Offshore-Windenergie - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 462

Bild 11.24 Lastabtragun-
gen und Verformungen
bei Monopile- und Jacket-
Gründung
und Mantelreibungskräfte an den Pfählen (an der Luvseite nach oben, an der Leeseite nach
unten gerichtet), die Schubkräfte durch horizontale Drücke in den Boden eingeleitet. Da-
durch wird der Boden geringer und gleichmäßiger als beimMonopile belastet.
Schwerkraftgründungen: Gewichte und Biegemomentenbelastung der OWEA werden durch
vertikal gerichtete Normalspannungen, verteilt über die Aufstandsfläche, aufgenommen,
die horizontalen Schubkräfte durch horizontal gerichtete Scherspannungen. Die Biegemo-
mente werden durch die Verteilung der Normaldrücke in Lastrichtung aufgenommen, auf
der Leeseite steigen sie an, auf der Luvseite werden sie geringer.
Suction Buckets: Die Lasten werden hauptsächlich durch die Mantelreibung an der Innen-
und Außenseite des Zylinders aufgenommen. Die Tangentialspannungen sind durch die
große Oberfläche des Suction Buckets relativ klein im Verhältnis zum Tripod oder Jacket.
Eine Möglichkeit zur Berechnung der Bodenreaktion auf die äußeren Belastungen ist, das
Bodenverhalten durch mehrere lineare oder nichtlineare Federn zu modellieren (siehe Bil-
der 11.25 und 11.26) . Die Federcharakteristiken werden durch Spannungsverschiebungs-
bzw. Kraftverschiebungskurven beschrieben. So geben z. B. die p - y -Kurven die Bodenver-
formung in Horizontalrichtung unter den wirkenden Normalspannungen (Druck) p an, die
t - z -Kurven die Bodenverformungen in z -Richtung unter den Tangentialspannungen t und
die Q - z -Kurven die Bodenverformungen in z -Richtung unter der senkrecht wirkenden Kraft
Q . Zugspannungen oder -kräfte können die Federn nicht übertragen.
Bei Bodenschichten mit unterschiedlichen mechanischen Verhalten muss jede Schicht durch
die entsprechenden Kurven bzw. Federkennlinien dargestellt werden. Damit können die Span-
nungen und Verformungen eines Pfahl wie ein Balken mit linearer (elastischer) oder nichtli-
nearer Bettung z. B. mit FE-Methoden berechnet werden.
Eine andere, aufwendigere Möglichkeit zur Berechnung ist die FEM-Modellierung der Bo-
denschichten durch Volumenelemente mit ihren jeweiligen mechanischen Eigenschaften
(E-Modul, Querkontraktion, Spannungsverformungskennlinien usw.). Der Pfahl wird mit Vo-
lumen oder Flächen modelliert. Die Grenzflächen zwischen Boden und Pfahl müssen mit
Kontaktelementen dargestellt werden, damit nur Druckkräfte übertragen werden.