Offshore-Windparks unter kombinierten hochzyklischen und seismischen Belastungen: physikalische und numerische Modellierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Lars Abrahamczyk; Professor Dr.-Ing. Patrick Staubach
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579553772

Offshore-Windprojekte werden zunehmend in Regionen mit relevanter seismischer Gefährdung errichtet. Dadurch wirken lang andauernde hochzyklische Einwirkungen aus Wind und Wellen sowie kurzzeitige Erdbebenbeanspruchungen auf dieselben Fundamente, eine Kombination, die in der aktuellen Bemessung bislang nicht ausreichend berücksichtigt wird. Das Projekt schließt diese Lücke durch die Entwicklung eines integrierten experimentellen und numerischen Ansatzes zur gekoppelten Boden-Struktur-Interaktion unter kombinierten Einwirkungen. Die Versuche nutzen den Rütteltisch im geotechnischen Labor der Bauhaus-Universität Weimar und umfassen aufeinanderfolgende Phasen aus Erdbebenerregung und lateraler hochzyklischer Belastung in variierender Reihenfolge. Die Versuche dienen der Entwicklung und Validierung numerischer Werkzeuge, die das High-Cycle-Accumulation-(HCA-)Modell zur Abbildung der hochzyklischen Bodenbeanspruchung einsetzen. Für die Erdbebenphase wird ein neuartiges implizit–explizites (IMEX) Zeitintegrationsschema in einer vollständig hydro-mechanisch gekoppelten Formulierung entwickelt, das während der HCA-Phasen auf eine vollständig implizite Integration umschaltet. Das IMEX-Schema nutzt eine effiziente explizite Zeitintegration für den Boden, während intrinsische Deformationen der Monopile-Turm-Struktur über eine implizite Integration erfasst werden, ohne durch die Stabilitätsbedingung (kritische Zeitschrittweite) der expliziten Dynamik begrenzt zu sein. Die kombinierten experimentellen und numerischen Untersuchungen liefern neu Datensätze, die das Langzeitverhalten von Boden und Struktur unter sowohl lateraler zyklischer als auch seismischer Belastung verknüpfen und damit direkte Validierungsgrundlagen für fortgeschrittene Simulationswerkzeuge bereitstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen