Physikalische Modellversuche an Monopile-Tragstrukturen mit Grout-Verbindungen zur Bewertung von Structural-Health-Monitoring-Systemen

In diesem Beitrag wird ein Versuchskonzept dargestellt, welches es ermöglicht, Systeme zur Strukturüberwachung an Tragstrukturen mittels großmaßstäblicher Versuche zu testen und hinsichtlich ihrer Fähigkeit der Identifikation und Lokalisation realer Schadensentwicklungen zu bewerten. Hierzu wurde auf Grundlage aktueller Normen ein Tragstruktur- Modell (Turm, Transition Piece und Pfahlsegment) mit Grout-Verbindung ausgelegt und gefertigt, mit einem SHM-System sowie weiterer Sensorik zur Beobachtung des Verlaufs der Zustandsänderungen versehen und mittels Ringflansch auf einem Spannfeld verankert. Dieses Tragsystem wurde mit Biegebelastungen in mehreren Stufen beaufschlagt und mittels SHM-Methoden unter nachgebildeten Betriebslasten einer Offshore- Windenergieanlage analysiert und bewertet. Nach Erreichen eines als schädigungsrelevant eingestuften Lastniveaus wurden der Turm und die geschädigte Einheit aus Transition Piece und Pfahlsegment auf einem zuvor im Sandboden installierten Pfahl mittels Flanschverbindung montiert und so als offshore-ähnliches Gründungs- und Tragstruktursystem Monopile weiteren SHM-Analysen unterzogen. Vorgestellt werden der gewählte Versuchsaufbau und die dem Design zugrundeliegenden Ziele sowie die Versuchsdurchführung. Zudem werden die bei Belastungsversuchen an Grout-Verbindungen aus Last- und Verschiebungsmessungen ableitbaren Zustandsänderungen ermittelt. Diese werden im Weiteren sowohl mit den aus parallel vorgenommenen SHM-Untersuchungen abgeleiteten Verläufen von Schädigungsindikatoren als auch mit visuellen Schadensbegutachtungen an den nach Versuchsende aufgetrennten Grout-Verbindungen plausibilisiert.