Kolkbildung und Dimensionierung des Kolkschutzes eines OWEA ...
Kolkbildung und Dimensionierung des Kolkschutzes eines OWEA ...
Kolkbildung und Dimensionierung des Kolkschutzes eines OWEA ...
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
8. FZK-Kolloquium<br />
10.03.2011, Hannover<br />
Dr.-Ing. Holger Wahrm<strong>und</strong>, STRABAG Offshore Wind<br />
Dipl.-Ing. Mayumi Wilms, Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover<br />
Dipl.-Ing. Arne Stahlmann, Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover<br />
Dr.-Ing. Claas Heitz, Zentrale Technik, Ed. Züblin AG<br />
Prof. Dr.-Ing. habil. Torsten Schlurmann, Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover<br />
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10. März 2011 | H. Wahrm<strong>und</strong>, M. Wilms<br />
<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftf<strong>und</strong>ament<br />
2. Teil: Untersuchungen zum Kolkschutz im Großen Wellenkanal <strong>des</strong> FZK<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftf<strong>und</strong>ament<br />
Plattform<br />
Bootsanleger<br />
Spannbetonschaft,<br />
Sandballast in Schaft<br />
<strong>und</strong> Hohlkästen<br />
Spannbeton-<br />
Hohlkästen<br />
Fußplatten<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftf<strong>und</strong>ament<br />
Erste numerische Simulationen zum Strömungsverhalten <strong>des</strong> F<strong>und</strong>amentkreuzes im Jahr<br />
2005/2006 durch die Firma FlowConcept, Hannover.<br />
Schubspannungen [N/m 2 Schubspannungen [N/m ] 2 ]<br />
Schubspannungen 0,1 m über Meeresboden<br />
Schlussfolgerung: Es besteht Kolkgefahr in der Umgebung <strong>des</strong> F<strong>und</strong>amentes.<br />
Ein Konzept zur Sicherung der F<strong>und</strong>amentaufstandsfläche ist erforderlich.<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftf<strong>und</strong>ament<br />
Das F<strong>und</strong>ament wird in eine ca. 3 – 6 m<br />
tiefe Baugrube abgesetzt.<br />
Die Baugrube wird mit<br />
Aushubmaterial verfüllt.<br />
Auf der Baugrubensohle wird eine<br />
Sohlsicherung aus Sandcontainern<br />
eingebaut.<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
1. Teil: Das STRABAG-Schwerkraftf<strong>und</strong>ament<br />
Fragestellungen zum Kolkschutz:<br />
1. Welche Kolkerscheinungen müssen erwartet werden?<br />
2. Erfüllt das geplante Kolkschutzkonzept die Anforderungen?<br />
Lösungsweg:<br />
2.1 Ist die Ausdehnung der Sohlsicherung ausreichend?<br />
2.2 Welche Größe bzw. welches Gewicht müssen die einzelnen<br />
Sandcontainer min<strong>des</strong>tens aufweisen?<br />
1. Experimentelle Untersuchungen im Wellenkanal durch das Franzius-<br />
Institut Hannover.<br />
2. Begleitende numerische Untersuchungen durch das Büro<br />
FlowConcept, Hannover.<br />
Quelle: Siemens<br />
Ende 1. Teil<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Versuchsprogramm <strong>des</strong> Gesamtprojekts „STRABAG Schwerkraftf<strong>und</strong>ament“<br />
Kleiner Wellenkanal (WKS)<br />
1:50<br />
Geschwindigkeitsmessung<br />
<strong>Kolkbildung</strong><br />
ohne Kolkschutz<br />
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Eingangsparameter<br />
Geschwindigkeitsmessung<br />
Einzelversuche mit GSC<br />
1:10<br />
<strong>Kolkbildung</strong><br />
ohne Kolkschutz<br />
<strong>Kolkbildung</strong><br />
mit Kolkschutz<br />
Großer Wellenkanal (GWK)<br />
1:17<br />
Ermittlung <strong>des</strong><br />
Min<strong>des</strong>tvolumens der<br />
geotextilen Sandcontainer<br />
(GSC)<br />
Validierung der<br />
Untersuchungen im WKS<br />
<strong>und</strong> Analogieuntersuchung<br />
Fa. FlowConcept<br />
Untersuchung der<br />
Wirksamkeit der<br />
Kolkschutzmaßnahmen<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Hydraulische Randbedingungen <strong>und</strong> Idealisierungen<br />
Auslegung der hydraulischen Randbedingungen nach dem Extremereignis mit<br />
einem Wiederkehrintervall von 50 Jahren (Design Basis), keine<br />
Lebensdauerbetrachtung<br />
rd. 20 St<strong>und</strong>en nachgebildete Sturmdauer (5000 Wellen)<br />
Regelmäßige Wellen <strong>und</strong> JONSWAP Seegangsspektren<br />
Keine Nachbildung von Tide- oder windinduzierter Strömung<br />
Enggestufter Feinsand mit mittlerer Korngröße d 50= 0,15 mm<br />
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Versuchsaufbau<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
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Versuchsdurchführung<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Parameter α [°] H S [m] T P [s] d [m] Wellenbelastung<br />
Natur 1:1<br />
10,80 13,80 37,50 50-jährliches Extremereignis<br />
45<br />
Modell 1:17 0,64 3,35 2,21 (5000 Einzelwellen)<br />
<strong>Kolkbildung</strong><br />
Einbindetiefe d E<br />
[m] 1:1<br />
Einbindetiefe d E<br />
[m] 1:17<br />
Kolkschutzsystem<br />
Referenzversuch 3,00 0,18 -<br />
Variante 1 0,00 0,00 Sandcontainer<br />
Variante 2 3,00 0,18 Sandcontainer + Vlies<br />
Variante 3 3,00 0,18 Sandcontainer<br />
Sandcontainertyp Zuschnittabmessungen Füllvolumen Gewicht Anzahl<br />
Natur 1:1 2,05 x 2,05 m 1,50 m 3 2,7 t -<br />
Modell 1:17 0,121 x 0,121 m 0,0003 m 3 0,550 kg 1104<br />
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Ergebnisse Kolkschutzsysteme<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Referenzmessung: d E = 3,0 m; kein Kolkschutzsystem<br />
Kolkschutzsystem Variante 1: d E = 0,0 m; Geotextile Sandcontainer<br />
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Ergebnisse Kolkschutzsystem Variante 2<br />
10. März 2011 | H. Wahrm<strong>und</strong>, M. Wilms<br />
<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Referenzmessung: d E = 3,0 m; kein Kolkschutzsystem<br />
Kolkschutzsystem Variante 2: d E = 3,0 m; Geotextile Sandcontainer + Vlies<br />
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Ergebnisse Kolkschutzsystem Variante 3<br />
10. März 2011 | H. Wahrm<strong>und</strong>, M. Wilms<br />
<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Referenzmessung: d E = 3,0 m; kein Kolkschutzsystem<br />
Kolkschutzsystem Variante 3: d E = 3,0 m; Geotextile Sandcontainer<br />
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Kolkentwicklung<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
~10 % D<br />
~4-5% D<br />
Bauwerksdurchmesser<br />
D = 32,5 m<br />
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Zusammenfassung<br />
10. März 2011 | H. Wahrm<strong>und</strong>, M. Wilms<br />
<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Nachbildung <strong>des</strong> 50-jährlichen Extremereignisses (5000 Einzelwellen), keine Tideoder<br />
windinduzierte Strömung.<br />
Bestätigung der Leistungsfähigkeit <strong>des</strong> Kolkschutzsystems mit geotextilen<br />
Sandcontainern für Variante 2 <strong>und</strong> Variante 3 im Längenmaßstab 1:17 unter den<br />
gegebenen hydraulischen Randbedingungen.<br />
Die o.g. geotextilen Sandcontainer sind unter Belastung <strong>des</strong> 50-jährlichen<br />
Extremereignisses lagestabil. Geotextile Sandcontainer mit geringerem Gewicht<br />
sind instabil (Einzelversuche).<br />
Die ausgelegte Fläche ist für den Kolkschutz ausreichend (Durchmesser 52,5 m).<br />
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<strong>Kolkbildung</strong> <strong>und</strong> <strong>Dimensionierung</strong> <strong>des</strong> <strong>Kolkschutzes</strong><br />
<strong>eines</strong> <strong>OWEA</strong>-Schwerkraftf<strong>und</strong>aments<br />
Vielen Dank für Ihr Interesse.<br />
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