Akkumulation lateraler Verformungen von Pfählen unter allgemeinen zyklischen Schwell- und Wechsellasten (Teil 1 & 2)

Beschreibung: 

Pfähle relativ großer Durchmesser werden häufig auch zur Abtragung horizontaler bzw. lateraler Belastungen herangezogen. Solche Belastungen sind meist veränderlich und somit als zyklisch zu berücksichtigen. In besonderer Weise gilt dies für Offshorepfähle, welche durch Wind- und Wellenbeanspruchung intensiv, d.h. mit hohen Lastwechselzahlen, zyklisch beansprucht werden. Zyklische Horizontalbelastungen führen zu einer Akkumulation bleibender Verformungen des Pfahls und damit zu einer Schiefstellung. Obwohl dieses Phänomen seit langem bekannt ist, war die genaue Prognose solcher akkumulierter Verformungen bis vor einiger Zeit nicht Gegenstand des praktischen Interesses. Dies gilt trotz der intensiven zyklischen Belastungen auch für die Offshorepraxis, da Pfähle für übliche Offshorekonstruktionen wie z.B. Bohrplattformen in aller Regel durch hohe Vertikallasten beansprucht werden und die (zyklischen) Horizontalkräfte deshalb nur von untergeordneter Bedeutung sind.

Für Pfähle zur Gründung von Offshore-Windenergieanlagen ist dies jedoch grundlegend anders. Insbesondere bei Monopilegründungen haben die Horizontalkräfte aus Wind und Wellen die gleiche Größenordnung wie die aus dem Eigengewicht des Turms resultierenden Vertikalkräfte. Die Horizontalkräfte bestimmen dadurch die Pfahlbemessung. Darüber hinaus gelten für Windenergietürme relativ enge Toleranzen hinsichtlich einer bleibenden Schiefstellung. Eine zuverlässige, die jeweiligen System- und Randbedingungen berücksichtigende Vorhersage der über die Lebensdauer der Struktur akkumulierten bleibenden Schiefstellungen ist entsprechend ausschlaggebend für die wirtschaftliche und gleichzeitig sichere Auslegung solcher Pfahlgründungen.

Ziel des Forschungsprojekts war die experimentelle Ermittlung der relevanten Systemeigenschaften und Lastparameter, welche die Größe der Verformungsakkumulation von Monopiles maßgebend beeinflussen. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus einer Vielzahl von kleinmaßstäblichen Modellversuchsreihen sowie zusätzlichen Anschauungsversuchen unter Anwendung der sogenannten Particle Image Velocimetry soll ein neuer Berechnungsansatz zur Prognose bleibender Verformungen von Monopilegründungen entwickelt werden.