Prüfbericht Nr. 13.2001-10 phys/13 Fassung 1.1 Auftraggeber: PAGEL Spezial-Beton GmbH & Co. KG Wolfsbankring 9 45355 Essen Auftrag: Eignungsprüfung PAGEL -Hochfestverguss für Windkraftanlagen Versuche zum E-Modul und zum Nachbruchverhalten bei statischer Druckbeanspruchung Pagel-Hochfestverguss für Windkraftanlagen PAGEL V1/30 HF-1 Bearbeitungszeitraum: Januar 2013 Der Prüfbericht umfasst 9 Blatt. Die Veröffentlichung des Prüfberichtes ist nur mit Zustimmung der AMPA gestattet. Datum: 05.02.2013 Zeichen Lor Leitung der AMPA: Briefpost: Postfach, 34109 Kassel Lieferanschrift: Mönchebergstr. 7, 34125 Kassel Prof. Dr.-Ing. habil. M. Schmidt Prof. Dr.-Ing. W. Seim Telefon: 0561 / 804-2601 Telefax: 0561 / 804-2662 Prof. Dr.-Ing. E. Fehling Prof. Dr.-Ing. U. Dorka www.ampa-uni-kassel.de E-Mail: baupruef@uni-kassel.de
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -2-1. Allgemeines Die Amtliche Materialprüfanstalt der Universität Kassel wurde von der Firma PAGEL Spezial- Beton GmbH & Co. KG beauftragt das Nachbruchverhalten und das Spannungs-Dehnungs- Verhalten des PAGEL-Hochfestvergusses mit verlängerter Verarbeitungszeit für Fundamente von Offshore Windparks unter statischer Belastung zu untersuchen. Für die Durchführung der Untersuchungen wurde vom Auftraggeber fertiges Trockencompound als Sackware zur Verfügung gestellt. Die Herstellung des Vergussbetons erfolgte im Labor der AMPA nach den gleichen Vorgaben wie sie in [1] bereits benannt sind. Es wurden drei Prüfzylinder hergestellt mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 200 mm. Nach dem Planschliff betrug die mittlere Höhe 195 mm. 2. Versuchsaufbau, Messwerterfassung und Durchführung Die Versuche fanden in der Vier-Säulen-Prüfmaschine mit 6,3 MN Kapazität (Höchstlast) im Aufspannfeld der zentralen Einrichtungen der Universität Kassel statt. Zum Ausgleich von Planunebenheiten der Probe und zur Sicherstellung einer präzisen Lasteinleitung wurde zwischen dem oberen Stempel und dem darüber liegenden Druckzylinder ein sphärisches Gelenk eingebaut. sphärisches Gelenk Probe mit stochastischem Sprühmuster zur optischen Verformungsmessung induktive Wegaufnehmer Sensoreinheit des optischen Verformungsmesssystems Abbildung 1: Gesamtaufbau.
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -3- Die Messwerterfassung erfolge mit induktiven Wegaufnehmern des Herstellers Solartron und parallel mit einem optischen Verformungsmesssystem des Herstellers GOM. Die Signale der induktiven Wegaufnehmer sowie der Kraftmessdose der Maschine wurden über einen Messverstärker an einem Rechner mit einer entsprechenden Software aufgezeichnet. Es wurden gleichmäßig über den Umfang der Probe drei Wegaufnehmer direkt an der Probe angeordnet. Diese hatten eine Messlänge von 100 mm und wurden mittig über die Höhe des Zylinders angebracht. Zusätzlich wurden drei Wegaufnehmer außerhalb der Probe d.h. zwischen den Lastplatten angeordnet (siehe Abb. 2). Die Signale der Sensoreinheiten der optischen Verformungsmessung wurden ebenfalls an einem Rechner mit entsprechender Software erfasst. Vor Beginn der Messung wurde ein stochastisches Sprühmuster auf einer den Sensoren zugewandten Seite der Probe aufgebracht. Die Veränderung dieses Sprühmusters während der Belastung wurde in Form von digitalen Bilddaten festgehalten. Die verwendete Software war nach Versuchsende in der Lage, anhand der Bilddaten Verformungen bzw. Dehnungen an der Probenoberfläche auszugeben. Zu den Bilddaten wurden automatisch die zugehörige aufgebrachte Kolbenkraft sowie der Kolbenweg festgehalten. Nach Einbau des Probekörpers, der Wegaufnehmer und der Installation des optischen Verformungsmesssystems wurden die Proben wegegesteuert mit einer Geschwindigkeit von 0,01 mm/sec belastet. Die Messwerterfassung aus den induktiven Wegaufnehmern wurde vor Erreichen der Bruchlast bei allen Proben auf 5 Hz eingestellt. Mit dem optischen Verformungsmesssystem wurde bei einer Änderung von rd. 6 N/mm² der aufgebrachten Spannung eine Aufnahme ausgelöst. Die Probe 1 wurde stetig belastet. Die Proben 2 und 3 wurden zwischen 70 % und 10 % der erwarteten Bruchlast mit 3 Zyklen be- bzw. entlastet. Nach Erreichen von 70 % der erwarteten Bruchlast wurden die induktiven Wegaufnehmer an der Probe zu ihrem Schutz entfernt. Des Weiteren wurde das optische Verformungsmesssystem zu seinem Schutz durch eine Scheibe von der Probe räumlich getrennt. Die induktiven Wegaufnehmer außerhalb der Probe wurden aber belassen. Damit konnte das Nachbruchverhalten erfasst werden. Die Messwerte der induktiven Wegaufnehmer wurden im Nachbruchbereich bei der Probe 1 mit 5 Hz, bei den Proben 2 und 3 mit 50 Hz erfasst.
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -4- Wegaufnehmer zwischen den Platten Probe mit stochastischem Sprühmuster für die optische Verformungsmessung Wegaufnehmer an der Probe Abbildung 2: Messwerterfassung. 3. Auswertung der Messdaten und Darstellung der Ergebnisse Bei allen Proben standen also für Lasten unter 70 % der erwarteten Bruchlast Messungen aus den induktiven Wegaufnehmern an der Probe, außerhalb der Probe und aus dem optischen Verformungsmesssystem zur Verfügung. Innerhalb der Auswertesoftware des optischen Verformungsmesssystems war es möglich, virtuelle Wegaufnehmer zu setzen und deren Dehnungen über eine mittlere Höhe von 100 m zu betrachten, aber auch über die volle Probenhöhe, d.h. über rund 195 mm. Ein Vergleich der beiden Dehnungen bei der Probe 1 hat gezeigt, dass die Abweichungen der Dehnungen zwischen den beiden Messbereichen des optischen Verformungsmesssystems GOM vernachlässigbar sind (s. Abb. 3). Der Vergleich zu den Messwerten der induktiven Wegaufnehmer zeigt ebenfalls nur eine geringe Abweichung. Dagegen besteht eine Abweichung zu den Messwerten der induktiven Wegaufnehmer, die außerhalb der Probe
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -5- angeordnet waren, d.h. gegen die Lastplatten gemessen haben. Betrachtet man die Abweichungen, so sind diese abhängig von der aufgebrachten Spannung. Dieser Sachverhalt lässt sich durch eine Muldenbildung in den Stahlplatten erklären. Da die Wegaufnehmer außerhalb der Probe an den Stahlplatten angeordnet waren, wurde die Muldenbildung an den Stahlplatten mit erfasst. Die Verformungen an der Lastplatte sind bedingt durch die Anordnung der Wegaufnehmer scheinbar größer als die Verformungen an der Probe. Der Unterschied ist abhängig vom Abstand zur Probe (siehe Abb. 4). Da in der Kontaktzone zwischen Beton und Stahl sich die Stahlspannungen im elastischen Bereich bewegen, sind die Abweichungen der Verformungen spannungsabhängig. Um den Nachbruchbereich der untersuchten Proben beschreiben zu können, liegen nur die Messwerte der äußeren Wegaufnehmer vor. Somit wurde eine spannungsabhängige Korrektur verwendet, um die Dehnungen der äußeren Wegaufnehmer auf die Dehnungen des optischen Verformungsmesssystems anzugleichen. Dazu wurde von den Dehnungswerten der äußeren Wegaufnehmer ein zur Spannung proportionaler Dehnungsanteil abgezogen. Dieser Anteil wurde so lange variiert, bis die Steigung der Dehnungen des optischen Verformungsmesssystems mit der Steigung der äußeren Wegaufnehmer übereinstimmte.
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -6- Abbildung 3: Vergleich der Messwerte zwischen den induktiven Wegaufnehmern (IWA) und dem otpischen Messsystem (GOM) mit unterschiedlichen Ausgangslängen an der Probe P1. Stahlplatte vor der Belastung Stahlplatte bei Belastung l a l p l a l p Probe vor der Belastung Probe nach der Belastung Mittelachse der Probenkörperhöhe Abbildung 4: Vergleich der gemessenen Verformungen an der Probe (lp) und außerhalb bzw. zwischen den Lastplatten (la) wegen der Muldenbildung in der Lastplatte
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -7- Somit ließ sich mit Hilfe der äußeren Wegaufnehmer eine sehr genaue Nachbruchdehnung aber auch eine Nachbruchverformung angeben (siehe Abb.5). Zur Ermittlung der Nachbruchverformung wurde die Differenzdehnung ab Erreichen der Maximallast mit der jeweiligen Probenkörperhöhe multipliziert (siehe Abb.6). Abbildung 5: Gesamtdehnungen der einzelnen Zylinder (Kreise für Messpunkte im Nachbruch)
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -8- Abbildung 6: Nachbruchverformungen der einzelnen Zylinder (Kreise für Messpunkte im Nachbruch).
Prüfbericht Nr. 132001-10 vom 05.02.2013 Blatt -9-4. Verwendete Unterlagen und Bezugsnormen [1] Prüfbericht Nr. 12.2041-40 phys/12 vom 20.11.2012: Ergänzende Eignungsprüfung PAGEL -Hochfestverguss mit verlängerter Verarbeitungsdauer für Windkraftanlagen PAGEL V1/30 HF [2] DIN EN 12390-3: Prüfung von Festbeton; Teil 3: Druckfestigkeit von Probekörpern, Ausgabe Juli 2009, Beuth Verlag, Berlin 2008. [3] DIN EN 12390-2: Prüfung von Festbeton; Teil 2: Herstellung und Lagerung von Probekörpern für Festigkeitsprüfung, Ausgabe August 2009, Beuth Verlag, Berlin 2008. Der geschäftsführende Direktor Der Sachbearbeiter (Prof. Dr.-Ing. E. Fehling) (P. Lorenz M.Sc.)