FachthemenDie Ermüdungslebensdauer der Schrauben in vorgespannten Ringflanschverbindungen kann drastisch abfallen, wenn die Kontaktflächen der Flansche vor dem Vorspannen der Schrauben nicht einwandfrei aneinander liegen, sondern teilweise klaffen ("Flanschimperfektionen"). Vorgespannte Ringflanschverbindungen werden häufig als Baustellenstöße in turmartigen Stahlbauten eingesetzt, z. B. in Rohrtürmen von Windenergieanlagen (WEA). Der ermüdungsschädliche Einfluß der Flanschimperfektionen wurde an der Universität Essen experimentell und numerisch eingehend untersucht. Die daraus zu ziehenden baupraktischen Schlußfolgerungen für eine ermüdungssichere Bemessung werden im Aufsatz anhand der entsprechenden Regelungen in der neuen DIBt-Richtlinie für WEA dargestellt und erläutert. Zwei Berechnungsmodelle zur näherungsweisen Erfassung der Flanschimperfektionen bei der Ermüdungsbemessung werden vorgestellt. Die Methode, Baustellenstöße, die sich bei der Montage als zu imperfekt herausstellen, durch Ausfuttern der Klaffungshohlräume zu sanieren, wird diskutiert.

In vorgespannten geschraubten Ringflanschverbindungen, die als Montagestöße in turmartigen Stahlbauten (z. B. Rohrtürmen von Windenergieanlagen) eingesetzt werden, ist der Nachweis gegen Ermüdung der Schrauben oft bemessungsbestimmend. Die Ermüdungsbeanspruchung der Schrauben wird von Flanschimperfektionen (Klaffungen zwischen den Kontaktflächen vor dem Vorspannen) sehr stark beeinflußt. Zur experimentellen Klärung dieser Einflüsse wurden Biegeversuche an großmaßstäblichen Stahlrohrversuchskörpern mit integrierten L‐ und T‐Flanschstößen, die zum Teil planmäßig imperfekt hergestellt worden waren, durchgeführt. Umfangreiche Dehnungsmessungen an Schrauben und Rohrmänteln erlauben eine detaillierte Analyse der Einflüsse von Imperfektionen und wiederholten Belastungen auf das ermüdungsrelevante innere Kräftespiel der Ringflanschstöße.

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Für die Bemessung vorgespannter geschraubter Ringflanschstöße in turmartigen Stahlbauten (z. B. Schornsteine oder Rohrtürme von Windenergieanlagen) ist der Nachweis gegen Ermüdung der Schrauben sehr wichtig. Klaffungen zwischen den Kontaktflächen vor dem Vorspannen der Schrauben (sogenannte Flanschimperfektionen) können einen negativen Einfluß auf die ermüdungsrelevanten Schraubenspannungen haben. Es wurde ein FE‐Modell für imperfekte Ringflansche aufgebaut und mit Hilfe der Ergebnisse großmaßstäblicher Rohrbiegeversuche an Ringflanschstößen validiert. Über diese Versuche war ebenfalls in dieser Zeitschrift berichtet worden. Mit dem validierten FE‐Modell wurde eine Parameterstudie an imperfekt simulierten L‐Ringflanschverbindungen mit baupraktischen Abmessungen aus dem WEA‐Bau durchgeführt. Die Ergebnisse ermöglichen eine Differenzierung der verschiedenen Klaffungsformen hinsichtlich ihres negativen Einflusses auf die Schraubenermüdung. Dieser Einfluß darf beim Ermüdungssicherheitsnachweis der Schrauben keinesfalls vernachlässigt werden.

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