Design of grouted connections for monopile offshore structures

During the last years, offshore wind turbine structures were reported to settle on the monopile structure and the resulting force flow in the structures was different to that intended at the design stage. A joint industry project was therefore carried out by Det Norske Veritas (DNV) to investigate the structural capacity of these connections from autumn 2009 to January 2011. It was found that the axial capacity of the grouted connections is a more sensitive function to the diameter and surface tolerances than that accounted for in existing design standards. Based on this experience a design procedure with conical shaped connections was developed. In January 2011 another joint industry project on capacity of cylindrical shaped grouted connections with shear keys was initiated. In this project analytical design equations have been developed both for the Ultimate Limit State and the Fatigue Limit State. The recommended design methodology has been supported by a number of laboratory tests. Some of the main results and recommendations for design of grouted connections in monopiles from these projects are presented in this paper.

Bemessung von Grout-Verbindungen für Monopile-Offshore-Tragstrukturen - Ergebnisse von zwei Industrie-Gemeinschaftsprojekten.
In den letzten Jahren wurden an Offshore-Windenergieanlagen Setzungen im Bereich der Grout-Verbindungen in Monopile-Tragstrukturen festgestellt, in Folge derer der tatsächliche Kraftfluss vom ursprünglichen Design abweicht. Aus diesem Grund wurde vom Det Norske Veritas (DNV) zwischen Herbst 2009 und Januar 2011 ein Gemeinschaftsprojekt mit der Industrie durchgeführt, in dem die Tragfähigkeit dieser Verbindungen untersucht wurde. Dabei wurde festgestellt, dass die axiale Tragfähigkeit der Grout-Verbindungen deutlich stärker von Durchmesser und Oberflächentoleranz abhängig ist als bisher angenommen. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse wurden zunächst Entwurfsmethoden für konische Grout-Verbindungen entwickelt. Im Januar 2011 wurde ein weiteres Gemeinschaftsprojekt mit der Industrie zur Tragfähigkeit zylindrischer Grout-Verbindungen mit Schubrippen initiiert, in dem ebenfalls Ingenieurmodelle für die Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und Ermüdung entwickelt wurden. Diese Modelle wurden durch Labortests bestätigt. Dieser Beitrag berichtet über die wesentlichen, in den Joint Industry-Projekten erzielten Ergebnisse und Empfehlungen für den Entwurf von Grout-Verbindungen in Monopiles.