Entwicklung und versuchstechnische Erprobung von ermüdungsfesten Gründungskonstruktionen aus Beton für Offshore-Windenergieanlagen

Derzeit werden Gründungen für Offshore Windenergieanlagen (OWEA) fast ausschließlich als Stahlkonstruktionen errichtet. Die Betonbauweise bietet jedoch gegenüber einer Ausführung in Stahl deutliche Vorteile hinsichtlich der Herstellungs- und Instandhaltungskosten sowie der Dauerhaftigkeit. Dies lässt sich mit Blick auf die Historie von Ingenieurbau-konstruktionen (z. B. im Brücken- und Behälterbau) belegen, welche anfänglich aus Stahl, heute jedoch überwiegend aus Stahlbeton und Spannbeton hergestellt werden. Auch in etablierten Offshore-Bereichen (z. B. Bohrinseln) ist diese Entwicklung zu beobachten, insbesondere bei steigenden Anlagengrößen.

Für OWEA besitzt die Ermüdungsbeanspruchung eine außerordentlich große Bedeutung, da aufgrund der kombinierten Beanspruchung aus Wind, Wellen und Eigendynamik der Anlage erhebliche Lastspielzahlen (bis zu 10⁹) resultieren. Dafür liegen derzeit keine zuverlässigen Erkenntnisse zum Material- und Strukturverhalten vor, insbesondere nicht zum Ermüdungsverhalten von Betonen unter Wasser. Die nur unsicher zu beurteilende Ermüdungsfestigkeit beeinträchtigt wesentlich die wirtschaftliche Anwendung der Betonbauweise bei Gründungen für OWEA.

Basierend auf früheren numerischen Ermüdungsuntersuchungen an Windenergieanlagen [Göhlmann-09] und experimentellen kleinmaßstäblichen Versuchen an hochfesten Betonproben für Offshore-Gründungsstrukturen [Grünberg/Oneschkow-10] sollen in diesem Projekt das Ermüdungsverhalten von realen Strukturausschnitten sowie der Einfluss der vorherrschenden Umgebungsbedingungen (Wasser, Chloride) untersucht und die Erkenntnisse für die Optimierung von Betongründungsstrukturen angewendet werden. Dadurch soll eine deutlich realistischere Beschreibung des Ermüdungsverhaltens von Gründungsstrukturen in Betonbauweise ermöglicht und so die wirtschaftliche Anwendung von Beton im Bereich der Offshore-Windenergie gewährleistet werden.

Forschungspartner

• Ed. Züblin AG – Zentrale Technik

• Institut für Baustoffe, Leibniz Universität Hannover

• Institut für Massivbau, Leibniz Universität Hannover