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Forschungsprojekt zum Tragverhalten von Windenergieanlagen und Plattformen

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Damit Offshore-Tragstrukturen sicher in der Nordsee stehen

Auf die Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen und Plattformen wirken kontinuierlich Kräfte von Wind und Wellen ein. Besonders in der Installationsphase, in der die Tragstruktur mit den in den Meeresboden gerammten Gründungspfählen verbunden wird, kann starker Seegang zu einem großen Problem werden. Dies betrifft besonders die sensible Phase, wenn der Beton aushärtet, mit dem die Gründungspfähle und die darauf aufgesetzten Tragstrukturen verbunden werden.

Um eine Verbindung zwischen den Pfählen und der Tragstruktur zu erreichen, wird eine Rohr-in-Rohr-Steckverbindung gewählt. Zwei Rohre mit unterschiedlichem Durchmesser werden ineinandergesteckt. Der Zwischenraum wird mit einem feinkörnigen Beton, dem Grout, vergossen. Dieses Grout-Material benötigt bis zu 24 Stunden, um auszuhärten. In dieser Zeit bilden sich die Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften des Betons aus. Durch Wellenbewegungen in dieser Phase kann der Prozess jedoch gestört und dauerhaft beeinträchtigt werden. Wir stark und mit welchen Auswirkungen die Eigenschaften des Betons genau durch den Wellenfluss beeinträchtigt werden, ist noch weitgehend unerforscht.

Das Forschungsprojekt GREAM der Leibniz Universität Hannover befasst sich in den kommenden drei Jahren mit diesem Thema und erhält dafür eine Förderung von mehr als 1,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). „Das Verhalten des Betons ist für Industrie, Zertifizierer und Planungsstellen von großer Bedeutung“, erläutert Dipl.-Ing. Dario Cotardo vom Institut für Baustoffe der LUH (Leitung: Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus), das den Antrag gemeinsam mit dem Institut für Stahlbau (Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann) und dem Testzentrum Tragstrukturen Hannover gestellt hat. Beteiligt sind zudem Projektpartner aus der Industrie sowie die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM). Das Vorhaben ist Teil von ForWind, dem Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen.

Wenn klarer wird, welche Auswirkungen die Wellenbewegungen in dieser frühen Phase (das so genannte Early-Age-Movement) auf die mechanischen Eigenschaften des Betons haben, kann der Bau der Gründungsstrukturen wirtschaftlicher geplant und besser koordiniert werden. „Im Moment fahren die Installationsschiffe nur bei ,gutem‘ Wetter hinaus, weil die Stürme vor allem im Herbst und im Frühjahr zu stark werden“, erläutert Dario Cotardo. Wenn sich herausstellt, dass der Beton in der Aushärtungsphase auch stärkeren Wellenbewegungen als bislang angenommen trotzen kann, könnte die Installationsphase gegebenenfalls um einige Wochen bis Monate verlängert werden. Somit könnten die extrem teuren Spezialschiffe wesentlich wirtschaftlicher eingesetzt werden.  Auch für die Vorhersage der Lebensdauer der Tragstrukturen ist das Wissen über die Eigenschaften des Betons von großer Bedeutung.

Um den Einfluss des Early-Age-Movements zu prüfen, haben die Wissenschaftler Versuchsstände entwickelt, mit denen reale Seegangsszenarien im Labor simuliert werden können. Diese Apparaturen, die bis zu 2,5 Meter hoch sind, werden in den kommenden Jahren an den beteiligten Forschungsstellen errichtet und in Betrieb genommen. Die generierten Daten werden für die numerische Simulation von Offshore-Tragstrukturen genutzt, und die gewonnenen Erkenntnisse sollen in erweiterte Offshore-Richtlinien einfließen.

erschienen am: 2018-12-03 im europaticker



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