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Die Arbeitspakete der Leibniz Universität Hannover

Arbeitspaket LUH1 - Projektkoordination (IGtH)

Im Rahmen des Projekts ist eine intensive Koordinationstätigkeit erforderlich. Es gilt, die Arbeiten der Verbundpartner IGtH, ISD und BAM sowie der weiteren Partner (BSH) untereinander und mit DONG Energy abzustimmen, Projektergebnisse zusammenzufassen und darzustellen, Projekttreffen zu organisieren und Projektberichte federführend zu bearbeiten. Eine enge Abstimmung aller Arbeitsschritte mit DONG Energy ist von besonderer Bedeutung.

Arbeitspaket LUH2 - Installationsvorgang (IGtH)

Das Ziel des Arbeitspakets ist die Simulation des Installationsvorgangs durch eine Berechnung der zu erwartenden Eindringwiderstände und der treibenden Kräfte, welche auch von der abgepumpten Wassermenge bzw. dem erzeugten Unterdruck abhängen. Dafür stehen verschiedene analytische Verfahren zur Verfügung. Außerdem werden die Baugrunderkundungsergebnisse überprüft und ggfs. erneut ausgewertet, um die erforderlichen Eingangsparameter für weitere Berechnungen zu bestimmen. Das Arbeitspaket LUH2 ist damit auch für die Arbeitspakete LUH3, LUH4 und LUH6 relevant.

Arbeitspaket LUH3 - Tragfähigkeit und Verformungsakkumulation (IGtH)

In diesem Arbeitspaket wird die Boden-Bauwerk-Interaktion untersucht. Zur Simulation der Boden-Bauwerk-Interaktion werden numerische Modelle entwickelt und mit den Offshore-Messdaten kalibriert und validiert. Dafür werden auch die im bereits abgeschlossenen Forschungsvorhaben "WindBucket" verwendeten Modelle des IGtH benutzt und weiterentwickelt.

Besonders wichtig sind Modelle zur Vorhersage der Akkumulation zyklischer Verformungen und der Berechnung der Tragfähigkeit unter Zuglasten bzw. kombinierten Horizontal- und Zuglasten. Hierbei muss auch die Entwicklung von Porenwasserüberdrücken (im Betrieb und im Extremereignis) berücksichtigt werden, da diese sich auf die Stabilität des Baugrunds auswirken können.

Grundlage für die Verformungsakkumulation ist das Bodenverhalten unter zyklischer Beanspruchung, d.h. die Charakterisierung des Bodens unter verschiedenen monotonen und zyklischen Belastungspfaden. Im Rahmen des Arbeitspakets ist daher auch die Durchführung und Auswertung zyklischer Laborversuche durch das IGtH an einem für die Nordsee repräsentativen Boden vorgesehen, um die Bandbreite der relevanten Eingangsparameter für die numerischen und analytischen Berechnungen näher eingrenzen zu können.

Die BAM wird ebenfalls FE-Berechnungen zum Tragverhalten und zur Verformungsakkumulation durchführen. Die Modellbildungen nach LUH3 und BAM1 zielen auf unterschiedliche Aspekte des Tragverhaltens, ergänzen sich aber insbesondere dahingehend, dass unterschiedliche Ansätze zur Beschreibung des komplexen Spannungs-Dehnungsverhaltens von Böden angewandt werden. Aus der Gegenüberstellung der Ergebnisse sind wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich der Modellvalidierung zu erwarten.

Arbeitspaket LUH4 - Gründungssteifigkeiten (IGtH)

In diesem Arbeitspaket werden die Gründungssteifigkeiten unter Betriebslasten untersucht, deren möglichst exakte Kenntnis für die Ermittlung des dynamischen Verhaltens im Rahmen einer Eigenfrequenzanalyse der Gesamtstruktur sehr wichtig ist. Die Ergebnisse dieses Arbeitspakets sind Output für Arbeitspaket LUH6. Die Steifigkeit beeinflusst auch den Lastabtrag in die Gründung und ist entscheidend für die Größe von Ermüdungslasten der Struktur. Zur Berechnung der Steifigkeiten wird ein numerisches Modell gebildet und dann mit den Offshore-Messdaten kalibriert und validiert. Auch hier werden schließlich ingenieurpraktisch anwendbare Modelle entwickelt und validiert.

Arbeitspaket LUH5 - Messdatenanalyse und Systemidentifikation (ISD)

Im Projekt ist geplant, umfangreiche Messdaten an Turm und Gründungsstruktur während und nach Abschluss des Errichtungsvorgangs sowie im Betriebszustand zu erheben. Es werden innerhalb des Projekts während und nach Abschluss des Errichtungsvorgangs sowie im Betriebszustand Strukturmessdaten von ca. 120 Sensoren aufgenommen. Die Messdaten sind notwendig, um sämtliche im Projekt entwickelte Berechnungsverfahren und Strukturmodelle zu validieren. Insbesondere kann so die Bewegung des Buckets während des Installationsvorgangs messtechnisch verfolgt, die realen Beanspruchungen identifiziert und eine realitätsnahe Gesamtmodellbildung vorgenommen werden. Die Messungen im Betriebszustand geben wichtige Hinweise darauf, inwieweit von den Betriebs- und Umgebungsparametern abhängige Effekte und zyklenabhängige Langzeitveränderungen im Bereich der Boden-Bauwerk-Interaktion auftreten.

Ziel von AP LUH5 ist die Datenaufbereitung und ‑analyse für die Verwendung in den Arbeitspaketen LUH2 bis LUH6 und BAM1. Über die Aufbereitung von Zeitreihen hinausgehend soll auch der Einfluss der Boden-Bauwerk-Interaktion der Suction-Bucket-Gründung auf das globale Schwingungsverhalten der gesamten Anlage näher untersucht werden. Die aufbereiteten Messdaten werden für die Systemidentifikation und für die Ermittlung von Verteilungsfunktionen verwendet.

Arbeitspaket LUH6 - Effiziente Gesamtmodellbildung und Modellvalidierung (ISD)

Eine wesentliche Anforderung an die realitätsnahe Erfassung der Boden-Bauwerk-Interaktion stellt die zutreffende Abbildung der Bodensteifigkeiten und der Abstrahldämpfung des Baugrundes dar. Es ist davon auszugehen, dass beide Größen Abhängigkeiten von der Geometrie der Gründung, dem Spannungszustand, der Einbindetiefe und der Zyklenzahl bei Einwirkung von Wechsellasten aufweisen. Bei dynamischer Lasteinwirkung kommt die Abhängigkeit von der Frequenz hinzu. Infolge hoher Zyklenzahlen und Dauerlasten verändern sich die Bodeneigenschaften langfristig. Die damit verbundenen Steifigkeitsverluste des Bodens bewirken auch Veränderungen der Eigenfrequenzen der Gesamtstruktur. Eine genauere Betrachtung der Gesamtdynamik der Tragstruktur muss langfristig in den Entwicklungsprozess einer Windenergieanlage integriert werden, um Überbeanspruchungen einzelner Komponenten zu vermeiden und die Tragfähigkeit über die Lebensdauer zu sichern.

Zur Untersuchung des Einflusses der Boden-Bauwerk-Interaktion auf die Gesamtdynamik der Tragstruktur wird ein parametrisiertes Mehrkörper-Simulationsmodell modular aufgebaut. Damit werden auch lokale Effekte (z. B. Spannungsspitzen in kritischen Bereichen der Struktur) analysiert und der Einfluss der Boden-Bauwerk-Interaktion auf die Gesamtdynamik untersucht.

Arbeitspaket LUH7 - Hydroschallmessungen (ISD)

Ziel des Arbeitspakets ist die Erbringung des experimentellen Nachweises, dass es sich beim Installationsvorgang des SBJ um ein lärmarmes Bauverfahren handelt. Begleitend zu den Installationsarbeiten der Gründung werden Hydroschallmessungen in 750 und 1500 m Entfernung von der Baustelle in mindestens zwei Richtungen durchgeführt. Als geeignete Größen werden gewählt:

  • Leq als energetischer Mittelwert über eine Stunde
  • Lmin als niedrigster 5-Sekunden Leq in einer Stunde
  • Lmax als höchster 5-Sekunden Leq in einer Stunde.

Mit den Messungen soll vor allem nachgewiesen werden, dass die Grenzwerte für Schallimmissionen 160 dB re 1 μ Pa für den Einzelereignis-Schalldruckpegel und 190 dB re 1 μ Pa für den Spitzenpegel in einer Entfernung von 750 m eingehalten sind.

Die Hydroschallmessungen und deren Auswertung werden durch einen Unterauftragnehmer geleistet, die eigenen Arbeiten in diesem Arbeitspaket bestehen daher nur aus der Unterauftragsvergabe.