GROW Experimentelle und numerische Untersuchung zum Tragverhalten von GRout-Strukturen für Offshore Windenergieanlagen 2. Projekttreffen Hamburg, 12.06.2007

Übersicht über die Arbeitspakete Inhalt Bearbeitung AP 1 Recherche zu Lastdaten für Bemessung, Analyse ausgeführter Beispiele GL Wind Aufzeigen von Optimierungspotenzial Institut f. Stahlbau AP 2 Konkretisierung der zu untersuchenden Anwendungen für Grout-Strukturen, Entwurf und Bemessung von Konstruktionsvarianten alle Projektpartner AP 3 Fertigung und Lieferung von Prüfkörpern SIAG / Oevermann Materialuntersuchungen AP 4 Konzeption, Durchführung und Auswertung von Versuchen AP 5 Numerische Analysen parallel zu den experimentellen Untersuchungen Institut f. Stahlbau GL Wind AP 6 Entwicklung von Bemessungsgrundlagen Festlegen von konstruktiven Anforderungen AP 7 Konkretisierung des Sicherheitskonzeptes für Grout-Strukturen sowie Entwurf und Ergänzung von Richtlinien AP 8 Abschlussbericht und Veröffentlichung 2. Projekttreffen “GROW”

Netzplan 12.06.07 2. Projekttreffen “GROW”

AP1 Optimierungspotenzial Optimierung von bereits realisierten Konstruktionsvarianten: Groutmaterial Prestressed Grout Spaltgröße Übergreifungslänge Montage Shear Keys 2. Projekttreffen “GROW”

AP1 Optimierungspotenzial Groutmaterial aktuell: Grout der Firma Densit A/S, DK - sehr hohe Druckfestigkeit - schnelle Aushärtung - aber: vergleichsweise hohe Kosten Einsatz alternativer Groutmaterialien mit: - hoher Druckfestigkeit - schneller Aushärtung - niedrigen Materialkosten Potenzial: groß (+) Preisniveau für Groutmaterial senken! 2. Projekttreffen “GROW”

AP1 Optimierungspotenzial Prestressed Grout - Materialen mit Quelleigenschaften besitzen nur geringe Druckfestigkeit - Grad der Vorspannung nicht exakt bestimmbar - temperaturabhängig Potenzial: mittel (o) Kein Optimierungspotenzial! Spaltgröße abhängig von: - Schiefstellung - Mörtelrezeptur und Größtkorn - Anforderungen aus der Normung Potenzial: gering (-) 2. Projekttreffen “GROW”

AP1 Optimierungspotenzial Übergreifungslänge Empfehlung aus den Standards: L/D  1,50 Konservative Bemessungsergebnisse! - Übergreifungslänge reduzieren - Grenzwertbetrachtungen im Großversuch - Sicherheitsniveau einstufen - Einfluss des L/D - Verhältnisses Potenzial: groß (+) Stahl- und Groutmasse sowie Montageaufwand reduzieren 2. Projekttreffen “GROW”

AP1 Optimierungspotenzial Montageaufwand - Randbedingungen auf der Baustelle (Zeitfaktor) - abhängig vom Material Potenzial: mittel (o) Optimierungspotenzial baubetriebswirtschaftlicher Art! Shear Keys - positiv für die Gesamtsteifigkeit - Einbau auch bei geringer Normalkraft sinnvoll Potenzial: mittel (o) abhängig von anderen Parametern Shear Keys bei allen Großversuchen! 2. Projekttreffen “GROW”

AP1 Optimierungspotenzial Konstruktionsdetail Optimierungspotenzial Groutmaterial + Prestressed Grout o Spaltgröße - Übergreifungslänge Montageaufwand Shear Keys Maßgebende Parameter: 1. Groutmaterial 2. Übergreifungslänge 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Realisierte Konstruktionsvarianten Einsatzmöglichkeiten für Grout-Strukturen: zwischen Turm und Monopile zwischen Pile und Sleeve zwischen Rohrprofilen bei Jackets Materialkombinationen bei Grout-Strukturen: Stahl - Grout - Stahl Stahl - Grout - Beton Tripod Jacket Monopile 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Neue Konstruktionsvarianten Neue Einsatzmöglichkeiten für Grout-Strukturen: zwischen Betonfundament und Stahladapter zwischen Stahladapter und Messplattformen zwischen Turmsektionen bei kombinierter Pfahl-Platten-Gründung (KPP) als Hybrid Tower Favorisierte Materialkombinationen bei Grout-Strukturen: Stahl - Grout - Stahl Stahl - Grout - Beton 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Betonfundament - Stahladapter Variante 1 Variante 2 Stahl - Grout - Beton 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Stahladapter - Plattform Messplattform Arkona-Becken Südost Messplattform Stahladapter [Quelle: Züblin AG] Verbindung als Stahl - Grout - Stahl oder Stahl - Grout - Beton 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Hybrid-Tower Vorteile Nachteile Steel-Tower Hybrid-Tower Ziel: Reduktion der Massen bei gleichzeitiger Steigerung der Tragfähigkeit Vorteile Nachteile Steel-Tower Hybrid-Tower Idee: Doppelwandige Kreiszylinderschalen mit einer flächig aussteifenden Kernschicht aus geeigneten Füllmaterialien Erhöhung der Schalenstabilität Aufteilung der Blechdicke auf zwei Schalen Blechdicken- und Massenersparnis durch Verwendung höherfester Stähle Schweißvolumen, Wärmebehandlung und Bauteilverzug reduzieren Hybridvarianten und neue Verbindungstechniken denkbar 2. Projekttreffen “GROW”

Steel-Elastomer-Steel Steel-Concrete-Steel AP2 Hybrid Tower S-T SES-T SGS-T SCS-T Steel Tower Steel-Elastomer-Steel Tower Steel-Grout-Steel Tower Steel-Concrete-Steel Tower 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Hybrid Tower S-T SES-T SGS-T SCS-T Reduzierung der Stahlmasse bis zu 50 % bei Verwendung höherfester Stähle (Grenzzustand der Tragfähigkeit) 2. Projekttreffen “GROW”

AP2 Hybrid Tower Schweißaufwand Vorteile: bis t = 30 mm kein Vorwärmen erforderlich Einsparung von Elektrodenmaterial Verkürzung der Schweißzeit Verringerung der Wärmenachbehandlung durch geringeren Verzug 2. Projekttreffen “GROW”

AP3/4 Versuchsparameter 2. Projekttreffen “GROW”

AP3 Materialuntersuchungen Stahl - Grout - Stahl Stahl - Grout - Beton Monopile – Turm (Grouted Joint) Turmsektion – Turmsektion Pile-Sleeve beim Tripod von BHV Schwergewichtsfundament – Stahladapter Stahladapter – Messplattform (KPP-Gründung) 2. Projekttreffen “GROW”

AP5 Numerische Simulationen Vordimensionierung [Diplomarbeit Niebuhr] Pile Grout Sleeve Shear Keys [Diplomarbeit Niebuhr] - Mit und ohne Shear Keys Werkstoffgesetze für Groutmaterialien 2. Projekttreffen “GROW”

AP4 Großmodellversuche aufbauend auf Schaumann / Wilke ( ) Grouted Joint: Dp = 5,00 m mit Dp/tp = 100 Turbine: 4 MW Maßstab: 1 : 6,25 Versuchsparameter: Densit S5 L/D = 1,30 Lü  1040 mm Ziel: Verwendung gleicher Abmessungen und Lastspektren garantiert die Vergleichbarkeit der Ergebnisse und ermöglicht die Nutzung vorhandenen Wissens 2. Projekttreffen “GROW”

AP4 Großmodellversuche Nr. Lü/Dp Lü [mm] Groutmaterial Shear Keys 1 1,0 800 Densit S5 Ja 2 1,3 1040 Pagel V1/10 3 4 HPC (C55/67) ~ 800 mm 2. Projekttreffen “GROW”

AP5 Numerische Simulationen Vordimensionierung Ausführungspläne fertig! 2. Projekttreffen “GROW”

FE-Modell mit opt. gemess. Imperfektionen AP4 Hybrid Tower Beulversuche Axialdruck Probekörper S / SES / SGT /SCS FE-Modell mit opt. gemess. Imperfektionen 2. Projekttreffen “GROW”

AP5 Numerische Simulationen Dimensionierung Ausführungspläne Fertigung & Lieferung 2. Projekttreffen “GROW”

Soll / Ist 12.06.07 2. Projekttreffen “GROW”