Berechnung der Rammschädigung an Flanschen von Monopile-Gründungen

Ringflanschverbindungen an Monopile-Tragstrukturen stehen aktuell im Fokus kosteneffizienter Design-Konzepte für Offshore-Windenergieanlagen. Die geschraubte Verbindung zwischen Monopile und Transition Piece (Übergangsstück zum Turm der Windenergieanlage) erfordert jedoch, dass das Rammen mit einem hydraulischen Hammer direkt auf dem Monopile-seitigen Flansch erfolgt. Der Flansch wird extremen Belastungen während des hochdynamischen Rammvorgangs ausgesetzt, wodurch hohe Vorschädigungen am Flansch sowie an der Schweißnaht zum Monopile entstehen können. Bei der Berechnung der Rammschädigungen ist, zusätzlich zum eigentlichen Hammerschlag, eine durch den Lasteintrag angeregte Schwingung am Flansch zu berücksichtigen. In diesem Artikel werden die wesentlichen Parameter einer Rammanalyse vorgestellt. Wechselwirkungen zwischen Hammer, Monopile und Boden werden mit einer eindimensionalen Wellengleichungsmethode untersucht. Das hierbei ermittelte Lastspektrum wird zur Validierung eines detaillierten Finite-Elemente(FE)-Modells genutzt, welches den ursprünglichen Schlag zwischen Hammer und Flansch sowie die dynamische Antwort der Pfahl-Boden-Interaktion im Zeitbereich simuliert. Basierend auf den Berechnungsergebnissen werden Empfehlungen für Designoptimierungen sowie Verfahren zur Bewertung der Rammschädigung vorgestellt.