Anwendungsorientiertes Bemessungs- und Überwachungsmodell für Gründungskonstruktionen von Offshore-Windenergieanlagen unter zyklischer Belastung

Projektleiter:
BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Fachgruppe VII.2 (www.bam.de)

Für die Konstruktion von Offshore-Windkraftanlagen gibt es die Gründung betreffend zahlreiche offene Fragen. Die Gründung spielt eine Schlüsselrolle bei der Sicherheit des Gesamtsystems, so können beispielsweise übermäßige Deformationen oder Änderungen in der Steifigkeit des Baugrundes die Gebrauchstauglichkeit der Anlage beeinflussen oder sogar zum Versagen der Gesamtstruktur führen. Unklar ist auch der Effekt zyklischer und dynamischer Belastungen aus Wind, Wellen und Betrieb auf das Verhalten des Fundamentes für die zu erwartenden Pfahldimensionen der verschiedenen Gründungsarten und Baugrundeigenschaften.

Ziel dieses Projektes ist die Bereitstellung von Analysekriterien für die Auswahl geeigneter Gründungssysteme (Monopile, Tripod, Jacket, etc.) für Offshore-Windkraftanlagen: Hierzu werden Berechnungsmethoden und Bemessungsmodelle für die unterschiedlichen Gründungen entwickelt.

Aus Modellversuchen unterschiedlichen Maßstabs (1:32, 1:100) erhalten wir Informationen zur Entwicklung signifikanter Parameter der Bettung (Steifigkeit, Porenwasserdruck, axiale Lastübertragung, etc.) unter zyklischer Last. Parallel wird ein numerisches Modell mit einem hochwertigen konstitutiven Stoffgesetz entwickelt und an Laborversuchen kalibriert, um den Einfluss des Porenwasserdruckes auf das Systemverhalten zu untersuchen. Die Ergebnisse der Modellversuche, das numerische Modell und der derzeitige Stand der Wissenschaft sollen zu für den Ingenieur praktikablen Bemessungsmethoden führen.

Die Validierung der Modelle und Verfahren erfolgt durch Messungen an einem realen Tripodfundament im Offshore-Testfeld Alpha-Ventus. Eine Hauptaufgabe des Projektes wird die Installation von ramm- und seewasserfesten Dehnungssmessungen über die gesamte Pfahllänge sein. Durch die Dehnungsmessungen erhält man Informationen zur Interaktion zwischen axialer Lastübertragung (Mantelreibungs- und Spitzenwiderstand) und lateraler Bettung des quasi-statischen und dynamischen Systems unter regulärer zyklischer Belastung und Extremereignissen.

Die Ergebnisse dieses Projektes erhöhen die Sicherheit und Verfügbarkeit von Offshore-Windenergieanlagen und reduzieren gleichzeitig die Kosten für Inspektionen und Instandhaltung.

Offene Fragen:

  • Wie zutreffend sind die Annahmen zum Langzeitverhalten der Gründungen?
  • Welchen Einfluss haben Porenwasserdrücke auf den Pfahlwiderstand?
  • Wie verhält sich der Pfahl unter kombinierten zyklischen vertikalen und lateralen Lasten?

Literatur:

  • Rücker, W. (2007): Offshore wind energy plants: Problems and possible solutions. Proc. EVACES 2007 conference in Porto, Portugal.
  • Rohrmann, R. G.; Rücker, W.; Thöns, S. (2007): Integrated Monitoring Systems for Offshore Wind Turbines. Proc. 6th International Workshop on Structural Health Monitoring, 11-13 September, 2007, Stanford, USA
  • Tasan, H.E.; Rackwitz, F.; Savidis, S.A. (2007): Modellversuche in der Geotechnischen Versuchsgrube zur Untersuchung des Tragverhaltens von Offshore-Monopilegründungen. Veröffentlichungen des Grundbauinstitutes der Technischen Universität Berlin, Heft 41, S.197-213.

Partner und Kontakt:

  • Prof. Dr. Werner Rücker (werner.ruecker(at)bam.de)
  • Matthias Baeßler (matthias.baessler(at)bam.de)
  • BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Fachgruppe VII.2, Ingenieurbau, Unter den Eichen 87, D-12205 Berlin (www.bam.de)
  • TUB, Technische Universität Berlin (http://www.grundbau.tu-berlin.de/)
  • Adwen GmbH (www.adwenoffshore.com)

Bilder:


Bild 1: Einfluss des Porenwasserdruckes auf das Pfahlverhalten


Bild 2: Pfahlverhalten an einer Tripod-Gründung. Instrumentierung am Pfahl


Bild 3: Versuchsaufbau für einen Modellversuch Maßstab 1:32

Publikationen des Projektes

Die Publikationsliste von RAVE Fundamente finden Sie hier: Fundamente - BAM