Der größte Teil aller Masteinstürze der letzten Jahrzehnte ist unmittelbar oder mittelbar auf den Bruch von Seilen oder deren Anschlüsse zurückzuführen. Die Untersuchung des Lastfalls Seilbruch wird zunehmend gefordert. Für den praktisch tätigen Ingenieur ist dieser Fall i.A. schwierig zu behandeln, da das Problem wegen des starken dynamischen Verhaltens und der gleichzeitig zu berücksichtigenden Nichtlinearitäten komplex ist.

Zur Frage der gleichzeitig anzusetzenden Windlast äußert sich der Eurocode 3, Teil 3: Mast, Towers und Chimneys. Danach ist von einer gleichzeitig wirkenden Windlast in Höhe von 10% der maximalen Windlast auszugehen. Dieser Ansatz sollte im Einzelfall diskutiert werden.

 

Probleme durch starke Nichtlinearitäten:

- große Verformungen

- plastische Verformungen

Die Berechnungen kann deshalb i.A. nur im Zeitschrittverfahren erfolgen.

Der Einsturz erfolgt i.A. sehr rasch nach Kappen eines Seils, i.A. wird der Mastschaft durch lokales Stabilitätsversagen seine Tragfähigkeit verlieren.

Das nebenstehende Bild zeigt den Einsturzvorgang in Einzeldarstellungen. Man erkennt, wie zunächst die Diagonale unterhalb der Seilanschlußebene ausknickt, die Zugdiagonale muss dann die gesamt Querkraft übernehmen. Dazu ist sie nicht in der Lage, sie plastiziert und es bildet sich ein Querkraftgelenk aus.

Umsturzversuche durch Seilkappen

Zur Absicherung der theoretischen Grundlagen wurden Umsturzversuche durchgeführt (Bild rechts).

Die Vergleiche zwischen Theorie und Experiment waren zufriedenstellend.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mit Hilfe des abgesicherten Rechenverfahrens wurde eine Parameterstudie durchführt, mit dem Ziel die praktische Durchführung des Nachweises zu vereinfachen. Hierbei wurde eine große Zahl von Parametern variiert.

Das Ergebnis, das auch in den Eurocode 3, Teil 3: (Masts, towers and Chimneys) übernommen wurde, lautet:

(Annex D: Guy rupture):
D.4

(1) Die dynamischen Schnittkräfte im Mast infolge eines Seilbruchs können auf sicherer Seite durch die folgende statische Berechnung ermittelt werden:

(2) Die horizontale Seilkraftkomponente im Seil vor dem Bruch des Seils muss in umgekehrter Richtung als zusätzliche Belastung auf den Mast ohne das gebrochene Seil angesetzt werden.

(3) Die sich ergebenden Seilkräfte müssen bei Masten mit 2 Abspannungen oder bei Bruch eines obersten Seils mit dem Faktor 1,3 multipliziert werden.

Dahinter steht die einfache Überlegung, dass ein System mit sprunghafter Kraftänderung einen dynamischen Vergrößerungsfaktor von maximal 2,0 hat. Im vorliegenden Fall ergibt sich der Faktor 2 zum einen aus dem fehlenden Seil zum anderen aus der gleichzeitig angesetzten Kraft in Gegenrichtung der Seilstützung.