Kolkbildung und Dimensionierung des Kolkschutzes eines OWEA-Schwerkraftfundaments

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Jens Krause
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1 8. FZK-Kolloquium , Hannover Dr.-Ing. Holger Wahrmund, STRABAG Offshore Wind Dipl.-Ing. Mayumi Wilms, Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover Dipl.-Ing. Arne Stahlmann, Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover Dr.-Ing. Claas Heitz, Zentrale Technik, Ed. Züblin AG Prof. Dr.-Ing. habil. Torsten Schlurmann, Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover Seite 1

2 1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftfundament 2. Teil: Untersuchungen zum Kolkschutz im Großen Wellenkanal des FZK Seite 2

3 1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftfundament Plattform Bootsanleger Spannbetonschaft, Sandballast in Schaft und Hohlkästen Spannbeton- Hohlkästen Fußplatten Seite 3

4 Schubspannungen [N/m 2 ] 1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftfundament Erste numerische Simulationen zum Strömungsverhalten des Fundamentkreuzes im Jahr 2005/2006 durch die Firma FlowConcept, Hannover. Schubspannungen 0,1 m über Meeresboden Schlussfolgerung: Es besteht Kolkgefahr in der Umgebung des Fundamentes. Ein Konzept zur Sicherung der Fundamentaufstandsfläche ist erforderlich. Seite 4

5 1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftfundament Das Fundament wird in eine ca. 3 6 m tiefe Baugrube abgesetzt. Auf der Baugrubensohle wird eine Sohlsicherung aus Sandcontainern eingebaut. Die Baugrube wird mit Aushubmaterial verfüllt. Seite 5

Quelle: Siemens 1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftfundament Fragestellungen zum Kolkschutz: 1. Welche Kolkerscheinungen müssen erwartet werden? 2.

6 Quelle: Siemens 1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftfundament Fragestellungen zum Kolkschutz: 1. Welche Kolkerscheinungen müssen erwartet werden? 2. Erfüllt das geplante Kolkschutzkonzept die Anforderungen? 2.1 Ist die Ausdehnung der Sohlsicherung ausreichend? 2.2 Welche Größe bzw. welches Gewicht müssen die einzelnen Sandcontainer mindestens aufweisen? Lösungsweg: 1. Experimentelle Untersuchungen im Wellenkanal durch das Franzius- Institut Hannover. 2. Begleitende numerische Untersuchungen durch das Büro FlowConcept, Hannover. Ende 1. Teil Seite 6

Wellenkanal (WKS) 1:50 Eingangsparameter

7 Versuchsprogramm des Gesamtprojekts STRABAG Schwerkraftfundament Kleiner Wellenkanal (WKS) 1:50 Eingangsparameter Großer Wellenkanal (GWK) 1:17 Geschwindigkeitsmessung Geschwindigkeitsmessung Einzelversuche mit GSC 1:10 Ermittlung des Mindestvolumens der geotextilen Sandcontainer (GSC) Kolkbildung ohne Kolkschutz Kolkbildung ohne Kolkschutz Validierung der Untersuchungen im WKS und Analogieuntersuchung Fa. FlowConcept Kolkbildung mit Kolkschutz Untersuchung der Wirksamkeit der Kolkschutzmaßnahmen Seite 7

8 Hydraulische Randbedingungen und Idealisierungen Auslegung der hydraulischen Randbedingungen nach dem Extremereignis mit einem Wiederkehrintervall von 50 Jahren (Design Basis), keine Lebensdauerbetrachtung rd. 20 Stunden nachgebildete Sturmdauer (5000 Wellen) Regelmäßige Wellen und JONSWAP Seegangsspektren Keine Nachbildung von Tide- oder windinduzierter Strömung Enggestufter Feinsand mit mittlerer Korngröße d 50 = 0,15 mm Seite 8

9 Versuchsaufbau Seite 9

10 Versuchsdurchführung Parameter α [ ] H S [m] T P [s] d [m] Wellenbelastung Natur 1:1 10,80 13,80 37,50 50-jährliches Extremereignis 45 Modell 1:17 0,64 3,35 2,21 (5000 Einzelwellen) Kolkbildung Einbindetiefe d E [m] 1:1 Einbindetiefe d E [m] 1:17 Kolkschutzsystem Referenzversuch 3,00 0,18 - Variante 1 0,00 0,00 Sandcontainer Variante 2 3,00 0,18 Sandcontainer + Vlies Variante 3 3,00 0,18 Sandcontainer Sandcontainertyp Zuschnittabmessungen Füllvolumen Gewicht Anzahl Natur 1:1 2,05 x 2,05 m 1,50 m 3 2,7 t - Modell 1:17 0,121 x 0,121 m 0,0003 m 3 0,550 kg 1104 Seite 10

11 Ergebnisse Kolkschutzsysteme Referenzmessung: d E = 3,0 m; kein Kolkschutzsystem Kolkschutzsystem Variante 1: d E = 0,0 m; Geotextile Sandcontainer Seite 11

12 Ergebnisse Kolkschutzsystem Variante 2 Referenzmessung: d E = 3,0 m; kein Kolkschutzsystem Kolkschutzsystem Variante 2: d E = 3,0 m; Geotextile Sandcontainer + Vlies Seite 12

13 Ergebnisse Kolkschutzsystem Variante 3 Referenzmessung: d E = 3,0 m; kein Kolkschutzsystem Kolkschutzsystem Variante 3: d E = 3,0 m; Geotextile Sandcontainer Seite 13

14 Kolkentwicklung ~10 % D Bauwerksdurchmesser D = 32,5 m ~4-5% D Seite 14

15 Zusammenfassung Nachbildung des 50-jährlichen Extremereignisses (5000 Einzelwellen), keine Tideoder windinduzierte Strömung. Bestätigung der Leistungsfähigkeit des Kolkschutzsystems mit geotextilen Sandcontainern für Variante 2 und Variante 3 im Längenmaßstab 1:17 unter den gegebenen hydraulischen Randbedingungen. Die o.g. geotextilen Sandcontainer sind unter Belastung des 50-jährlichen Extremereignisses lagestabil. Geotextile Sandcontainer mit geringerem Gewicht sind instabil (Einzelversuche). Die ausgelegte Fläche ist für den Kolkschutz ausreichend (Durchmesser 52,5 m). Seite 15

16 Vielen Dank für Ihr Interesse. Seite 16

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