Fostabericht P 163 - Untersuchung winderregter Schwingungen an StahlschornsteinenFostabericht P 163 - Untersuchung winderregter Schwingungen an Stahlschornsteinen

P 163 – Untersuchung winderregter Schwingungen an Stahlschornsteinen

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Beschreibung

P 163 – Untersuchung winderregter Schwingungen an Stahlschornsteinen

Durch die in den letzten Jahren erheblich verbesserten Rauchgasfilterungsverfahren werden Schornsteine im Anlagenbau mit wesentlich niedrigeren Bauhöhen ausgefiihrt als noch vor einigen Jahren. Diese Schornsteine lassen sich mit Stahl gegenüber der Betonausführung in der Regel preisgünstiger ausführen; darüber hinaus bietet der Baustoff “Stahl” variationsreiche architektonische Gestaltungsmöglichkeiten, leichtere Montage und die Möglichkeit vollständigen Recyclings. Als Nachteil wurde dem Stahlschornstein bislang nachgesagt, daß er unter bestimmten Windbedingungen sehr schwingungsanf ällig sei und daher als Bauwerk nicht ausreichend sicher bzw. unwirtschaftlich sei. Mit diesem Forschungsvorhaben sollen die in der Praxis bestehenden Vorurteile mit Wissenschaftlichen Methoden hinterleuchtet und ausgeräumt werden.
Die bei Schornsteinen auftretenden winderregten Schwingungen lassen sich grundsätzlich in zwei Erregermechanismen unterteilen: Die Böigkeit des natürlichen Windes ruft eine stochastische Schwingung in Windrichtung hervor, während die regelmäßigen Wirbelablösungen im Strömungsnachlauf eine mehr oder weniger harmonische Schwingung quer zur herrschenden Windrichtung erzeugt.
Die Wirbelerregung hängt stark von der Reynoldszahl ab. Da die häufig bei Industrieschomsteinen vorliegenden Reynoldszahlbereiche von 5.O105 bis 1.0*106 in Windkanälen mit elastischen Modellen nicht nachzuempfinden sind, wurde für dieses Forschungsprojekt ein Versuchsschornstein auf dem Testfeld des Lehrstuhls für Stahlbau errichtet. Hieran wurden dann über zwei Jahre systematische Messungen durchgeführt. Für die Aussagefähigkeit der durchgeführten Untersuchungen war besonders günstig, daß die im Frühjahr des Jahres 1989 auftretenden Starkwindereignisse meßtechnisch erfaßt werden konnten.
Im vorliegenden Bericht werden die bekannten Berechnungstheorien der winderregten Schwingungen erläutert, und die daraus abgeleiteten Berechnungsverfahren auf den Versuchschornstein angewendet und mit den Meßwerten verglichen. Für die Bemessung der böenerregten Schwingungen wird eine aerodynamische Übertragungsfunktion entwickelt, und es werden Anhaltswerte für die aerodynamischen Dämpfungswerte für Starkwinde abgeleitet. Das in die deutsche Normung aufgenommene Bemessungsverfahren für Querschwingungen nach Ruscheweyh wird erstmals durch systematische Langzeitbeobachtungen eines Originalbauwerks bestätigt, was der Festschreibung dieses Verfahrens auch in der neuen europäischen Normung dienlich sein wird.
Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens zeigen, daß die winderregten Schwingungen von Stahlschornsteinen beherrschbar sind und somit keinen Nachteil bei der Bemessung bedeuten. Vielmehr kann gesagt werden, daß eine realistische Berechnung winderregter Schwingungen mit den vorhandenen Verfahren durchgeführt werden kann, sodaß eine sichere und wirtschaftliche Bauweise von Stahlschornsteinen möglich ist.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.

Veröffentlichung:
1992

Autoren:
Dipl.-Ing. T. Galemann, Prof. Dr.-Ing. H. Ruscheweyh