Fundamenttechnologie

Windkraftanlagen nutzen Schwerkraft und Pfahlgründungen on- und offshore. Die Expertise von IBF umfasst kleine und große Tests und Beratung für Design, Installation und Überwachung.

Das IBF hat sich bisher sowohl mit Schwerkraftgründungen als auch mit Pfahlgründungen (speziell Monopiles) für Offshore-WEA befasst. Zu beiden Gründungstypen wurden sowohl kleinmaßstäbliche Modellversuche als auch numerische Berechnungen durchgeführt. Beide Gründungstypen kommen auch onshore vor.

Im Bereich der Schwerkraftgründungen begleiten wir einen Großversuch der Ed. Züblin AG wissenschaftlich.

Das IBF kamm im Blick auf Flachgründungen zu Fragen der Geometriegebung (Platte, Ring, Einzelpratzen), des Einbaus, von Zusatzmaßnahmen (Schürzen, Unterpressen, Kolkschutz) und zum Monitoring Beratung anbieten, im Blick auf Pfahlgründungen auch zum Einbringverfahren (Rammen, Bohren).

Modellversuche

Am IBF wurden und werden kleinmaßstäbliche Modellversuche an kompletten WEA-Gründungen durchgeführt. Sie dienten zunächst zum grundsätzlichen Verständnis der Baugrund-Bau-werks-Interaktion im Rahmen eines Forschungsprojektes. Dabei wird ein geeigneter Modellboden in einem eigens dafür konzipierten Versuchsstand mit kontrollierter Dichte eingebaut und ein Fundamentmodell (Schwerkraftfundament oder Monopile) im Maßstab 1:50 bis 1:100 aufgesetzt bzw. eingerammt. Die Belastung erfolgt kraftgeregelt in zwei orthogonalen Richtungen. Sie wird unterstützt durch eine hochgenaue Verformungsmessung. So kann der Einfluss unterschiedlicher Belastungsabfolgen und Fundamentgeometrien auf die Verformungsakkumulation untersucht werden.

FE-Modelle

Numerische Rechenmodelle werden vorzugsweise als Finite-Element-Modell einer kompletten WEA-Gründung einschließlich des mitbeeinflussten Baugrunds aufgestellt. Zur Beschreibung des Baugrundverhaltens kommen hierbei am IBF hochwertige Stoffgesetze wie Hypoplastizität mit intergranularer Dehnung und das hochzyklische Akkumulationsmodell zur Anwendung. Die Rechenmodelle erlauben Vorhersagen von Setzung und Schiefstellung nach vorgegebenen Belastungszyklen. Verifiziert werden die Modelle an den Ergebnissen von Modell- und Feldversuchen. So ist es bereits gelungen, eine für zyklische Belastungsreihenfolgen typische Rückverdrehung bei abnehmenden Lastamplituden zu simulieren, die große wirtschaftliche Bedeutung hat, in den üblichen Bemessungsmodellen aber nicht berücksichtigt wird.

Designverfahren

Auf dem Hintergrund der eigenen zyklischen Laborversuche, kleinmaßstäblichen Modellversuche und numerischen Rechenmodellen beteiligt sich das IBF an der Entwicklung ingenieurmäßiger Bemessungsverfahren. Sie müssen nicht nur der Standsicherheit, sondern auch der Verformungsbegrenzung innerhalb der Lebensdauer von Anlagen Rechnung tragen. Gegenstand von Forschungsvorhaben ist beispielsweise ein einheitliches Nachweiskonzept für Offshore-Anlagen unter Einbeziehung der gesamten Nachweiskette von Baugrunderkundung und Laborversuchen über die Lastermittlung bis zu empfohlenen Rechenmodellen.

  • “Development of a user-friendly design and monitoring concept for offshore foundations under cyclic loading“ (BMU 0327618, 2006-2011)
  • “Development of a user-friendly design and monitoring concept for offshore foundations under cyclic loading“ (BMU 0327618, 2006-2011)
  • “KonTest – Conceptual design of a wind energy test field in mountainous complex terrain“ (BMU/BMWi 0325656C, 2013-2015)
  • “TremAc – Objective criteria for seismic and acoustic emissions of inland wind energy converters”, subproject „Wave propagation and dynamic soil-structure-interaction“ (BMWi 0325839A, proposal soon to be accepted, from 2015)
  • “System dynamics and long-term performance of railway undercarriage, track and substructure“, subproject “Compliance of the ballast superstructure” (DFG-SPP 1015, 1996-2002)
  • “Development of methods for ultimate limit and serviceability limit state design of ductile geotechnical structures subject to strong earthquakes“ (DFG, 2003-2010)
  • “Innotrack – Innovative Track Systems”, subproject “Track Support Structure“ (EU, 2006 – 2010)
  • “GeoTech – Modelling geotechnical construction processes with holistic aquisition of the stress-strain-behaviour of soils“, subproject „Soil deformations on retaining walls due to vibrations“, „Neo-Hypoplasticity“ und „Central project including an experimental demonstrator“ (DFG-FOR 1136, since 2009)