Akkumulation lateraler Verformungen von Pfählen unter allgemeinen zyklischen Schwell- und Wechsellasten - Teil 2
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pfähle relativ großer Durchmesser werden häufig auch zur Abtragung horizontaler bzw. lateraler Belastungen herangezogen. Solche Belastungen sind meist veränderlich und somit als zyklisch zu berücksichtigen. In besonderer Weise gilt dies für Offshore-Pfähle, welche hauptsächlich durch Wind- und Wellenbeanspruchung intensiv, d.h. mit hohen Lastwechselzahlen, zyklisch beansprucht werden. Ein Resultat von ausgeprägten zyklischen Belastungen ist die Akkumulation bleibender Verformungen, welche letztendlich zu einer Schiefstellung führen können. Die Prognose von bleibenden Schiefstellungen ist insbesondere bei der Bemessung von Monopilegründungen von Offshore-Windenergieanlagen von großer praktischer Relevanz. Für Schwelllasten mit vollständiger Entlastung können die zu erwartenden Schiefstellungen, z.B. mit Hilfe numerischer Modelle, nach heutigem Stand noch relativ gut vorhergesagt werden. Für allgemeine Schwell- und Wechsellasten, wie sie üblicherweise bei der Bemessung von Offshore-Gründungen zu berücksichtigen sind, bestanden hingegen noch erhebliche Unklarheiten. Diese bezogen sich hauptsächlich auf den qualitativen als auch quantitativen Einfluss des Lasttyps, d.h. des Verhältnisses von zyklischer Minimal- zu Maximallast, bei verschiedenen Lastgrößen und variablen Systemrandbedingungen. Im Rahmen des Vorhabens konnte mittels umfangreicher und systematischer 1g-Modellversuche geklärt werden, von welchen System- und Lastgrößen die Verformungsakkumulationsrate eines zyklisch lateral belasteten Pfahls in nichtbindigem Boden maßgeblich abhängt. In einem ersten Schritt wurde ein einfacher empirischer Ansatz zur Abschätzung der Akkumulationsrate für den Referenzfall der Schwelllast mit vollständiger Entlastung ermittelt. Dieser wurde durch eine Lasttypfunktion erweitert, welche die Berücksichtigung von variablen Schwell- und Wechsellasten sowie weiterer relevanter Last- und Systemrandbedingungen erlaubt. Ergänzend wurden kleinmaßstäbliche „Anschauungsversuche“ durchgeführt, bei denen die Vorgänge im Sandboden am Pfahl bei zyklischer Belastung mittels Particle Image Velocimetry (PIV) analysiert und sichtbar gemacht wurden. Das Ergebnis dieser Untersuchungen liefert eine erste Erklärung der phänomenologischen Ursachen unterschiedlicher Akkumulationsraten bei variablen Lastbedingungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Model tests on the behaviour of monopiles under general cyclic lateral loading. Proceedings of the 2nd International Conference on Natural Hazards & Infrastructure (ICONHIC). National Technical University of Athens, Athens, Greece.
Frick, D. & Achmus, M.
-
Model tests on the displacement accumulation of monopiles subjected to general cyclic loading. In: Goseberg, N.; Schlurmann, T. (Hg.): Coastal Structures 2019. Karlsruhe: Bundesanstalt für Wasserbau. 913-922
Frick, D. & Achmus, M.
-
On the design of monopile foundations for monotonic and cyclic loading. 7th Int. Conf. on Structural Engineering, Mechanics and Computational Engineering (SEMC), Cape Town, South Africa, 2-4 September.
Achmus, M.
-
An experimental study on the parameters affecting the cyclic lateral response of monopiles for offshore wind turbines in sand. Soils and Foundations, 60(6), 1570-1587.
Frick, Dennis & Achmus, Martin
-
A model test study on the parameters affecting the cyclic lateral response of monopile foundation for offshore wind turbines embedded in non-cohesive soils. Presentation at the Wind Energy Science Conference 2022, Hannover, Germany, 25. – 28. May.
Frick, D.
-
A model test study on the parameters affecting the cyclic lateral response of monopile foundations for offshore wind turbines embedded in non-cohesive soils. Wind Energy Science, 7(4), 1399-1419.
Frick, Dennis & Achmus, Martin
-
„On the displacement accumulation of monopiles under cyclic lateral loading“ (Arbeitstitel), Einreichung bei der Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie der Leibniz Universität Hannover geplant für Frühjahr 2024.
Frick, D.
-
Application of Particle Image Velocimetry for the Visualization of Soil Deformation Processes due to Cyclic Lateral Loading of Rigid Piles. Geotechnical Testing Journal, 48(3), 325-345.
Frick, Dennis; Hansmann, Dennis & Achmus, Martin
