Testzentrum für Tragstrukturen
An der Fakultät Bauingenieurwesen und Geodäsie der Leibniz Universität Hannover
Experimentelle Untersuchungen im großen Maßstab
Um das Ermüdungs- und Tragverhalten von Gründungen und Tragstrukturen für Windenergieanlagen zu erforschen, sind experimentelle Untersuchungen im großen Maßstab notwendig. Anhand der Ergebnisse werden Simulationsergebnisse validiert. Das Testzentrum ist in zahlreiche Forschungsvorhaben eingebunden und führt hier umfangreiche Testkampagnen an großen Strukturkomponenten von On- und Offshore-Windenergieanlagen durch.
Schwerpunkte der Forschung
Grundbauversuchsgrube
Die Grundbauversuchsgrube ist mit ihren Abmessungen die weltweit größte Versuchseinrichtung dieser Art. In ihr können großmaßstäbliche Gründungselemente realitätsnah statisch und zyklisch getestet werden. Über Hydraulikzylinder werden die Belastungen uni- und mehraxial eingeleitet. Ein vertikales Spannfeld entlang der Längsseite der Grube mit 8 m Höhe erweitert die Belastungsmöglichkeiten.
Um homogenen Bodenverhältnisse für die Versuche zu realisieren, wird der Sand in der Grube zunächst ausgebaut und anschließend lagenweise verdichtet wieder eingebaut. Die Lagerungsdichte wird dabei dokumentiert. Ein gezielter Wasseranteil im Boden kann durch vier Brunnen eingestellt werden. Damit können für die Versuche nahezu homogene Randbedingungen geschaffen werden. Auch unterschiedliche Bodenschichten, wie z. B. mit Ton, können betrachtet werden.
Die Größe der Versuchsgrube erlaubt es, außerdem unterschiedliche Arten der Pfahlinstallation, wie schlagendes oder vibrierendes Rammen, zu untersuchen. Während der Installation und des Versuchs kann das Strukturverhalten analysiert und so Berechnungs- und Simualtionsmodell validiert werden.
3D-Spannfeld
Im Spannfeld können großmaßstäbliche Komponenten und große Modelle unter statischer, dynamischer und zyklischer Belastung getestet werden. Der Teststand besteht aus einer 200 m² großen massiven Bodenplatte, die an zwei Seiten rechtwinklig von einer vorgespannten und biegesteif angeschlossenen Stahlbetonwand begrenzt wird. Über Hydraulikzylinder kann der Prüfkörper uni- bzw. auch mehraxial belastet werden. Die Prüfsylinder erzeugen Kräfte zwischen 100 und 2.000 kN. Die Prüffrequenz variiert zwischen 0,1 und 5 Hz. Eine realitätsnahe Belastung der Strukturen ist damit möglich.
Die Geometrie des Spannfelds und die Höhe der daran angeschlossenen Widerlagerwände ermöglicht die Prüfung unterschiedlichster Bautielkomponenten, wie z. B. Grouted Joints oder Hohprofilknoten. Sie können stehend und liegend auf dem Spannfeld geprüft werden. Im internationalen Vergleich ist dieses Spannfeld aufgrund seiner Dreidimensionalität und Größe durchaus ein Alleinststellungsmerkmal.
Messtechnik
Durch die umfangreiche Ausstattung des Testzentrums ist es möglich, auf dem 3D-Spannfeld und in der Grundbauversuchsgrube vielfältige unterschiedliche Versuchsaufbauten zu realisieren. Dies stellt in gleicher Weise höchste Ansprüche an die Versuchsperipherie und Messdatenerfassung.
Die Lasteinleitungsstrukturen ermöglichen es, verschiedenste Varianten für eine Installation der Prüfzylinder und damit Lasteinleitung zu realisieren. Prüfkörper können vertikal und horizontal in mehreren Achsen belastet werden. Insgesamt stehen 13 Prüfzylinder mit Prüfkräften von 100 kN bis 2 MN zur Verfügung, um die Strukturen zu belasten. Auf dem 3D-Spannfeld und gleichzeitig in der Grundbauversuchsgrube können in einem Versuch bis zu sechs Achsen betrieben werden. Beide Großversuchsstände verfügen jeweils über eine unabhängige Steuer- und Regeleinheit und eine eigene Messdatenerfassung.
Versuchsmöglichkeiten und Schwerpunkte
- statische und dynamsiche Versuche an Komponenten und Strukturelementen in großem Maßstab
- Weiterentwicklung von Bauverfahrenstechniken zur Installation der Tragstruktur und deren Gründungselementen (z. B. Ramm-, Bohr- und Schraubpfähle)
- Versuche mit hohen Lastspielzahlen zur Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit von relevanten Fügetechniken, wie Schraub-, Schweiß-, Kleb- und Hybridsteckverbindungen.
- Großmaßstäbliche Tests von Structural Health Monitoring-Verfahren (SHM)
- hochfrequente Lebensdaueruntersuchungen an Werkstoffproben und Komponenten
- Untersuchung der Boden-Bauwerksinteraktion in möglichst realen Bodenverhältnissen
- Untersuchung des Verhaltens von großmaßstäblichen Gründungselementen in möglichst realen Bodenverhältnissen unter zyklischer Beanspruchung
- Bodenmechanische Untersuchungen zur Sicherstellung des reproduzierbaren Einbaus des Versuchsbodens
- Untersuchung triaxialer Spannungszustände in Bodenproben
- Untersuchung der Festigkeitsentwicklung und Verarbeitungseigenschaften von hochvergüteten mineralischen Feinkornbetonen
- Entwicklung von Reparaturverfahren mit Composite-Werkstoffen
