Zur Verformungsprognose von Monopile-Gründungen infolge zyklischer Belastung mit veränderlicher Amplitude

Die Gründungen von Offshore-Wind-Energie-Anlagen (OWEA) sollen nach dem gesicherten aktuellen Stand des Wissens dimensioniert werden, der allerdings noch nicht als Stand der Technik bezeichnet werden kann. Eine Art der Gründung solcher OWEA ist die sog. Monopile-Gründung, die Pfahldurchmesser von bis zu 7 m aufweist. Die Belastung dieser Gründungsstrukturen resultiert aus Wind und Wellen und ist hauptsächlich in horizontaler Richtung. Es liegen zwischenzeitlich Ergebnisse von Modellversuchen vor, die das Verhalten solcher Monopile-Strukturen sowie einige physikalische Phänomene wiedergeben und Modelle, die das hochzyklische Verhalten von Monopiles beschreiben. Parallel hierzu wurden in den neuen EA-Pfähle [1] Methoden vorgeschlagen, die zur Dimensionierung oder Beurteilung des Verformungsverhaltens solcher Strukturen benutzt werden sollten. Im Rahmen von Genehmigungsverfahren [2] wird auf die in [1] angegebenen Verfahren zurückgegriffen. Dieser Beitrag setzt sich kritisch mit der in [1] empfohlenen Vorgehensweise für die Monopiles auseinander. Der Beitrag erläutert weiterhin, dass die Gleichungen der EA-Pfähle [1] entgegen der dort aufgestellten Behauptung den Ansatz der Dehnungssuperposition nach Stewart [3] für drei oder mehr Zyklenpakete nicht zutreffend umsetzen und daher einer Revision bedürfen. Anhand eines einfachen Beispiels ist bereits auch in [4] gezeigt worden, dass die vereinzelt in der Literatur verwendete “Strain Hardening”-Methode ungeeignet ist. Der vorliegende Beitrag legt insbesondere das Gewicht auf die zyklische Belastung mit veränderlicher Amplitude.

On the deformation prediction of monopile foundations due to cyclic loading of varying amplitude
The foundations of the offshore wind turbines should be designed according to the latest scientific knowledge. Monopiles showing 6-7 m in diameter represent one kind of such foundation structure. The main loading acting on those foundations is horizontal resulting from the wind and wave action. Meanwhile sufficient numbers of model tests have been carried out, theoretical models are available describing the physical phenomena governing the monopole behavior under high cycle loading are available as well. In parallel the existing recommendations [1, 2] describe methods for the design and prediction of the performance of those foundation structures. The paper attempts in a critical review of the in [1] proposed formulas and methods to describe their drawback especially in the case of more than two cyclic amplitudes. It is shown that the deformation superposition has to be revised in order to fulfill the superposition principles as given by Stewart [3]. Using a simple example as already published in [4] it is shown that the strain hardening method used in the literature is unsuitable to solve the problem under consideration. In the paper particular attention is paid to the prediction models for the monopile structure under cyclic loading with varying amplitude.