Transition Piece

Das Transition Piece fungiert als Übergangsstück zwischen einem Rammpfahl (Monopile) und dem Turm einer Offshore-Windenergieanlage. Der Montageablauf sieht vor, dass das Transition Piece mit einer bestimmten Überlappungslänge über den Monopile gestülpt wird. Der Ringspalt, der zwischen den beiden Rohren entsteht, wird anschließend mit einem Vergussmörtel verfüllt oder vergroutet.

Der vergroutete Ringspalt hat im Wesentlichen zwei Aufgaben:

die Übertragung von der Belastungen infolge der ständigen und veränderlichen Einwirkungen,
sowie dem Ausgleich von Imperfektionen infolge des Rammvorgangs.

Bei der Ausbildung des Transition Piece haben sich zwei Varianten durchgesetzt:

Zylindrische Stahlrohre mit Schubrippen und
Konische Stahlrohre ohne Schubrippen.

Bis 2007 wurden zylindrische Groutverbindungen ohne Schubrippen eingesetzt. Jedoch erwiesen sich deren Trag- und Ermüdungsfestigkeit unter dynamischer Belastung als nicht ausreichend. Es kam zu Rutschungen zwischen Transition Piece und Monopile, was als shake-down Effekt bekannt ist. Infolgedessen wurden intensive Forschungsarbeiten durchgeführt und es Neuregelungen in den Offshore-Richtlinien eingeführt.

Aktuelle Konstruktionen mit Transition Piece werden entweder als zylindrische Stahlrohre mit Schubrippen oder als konische Stahlrohre ohne Schubrippen geplant. Durch den Einsatz von großen Walzstraßen und dicken Blechen können mittlerweile Transition Pieces mit einem Durchmesser von mehr als 7.000 mm hergestellt werden. Diese werden dann für die sogenannten XL-Monopiles verwendet.

Grout-Verbindungen

Grout-Verbindungen werden in der maritimen Technik häufig eingesetzt, insbesondere auf Ölplattformen, Überseebrücken und Offshore-Windkrafttürmen. Es handelt sich um Überlappungsverbindungen zwischen zwei Stahlrohren unterschiedlicher Durchmesser. Das zementgebundene Hochleistungsvergussmaterial wird in den Ringraum zwischen zwei Stahlrohren gegossen.

Die Grout-Verbindung überträgt interne Kräfte durch Scherung und Reibung zwischen der Rohrwand und dem Vergusskörper. Die Vorhersagemethoden für die axiale Tragfähigkeit von Grout-Verbindungen mit Scherriegeln und ihre Anwendungsbereiche in aktuellen Codes wurden in einer kürzlichen Studie analysiert. Die Studie zeigt, dass die Vorhersage der axialen Festigkeit von Grout-Verbindungen je nach verwendeter Methode unterschiedlich ausfällt. Die Berechnungsformel der britischen Health and Safety Executive (HSE, 2002) hat offensichtliche Einschränkungen. Insbesondere bei zunehmenden Scherriegeln wird die Festigkeit überschätzt, was zu unsicheren Konstruktionsergebnissen führt.

Die Ergebnisse, die von Det Norske Veritas (DNV, 2013) berechnet wurden, stimmen im Allgemeinen mit den experimentellen Ergebnissen überein, bei denen der Reduktionseffekt von mehreren Scherriegeln berücksichtigt wurde. Die Vorhersagemethode des American Petroleum Institute (API, 2007) ist übermäßig konservativ und unterschätzt die Tragfähigkeit von Verbindungen. Im Gegensatz dazu ist die Methode der kombinierten Det Norske Veritas-Germanischer Lloyd (DNV-GL, 2016) sicher, zuverlässig und wirtschaftlich und hat eine breitere Anwendbarkeit.