Prognose der Langzeitverformungen für Gründungen von Offshore-Windenergieanlagen mit einem Akkumulationsmodell

Die Abschätzung der Langzeitverformungen für Gründungen von Offshore- Windenergieanlagen (OWEA) stellt ein nach wie vor ungelöstes Problem dar. Für einzelne Gründungstypen (z. B. Monopiles) wurden zwischenzeitlich einfache Rechenmodelle vorgeschlagen, deren Validierung jedoch - wie auch im Fall der in diesem Beitrag beschriebenen Methode - für den Prototyp-Maßstab noch aussteht. Der Beitrag beschreibt die Abschätzung der Langzeitverformungen von OWEA-Gründungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FE) unter Anwendung eines speziell für hochzyklische Belastungen entwickelten Akkumulationsmodells. Die Vorteile gegenüber den einfachen Ingenieurmodellen liegen u. a. in der Anwendbarkeit auf beliebige Gründungssysteme und -geometrien (für Monopiles und Flachgründungen geeignet) sowie in der bodenmechanisch fundierten Beschreibung des Stoffverhaltens auf Basis zahlreicher zyklischer Laborversuche. Im Gegensatz zu Modellen mit entkoppelten Federn werden die Interaktion benachbarter Bodenbereiche sowie Zustandsänderungen im Boden während der zyklischen Belastung berücksichtigt. Nach einer einfachen Darstellung der Rechenprozedur und der Gleichungen werden die Kalibrierung der Materialparameter aus zyklischen Versuchen am Beispiel eines offshore-typischen Feinsandes sowie die vereinfachte Abschätzung der Parameter anhand der Korngrößenverteilungskurve erläutert. Neben einer Diskussion der Vorgehensweise für Zyklenpakete werden exemplarische FE-Berechnungen an Monopile- und Schwergewichtsgründungen gezeigt.

Prediction of long-term deformations for offshore wind power plant foundations using an accumulation model.
The estimation of long-term deformations for offshore wind power plant foundations (OWPP) is still an unsolved problem. For certain foundation types (e.g. monopiles) simple models have been proposed which still have to be validated for the prototype scale - similar to the method proposed in this paper. The paper describes the estimation of long-term deformations of OWPP foundations by means of the finite-element method (FE) using an accumulation model specially developed for high-cyclic loading. The advantages, compared to the simple engineering models, are the applicability to arbitrary foundation systems and geometries (applicable to monopiles and shallow foundations) and the sound description of soil behaviour based on numerous cyclic laboratory tests. In contrast to models using decoupled springs, the interaction between adjacent soil zones and changes of the soil state parameters during cyclic loading are considered. After a simple presentation of the calculation strategy and the model equations, the calibration of the material parameters from cyclic tests is shown exemplary for an offshore-typical fine sand. The simplified estimation of the parameters based on the grain size distribution curve is also explained. Beside a discussion of the procedure for packages of cycles, exemplary FE-calculations of monopile and gravity foundations are shown.