws for reinforced and prestressed concrete
- Bending moment?curvature relationships
- Deformations and bending moments to second-order theory
- Cross section design ultimate limit state
- Three-dimensional mechanical models for concrete
Support structure and design analysis
- Basis of calculation
- Structural model of the tower
- Vibration analysis
- Pre-stressing
- Design of onshore wind turbines
- Design of offshore wind turbines
- Ultimate limit state
- Verification of serviceability limit state
- Verification against fatigue
- Node design
- Foundation design
Manufacturing of prestressed concrete towers
- Introduction
- Hybrid structures of steel and prestressed concrete
- Segmental construction method for prestressed concrete towers
- Offshore concrete foundation
References