Bemessung von Monopiles für die Gründung von Offshore‐Windenergieanlagen

Abstract

Monopiles sind die bevorzugte Gründungsvariante für Offshore‐Windenergieanlagen bei moderaten Wassertiefen. Hinsichtlich der Erfassung des Systemverhaltens im Rahmen der Bemessung bestehen jedoch einige Unsicherheiten bzw. offene Fragen. Zum einen stellt sich die Frage, ob die p‐y‐Methode als bislang übliches Berechnungsverfahren für Pfähle sehr großer Durchmesser angewandt werden kann, zum anderen ist unklar, wie von der Genehmigungsbehörde geforderte explizite Nachweise des Tragverhaltens unter zyklischen Lasten erbracht werden können. Im Aufsatz wird der Stand der Technik und des Wissens zur Bemessung und zum Tragverhalten von Monopiles dargestellt und diskutiert, und offene Fragen bzw. Forschungsbedarf werden aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Konzepte zur praktischen Bemessung vorgestellt. Design of monopile foundations for offshore wind energy converters – Concepts and open questions. Monopiles are the favorized variant of the foundation of offshore wind energy converters at moderate water depths. However, some open questions and uncertainties exist regarding the analysis of the behavior of a monopile foundation in the scope of the design. It is questionable whether the usually applied p‐y method is suitable for the calculation of the behavior of piles with very large diameter. Moreover, it is uncertain how explicit proofs of the monopile behavior under cyclic loads, which are required by the approving authority, can be carried out. In the paper at hand, the state of knowledge regarding behavior and design of monopiles is presented and discussed, and open questions and research needs are identified. Based on that, concepts for practical design are proposed.

Ein Modell zur Berechnung des Verformungsverhaltens von horizontal hochzyklisch beanspruchten Pfählen

“…Achmus entwickelt ein sog. „soil degradation model” (SDM), welches auf einer Reduktion der Steifigkeit des Bodens in Abhängigkeit des zyklischen Spannungsverhältnisses und der Anzahl der Belastungszyklen basiert.…”

“…„soil degradation model” (SDM), welches auf einer Reduktion der Steifigkeit des Bodens in Abhängigkeit des zyklischen Spannungsverhältnisses und der Anzahl der Belastungszyklen basiert. Die Hauptannahme des Prognosemodells nach ist der Einfluss des zyklischen Spannungsverhältnisses auf die bleibende Dehnung. Eigene Versuche bestätigen diese Annahme nicht.…”

“…Als eine weitere Alternative wird die p ‐ y ‐Methode angesehen, welche seit Jahren in der Praxis für die statische Berechnung von Pfählen mit Durchmessern D ≤ 2 m eingesetzt wird. Aufgrund der Tatsache, dass die maximale Bettungsreaktion bei der p ‐ y ‐Methode für Pfähle großen Durchmessers ( D ≈ 5 m) erhebliche Abweichungen vom räumlichen Erdwiderstand nach DIN 4085 aufweist , wird die Anwendung dieses Verfahrens eingeschränkt und macht außerdem die Berechnungsergebnisse fragwürdig. Aus diesem Grund wird die p ‐ y ‐Methode hier nicht benutzt.…”

Pushing the limits – mega monopile foundations for offshore wind turbines

“…The effect that large pile diameters have on the subgrade stiffness must in any case be adequately accounted for in the analysis. Since the p-y method is not calibrated for monopiles with a large diameter, some authors have developed 3D models to be able to consider the pile-soil interaction with a higher degree of accuracy ( [7], [8]). It appeared that the p-y method tends to overestimate the subgrade stiffness moderately for increasing pile diameters.…”

Bewertung statischer p‐y‐Ansätze für lateral belastete Pfähle in weichem Ton

“…Beim SLS‐Nachweis ist zudem die zyklische Verformungsakkumulation für die Einhaltung der Verformungstoleranzen zu beachten. Darüber hinaus ist auch das Schwingungsverhalten der Gesamtanlage und damit die Gründungssteifigkeit bei wiederkehrender Belastung bemessungsrelevant . Hierbei ist sowohl für den Nachweis der zulässigen Eigenfrequenz (NFA) als auch für den Ermüdungsnachweis (FLS) der Stahlkonstruktion der Bereich vergleichsweiser geringer Lasten maßgebend.…”