Prognose der Langzeitverformungen für Gründungen von Offshore-Windenergieanlagen mit einem Akkumulationsmodell

Die Abschätzung der Langzeitverformungen für Gründungen von Offshore- Windenergieanlagen (OWEA) stellt ein nach wie vor ungelöstes Problem dar. Für einzelne Gründungstypen (z. B. Monopiles) wurden zwischenzeitlich einfache Rechenmodelle vorgeschlagen, deren Validierung jedoch - wie auch im Fall der in diesem Beitrag beschriebenen Methode - für den Prototyp-Maßstab noch aussteht. Der Beitrag beschreibt die Abschätzung der Langzeitverformungen von OWEA-Gründungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FE) unter Anwendung eines speziell für hochzyklische Belastungen entwickelten Akkumulationsmodells. Die Vorteile gegenüber den einfachen Ingenieurmodellen liegen u. a. in der Anwendbarkeit auf beliebige Gründungssysteme und -geometrien (für Monopiles und Flachgründungen geeignet) sowie in der bodenmechanisch fundierten Beschreibung des Stoffverhaltens auf Basis zahlreicher zyklischer Laborversuche. Im Gegensatz zu Modellen mit entkoppelten Federn werden die Interaktion benachbarter Bodenbereiche sowie Zustandsänderungen im Boden während der zyklischen Belastung berücksichtigt. Nach einer einfachen Darstellung der Rechenprozedur und der Gleichungen werden die Kalibrierung der Materialparameter aus zyklischen Versuchen am Beispiel eines offshore-typischen Feinsandes sowie die vereinfachte Abschätzung der Parameter anhand der Korngrößenverteilungskurve erläutert. Neben einer Diskussion der Vorgehensweise für Zyklenpakete werden exemplarische FE-Berechnungen an Monopile- und Schwergewichtsgründungen gezeigt.