Nachweisverfahren zur Tragfähigkeit überwiegend axial beanspruchter Grouted Joints in Offshore-Tragstrukturen

Grout verfüllte Rohr-in-Rohr-Steckverbindungen, so genannte Grouted Joints, in aufgelösten Unterstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen in großen Wassertiefen verfügen installationsbedingt über große Spaltmaße und werden maßgeblich durch Axiallasten beansprucht. Der Nachweis ausreichender Trag- und Ermüdungsfestigkeit dieser Grout-Verbindung erfolgt derzeit mittels in Offshore-Richtlinien vorgeschlagenen Ingenieurmodellen und Nachweiskonzepten. Ursprung der Ingenieurmodelle für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit sind maßstäbliche Versuche unter Axial- und Biegebeanspruchung an Grouted Joints mit Portlandzement-Füllung. Anhand der für definierte Gültigkeitsgrenzen verwendbaren Ingenieurmodelle werden die Druckstrebentragfähigkeit sowie das Versagen der Groutmatrix untersucht. Bei von den Gültigkeitsgrenzen abweichender Geometrie sowie bei Einsatz moderner Hochleistungsgrouts zeigen die Ergebnisse der Modelle signifikante Abweichung zu den tatsächlichen Tragfähigkeiten. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein weiterentwickeltes mechanisches Ingenieurmodell vorgestellt, mit dem die Tragfähigkeiten moderner Groutmaterialien sowie Einflüsse der Umschnürungswirkung der Stahlrohre zutreffend berechnet werden können und eine einfache Abschätzung der Tragfähigkeit axial beanspruchter Grouted Joints in Offshore-Tragstrukturen ermöglicht wird.

Design of axially loaded grouted joints of offshore support structures.
Grouted joints in spatial substructures of offshore wind turbines in deeper waters are prevailing axially loaded and due to installation procedures equipped with large grout annulus. Current design standards recommend the verification of the structural and fatigue behaviour using engineering models. The engineering models originate from empirical analyses and scaled tests including combined loading with Portland cement core for defined ranges of validity. The design with these formulae includes the calculation of the compression strut and the grout matrix failure. In case of deviating geometries or use of ultra high performance grouts, the actual axial strength of grouted joints is underestimated. Within this paper an enhanced engineering model based on simple structural mechanics is presented which incorporates influences of high performance grouts and confinement effects. Thus, an appropriate estimation of the axial strength for axially loaded grouted joints in offshore substructures is possible.