TY - JOUR A1 - Baeßler, Matthias A1 - Rücker, Werner A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Georgi, Steven A1 - Karabeliov, Krassimire T1 - Large-scale testing facility for cyclic axially loaded piles N2 - Offshore piles have to withstand predominantly cyclic axial loads when they are installed in multi-pile configurations, as in jacket foundations. The dimensions of the pile are governed by both the internal capacity and the fatigue behaviour of the steel cross-section as well as by its external capacity in the pile-soil interaction. Owing to the large numbers of piled foundations required for current and future offshore wind farms, there is an urgent need to optimize the dimensions and related costs of single piles. With regard to the pile capacity, two major topics of research are the determination of possible capacity gains due to pile ageing effects and proper consideration of cyclic degradation. In order to investigate both effects, a large-scale testing facility has been constructed at the BAM TTS site in Horstwalde near Berlin. This open-air facility allows large tubular driven piles to be loaded cyclically in both tension and compression while studying the ageing effects by introducing delays between the testing campaigns. First results already show a moderate increase in pile capacity over time. Concerning the anticipated capacity degradation of cyclically loaded piles, preliminary results show an unexpected behaviour. Additional tests are currently being conducted for further clarification. KW - Steel driven piles KW - Offshore foundations KW - Cyclic axial loading KW - Pile ageing KW - Large-scale field testing PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1002/stco.201310028 SN - 1867-0520 SN - 1867-0539 VL - 6 IS - 3 SP - 200 EP - 206 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-29535 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Baeßler, Matthias A1 - Georgi, Steven A1 - Rücker, Werner ED - Triantafyllidis, T. T1 - Special issues for the coupled transient simulation of laterally loaded offshore piles and novel experimental findings T2 - Workshop Gründung von Offshore-Windenergieanlagen CY - Karlsruhe, Germany KW - Offshore pile foundation KW - Cyclic lateral load KW - Pore pressure accumulation KW - Model testing PY - 2010 SN - 0453-3267 IS - 172 SP - 117 EP - 138 CY - Karlsruhe AN - OPUS4-24496 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baeßler, Matthias A1 - Bronsert, Jeffrey A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Rücker, Werner ED - Pombo, J. T1 - The stability of ballasted tracks supported on vibrating bridge decks, abutments and transition zones N2 - The track on bridges is affected by cyclic and dynamic action arising from the train passage and the reaction of the track supporting structure. Concerning the track, the current bridge design procedures include two major engineering tasks: On the one hand the stability of the track supported on the bridge deck has to be satisfied. In order to reduce the deterioration of the track the elasticity of the track has to be adapted for the stiff bridge deck. Furthermore, lateral stability has also to be satisfied. The vibration of the bridge structure has to be taken into account because it can affect the stability of the ballasted track. On the other hand the transition zone between bridge structure, abutment and the track on the subgrade is a matter of permanent concern. The changes in stiffness, in the dynamic behavior arising from the rolling stock and the relative deflection between the bridge structure and the abutment induce a nearly unavoidable problem for the long term behaviour on the track. BAM has conducted intensive experimental work to study the behaviour of the ballasted track on dynamically excited bridges. The state of the art is a design value for the deck acceleration of 0.35 g as established in the ENV 1991-1. In our experimental investigations the design value was verified. The influence of a frequency content higher than 30 Hz and of single vibration amplitudes on the track deterioration was evaluated. Both vertical and lateral stability were investigated. The influence of vibrations on the lateral stability can be more severe since the lateral stability could involve a sudden failure of the track. Furthermore, a simulation tool was developed to calculate the lateral stability on a vibrating bridge deck. For this simulation tool a parameter study was undertaken [1] where combinations of the curvature of the bridge-track system, the design temperature and the bridge deck vibrations were investigated. Parts of this study are incorporated in this paper. In a current research project the investigations are extended to the interaction of the train-track-dynamics and the long term behaviour of the transition zone. The main emphasis is on the integration of the possible deterioration of the structural components in the numerical modelling of the relevant structural elements of the vehicle, the bridge and bridge abutment structure. An outlook is given to a complete model for the assessment of the track behaviour at railway bridges. T2 - 1st international conference on railway technology: research, development and maintenance CY - Las Palmas, Gran Canaria, Spain DA - 18.04.2012 KW - Ballast KW - Acceleration KW - Bridge deck KW - Track deterioration KW - Track stability KW - Transition zone PY - 2012 SN - 978-1-905088-53-9 DO - https://doi.org/10.4203/ccp.98.13 SN - 1759-3433 N1 - Serientitel: Civil-Comp Proceedings – Series title: Civil-Comp Proceedings VL - 98 IS - Paper 13 SP - 1 EP - 20 PB - Civil Comp Press AN - OPUS4-26900 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Baeßler, Matthias A1 - Rücker, Werner T1 - Pore-pressure accumulation and soil softening around pile foundations for offshore wind turbines T2 - OMAE 2012 - 31st International conference on ocean, offshore and artic engineering CY - Rio de Janeiro, Brazil DA - 2012-07-01 KW - Offshore pile foundation KW - Cyclic loading KW - Coupled numerical modelling KW - Pore-pressure accumulation KW - Softening KW - Liquefaction PY - 2012 SN - 978-0-7918-4491-5 VL - 4 SP - 219 EP - 228 PB - ASME CY - New York, N.Y. AN - OPUS4-26738 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bronsert, Jeffrey A1 - Baeßler, Matthias A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Rücker, Werner T1 - Numerische Modellierung der Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung an Brückenübergängen unter Berücksichtigung des Langzeitverhaltens N2 - In diesem Beitrag wird ein grundsätzliches Untersuchungskonzept für den Schienengebundenen Verkehr in Bezug auf das langzeitliche Verhalten am Brückenübergang vorgestellt. Das damit verbundene Ziel ist die Entwicklung eines numerischen Modells zu entwickeln, dass sowohl das Langzeitverhalten wie auch das kurzzeitdynamische Verhalten beschreibt, um konstruktive Lösungen zu entwickeln und zu optimieren. In einer ersten Phase wird der Brückenübergang mittels der FEM mit zwei unterschiedlichen Randmodellierungen für das FE-Gebiet modelliert. Die Ergebnisse der Modellierung mit einer Visko-Elastischen Randmodellierung und einer Randmodellierung mittels der Scaled-Boundary-Finite-Element Methode, werden miteinander verglichen. Unterschiede in der Wirkung auf kurzzeitdynamische Kenngrößen werden gezeigt, die heranzuziehen sind, um insbesondere Setzungen im Hinterfüllungsbereich des Brückenwiderlagers abzuschätzen. T2 - 4. VDI-Fachtagung - Baudynamik 2012 CY - Kassel, Germany DA - 25.04.2012 PY - 2012 SN - 978-3-18-092160-0 SN - 0083-5560 N1 - Serientitel: VDI-Berichte – Series title: VDI-Berichte VL - 2160 SP - 157 EP - 170 PB - VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-26980 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Baeßler, Matthias A1 - Georgi, Steven A1 - Rücker, Werner T1 - Porenwasserdruckaufbau und Bodenentfestigung um Pfahlgründungen von Offshore-Windenergieanlagen N2 - Die Gründung von Offshore-Windenergieanlagen erfordert oft die Installation von Stahl-Pfählen mit großem Durchmesser, entweder als Monopile- oder Mehrpfahl-Konfiguration (Jacket, Tripod, usw.). In dieser Veröffentlichung werden die Auswirkungen einer zyklischen lateralen Belastung auf Offshore-Pfahlgründungen untersucht. Hierbei wird besonderes Augenmerk auf die Entwicklung des Porenwasserdrucks im umgebenden gesättigten Boden gelegt. Es wird gezeigt, dass der progressive Aufbau von Porenwasserdruck zu erheblichen Veränderungen des Verhaltens der Gründung unter externer Belastung führen kann, die die Stabilität bzw. Gebrauchstauglichkeit der Anlage potenziell gefährden. Dazu werden auch einige Effekte, die während eines realistischen Sturms von moderater Stärke entstehen, untersucht. Die transiente Abminderung der Gründungssteifigkeit wird hierbei thematisiert. Die genannten Aspekte wurden von den Autoren mittels eines gekoppelten zweiphasigen numerischen Modells der Offshore-Gründung untersucht. Das verwendete Stoffgesetz für den Boden, im Rahmen der Theorie der verallgemeinerten Plastizität, kann wichtige Merkmale von zyklischem Bodenverhalten reproduzieren, wie z. B. die Tendenz zu einer fortschreitenden Verdichtung unter zyklischer Belastung, die für Verflüssigungsphänomene unter undränierten Bedingungen verantwortlich ist. Die Notwendigkeit der Verwendung eines solchen Ansatzes wird hier anhand von Vergleichsberechnungen mit einem einfacheren Stoffmodell bzw. mit einem ungekoppelten Modell erörtet. Abschließend werden einige Implikationen der untersuchten Fragenstellungen für die praktische Bemessung von Offshore-Monopiles diskutiert und spezifische Empfehlungen gegeben.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- For the installation of wind turbines in the offshore environment and their foundation in the seabed it is customary to employ large-diameter steel piles, either in monopile or multi-pile configurations (jacket, tripod, etc. ...). The effects of cyclic lateral loading on the offshore piles and particularly the possibility of a progressive accumulation of residual pore water pressure within the saturated embedding soil are discussed in this article. Here it is shown that this can lead to significant changes of their behaviour under external loading, which can potentially compromise the foundation's stability or serviceability. Furthermore, some of the singular effects arising during a realistic storm of moderate magnitude as well as their potential for transient damages to the foundation's stiffness are addressed in the paper. For the investigation of these phenomena the authors have employed a coupled bi-phasic analytical model of the offshore foundation. The constitutive model employed for the seabed, in the frame of the theory of Generalized Plasticity, can reproduce some complex features of cyclic soil behaviour such as the tendency for a progressive densification under cyclic loading, which is responsible for the soil liquefaction phenomena in undrained conditions. Finally, some implications and specific recommendations for the design of offshore monopiles in the frame of the limit states are provided. KW - Porenwasserdruckaufbau KW - Offshore-Pfahlgründung KW - Belastung KW - Zyklische KW - Pore pressure build-up KW - Offshore pile foundation KW - Cyclic loading PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/bate.201200031 SN - 0932-8351 SN - 1437-0999 SN - 0005-6820 SN - 0341-1052 SN - 0932-6359 SN - 0932-8351 VL - 89 IS - 9 SP - 585 EP - 593 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-26981 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner T1 - Ermittlung der Tragfähigkeit von Offshore Rammpfählen unter zyklischer Belastung - Modellversuche, Großversuche, numerische Verfahren T2 - Hans-Lorenz Symposium 2012 CY - Berlin, Germany DA - 2012-10-11 PY - 2012 AN - OPUS4-27102 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Pastor, M. A1 - Mira, P. A1 - Fernández-Merodo, J.A. A1 - Baeßler, Matthias A1 - Rücker, Werner ED - Benz, T. ED - Nordal, S. T1 - Numerical investigations for the pile foundation of an offshore wind turbine under transient lateral load N2 - Numerical analysis can be useful for the investigation of important aspects of offshore foundation prototypes that otherwise could hardly be studied experimentally, like the evolution of pore-water pressure around the monopile foundation of an offshore wind turbine under extreme loading. A combination of mixed pressuredisplacement formulations along with a constitutive model for sands based on the Generalized Plasticity Theory can replicate accurately the soil behaviour in saturated conditions. However, additional issues must be taken into account in order to perform numerical simulations of offshore piles. Some implications of the Babuska-Brezzi restriction, as well as considerations about the pile-soil interface and suitable solution strategies are discussed here. Due to the high cost of the transient analysis, the parallel computation offers a promising perspective, but can be complex and needs to be implemented carefully in order to avoid a performance deterioration. A brief overview on current trends and functional software is given here. T2 - 7th European conference on numerical methods in geotechnical engineering (NUMGE 2010) CY - Trondheim, Norway DA - 2010-06-02 KW - Offshore pile foundation KW - Cyclic lateral load KW - Pore pressure accumulation PY - 2010 SN - 978-0-415-59239-0 SP - 913 EP - 919 PB - Taylor & Francis AN - OPUS4-21572 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner T1 - Offshoregründungen unter zyklischen Einwirkungen, Auswirkungen auf die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit T2 - VDI Fachkonferenz Offshore Windenergieanlagen CY - Bremerhaven, Germany DA - 2010-10-26 PY - 2010 AN - OPUS4-22408 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner T1 - Anwendungsorientiertes Bemessungs- und Überwachungsmodell für Pfahlgründungen von Offshore-Windenergieanlagen unter zyklischer Belastung T2 - Kick-off Meeting des Forschungsvorhabens "Gründungen von Offshore-Windenergieanlagen unter zyklischer Belastung", BAM CY - Berlin, Germany DA - 2008-01-29 PY - 2008 AN - OPUS4-18078 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner T1 - Anwendungsorientiertes Bemessungs- und Überwachungsmodell für Pfahlgründungen von Offshore-Windenergieanlagen unter zyklischer Belastung T2 - 2. Treffen des Arbeitskreises "Gründungen von Offshore-Windenergieanlagen", Technische Universität CY - Braunschweig, Germany DA - 2009-02-18 PY - 2009 AN - OPUS4-19051 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Baeßler, Matthias A1 - Rücker, Werner T1 - Ratcheting convective cells of sand grains around offshore piles under cyclic lateral loads N2 - Sand densification around the pile has traditionally been regarded as an explanation for the grain migration and soil subsidence that often occur around cyclic laterally loaded piles embedded in sand. Supported by new empirical evidence, this paper proposes that, additionally to some soil densification around the pile, the main cause for the continuous "steady-state" grain migration is a convective cell flow of sand grains in the vicinities of the pile head. Such convective flow would be caused by a ratcheting mechanism triggered by the cyclic low-frequency lateral displacements of the pile. Furthermore, the experimental results suggest that the limit between the convective cell and the static soil is marked by a distinct direct shear surface. This might shed some light into the complex phenomena related to the pile-soil interaction in the upper layers of the bedding, which are normally the main contributor for the lateral load-bearing capacity of piles. KW - Grain migration KW - Pile foundation KW - Cyclic lateral load KW - Ratcheting KW - Convection KW - Densification PY - 2009 DO - https://doi.org/10.1007/s10035-009-0153-3 SN - 1434-5021 SN - 1434-7636 SP - 1 EP - 12(?) PB - Springer CY - Berlin ; Heidelberg AN - OPUS4-20104 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bronsert, Jeffrey A1 - Baeßler, Matthias A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Rücker, Werner T1 - Bewertung und Optimierung von Brückenübergangsbereichen auf der Basis eines numerischen Modells für die Fahrzeug-Fahrweg-Brücken-Wechselwirkung N2 - In diesem Artikel wird ein 3D FE-Modell für den Brückenübergangsbereich vorgestellt, das eine Bewertung hinsichtlich des Langzeitverhaltens ermöglicht und an dem Optimierungsmaßnahmen diskutiert werden können. Bestandteile des numerischen Modells sind das Fahrzeug-Fahrwegmodell mit Brückenstruktur und eine Randformulierung mit der SBFEM. Die hier diskutierten Optimierungsmaßnahmen fokussieren sich auf eine reine Anpassung der Fahrwegsteifigkeit durch elastische Elemente auf der Brückenstruktur. T2 - 5. VDI-Fachtagung - Baudynamik 2015 CY - Kassel, Germany DA - 22.04.2015 PY - 2015 SN - 978-3-18-092244-7 N1 - Serientitel: VDI-Berichte – Series title: VDI-Berichte IS - 2244 SP - 247 EP - 258 PB - VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-35259 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Baeßler, Matthias A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Georgi, Steven A1 - Karabeliov, Krassimire A1 - Rücker, Werner A1 - Johnsen, Björn ED - Durstewitz, M. ED - Lange, B. T1 - „Neuland“ auf dem Meeresboden - Überwachungsverfahren und Bewertungsmodell für die Gründung von Offshore-Windenergieanlagen N2 - Offshore-Windenergie betritt Neuland, gerade bei der Gründung. Denn Windenergie auf See kann die Erfahrungen der gängigen Offshore-Konstruktionen der Öl- und Gasindustrie nur bedingt nutzen. Mehr als dort, versucht man bei der Offshore-Windenergie, die Gründungsabmessungen – insbesondere die Pfahllängen – soweit wie möglich zu reduzieren. Denn dies kann bei der hohen Anzahl der Windenergieanlagen erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. Andererseits wird die Standsicherheit der Gründungen durch den viel höheren Anteil an zyklischen Lasten gegenüber den gängigen Offshore- Strukturen in schwer einschätzbarer Weise zusätzlich gefährdet. Da Offshore-Windenergieanlagen in Serienfertigung produziert werden, wirkt sich hier jeder systematische Fehler bei der Gründung dann gleich als Serienfehler auf eine Vielzahl von Anlagen aus. Überwachung ist also angesagt – und das richtige Maß bei der Pfahlgründung, der am meisten verwendete Fundamenttyp bei Windenergieanlagen. KW - Offshore Windkraftanlagen KW - Pfahlgründungen KW - Überwachungsverfahren PY - 2016 SN - 978-3-658-09782-0 SN - 978-3-658-09783-7 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-658-09783-7 SP - 61 EP - 68 PB - Springer AN - OPUS4-39348 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Baeßler, Matthias A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Georgi, Steven A1 - Karabeliov, Krassimire A1 - Rücker, Werner A1 - Johnsen, Björn ED - Durstewitz, M. ED - Lange, B. T1 - Uncharted Territory on the Seabed - Monitoring Procedures and Assessment Model for the Foundations of Offshore Wind Turbines N2 - Offshore wind turbines enter unknown territory, especially where the foundations are concerned. This is because offshore wind power can only make use of the experience from the common offshore constructions used by the oil and gas industry to a limited extent. The offshore wind industry has tried to reduce foundation dimensions, especially the pile lengths, as much as possible compared with those of the oil and gas industry. This is because with the large number of wind turbines involved it can provide considerable economic advantages. On the other hand, the stability of the foundations is additionally at risk because due to the much larger number of cyclic loads they are subjected to it is very difficult to predict how they will behave. Since offshore wind farms are manufactured in series, every systematic fault in the foundation acts as a series fault for a large number of turbines. This calls for monitoring – and the right dimensions of pile foundation, the most common type of foundations used for wind turbines KW - Offshore wind turbines KW - Field tests KW - Axial pile capacity PY - 2017 SN - 978-3-662-53178-5 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-53179-2 SP - 61 EP - 67 PB - Springer AN - OPUS4-39341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Rücker, Werner A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Georgi, Steven A1 - Karabeliov, Krassimire A1 - Baeßler, Matthias A1 - Johnsen, Björn ED - Durstewitz, M. ED - Lange, B. T1 - Schieflagen bitte vermeiden N2 - Vieles ist möglich, auch auf dem Meeresboden. Wind und Wellen rütteln gemeinsam an der Gründung, den Fundamenten der Offshore-Windenergieanlagen. Hinzu kommen die „ganz normale“ Strömung sowie die in der Nordsee besonders ausgeprägten Gezeiten von Ebbe und Flut. Zudem kann am Meeresboden Porenwasserüberdruck entstehen, der den Boden lockern und im schlimmsten Fall bei Monopiles die Stabilität der gesamten Anlage ändern kann. Selbst wenn ein solcher in den Meeresboden gerammter Pfahl bis zu 8 Meter Durchmesser hat. Über die Hälfte der geplanten Offshore-Anlagen in Nord- und Ostsee werden mit Ein-Pfahl-Gründungen geplant, über 40 % sollen als Mehrpfahl-Gründungen, zum Beispiel als Tripod, ausgeführt werden. Von daher verdienen Pfahlgründungen und ihre Belastungen besondere Aufmerksamkeit. Denn eines gilt es im Anlagenbetrieb unbedingt zu vermeiden: Eine drohende Schiefstellung der Anlage KW - Windenergie KW - Offshore KW - Pfahlgründungen PY - 2016 SN - 978-3-658-09782-0 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-658-09783-7 SP - 53 EP - 59 AN - OPUS4-39344 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rogge, Andreas A1 - Rücker, Werner A1 - Baeßler, Matthias T1 - Tragverhalten und Zustandsbewertung von Offshore-Windenergieanlagen unter hochzyklischer Beanspruchung N2 - Die hochzyklischen Einwirkungen auf Offshore-Windenergieanlagen führen zu bemessungsrelevanten Ermüdungsbeanspruchungen aller Anlagenteile einschließlich der baulichen Konstruktion. Daraus ergeben sich diverse Fragestellungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen, die hier beispielhaft am Langzeit-Verformungsverhalten der Gründungskonstruktionen dargestellt sind. Die dynamischen Eigenschaften haben erhebliche Konsequenzen für die konstruktive und betriebstechnische Auslegung der Anlagen. Eine geeignete Möglichkeit sowohl zur Erfassung des Langzeitverhaltens als auch zur Erkennung von Schädigungsvorgängen stellt das Structural Health Monitoring mit unmittelbarer Ergebnisbewertung dar. Ein geeignetes Messsystem und die erforderlichen Auswertungsroutinen wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickelt, vergleichend bewertet und im Originalmaßstab erprobt. KW - Gründung KW - Langzeitverhalten KW - Ermüdung KW - Schädigung KW - Monitoring PY - 2012 SN - 1431-5122 N1 - Serientitel: Berichte aus dem konstruktiven Ingenieurbau – Series title: Berichte aus dem konstruktiven Ingenieurbau VL - 12/4 SP - 227 EP - 234 AN - OPUS4-27055 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Karabeliov, Krassimire A1 - Baeßler, Matthias A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Rücker, Werner T1 - A method for system identification of a structure supported by nonlinear springs using evolutionary computing N2 - A mechanical structure supported by nonlinear springs subjected to an external load is considered. If all mechanical parameters of the system were known, the displacement of the system subjected to this load could be easily calculated. If not all of the parameters are known, but the load and the displacement are measured at one location, an inverse problem exists. In the presented problem the nonlinear springs are unknown and have to be determined. At first glance a problem needs to be solved, which is underdetermined due to the number of unknown variables. However, evolutionary computing can be applied to solve this inverse, nonlinear and multimodal problem. Sometimes a prior knowledge exists on certain system properties, which is difficult to implement into analytical or numerical solver. This knowledge can play a decisive role in identifying the system properties and it can be easily included as boundary condition when applying evolutionary algorithm. This article examines how and under what conditions the spring resistances can be identified. The procedure is exemplified at a mechanical system of a pile foundation. T2 - 2nd International conference on mathematical modeling in physical sciences 2013 CY - Prague, Czech Republic DA - 01.09.2013 PY - 2014 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-304531 UR - http://iopscience.iop.org/1742-6596/490/1/012095/pdf/1742-6596_490_1_012095.pdf DO - https://doi.org/10.1088/1742-6596/490/1/012095 SN - 1742-6588 SN - 1742-6596 VL - 490 IS - 012095 SP - 1 EP - 4 PB - IOP Publ. CY - Bristol, UK AN - OPUS4-30453 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Thöns, Sebastian A1 - Faber, M. H. A1 - Rücker, Werner T1 - Optimierung des Managements der Tragwerksintegrität für Offshore-Windenergieanlagen N2 - Dieser Artikel enthält aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich des überwachungsgestützten Managements der Tragwerksintegrität. Das Management der Tragwerksintegrität hat zum Ziel, die Funktionalität eines Tragwerks während des gesamten Lebenszyklus durch Einhaltung der Zielzuverlässigkeiten sicherzustellen. Ausgehend von Forschungsergebnissen über die Charakteristik von Überwachungsverfahren und -daten im Rahmen von Zuverlässigkeitsanalysen, wird ein Ansatz vorgestellt, wie die erwarteten Kosten für das Management der Tragwerksintegrität durch Überwachungsverfahren optimiert werden können. Dazu wird eine Kosten-Nutzen-Analyse für den Lebenszyklus einer Gründungstruktur von Offshore-Windenergieanlagen durchgeführt. Im Rahmen der Bayes'schen Entscheidungstheorie werden durch eine Prä-posteriori-Entscheidungsanalyse die optimalen Entscheidungsparameter für den Entwurf eines Überwachungssystems bestimmt. Als Fallstudie wird ein Überwachungssystem für die Gründungsstruktur eines Multibrid-M5000-Prototyps konzipiert und die mögliche Reduktion der Risiken und erwarteten Betriebskosten quantifiziert. N2 - This paper contains recent research results in the field of monitoring supported structural integrity management. The structural integrity management aims at ensuring the functioning of a structure throughout the life cycle by compliance with the target reliabilities. Building upon research results concerning the characteristics of monitoring techniques and data within the framework of reliability analyses, an approach is introduced for the optimisation of the expected structural integrity management costs by monitoring information. For this aim, a life cycle cost benefit analysis for offshore wind turbine support structures is formulated. The optimal monitoring decision parameters are then assessed utilizing the Bayesian pre-posterior decision theory. As a case study a monitoring system for a Multibrid M5000 offshore wind turbine prototype support structure is designed and possible reductions of the risks and expected costs are quantified. KW - Management der Tragwerksintegrität KW - Messunsicherheit KW - Tragwerkszuverlässigkeit KW - Bayes'sche Aktualisierung KW - Kosten-Nutzen-Analyse KW - Lebenszyklus KW - Structural integrity management KW - Measurement uncertainty KW - Structural reliability KW - Bayesian updating KW - Cost-benefit analysis KW - Life cycle KW - Bauwerkserhaltung/Sanierung - Maintenance and Repair KW - Meerestechnik - Offshore engineering KW - Stahlbau - Steel construction PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/bate.201200021 SN - 0932-8351 SN - 1437-0999 SN - 0005-6820 SN - 0341-1052 SN - 0932-6359 VL - 89 IS - 8 SP - 525 EP - 532 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-26313 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Thöns, Sebastian A1 - Faber, M.H. A1 - Rücker, Werner ED - Faber, M.H. ED - Köhler, J. ED - Nishijima, K. T1 - On the utilization of monitoring data in an ultimate limit state reliability analysis N2 - This paper describes a structural reliability analysis utilizing monitoring data in the ultimate limit state with consideration of the uncertainties of the monitoring procedure. For this purpose the uncertainties of the monitoring data are modeled utilizing a new framework for the determination of measurement uncertainties. The approach is based on a process equation and Statistical models of observations for the derivation of a posterior measurement uncertainty by Bayesian updating. This facilitates the quantification of a measurement uncertainty using all available data of the measurement process. For the reliability analysis in the ultimate limit state, monitoring data can be utilized as a loading model Information and as proof loading, i.e. resistance model Information. Both approaches are discussed with generic examples and it is shown that the modeling of monitoring data in a reliability analysis can result in a reduction of uncertainties and as a consequence in the reduction of the probability of failure. Furthermore, the proof loading concept is developed further to account for the uncertain characteristic of proof loading due to the measurement uncertainties which is consistent with the framework for the determination of measurement uncertainties. These approaches and findings can be utilized for the assessment of structures for life cycle extension and the design of monitoring Systems. T2 - ICASP 11 - 11th International conference on applications of statistics and probability in civil engineering CY - Zurich, Switzerland DA - 01.08.2011 PY - 2011 SN - 978-0-415-66986-3 SP - 1762 EP - 1769 PB - Taylor & Francis CY - London AN - OPUS4-24292 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rücker, Werner A1 - Bicker, S. A1 - Said, Samir A1 - Schmid, Wolfgang T1 - Structural investigations and monitoring results on a prototype of offshore wind turbines of multibrid M5000 series N2 - The concept and technical details of the implementation of the developed integrated monitoring system within the IMO-WIND project are presented. The tasks of the components of the system and its requirements are described. Selected results from the continuous monitoring during operation of the plant M5000_2 regarding the task design verification and dynamic structural analysis are given. T2 - DEWEK 2010 - 10th German wind energy conference CY - Bremen, Germany DA - 2010-11-17 KW - Integrated monitoring system KW - Offshore wind turbines KW - Design verification KW - Structural assessment KW - Limit values KW - Load transfer KW - Data management KW - Dynamic analysis KW - Rotor blades KW - Embedded sensors PY - 2011 IS - S03 SP - 1 EP - 5 PB - DEWI GmbH AN - OPUS4-23712 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rücker, Werner T1 - Integrated monitoring of offshore wind turbines - requirements, concepts and experiences N2 - Wind turbines on offshore sites (OWECs) are subjected to combined loads from wind and waves. These dynamic loads, with a frequency content within the range of the natural frequencies of the structures, cause fatigue-effective stresses in the substructures of wind turbines. Therefore, the examination of natural frequencies is an important part within the design process of wind turbines. The quality of the numerical models for such calculations is of great importance, since the certification guidelines permit only small uncertainties in modal analysis results. The accuracy of the parameters of the numerical model can only be achieved through a comparison of simulation results with corresponding test results. Therefore, it is necessary to measure the dynamic behaviour of all components of the wind turbines simultaneously. This is true not only for the design verification, but also for monitoring the OWECs in operation. The potential of integrated systems for monitoring-based maintenance optimisation should thus be used. KW - Offshore wind turbines KW - Integrated monitoring system KW - Structural assessment KW - Damage indicators KW - Dynamic loads KW - Data management PY - 2010 DO - https://doi.org/10.1080/15732470903068706 SN - 1573-2479 SN - 1744-8980 VL - 6 IS - 5 SP - 575 EP - 591 PB - Taylor & Francis CY - London AN - OPUS4-21452 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Rücker, Werner A1 - Faber, M.H. T1 - Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Baustrukturen in Offshore-Windenergie-Anlagen N2 - Das Bauwerk einer Windenergieanlage dient der Sicherstellung der Energieproduktion. Eine entsprechende Zuverlässigkeit der Struktur und deren permanente Bewertung und Unterhaltung ist dazu notwendig. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten der Bewertung des für die Struktur wichtigen Schädigungsmechanismus Ermüdung sowie dessen Überwachung in Zusammenhang mit Schädigungsindikatoren aufgezeigt. Dabei wird auf strukturmechanische, werkstoffmechanische und probabilistische Modelle sowie auf Messdaten eines Prototyps einer OWEA zurückgegriffen. Ausgehend von der gesamtdynamischen Berechnung wird die Zuverlässigkeit gemäß der Auslegung für den Schädigungsmechanismus Ermüdung durch ein Wöhlerlinienmodell berechnet. Damit werden ermüdungssensible Komponenten der Struktur identifiziert. Schädigungsindikatoren zur Überwachung der Ermüdungsfestigkeit werden auf Grundlage schädigungs-äquivalenter Dehnungen vorgestellt. Fatigue assessment of support structures for offshore wind energy converters. The structure of wind energy converters secures a reliable energy production. Hence an adequate reliability of the structure and additionally permanent assessment and maintenance is required. Within this paper methods for the assessment of the important damage mechanism fatigue in combination with monitoring of the fatigue reliability utilizing damage indicators are proposed. These methods comprise structural system, material degradation and probabilistic models as well as monitoring data of an offshore wind energy converter prototype. The structural reliability of the structure as designed is calculated based on an overall dynamic analysis using a SN-approach. Herewith fatigue sensitive components are identified. Damage indicators for monitoring the fatigue reliability based on damage equivalent strains are presented. KW - Bewertung KW - Offshore-Windenergie KW - Ermüdung KW - Strukturspannungskonzept KW - Zuverlässigkeit KW - Schadensindikatoren KW - Integrated Monitoring System KW - Damage Identification KW - Load Monitoring KW - Wind turbines PY - 2008 DO - https://doi.org/10.1002/stab.200810076 SN - 0038-9145 SN - 1437-1049 SN - 0932-6375 VL - 77 IS - 9 SP - 630 EP - 638 PB - Ernst CY - Berlin AN - OPUS4-17977 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Rücker, Werner A1 - Thöns, Sebastian A1 - Said, Samir A1 - Schmid, Wolfgang T1 - Ergebnisse der Dauerüberwachung an einem Prototypen von Offshore-Windenergieanlagen T2 - 3. VDI-Fachtagung - Baudynamik CY - Kassel, Deutschland DA - 2009-05-14 KW - Integrated Monitoring System KW - Offshore wind turbines KW - Assessment KW - Damage identification KW - Load monitoring PY - 2009 SN - 978-3-18-092063-4 SN - 0083-5560 VL - 2063 SP - 455 EP - 466 PB - VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-19795 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Rücker, Werner A1 - Thöns, Sebastian T1 - Integrated Monitoring Systems for Offshore Wind Turbines T2 - 6th International Workshop on Structural Health Monitoring CY - Stanford, USA DA - 2007-09-11 KW - Integrated Monitoring System KW - Damage Identification KW - Load Monitoring KW - Wind turbines PY - 2007 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-16280 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner A1 - Thöns, Sebastian A1 - Said, Samir A1 - Schmid, Wolfgang ED - Zingoni, A. T1 - SHM strategies, application and measurements on tripod offshore wind energy converters within the German offshore park Alpha Ventus N2 - Prototypes of wind turbines of the megawatt dass are to be built and tested until 2008 within a German offshore wind energy test field in the North Sea (ALPHA VENTUS). To ensure a high operational reliability of offshore wind turbines with economically acceptable repair and maintenance efforts, comprehensive diagnosis and supervision concepts are required. Automatic monitoring Systems will be an essential part of such concepts. Because of the fact, that during Operation there will be static and dynamic interaction between the components ‘structure’, ‘machinery’ and ‘blades’ it is necessary to develop the monitoring techniques in an overall concept. These monitoring Systems are supposed to be applied for the design and testing as well as for the Operation and maintenance phases. In the paper the developed approaches for the measurement of actions and the condition monitoring of all components of an offshore wind energy plant will be shown. T2 - Research and applications in structural engineering, mechanics and computation - 5th International conference on structural engineering, mechanics and computation CY - Cape Town, South Africa DA - 02.09.2013 PY - 2013 SN - 978-1-138-00061-2 SN - 978-1-315-85078-8 SP - 977 EP - 982 PB - CRC Press AN - OPUS4-29104 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hu, Wei-Hua A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Said, Samir A1 - Rücker, Werner T1 - Vibration-based structural health monitoring of a wind turbine system. Part II: Environmental/operational effects on dynamic properties N2 - The second part of these companion papers mainly researches environmental/operational influences on structural dynamic properties under normal operational conditions during two years, in order to extract a statistical based damage-sensitive indicator for health monitoring of a wind turbine system. The correlation analyses between experimental identified frequencies, damping values as well as mode shapes and environmental/operational factors such as rotation speed of blades, wind speed, pitch angle, temperature and nacelle direction are presented. It is observed that the frequency estimates are influenced by the nacelle position, the activation of rotor, the rotation speed of blades and the wind speed as well as the temperature. Regarding to the damping estimates, they are mainly associated with variation of the aerodynamic damping due to the increasing wind speed. Besides, the resonance phenomenon is also observed in higher modes. The harmonic frequencies due to blades passing by tower are found and the corresponding damping value decreases. Moreover, the mode shapes in some modes are strongly affected by the position of the nacelle. Subsequently, two types of simulated damage including the reduction of stiffness in both the rotor blade and the tubular tower are successfully detected by applying the Principal Component Analysis (PCA) based methods to these temperature-sensitive frequency estimates. Comparison of change of the extracted health features indicates that they are more sensitive with the tower damage. KW - Vibration KW - Structural health monitoring KW - Wind turbine KW - Environmental/operational effects KW - Modal properties KW - Principal Component Analysis KW - Novelty analysis KW - Damage detection KW - Sommerfeld effect KW - Automated operational modal analysis KW - Resonance PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.12.035 SN - 0141-0296 VL - 89 SP - 273 EP - 290 PB - Elsevier Ltd. CY - Oxford AN - OPUS4-32879 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -