Verhalten einer lateralen belasteten starren Pfahl mit Flossen auf einer geneigten Bodenoberfläche

Offshore-Windkraftanlagen (OWTs) werden als erneuerbare Energiequellen zur Elektrizitätserzeugung eingesetzt. Offshore wirken Wind- und Wellenlasten als transversale Lasten auf diese Turbinen. Darüber hinaus ist die Topografie des Ozeans nicht immer flach und variiert von steilen bis zu sanften Hängen. Der passive Widerstand, den der Boden bietet, wird durch das Vorhandensein der Hänge verringert. Ein Flossenpfahl ist ein einzigartiges starres hohles Stahlrohr mit Flossen auf beiden Seiten des Monopfahls, das als Fundament für OWTs verwendet wird, was den lateralen Widerstand, die Bedienungsfreundlichkeit und Kosteneinsparungen erhöht. Eine vergleichende Studie wurde basierend auf experimentellen und numerischen Untersuchungen sowohl an Monopfählen als auch an Flossenpfählen durchgeführt, die an verschiedenen unendlichen Hängen (Flach, 1V:5H, 1V:3H, 1V:2H und 1V:1H), Pfahlpositionen (c = 0, 2,5, 5 und 7,5 Dp) und Bodenbedingungen angebracht wurden. Drei verschiedene Dichten des Bodens (35%, 55% und 75%) wurden analysiert, um zu zeigen, wie das Verhalten der Pfahl-Boden-Steifigkeit die laterale Tragfähigkeit beeinflusst. Eine numerische Untersuchung wurde mit der Finite-Elemente-Software PLAXIS 3D (Version 1.6) durchgeführt. Die Flossenlängen und -breiten wurden variiert, um die optimale Flossengröße zu erhalten. Ein Verhältnis von e/Dp (Exzentrizität zu Durchmesser) von 12 wurde für das Experiment und die numerische Analyse beibehalten. Die Verdrängungs- und Rotationsresultate des Monopfahls und des Flossenpfahls wurden verglichen. Das Ergebnis zeigt eine Steigerung der lateralen Tragfähigkeit um 15%–40%, wenn der Monopfahl durch einen Flossenpfahl unter Berücksichtigung verschiedener Bodenbedingungen ersetzt wurde. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der Abstand von der Krone, wo der Steuereffekt minimal ist, 7,5 Dp beträgt.