Porenwasserdruckakkumulation bei zyklisch horizontal belasteten Monopiles mit großen Durchmessern

Monopiles mit Durchmessern von bis zu 8 m werden als eine geeignete Gründungsmöglichkeit für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) in bis zu 40 m Wassertiefe angesehen. Durch die zyklischen Horizontalbelastungen, insbesondere aus Wind und Wellengang, finden Porenwasserdruckakkumulationen im Boden statt, die bei der Dimensionierung der Monopiles derzeit nicht berücksichtigt werden.

In diesem Beitrag wird das Verhalten der Monopiles von OWEA mit Fokussierung auf die Porenwasserdruckentwicklung für das Bemessungsszenario Extrembedingungen mittels numerischer Berechnungen untersucht. In den FE-Berechnungen wird ein Zwei-Phasen-Modell in Verbindung mit einem hypoplastischen Stoffgesetz für den wassergesättigten Sandboden verwendet. Es werden die Ergebnisse von Parameterstudien präsentiert, die eine Variation von Belastungsamplitude, -frequenz, -zyklenanzahl und -typ, Lagerungsdichte und Durchlässigkeitsbeiwert des Sandes sowie den Durchmesser des Monopiles umfassen.

Die eigenen Ergebnisse werden den in der Literatur vorhandenen Berechnungsansätzen zur Abschätzung des Verhaltens von zyklisch horizontal belasteten Monopiles gegenübergestellt. Es wird der Einfluss von Porenwasserdruckakkumulationen auf das interaktive Trag- und Verformungsverhalten des Monopile-Boden-Systems beurteilt und die Relevanz für die Bemessungspraxis aufgezeigt.