Ein Bemessungsmodell für Monopilegründungen unter zyklischen Horizontallasten

Abstract

Monopiles werden als Gründungen für die Offshore‐Windenergieanlagen (OWEA) in Nord‐ und Ostsee geplant und eingesetzt. Die Monopilegründungen werden neben den statischen Lasten insbesondere durch die hochzyklischen Horizontalbelastungen aus Wind und Wellengang beansprucht. Aufgrund der zyklischen Belastungen findet eine Akkumulation der Bodenverformungen und gleichzeitig auch der bleibenden Pfahlverschiebungen statt, die derzeit mit einem praxistauglichen Verfahren zuverlässig nicht quantifiziert werden können. Im vorliegenden Aufsatz wird ein anwendungsorientiertes Bemessungsmodell vorgestellt, welches unter Verwendung von statischen und zyklischen Triaxialversuchen eine Prognose der Verschiebungen von Monopiles unter zyklischen Horizontallasten mit variierenden Belastungsamplituden ermöglicht. Die Verifikation des vorgestellten Modells erfolgt durch eine Reihe von Monopileversuchen, die in der Geotechnischen Versuchsgrube der TU Berlin durchgeführten wurden. Die Anwendbarkeit des Modells zur Ermittlung der über die Nutzungsdauer einer OWEA zu erwartenden Verschiebungen der Monopilegründung wird anhand einer Beispielrechnung gezeigt.A design model for monopile foundations under cyclic horizontal loads. Monopiles are used and planned for foundations of offshore wind power turbines in the Northern and Baltic Sea. Besides the static loads, these piles are also subjected to high numbers of cyclic horizontal loads due to wind and water waves. The accumulation of soil deformations and pile displacements due to cyclic loads can not be reliably calculated based on current design methods. The paper presents a practical design approach for the prediction of monopile displacements due to irregular cyclic horizontal loads which can be suitably calibrated by means of static and cyclic triaxial test results. The design approach has been validated with results from monopile load tests. The practical application of the proposed method demonstrates its usefulness for the prediction of monopile displacements over the service lifetime of an offshore wind power turbine.