Forschungsprojekte – Institut für Geotechnik – Leibniz Universität Hannover

SFB "Offshore-Megastrukturen"

Offshore-Megastrukturen und entsprechend auch deren Gründungskonstruktionen sind in besonderem Maße zyklischen Einwirkungen ausgesetzt, insbesondere aus Wind- und aus Wellenbeanspruchung. Unter zyklischen Einwirkungen kommt es im Allgemeinen zur Akkumulation von Bodenverformungen und damit auch zu Änderungen der Spannungsverhältnisse im Boden – was wiederum eine Veränderung des Tragverhaltens der Gründung induziert – sowie gegebenenfalls zur Akkumulation von Porenwasserüberdrücken mit entsprechender Festigkeits- bzw. Tragfähigkeitsreduktion. Beim Gründungsentwurf muss entsprechend ein starker Fokus auf der Erfassung der Effekte aus zyklischen Einwirkungen liegen. Für die im Rahmen der Bemessung erforderlichen Nachweise existieren aber weder validierte Berechnungsverfahren noch eine einheitliche Vorgehensweise. Um das Verhalten des anstehenden Bodens unter zyklischen Lasten zu untersuchen, werden in der Praxis unterschiedliche Laborversuche durchgeführt (z. B. zyklische Einfachscherversuche oder zyklische Triaxialversuche, dräniert oder undräniert, mit konstanter Last oder konstantem Volumen etc.). Es gibt allenfalls vage Konzepte, aber keine validierten Methoden, um das im Elementversuch bestimmte Bodenverhalten auf das Verhalten des Systems, d. h. der Gründungselemente, zu übertragen. Es fehlt an Grundlagenwissen, welche zyklischen Versuche sinnvollerweise durchzuführen und wie die Ergebnisse dieser Versuche in der Bemessung zu berücksichtigen sind. Die diesbezügliche Arbeitshypothese des Teilprojekts lautet, dass das Verhalten verschiedener Gründungselemente durch Verfahren, bei denen das in zyklischen Elementversuchen beobachtete Bodenverhalten in geeigneter Weise berücksichtigt wird, grundsätzlich einheitlich beschrieben und berechnet werden kann. Ziel ist die Schaffung des dafür erforderlichen Grundlagenwissens, um darauf aufbauend das Tragverhalten einer zyklisch beanspruchten Gründung und dessen Veränderung über die Betriebszeit realistisch beschreiben zu können. Fernziel ist die Entwicklung einer generischen Methodik zur Prognose des Trag- bzw. Betriebsverhaltens intensiv zyklisch beanspruchter Gründungen unter Verwendung zyklischer Laborversuche.

Leitung: Prof. M. Achmus

Team: J.-E. Saathoff, M.Sc. ; N. Goldau, M.Sc.

Jahr: 2024

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 01.01.2021 - 31.12.2024

ProBucket - Bucket-Fundamente für Offshore-Windenergieanlagen

Weiterentwicklung der ingenieurwissenschaftlichen Prognosemethoden anhand großmaßstäblicher Versuche einschließlich einer wirtschaftlichen Bewertung.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: M.Sc. Immo Sanders, M.Sc. Jann-Eike Saathoff, Dr.-Ing. Florian tom Wörden

Jahr: 2023

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) /PtJ

Laufzeit: 01.09.2020 - 31.08.2023

DFWind

In dem Projekt DFWind werden an einer Windenergieanlage und einem Messmast eine Vielzahl an Messdaten erfasst und zukünftig zur Verfügung gestellt. Zunächst sind dafür die Grundlagen einer Windenergieforschungs- und Entwicklungsplattform zu schaffen, mit der zahlreiche Themen für deren Nutzung entlang der gesamten Wirkungskette in einer bisher unerreichten Qualität bearbeitet werden können. Das IGtH wird die Interaktion der WEA Gründung mit dem Boden während der Betreibszeit erfassen, aufbereiten und auswerten.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Oxana Bagusche; Shuhan Cao, M.Sc.; Dr.-Ing. F. tom Wörden

Jahr: 2023

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325936E

Laufzeit: 01.01.2016 – 31.12.2023

Ho-Pile - Zyklische Erweiterung und experimentelle Validierung eines p-y-Ansatzes für Sand zur sicheren Monopilebemessung

Verbundvorhaben: Ho-Pile - Untersuchungen zum horizontalen Tragverhalten von XL-Monopiles unter zyklischer Beanspruchung; Teilvorhaben: Zyklische Erweiterung und experimentelle Validierung eines p-y-Ansatzes für Sand zur sicheren Monopilebemessung

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dr.-Ing. Khalid Abdel-Rahman, Dr.-Ing. Florian tom Wörden, M.Sc. Junnan Song

Jahr: 2021

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi.IIC6)

Laufzeit: 01.12.2018 - 30.11.2021

HyTowering - Optimierung der Bemessung hybrider Türme und Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts

Modellentwicklung und Modellvalidierung für das Fugentragverhalten und das Monitoring zur Schadensdetektion und -quantifizierung.

Leitung: Prof. Dr-Ing. Martin Achmus

Team: M. Sc. Shuhan Cao, Dr.-Ing. Khalid Abdel-Rahman, Dr.-Ing. Florian tom Wörden

Jahr: 2020

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) / PTJ

Laufzeit: 01.01.2018 – 31.12.2020

ventus efficiens - Verbundforschung zur Steigerung der Effizienz von Windenergieanlagen im Energiesystem

Die Realisierbarkeit und das Tragverhalten eines neuen innovativen Gründungskonzeptes im Bereich Onshore-Windenergieanlagen werden anhand von numerischen Simulationen ausführlich untersucht. Als alternative Gründungsvariante kommen dafür Pfeilergründungen in Frage. Des Weiteren wird der Kenntnisstand zum Tragverhalten pfahlgegründeter Strukturen für Offshore-Windenergieanlagen zur Bewältigung des Forschungsbedarfs erweitert. In diesem Rahmen wird parallel dazu das Softwaretool IGtHPile entwickelt, um die Umsetzung der Analysemethoden entsprechend den Forschungsfragen zu ermöglichen.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: M. Sc. Mauricio Terceros, Dr.-Ing. Klaus Thieken

Jahr: 2020

Förderung: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK)

Laufzeit: 01.12.2014 - 30.06.2020

Akkumulation lateraler Verformungen von Pfählen unter allgemeinen zyklischen Schwell- und Wechsellasten (Teil 1 & 2))

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dennis Frick M.Sc.

Jahr: 2020

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 01.04.2018 – 31.07.2023

Längsverbindungen hölzerner Masten und Verdrängungspfähle FKZ: 2220HV002X

Übergeordnetes Ziel dieses Vorhabens ist es, bisher ungenutztes Potential von regional vorhandenen dauerhaften Holzqualitäten nutzbar zu machen. Daher soll eine kraftschlüssige, dauerhafte und leicht handhabbare Längsverbindung für hölzerne Pfähle im Wasserbau entwickelt und konstruiert werden, die es ermöglicht, einzelne Pfahlabschnitte zu einem voll tragfähigen Pfahl beliebiger Länge zu fügen. Durch das Fügen einzelner Pfahlabschnitte kann anfallendes Altholz (Wasserbauholz) einer neuen Verwendung zugeführt werden, indem noch intakte Pfahlabschnitte aufbereitet und zu neuen Pfählen ausreichender Länge gefügt werden können. Es müssen geschädigte Pfähle nicht vollständig, sondern nur in Teilbereichen erneuert werden, so dass intakte Bereiche verbleiben und weiter genutzt werden können. Zudem kann der Einsatz heimischer Hölzer wieder konkurrenzfähig werden, da dauerhafte Kernholzabschnitte zu Holzpfählen mit hohen und nahezu konstanten Dauerhaftigkeiten und Tragfähigkeiten über eine theoretisch beliebige Länge gefügt werden können. In dem Vorhaben werden geeignete Längsverbindungen in umfangreichen klimatischen, statischen und dynamischen Versuchsreihen validiert und evaluiert. Unter realistischen Arbeitsbedingungen ausgeführte Vor-Ort-Versuche sollen die praxistaugliche Eignung unter diversen realen Randbedingungen nachweisen. Begleitend erfolgen die Implementierung eines Belastungsmodells sowie eines Finite-Elemente-Modells zur Bemessung sowie die Entwicklung von Praxisempfehlungen für potentielle Nutzer. Für den Einsatz von Altholz ist zudem die Entwicklung eines Verfahrens zur Selektierung von rückgebautem Wasserbauholz im Hinblick auf die Wiederverwendbarkeit vorgesehen. Ein besonderer Fokus muss dabei auf die Rammbarkeit der gefügten Pfähle gelegt werden, da Pfähle im Wasserbau als sogenannte Verdrängungspfähle üblicherweise durch Schlag- oder Vibrationsrammungen installiert werden.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. M. Achmus

Team: Dipl.-Ing. Oxana Bagusche; Dr.-Ing. F. tom Wörden

Jahr: 2020

Förderung: Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.12.2022

Numerische Wärmefeldberechnung von Doppelrohrsystemen

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Mandy Narten, Dipl.-Ing. Oxana Bagusche

Jahr: 2019

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: 2016 - 2019

Verbundvorhaben SEALENCE: Entwicklung eines ökologisch und ökonomisch optimierten Gründungssystems für Offshore- Windenergieanlagen

Das Ziel des Projekts war, die Entwicklung eines neuen Gründungskonzepts für Offshore-Windenergieanlagen durch die Verbundpartner der Vallourec Deutschland GmbH (Vallourec), dem Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Nordwest (IWES) und dem Institut für Geotechnik Hannover (IGtH). Bei dieser neuen Gründungsvariante soll die Tragstruktur von Windenergieanlagen mittels mehrerer vergleichsweise klein dimensionierter Pfähle gegründet werden.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dennis Frick M.Sc., Jann-Eike Saathoff M.Sc.

Jahr: 2019

Förderung: Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: 31.10.2015 – 31.01.2019

Zugtragverhalten von Suction-Buckets in nichtbindigen Böden

Suction Bucket-Gründungen stellen eine aussichtsreiche Alternative zu gerammten Stahlrohrpfählen für die Gründung von Offshore Windenergieanlagen (OWEA) dar. In diesem Projekt wird die Variante der Suction Bucket-Gründungen als Multipod untersucht, wobei für diese Konstruktion der Fall der Zugbelastung maßgebend ist.

Leitung: Prof. Dr-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Patrick Gütz

Jahr: 2018

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 01.09.2015 - 31.08.2018

Probabilistische Bemessung von Offshore-Gründungspfählen - IRP-WIND

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Kirill Schmoor

Jahr: 2018

Förderung: 13 EU-Organisationen

Laufzeit: 03/2014 - 02/2018

Technische Gebrauchsdaueranalyse von Fernwärmeleitungsnetzen

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Tim Gerlach

Jahr: 2018

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: 10/2015 – 09/2018

Monitoring Suction Bucket Jacket

Das Forschungsprojekt "Monitoring SBJ" ist ein Verbundvorhaben der Projektpartner DONG Energy Wind Power, Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Als assoziierter Partner ist das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie im Projekt eingebunden.

Leitung: Prof. Dr-Ing. Martin Achmus

Team: Christian Schröder, Tim Gerlach, Klaus Thieken, Jann-Eike Saathoff

Jahr: 2017

Degradation des Pfahltragverhaltens unter zyklischer Axialbelastung

Das Forschungsprojekt ist als Teilprojekt 3.11 sowie die zugehörigen Modellversuche als TP 4.7 in das Verbundprojekt “Lebensdauer – Forschung an den OWEA-Tragstrukturen im Offshore-Testfeld alpha ventus – GIGAWIND life“ eingebunden.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Dominik Schäfer, Dr.-Ing. Khalid Abdel-Rahman

Jahr: 2017

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: 02/2013 - 07/2017

Kalibrierversuche an Flüssigboden

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Mandy Narten, Dipl.-Ing. Daniel Wilmsmeier

Jahr: 2017

Förderung: Forschungsgemeinschaft Transportbeton e.V. (FTB)

Laufzeit: 2016 - 2017

Installation von Suction Buckets

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Christian Schröder

Jahr: 2016

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) / Projektträger Jülich (PTJ)

Verhalten von Monopiles in nichtbindigem Seeboden unter horizontaler zyklischer Belastung

Um das Verhalten einer Monopilegründung in einem nichtbindigen Boden unter zyklischer Belastung abbilden zu können, wurde ein rechnerischer Ansatz bestehend aus einer Steifigkeitsreduktion und einer Finite Elemente-Berechnungen entwickelt. Die Verschiebungsakkumulation infolge zyklischer Belastung wird hierbei als spezifische Abnahme des Sekantensteifemoduls in jedem Element des Pfahl-Boden FE-Modells interpretiert.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dr.-Ing M.Sc. Yu-Shu Kuo / Dipl.-Ing. Johannes Albiker

Jahr: 2016

Laufzeit: 2007 - 2016

Effekt der Korngrößenverteilung sowie der Lagerungsdichte von Sanden auf die rückschreitende Erosion

Das Forschungsprojekt ist im Arbeitsprogramm 1 des Teilprojekts 4 in das Verbundprojekt „Strategien und Methoden des Life-Cycle-Engineerings für Ingenieurbauwerke und Gebäude“ eingebunden.

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus

Team: Dipl.-Ing. Dominik Schäfer

Jahr: 2012

Förderung: Niedersächsische Technische Hochschule (NTH)

Laufzeit: 07/2010 - 12/2012