Wellenbeanspruchung auf hydrodynamisch kompakte Betonstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen

Für die Ermittlung von Wellen- und Strömungslasten auf Offshore-Gründungskonstruktionen wird häufig die Morison-Gleichung verwendet. Diffraktionseffekte und vertikale Kraftanteile werden von ihr nicht berücksichtigt. Dass dies nicht nur an hydrodynamisch kompakten Gründungsstrukturen zu unsicheren Ergebnissen führen kann, wird durch Vergleichsrechnungen nach Morison sowie mittels CFD-Methoden an einer Schwergewichtsgründung gezeigt. Für möglichst realistische Wellenzüge werden hierzu maßgebende Wellenparameter aus langjährigen Messzeitreihen bestimmt und in vergleichenden hydrodynamischen Analysen angesetzt. An definierten Punkten der Struktur werden die resultierenden Schubkräfte und Momente beider Verfahren für eine häufig auftretende Welle moderater Abmessungen und eine Extremwelle verglichen. Hierbei werden auch bei im Verhältnis zur Struktur sehr großen Wellen Effekte bei der Umströmung aufgezeigt, welche zu einer signifikanten Erhöhung der Beanspruchung führen. In einer alleinigen Berechnung nach Morison werden diese Effekte nicht detektiert.

Wave loads on hydrodynamically compact concrete structures for offshore wind turbines
Frequently the Morison equation is used to determine wave and current loads on offshore foundations. This approach does not consider diffraction effects and vertical load components. It is demonstrated that it may lead to uncertain results not only for hydrodynamically compact foundation structures by comparative calculations according to Morison equation and CFD methods on a gravity base foundation. Characteristic wave parameters are determined from long measurement time series for realistic wave trains. They are recognized in the comparative calculations. The shear forces and moments resulting from a frequently occurring and an extreme wave are compared for both methods at defined points of the structure. Flow effects which lead to significantly increasing loads can be detected even for very large waves in relation to the structure. These effects are not detected in calculations according to Morison equation.