Stochastic modelling of wind and wave induced loads on jacket piles

Support structures for offshore wind turbines are loaded by wind and waves. In deeper water so-called jacket substructures are used, which use driven piles as foundations. In around 40 m water depth and for wind turbines of the 5MW class, these piles are approximately loaded equally by wind and waves.
This paper presents investigations into the superposition of the stochastic processes wind and waves. The response statistics due to turbulent wind loading are analysed in detail. For stochastic wave loading a method is given which allows for the consideration of the nonlinearity of large waves in the time domain. A simple approach to determine design loads for combined wind and wave loading is outlined at the end of this paper.

Stochastische Modellierung von durch Wind und Wellen induzierte Lasten auf Jacket-Gründungspfähle.
Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen werden durch Wind und Wellen belastet. In größeren Wassertiefen werden fachwerkartige Strukturen, so genannte Jackets, eingesetzt, die mit Rammpfählen im Meeresgrund verankert sind. Die Belastung dieser Pfähle wird bei Wassertiefen um die 40 m und Windenergieanlagen der 5-MW-Klasse in etwa gleichermaßen durch Wind und Wellen beansprucht.
In diesem Beitrag werden Untersuchungen zur Überlagerung der beiden stochastischen Prozesse Wind und Welle vorgestellt. Es wird auf die Extremwertstatistik der dynamischen Systemantwort infolge der turbulenten Windeinwirkung detailliert eingegangen. Bezüglich des stochastischen Seegangs wird eine Methodik vorgestellt, mit der die nichtlinearen Eigenschaften großer Wellen für eine Überlagerung im Zeitbereich berücksichtigt werden können. Abschließend wird ein einfacher Ansatz präsentiert, der für die Ermittlung der Bemessungslasten infolge von Wind und Wellen verwendet werden kann.