HyConCast: Hybride Substrukturen aus hochfestem Beton und Sphäroguss für Offshore-Windenergieanlagen

Forschungsinhalt

Substrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) werden derzeit bei zunehmenden Wassertiefen vornehmlich in Form von aufgelösten, geschweißten Stahlkonstruktionen ausgeführt. Die Stahlbauweise zeigt jedoch gegenüber der Betonbauweise große Nachteile hinsichtlich der Herstellungs- und Instandhaltungskosten, der Errichtungszeit, der Abhängigkeit von der Weltmarktpreisentwicklung sowie auch hinsichtlich der Dauerhaftigkeit auf. Andererseits sind der Stahlbau und insbesondere Gussbauteile der Betonbauweise in der Ausbildung mehraxial hoch belasteter Knotenstrukturen überlegen.

Das Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Beurteilung der Machbarkeit, der Anwendungsmöglichkeiten und -grenzen sowie die Schaffung der erforderlichen technischen und wissenschaftlichen Grundlagen für die Planung, Bemessung und Errichtung von hybriden Substrukturen aus Beton- (grau) und Gussbauteilen (blau) unter Beachtung ökologischer und ökonomischer Randbedingungen. Für die Substruktur werden Transport- und Installationskonzepte entwickelt, die Gefahr der Kolkbildung der am Meeresgrund installierten Substruktur wird analysiert und das Tragverhalten der installierten Bauteile und Verbindungen wird anhand numerischer und physikalischer Modelle in unterschiedlichen Detaillierungsstufen untersucht.

Schwimmstabilität im Seegang
(M.Eng. Tobias Kreklow, M.Eng. Mario Welzel, Prof. Dr.-Ing. Arndt Hildebrandt)

Für die Erforschung des Transport- und Installationskonzeptes werden umfangreiche nummerische Simulationen und physikalische Modellversuche im Wellenkanal durchgeführt. Ziel ist die Optimierung der Standsicherheit und der Seegangsparameter zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Transport, Installation und Betrieb.
Bedingt durch die Konstruktion als vollvergossene Hybridstruktur ist ein Ballastierungskonzept der auszulegenden externen Schwimmtanks für die Upending- und Positionierungsphase der Struktur zu entwickeln und in Kombination mit schlepperinduzierten Lasten in Seegangsversuchen zu erproben. Auf Grundlage der Resonanzanlayse kritischer Einzelwellen und des JONSWAP-Spektrums ist der Transport und Installationsprozess dahingehend zu optimieren, dass Operationszeiten während der Errichtung des Windparks maximiert werden.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Stahlbau (ISF) und dem Institut für Massivbau (IFMA) wird darüber hinaus unter Berücksichtigung der Vorschriften der Klassifikation des DNV-GL auf Basis von seegangsgekoppelten FEM-Analysen die Auswirkungen der ermittelten Seegangsparameter auf die vergossene Beton-Stahlguss-Struktur während der Transport- und Einbringungsphase betrachtet und bewertet.

Beteiligte Forschungseinrichtungen und Unternehmen

• Leibniz Universität Hannover
  • Institut für Massivbau
  • Institut für Stahlbau
  • Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen
• SSF Ingenieure AG
• grbv Ingenieure im Bauwesen GmbH & Co. KG
• Siemelkamp Giesserei GmbH
• Max Bögl Bauservice GmbH & Co. KG