Berechnung großer Flanschverbindungen von ... - GL Group

Entsprechend der linearen Biegetheorie resultiert aus dem Biegemoment MB und einer Axialkraft Fa
eine lineare Normalspannungsverteilung im Turm-Mantelblech. Wird die Flanschverbindung auf
eine Ein-SV reduziert, so erfährt die höchstbelastete SV die Betriebskraft FA am Mantelblech
F
A
2 M
r n
a b
B
F
n
a
b
mit dem Turmblechradius ra und der Schraubenanzahl nb. Bei der Reduktion auf die Ein-SV wird der
Flansch in nb „Tortenstücke“ aufgeteilt. Der versteifende Einfluß durch die Krümmung des Flansches
wird dabei vernachlässigt. In Abschnitt 3 wird gezeigt, daß die daraus resultierenden Fehler aufgrund
der Flanschgröße jedoch klein sind.
Außerdem erfolgt eine Begrenzung auf dicke Flansche mit (a + b) / t < 3 und dünne Mantelbleche ,
wie sie bei WEA- Turmflanschen üblich sind (Flanschgeometrie siehe Abb. 2.2).
2 Tragverhalten der Flanschverbindung und Versuchsdaten in der Literatur
2.1 Tragverhalten
In den folgenden Abschnitten wird die Nomenklatur jeweils getrennt nach VDI 2230 oder DIN
18800 betrachtet, in bestimmten Fällen werden beide Nomenklaturen nebeneinander verwendet.
Im folgenden wird das Tragverhalten einer Flanschverbindung mit vorgespannten Schrauben, wie sie
sich im Versuch darstellt, beschrieben.
2.2 Kraft-Verformungs-Beziehung der zentrisch vorgespannten Schraubenverbindung
Wirkt die äußere Zugkraft Z zentrisch auf eine zentrisch vorgespannte SV, so erhöht sich die Zug-
kraft in der Schraube. Gleichzeitig verringert sich die Druckkraft im Druckkörper. Erreicht die Zug-
kraft Z den Wert Z krit , so ist die Druckkraft gleich Null, d.h. die zentrisch vorgespannte Verbindung
„klafft“ („hebt ab“).
2.3 Schraubenkraft und Mantelzugkraft der exzentrischen Schraubenverbindung
Die ringförmige Flanschverbindung wird exzentrisch beansprucht und exzentrisch vorgespannt. Das
Verhalten der Verbindung kann durch die Reaktion der Schraubenkraft FS aufgrund der äußeren Be-
lastung FA bzw. Z am Mantelrohr (Betriebskraft) beschrieben werden. Da sich die Verfasser in den
folgenden Abschnitten auf diesen FS/FA-bzw. FS/Z- Verlauf beziehen, folgt eine kurze, allgemeine
Betrachtung des in Abb. 2.1 dargestellten Verlaufes. Die Schraubenkraft wächst mit zunehmender
Zugkraft Z solange linear an, bis die Verbindung bei Erreichen von Z1 bzw. FAab im Bereich des
Mantelbleches örtlich zu klaffen beginnt. Auf Grund der weiter fortschreitenden Klaffung steigt die
Schraubenkraft progressiv an. Dieser nichtlineare Verlauf hat seine Ursache zunächst nur in der Än-
derung des Auflagerbereichs zwischen den beiden Flanschen (System mit veränderlichen Auflager-
bedingungen). Bei Zunahme der Betriebskaft Z bzw. FA wird die Druckspannung in Richtung der
( 1 )
4