Experimentelle Untersuchung der Verformungsakkumulation eines Flachgründungsmodells von Offshore-Windenergieanlagen

Gründungen von Offshore-Windenergieanlagen sind im Laufe ihre Nutzungsdauer vielen Millionen von Lastwechseln ausgesetzt. Diese Wechselbeanspruchung kann zu Setzungen und Verdrehungen der Anlage führen, die die Gebrauchstauglichkeit beeinträchtigen. Das Verhalten von Flachgründungen bei solchen Beanspruchungen wurde bisher allerdings nur wenig erforscht. Daher wurden zahlreiche experimentelle Untersuchungen an einem kleinmaßstäblichen Flachfundament unter horizontaler zyklischer Belastung durchgeführt. Die in diesem Beitrag vorgestellten Modellversuche wurden auf einem trockenen Feinsand durchgeführt. Nach einer kurzen allgemeinen Einführung wird das experimentelle Setup vorgestellt. Es besteht aus einer speziell entworfenen Mess- und Belastungstechnik sowie einer Einrichtung zur Herstellung von Proben mit mitteldichter bis dichter Lagerung. Anschließend werden die Versuchsergebnisse vorgestellt. Untersucht wurden das Setzungs- und Verdrehungsverhalten unter ein- und mehrdimensionaler Beanspruchung und unter mehrstufiger Schwelllastbeanspruchung. Des Weiteren wurde das Verhalten nach einem einzelnen Großereignis, wie es beispielsweise eine sogenannte “freak wave“ darstellt, untersucht. Infolge eines darauf folgenden Zyklenpakets wurde der Abbau der aus dem Großereignis resultierenden Verdrehung beobachtet. Die Einflüsse auf diese Rückdrehung wurden systematisch untersucht, wobei sowohl Lastamplituden, -mittelwerte und -richtungen als auch die Lagerungsdichte des Bodens variiert wurden.

Experimental investigations on the deformations accumulation of a shallow foundation model for offshore wind turbines.
Foundations of offshore wind turbines are exposed to millions of load cycles during their service life. This cyclic loading can lead to settlements and rotations of the structure, affecting its serviceability. The behaviour of shallow foundations under such loading conditions has been rarely investigated so far. Thus, numerous experimental studies were performed on a small scale foundation model under horizontal cyclic loading. The focus of this contribution is on these model tests which were performed on dry fine sand. After a brief general introduction, the experimental setup is presented. It consists of a specially designed measuring and loading device, as well as a facility for the preparation of medium dense to dense samples. Afterwards the experimental results are presented. The settlement and rotation behaviour under single- and multi-dimensional loading as well as under multistage one-way loading was investigated. Furthermore, the behaviour after a single large wave event, like a so-called freak wave, was studied. Due to the subsequent cycle packages a reduction of rotations resulting from the strong event was observed. The influences on this backward rotation were investigated systematically. The effects of different load amplitudes, average loads, load directions and relative densities are discussed.