Preisträgerin 2017

Kurzfassung

Für den Offshore-Windenergieausbau sind Jackets in großen Wassertiefen zu errichten. Diese Unterstrukturen werden mit den Gründungspfählen durch Grout-Verbindungen bestehend aus zwei ineinander geführten Stahlrohren verbunden. Rammbedingte Pfahlschiefstellungen werden durch Verfüllung des Ringspalts mit Grout kompensiert. Diese Eigenschaft führt bei Multi-Pfahlgründungen zu Spaltdicken, welche den abgesicherten Bemessungsbereich verlassen. Insbesondere das Ermüdungsverhalten dieser Verbindung infolge zyklisch axialer Wechsellasten ist bislang nicht untersucht. Das Ziel ist daher die Identifikation und Bewertung des Ermüdungsverhaltens von zyklisch axial belasteten Grout-Verbindungen mit großen Spaltdicken.

Unter Berücksichtigung adaptierter Abmessungen von Grout-Verbindungen in Jackets wurden vier großmaßstäbliche Versuche mit unterschiedlichen Spaltdicken und Grout-Materialien einer Wechsel- und Druckschwellbeanspruchung ausgesetzt. Neben Verschiebungen und Dehnungen wurden Oberflächenrauigkeiten und Schadenscharakteristika zur Bewertung des Ermüdungsverhaltens bestimmt. Zur Beschreibung des Tragverhaltens wurde ein dreidimensionales numerisches Modell unter Verwendung eines mehraxialen Materialmodells entwickelt und validiert. Zur Berücksichtigung der zyklischen Degradation wurde eine Modellerweiterung vorgenommen, welche die spannungsabhängige Festigkeits- und Steifigkeitsdegradation gemäß einaxialer Beton-Wöhlerlinien berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen die Maßgeblichkeit von der Grout-Spaltdicke auf das Ermüdungsverhalten sowie den negativen Einfluss von Wechsellasten. Die Verbindung weist trotz des spröden Verfüllmaterials ein stark duktiles Verhalten auf. Vergleichende Darstellungen der Versuchsergebnisse mit den Regelwerken ergeben eine höhere Ermüdungsfestigkeit für die Versuchskörper als prognostiziert.. Zusammenfassend wird festgestellt, dass die Bemessungsansätze auch für axialbeanspruchte Grout-Verbindungen mit großen Grout-Spaltdicken anwendbar sind.