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Bild 11.12
Änderungen der
Wellenhöhen, -längen und
-geschwindigkeiten bei Über-
lagerung mit Strömungen
11.3.3 Belastungen durch Wellen (Morison-Verfahren)
Die Belastungen eines Offshore-Bauwerks durch Wellen werden durch die Verhältnisse Wel-
lenlänge zu Bauwerksgröße sowie Wellenhöhe bzw. Wellenlänge zur Wassertiefe beeinflusst.
Die zur Wellenhöhe relative Bauwerksgröße wird durch die dimensionslose Keulegan-Carpen-
ter-Zahl
KC
beschrieben.
KC
=
º
·
H
2
·
D
(11.47)
mit:
H
= Wellenhöhe;
D
= Bauwerksabmessung quer zur Welle
Man unterscheidet in der Offshore-Technik schlanke und großvolumige Bauwerke. Schlanke
Bauwerke mit
D
/
L
<º
0,2 oder
KC
<º
0,4 werden als „hydrodynamisch transparent“ bezeich-
net und man geht davon aus, dass die Welle durch das Bauwerk beim Passieren nicht be-
einflusst wird. Strömungswiderstand (zähigkeitsbedingte Effekte) und Beschleunigungskraft
durch die Welle haben etwa die gleiche Größenordnung.
Relativ große Bauwerke mit
D
/
L
>º
0,5 werden als „hydrodynamisch kompakt“ bezeichnet.
Dabei wird die Welle durch das Bauwerk verformt und die Beschleunigungskräfte dominieren
mit zunehmendemWert von
D
/
L
.
Die Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen gelten als hydrodynamisch
transparente oder schlanke Bauwerke, d. h., die Wellen passieren die Strukturen nahezu un-
beeinflusst. Offshore-Öl- oder -Gasförderplattformen sind dagegen i. A. so groß (hydrodyna-
misch kompakt), dass die Wellen beeinflusst werden. Dann müssen die Wellenkräfte nach der
Diffraktionstheorie berechnet werden (siehe z. B.
[3]
).
Die schlanken Gründungsstrukturen von OWEA können durch das Überlagerungsverfahren
(Zähigkeits- und Beschleunigungskräfte) nach Morison
[14]
berechnet werden. Es ist die am
häufigsten benutzte Methode zur Berechnung von Wellenkräften auf schlanke Strukturen.
Morison-Verfahren
Die Kräfte auf einen von einer Welle umströmten Körper werden nach demMorison-Verfahren
in zwei Komponenten aufgeteilt, in eine Trägheitskraft
F
M
(Mass Force) und eine Strömungs-
kraft
F
D
(Drag Force). Die Komponenten werden getrennt berechnet und überlagert. DieMaxi-
ma der beiden Kräfteanteile treten entsprechend der bestimmendenGrößen (Geschwindigkeit
