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Gerammte Stahlrohrpfähle sind das wesentlichste Gründungselement für Offshore-Konstruktionen. Typischerweise kommen diese als Monopiles oder als Mehrpfahlgründungen für Jacket-Konstruktionen zum Einsatz. Für die verhältnismäßig leichten Windenergieanlagen auf See wird bei Mehrpfahlgründungen regelmäßig die Zugtragfähigkeit maßgebend in der Bemessung. Zusätzlich sind Effekte aus wiederholten zyklischen Belastungen zu beachten, die sich auch auf die Zugtragfähigkeit auswirken können. Auch hier ergibt sich eine Besonderheit dadurch, dass im extremwertverteilten Lastspektrum wenige große (Wechsel-)Last-Amplituden entscheidend sind.
Die gründungstechnischen Herausforderungen bei der Planung solcher Windparks auf See wurden von einer Reihe von Untersuchungen begleitet. Eine Versuchsserie zur Zugtragfähigkeit von großmaßstäblichen Pfählen wurde auf dem Testgelände der BAM nahe Horstwalde bei Berlin durchgeführt. Hierfür wurde ein Testfeld mit 10 Pfählen angelegt. Die Pfähle wurden monoton auf Zug und zyklisch belastet. Vergleichend wurden dynamische Pfahlprobebelastungen durchgeführt. Zwei der Pfähle wurden mit Dehnungssensoren instrumentiert und es konnte die Pfahl-Boden-Interaktion abschnittsweise ermittelt werden.
The purpose of the work presented in this paper is to analyze locally (at the element level) the contact behavior of a soil-pile contact problem. Therefore, a 2D shear test is modeled using the Finite Element Method. The formulation of a 4 nodded zero-thickness interface element of Beer is chosen with a linear interpolation function. Four constitutive contact models adapted for contact problems have been implemented. The Mohr-Coulomb and Clough and Duncan models were chosen initially, due to the ease of implementation and few number of parameters needed. After, more complicated models in the framework of elasto-plasticity such as: Lashkari and Mortara were implemented for the first time into the finite element code of the shear test problem. They include other phenomena such as: relative density of soil, the stress level and sand dilatancy. From the results the relation between shear displacement and shear stress has been deduced. Finally, a discussion of the advantages and the drawbacks during computation of each model is given at the end.
In this paper a shear test, which helps to study local behavior of the soil-pile interaction, is modelled numerically with the Finite Element Method as a 2D plane strain problem. A normal pressure on top and shear displacement on side were applied. So far, the material behavior was considered elastic for the sake of simplicity.
The effect of thickness on contact elements and the presence of in plane stress has been highlighted. The purpose of the paper is to find a suitable contact element which represents more close to reality a soil-pile interaction problem under cyclic axial loading. Moreover, an insight on the presence of in-plane stress shows that it needs to be considered cautiously.
A great deal is possible, even on the seabed. Together, wind and waves shake the foundations of the offshore wind turbines. "ere is also the “normal” current and ebb and #ow of the tides that are so distinctive in the North Sea. Pore water pressure can also occur on the seabed, loosening it. Where monopiles are involved, the worst case is that the stability of the whole turbine can be altered – even if such a monopile rammed into the seabed has a diameter of up to eight metres. Over half the planned offshore wind turbines in the North and Baltic Seas are to have monopile foundations, and over 40 % are to have multi-pile foundations, designed for example as a tripod. "is is why pile foundations and their loads deserve special attention. For one thing above all is to be avoided in plant operations, and that is the risk of turbine tilt.
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
Mit der Fertigstellung von mehr und mehr Offshore-Windparks rückt die Betriebsphase in den Mittelpunkt des Interesses.
Hierbei sind auch die Groutverbindungen, die häufig so konzeptioniert sind, dass wenige Möglichkeiten zur Prüfung und
Instandhaltung bestehen, von Interesse. Naturgemäß können auch kaum Erfahrungen für diese Ziele vorliegen.
Der geplante Workshop hat folgende Schwerpunkte im Fokus:
– Wiederkehrende Prüfung – Instandhaltung und Reparaturkonzepte
– Inspektionskonzepte – Zerstörungsfreie Prüfung und
– Schadensszenarien – Condition Monitoring Systeme (CMS)
Beiträge aus dem Bereich Betrieb, Begutachtung, Forschung, Produktherstellung, Zertifizierung, behördliche Aufsicht und
Condition Monitoring sind vorgesehen. Diskutiert werden sollen die technischen Anforderungen an die Überwachung im Betrieb
im Hinblick auf die tatsächlich vorhandenen Probleme und Möglichkeiten.
Die Präsentation leitet in die Thematik ein.
Die BAM unterstützt das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrografie bei der bautechnischen Bewertung von Tragstrukturen für Offshore-Windparks. Im Hinblick auf die vielfältigen nationalen Aktivitäten in Forschung und Entwicklung wird in der eingeladenen Präsentation auf Schwerpunkte behördlicher Erfahrungen und Bedenken Bezug genommen um eine Perspektive auf zukünftigen Forschungsbedarf zu eröffnen.