Monopilegründungen von Offshore-Windenergieanlagen: Fid-Bau Portal

Monopilegründungen von Offshore-Windenergieanlagen

Grabe, Jürgen / Mahutka, Klaus-Peter / Dührkop, Jan

Bei der Gründung von Offshore-Windenergieanlagen mit Monopiles (Einzelpfähle mit Durchmessern von 5 m bis 8 m) stellt die große Momenten- und Horizontalkraftbelastung und deren zyklisches Auftreten eine besondere Herausforderung an die Prognose der Pfahlverformungen dar. Für ein System mit beispielhaften Abmessungen, Baugrundverhältnissen und Belastungen werden die konventionellen Verfahren zur Berechnung der horizontalen Pfahltragfähigkeit und -verformung, Bettungsmodulverfahren und API-Verfahren, mit den Ergebnissen einer 3D-FE-Analyse verglichen. Es zeigt sich, daß die konventionellen Verfahren für die Prognose der Verformungen im Gebrauchszustand, also deutlich unterhalb der Grenzlast, für dieses Beispiel unzureichend sind. Die Verteilung des Bettungsmoduls über die Tiefe wird mit keinem der Verfahren zutreffend abgebildet. Des weiteren wird die Veränderung des Bettungsmoduls über mehrere Zyklen für Schwell- und Wechselbelastungen untersucht. Vor allem bei einer Schwellast wird der auf den Ausgangszustand bezogene Bettungsmodul mit jedem Zyklus verändert. Die Verschiebung des Pfahlkopfes steigt auch nach 20 Belastungszyklen noch an. Der aus der ödometrischen Steifigkeit des Bodens abgeleitete Bettungsmodul ist zur Prognose der Pfahlverformungen insbesondere bei zyklischer Last fragwürdig. Da eine komplexe Pfahl-Boden-Interaktion vorliegt, ist es nicht möglich, eine allgemeingültige Empfehlung zum Ansatz des Bettungsmodulverlaufs anzugeben. Im realen System spielen darüberhinaus noch die Porenzahl und die Veränderung des Bodens im Nahfeld des Pfahls durch die Bildung von Porenwasserüberdrücken eine nicht unwesentliche Rolle. Hier besteht insbesondere in Anbetracht der geplanten Investitionen erheblicher Forschungsbedarf.