GROWup Grouted Joints for Offshore Wind Energy Converters under reversed axial loadings and upscaled thicknesses

Tragstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen sind während ihrer Betriebsphase auf hoher See extremen Beanspruchungen durch Wind und Wellen ausgesetzt. Zusätzlich führt der ständige Seegang zu einer sehr hohen Lastspielzahl bei der Ermüdungsbeanspruchung. Sämtliche Bauteile der Tragstruktur einer Offshore-Windenergieanlage müssen diesen Beanspruchungen widerstehen können. Hierzu gehört auch die Rohr-in-Rohr-Verbindung zwischen dem Rammpfahl und der aufgehenden Tragstruktur. Diese Verbindung, auch Grouted Joint genannt, besteht aus den Materialien Stahl und Feinkornbeton oder Mörtel. Die Stahlrohre der Tragstruktur werden über den gerammten Pfahl geführt, der entstehende Spalt zwischen den Stahlrohren wird mit zumeist hochfstem Feinkornbeton oder Mörtel, auch als Grout bezeichnet, verfüllt. Im geplanten Verbundforschungsprojekt soll die Tragfähigkeit von Grout-Verbindungen insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Ermüdungsmechanismen untersucht und mit derzeitigen Bemessungsregeln verglichen werden. Mithilfe experimenteller und numerischer Untersuchungen sollen realistische Beanspruchungen von Grouted Joints nachgefahren werden.

Weiteres Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung und Optimierung einer Eignungsprüfung für Grout-Materialien unter Berücksichtigung realistischer Umgebungsbedingungen. Dabei wird der Einfluss unterschiedlicher Parameter wie Fließfähigkeit (und ihre Veränderung während des Verfüllvorgangs), Meerwassereinfluss, Entmischung etc. analysiert und bei der Entwicklung des Eignungstests berücksichtigt. Hierfür wird ein Verfüllversuchsstand im Großmaßstab ~1:1 entwickelt und gebaut. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf die visuelle Zugänglichkeit des Verfüllvorgangs gelegt, da diese unter realen Offshore-Bedingungen nicht vorliegt und die Kontrollmöglichkeit nur außerhalb des Verfüllkörpers anhand von Prüfungen entnommener Proben gegeben ist. Materialeinflüsse, die sich nach Verlassen der Mischeinheit bis zur vollständigen Ringspaltverfüllung ergeben, sind derzeit praktisch nicht überprüfbar. Dieses Verfahren wird eine einheitliche Grundlage zur Bewertung der Offshore-Tauglichkeit der vorgesehenen Materialien liefern können. Bei den realistischen Verfüllversuchen werden die wesentlichen Verfahrensparameter Mischtechnik, Einbringtechnologie, Engstellen, Druck, Zeit, Fließverhalten und Sedimentationsverhalten berücksichtigt. Weiterhin sollen bestehende kleinmaßstäbliche Prüfverfahren sowie deren Grenzbereiche überprüft, weiterentwickelt oder ergänzt werden, um die Anwendungssicherheit dieser Einbringtechnologie zu gewährleisten.

Die Ergebnisse aus den geplanten Untersuchungen des Instituts für Stahlbau und des Instituts für Baustoffe fließen in den Eignungstest sowie die zu optimierenden Bemessungsregeln ein und werden in die bestehende Richtlinie für Offshore-Windenergieanlagen des Germanischen Lloyds aufgenommen. Diese Aufnahme in die Richtlinie wird durch die Beteiligung des Zertifizierers Germanischer Lloyd gewährleistet.