EP4320313A1 - Foundation structure for an offshore construction - Google Patents

Foundation structure for an offshore construction

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Publication number
EP4320313A1
EP4320313A1 EP22723569.4A EP22723569A EP4320313A1 EP 4320313 A1 EP4320313 A1 EP 4320313A1 EP 22723569 A EP22723569 A EP 22723569A EP 4320313 A1 EP4320313 A1 EP 4320313A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
foundation pile
section
cross
sectional area
foundation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22723569.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Volker Herwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rwe Offshore Wind GmbH
Original Assignee
Rwe Offshore Wind GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rwe Offshore Wind GmbH filed Critical Rwe Offshore Wind GmbH
Publication of EP4320313A1 publication Critical patent/EP4320313A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00Foundations as substructures
    • E02D27/32Foundations for special purposes
    • E02D27/42Foundations for poles, masts or chimneys
    • E02D27/425Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00Foundations as substructures
    • E02D27/32Foundations for special purposes
    • E02D27/52Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • E02D27/525Submerged foundations, i.e. submerged in open water using elements penetrating the underwater ground
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0056Platforms with supporting legs
    • E02B2017/0065Monopile structures
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B2017/0091Offshore structures for wind turbines
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22Piles
    • E02D5/48Piles varying in construction along their length, i.e. along the body between head and shoe, e.g. made of different materials along their length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22Foundations specially adapted for wind motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a foundation pile, in particular for an offshore structure. Furthermore, the invention relates to a corresponding offshore structure, in particular an offshore wind energy installation.
  • offshore structures are structures that are statically anchored in the seabed and extend over areas below and above the water surface.
  • Foundation structures for such buildings are known in various designs and are used, for example, as supporting structures for wind turbines or platforms. If the foundation structure is designed to be statically anchored to the seabed, it can be in the form of at least one pile.
  • Such a pole is usually hollow. Various technical components and lines can be accommodated inside the pole.
  • a foundation pile is presented with a first end and a second end, the foundation pile having fastening means at the first end for fastening a structure, the foundation pile being hollow and having a cross-sectional area which, in a tapering section, continuously decreases in the direction of the second end reduced.
  • a foundation pile is a component with which a building can be founded, i.e. anchored in the ground.
  • the green manure pile described is preferably designed as a foundation pile for a structure, in particular special for an offshore structure.
  • the building can have one or more foundation piles designed as described. If there is exactly one foundation pile, the foundation pile can also be referred to as a monopile.
  • the foundation pile described can be used as a monopile, but is not limited to this option. A use of the described foundation pile with other foundation structures, for example with tripiles, is possible.
  • the foundation pile preferably has a round cross section, in particular a circular cross section. In the case of a circular cross-section, the foundation pile is preferably cylindrical.
  • the foundation pile is hollow.
  • the foundation pile preferably includes a mantle.
  • the foundation pile is preferably made of steel. However, it is also conceivable to use a different material.
  • the foundation stake has a first end and a second end.
  • the ends can also be referred to as end faces.
  • the two ends of the foundation pile are spaced apart from each other in the axial direction.
  • the foundation pile extends in the axial direction between the two ends.
  • the foundation pile has fastening means for fastening a structure.
  • the structure can be, for example, a tower for a wind turbine, an oil rig, a substation structure or a platform.
  • the attachment means may include, for example, a flange, screw holes and/or a bracket. Other options for connection are plug-in connections, to which a sealing material can be added.
  • the fact that the fastening means are arranged at the first end of the foundation pile is to be understood functionally in such a way that, via the fastening means, the structure can be mounted on the foundation pile in the axial direction at the first end of the foundation pile.
  • the fastening means can generally be used to distinguish between the first end and the second end.
  • the greening stake preferably has no fastening means as at the first end.
  • the first end and the second end of the foundation pile are designed differently.
  • the distinction between the first end and the second end of the foundation pile allows an axial direction to be defined. If the foundation pile is anchored in a ground as intended, the second end of the foundation pile is in the ground, while the first end protrudes from the ground.
  • the first end can also be used as the upper end of the Foundation pile are referred to, while the second end can also be referred to as the lower end de or pile foot.
  • the fasteners on the foundation pile can therefore be used to identify where the top is, even before it is installed.
  • the second end of the foundation pile is anchored in a seabed.
  • a foundation pile preferably extends over a section above the water surface, a section between the water surface and the seabed and a section within the seabed.
  • the foundation pile serves in particular to absorb the load of the structure and to introduce it into the ground.
  • the foundation pile In the case of an offshore structure, the foundation pile is exposed to considerable transverse forces and moments due to wind, wave and current-induced loads.
  • the foundation pile described is able to withstand such loads. Comparatively little material is required for the foundation pile. This is possible because the foundation pile has a cross-sectional area that continuously decreases in a tapering section towards the second end.
  • the tapering section is preferably located within the ground when the foundation pile is installed. This design is particularly efficient in that comparatively little material is required for a certain stability of the foundation pile.
  • the fact that the cross-sectional area in the tapered section decreases continuously means that the cross-sectional area of the tapered section is at every point of the taper portion is greater than at a location subsequent toward the second end. That is, when viewed in the axial direction from the first end to the second end, the cross-sectional area always decreases within the neck portion.
  • the taper section has a finite extent. It is therefore not sufficient that the cross-sectional area suddenly decreases at a step. In that case, a taper section with zero extent could be defined at best. However, such a section should not be understood here as a tapering section.
  • the narrowing section particularly preferably has an axial extent in the range from 0.5 to 5 m, in particular in the range from 1 to 3 m.
  • the foundation pile preferably has an axial extent of at least 10 m, in particular at least 20 m, particularly preferably at least 40 m. Overall, the foundation pile preferably has an axial extent of at most 100 m, in particular at most 80 m, particularly preferably at most 50 m.
  • the fact that the taper is towards the second end means that the cross-sectional area decreases in the taper section when viewed from the first end to the second end. It is not necessary for the cross-sectional area to decrease beginning at the first end and/or up to the second end. This would be the case if the taper section extends to the first end and/or to the second end, which is possible but not required.
  • the taper section is preferably spaced from the first end and the second end of the foundation pile.
  • the cross-section of the foundation pile can be of any type. However, it is preferred that the cross-sectional area is constant outside the tapering section. However, it is also preferred that the foundation pile has a widening section between the first end and the narrowing section, in which the cross-sectional area of the foundation pile increases continuously in the direction of the second end. Starting from the first end, the cross-sectional area can, for example, constantly have a first value, increase continuously to a second value in the widening section, remain constant at the second value, decrease continuously to a third value in the narrowing section and remain constant at the third value until the second end.
  • the first value and the third value are preferably identical.
  • the widening section is preferably arranged below the attacking waves in order to increase the rigidity of the foundation pile in the area of the seabed.
  • the expansion section preferably has an axial extension in the range from 0.5 to 5 m, in particular in the range from 1 to 3 m.
  • the narrowing section is preferably arranged in a half of the foundation pile which adjoins the second end of the foundation pile. This means that the taper portion is located entirely between the second end and the center of the foundation pile, it being possible but not necessary for the taper portion to extend to the second end and/or to the center of the foundation pile.
  • the narrowing section is particularly preferably arranged in a third of the foundation pile adjoining the second end of the foundation pile.
  • the tapering section is preferably located within the floor.
  • the rejuvenation only takes place below the surface of the ground, where particularly large forces and moments can act on the foundation pile. Due to the tapering, the stability is affected particularly little in this case.
  • the widening section is preferably arranged in a half of the foundation pile adjoining the first end of the foundation pile. This means that the flared portion is located entirely between the first end and the center of the foundation pile, it being possible, but not required, for the flared portion to extend to the first end and/or to the center of the foundation pile.
  • the widening section is preferably located outside the floor.
  • the widening takes place above the surface of the ground, where particularly large forces and moments can act on the foundation pile.
  • the expansion particularly strengthens the stability in this case.
  • the narrowing section and the optional widening section are defined solely by the progression of the cross-sectional area. It is conceivable that in the case of a foundation pile, different sections can be identified as a narrowing section or different sections as a widening section. It is not necessary, but preferred, for the narrowing section and/or the widening section to be formed by a respective separate component. This simplifies the manufacture of the foundation pile.
  • the individual components are vorzugswei se connected to each other, in particular welded, before the green manure pile formed in this way is transported to its destination.
  • the cross-sectional area of the foundation pile is preferably at least as large at any point between the first end and the taper section as at the end of the taper section which faces the first end of the foundation pile. If the taper section is spaced from the second end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile is preferably at least as large at any point between the second end and the taper section as at the end of the taper section which faces the second end of the foundation pile. If the taper portion is spaced apart from the first end and the second end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile between the first end and the taper portion is preferably greater than that between the second end and the taper portion.
  • the foundation pile has a diameter that continuously decreases in the tapering section towards the second end.
  • the diameter is preferably in the range of 3 to 15 m at each point of the foundation pile.
  • the foundation pile preferably has a diameter of at least 3 m, in particular at least 5 m and/or at most 15 m. in particular of a maximum of 10 m.
  • the Foundation pile preferably has a diameter of at least 1 m, in particular at least 3 m and/or at most 10 m, in particular at most 8 m.
  • the necked portion of the foundation pile is spaced from the second end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile being constant between the necked portion and the second end.
  • Between the narrowing section and the second end of the foundation pile is preferably cylindrical. This makes production easier. Because the tapered section does not extend to the second end, a particularly large amount of material can be saved, particularly if the cross-sectional area of the foundation pile does not increase again between the tapered section and the second end.
  • the foundation pile is conical in the taper section.
  • the foundation pile has straight edges in the taper portion when viewed in a longitudinal section.
  • This configuration is particularly easy to manufacture.
  • the tapering section is formed by a cone as a separate component. If the foundation pile also has a widening section, this is also preferably formed by a cone as a separate component.
  • the foundation pile can be formed by connecting two cones to one another via a cylindrical component and attaching a respective additional cylindrical component to the outside of the two cones.
  • the cones can be identical in design, but oriented in opposite directions.
  • a ratio between the square root of the cross-sectional area of the foundation pile and a wall thickness of the foundation pile at any point of the foundation pile is at most 170, in particular at most 135.
  • the wall thickness of the hollow foundation pile can vary depending on the local
  • Vary cross-sectional area but is preferably always designed so that buckling of the foundation pile is prevented.
  • a smaller wall thickness is sufficient for a small cross-sectional area.
  • the square root of the cross-sectional area is at most 170 times the wall thickness, in particular at most 135 times.
  • the cross-sectional area is limited relative to the wall thickness, which makes sense for static reasons.
  • the square root of the cross-sectional area corresponds to the diameter of the foundation pile, up to a constant factor of around 0.9.
  • the ratio between the diameter of the foundation pile and the wall thickness of the foundation pile is at most 150, in particular at most 120.
  • the more general definition using the square root of the cross-sectional area is also considered.
  • the tapering portion is spaced from the first end and from the second end, wherein the
  • Foundation pile has a wall thickness which is greater in at least one section between the first end and the narrowing section than in at least one section between the second end and the narrowing section.
  • the cross-sectional area of the foundation pile is larger in at least one section between the first end and the narrowing section than in at least one section between the second end and the narrowing section. It is particularly preferred that the wall thickness is greater at any point between the first end and the tapered section than at any point between the second end and the tapered section.
  • the foundation pile has a widening section between the first end and the narrowing section, in which the cross-sectional area of the foundation pile increases continuously in the direction of the second end, the narrowing section and the widening section being arranged at a distance from one another, and wherein the foundation pile has a wall thickness.
  • the wall thickness of the foundation pile is greater between the widening section and the narrowing section than at the second end.
  • the wall thickness between the first end and the flare portion when the flare portion is spaced apart from the first end, the wall thickness between the first end and the flare portion can be prevented from being oversized. Due to the narrowing of the cross section of the foundation pile in the narrowing section, the cross-sectional area at the second end can be smaller than between the narrowing section and the widening section. In this way, material can be saved.
  • the wall thickness between the tapering section and the widening section is between 5 and 15 cm and at the second end between 3 and 12 cm.
  • the wall thickness between the narrowing section and the widening section is preferably 1 to 5 cm greater than at the second end.
  • the wall thickness between the widening section and the narrowing section is greater than at the first end. In this way, further material can be saved.
  • the wall thickness at the first end is preferably between 3 and 12 cm.
  • the wall thickness between the narrowing section and the widening section is preferably 1 to 5 cm greater than at the first end.
  • a constant wall thickness is recommended, as this is easier to implement from a manufacturing point of view and therefore advantageous. This applies in particular between the tapered section and the second end if the tapered section is arranged at a distance from the second end.
  • the foundation pile has a coating which adjoins the first end but not the second end.
  • the foundation pile is partially coated.
  • the coating is preferably only provided at points where an environment prevails that requires anti-corrosion measures and the coating is therefore technically sensible. Such an environment is not to be expected below the sea floor due to a lack of sufficient oxygen supply. Corrosion can also occur there due to certain bacteria, but the coating used here is not suitable for preventing this corrosion.
  • the application of a coating up to the second end of the foundation pile is therefore not technically sensible and is therefore not provided according to the present embodiment. This has the advantage that the uncoated area can also serve as an indicator for identifying the first and second end of the foundation pile.
  • the tapered section is preferably located within the floor.
  • the coating does not extend into the neck portion.
  • the coating is preferably formed over the entire surface.
  • the coating preferably extends over the full circumference of the foundation pile and/or, starting axially from the first end, over at least one third, in particular over at least half of the foundation pile.
  • the foundation pile of the present embodiment can be described as being coated in a first portion adjacent the first end and uncoated in a second portion adjacent the second end.
  • the foundation pile is anchored in a seabed.
  • the foundation pile is viewed in its assembled state.
  • the taper section is preferably located within the seabed.
  • the expansion section is preferably arranged outside the seabed. With the usual water level, the expansion section is preferably arranged between the water surface and the seabed.
  • the foundation pile is preferably anchored in the seabed in such a way that the narrowing section is arranged in an upper half of the part of the foundation pile which is located in the seabed.
  • the taper section is entirely between the seabed and the center of the seabed part of the foundation pile, it being possible, but not required, for the taper section to extend to the seabed and/or to the center of the seabed part of the foundation stake is enough.
  • the foundation pile is anchored to the seabed such that the neck portion is spaced from the seabed.
  • the foundation pile is particularly preferably anchored in the seabed in such a way that the narrowing section is arranged in an upper third of that part of the foundation pile which is located in the seabed.
  • an offshore structure which comprises a foundation pile and a structure, the structure being mounted on the foundation pile at a first end of the foundation pile, the foundation pile being anchored to a seabed at a second end, and wherein the foundation pile is hollow and has a cross-sectional area that continuously decreases in a taper portion toward the second end.
  • the advantages and features of the foundation pile described are applicable and transferable to the offshore structure and vice versa.
  • the offshore structure has one or more foundation piles, which are preferably designed like the foundation pile described above.
  • the offshore structure is an offshore wind turbine. In a further preferred embodiment, the offshore structure is an offshore substation.
  • FIG. 1 a schematic side view of an embodiment of an offshore structure according to the invention
  • Fig. 2 a schematic side view of a further embodiment of an offshore structure according to the invention
  • FIG. 3a a schematic cross-sectional representation of the foundation pile from FIG. 1 above the narrowing section
  • FIG. 3b a schematic cross-sectional representation of the foundation pile from FIG. 1 below the narrowing section.
  • the illustrated embodiment is an offshore wind turbine 12 with a foundation pile 2 designed as a monopile.
  • the offshore wind turbine 12 has a structure 5, which has a tower 13 and a gondola 14 and a rotor 15 attached to the outside of this.
  • the rotor 15 is set in motion by the wind.
  • the mechanical energy absorbed in this way is transmitted to a generator (not shown) inside the gondola 14 via a shaft-hub connection. This converts the mechanical energy into electrical energy.
  • the electrical cal energy is discharged via cables through the tower 13 of the wind turbine 12 down.
  • the electrical lines are together and collected in an offshore converter station, for example, before the energy is fed into the local power grid.
  • the foundation pile 2 shown in FIG. 1 comprises a first end 3 and a second end 4.
  • the first end 3 is characterized in that fastening means 11 for fastening the structure 5 are provided on this end.
  • the foundation pile 2 has at each point a circular cross-sectional area A, which is shown in Fig. 3a and 3b.
  • the foundation pile 2 comprises cylindrical and conical sections.
  • the foundation pile 2 below the water surface 8 has a larger cross-sectional area A than in the adjacent area above. This is achieved by a conical widening section 16 .
  • a tapering section 6 in which the cross-sectional area A of the foundation pile 2 decreases continuously in the direction of the second end 4.
  • a cylindrical area follows underneath, which extends to the second end 4 of the foundation pile 2 and encloses the second end 4 .
  • the foundation pile 2 is partially hen with a full-surface coating 7 verse. This extends from the first end 3 of the foundation pile 2 to the area within half of the seabed 10, but not to the second end 4.
  • the coating 7 protects the foundation pile 2 from corrosion.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a further embodiment of an offshore structure 1 with a foundation pile 2. From the rotor 15 of the wind turbine 12 to the beginning of the tapering section 6, this embodiment is identical to the embodiment from Fig. 1.
  • the embodiment according to Fig. 2 under differs from the embodiment of FIG. 1 in terms of the design of the Tapering section 6. This is formed in FIG. 2 as a cone, which is significantly longer than in FIG. The cone that forms the tapering section 6 extends over 60 to 80% of the area of the foundation pile 2 that protrudes into the seabed 10 .
  • Fig. 3a shows a cross-sectional view of the foundation pile 2 from Fig. 1 above the narrowing section 6 and below the widening section 16.
  • FIG. 3b shows a cross-sectional representation of the foundation pile 2 from FIG. 1 below the narrowing section 6.
  • a cross-sectional area A and a wall thickness d are shown.
  • the cross-sectional area A refers to the entire cross-section of the foundation pile 2, including the wall.
  • the wall thickness d depending on the local cross-sectional area A, has a minimum dimension for each point of the foundation pile 2 .
  • the ratio between the square root of the cross-sectional area A and the wall thickness d does not exceed a value of 170, in particular 120.
  • there are only circular cross-sectional areas A so that the ratio between a diameter D and the wall thickness d can also be specified. This is a maximum of 150, in particular a maximum of 120.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a foundation pile (2) having a first end (3) and a second end (4), the foundation pile (2) having fastening means (11) at the first end (3) for fastening a superstructure (5), the foundation pile (2) being hollow and having a transverse sectional area (A) which continuously decreases in a tapering section (6) towards the second end (4).

Description

Gründungsstruktur für ein Offshore-Bauwerk Foundation structure for an offshore structure
Die Erfindung betrifft einen Gründungspfahl, insbesondere für ein Offshore-Bauwerk. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Offshore-Bauwerk, insbesondere eine Offshore-Windenergieanlage. The invention relates to a foundation pile, in particular for an offshore structure. Furthermore, the invention relates to a corresponding offshore structure, in particular an offshore wind energy installation.
Als Offshore-Bauwerke werden insbesondere solche Bauwerke bezeichnet, die statisch im Meeresboden verankert sind und sich über Bereiche unter- und oberhalb der Wasseroberfläche erstrecken. Gründungsstrukturen für derartige Bauwerke sind in verschiedenen Ausführungen bekannt und dienen beispielsweise als Tragwerk für Windenergieanlagen oder Plattformen. Ist die Gründungsstruktur so ausgebildet, dass sie statisch im Meeresboden verankert ist, kann sie in Form von mindestens einem Pfahl vorliegen. Ein derartiger Pfahl ist üblicherweise hohl. Im Inneren des Pfahls kön nen diverse technische Komponenten und Leitungen untergebracht werden. In particular, offshore structures are structures that are statically anchored in the seabed and extend over areas below and above the water surface. Foundation structures for such buildings are known in various designs and are used, for example, as supporting structures for wind turbines or platforms. If the foundation structure is designed to be statically anchored to the seabed, it can be in the form of at least one pile. Such a pole is usually hollow. Various technical components and lines can be accommodated inside the pole.
Bei bekannten Gründungspfählen ist der Materialbedarf erheblich. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, gegenüber bekannten Gründungspfählen Material einzuspa ren. In the case of known foundation piles, the material requirement is considerable. It is therefore an object of the invention to save material compared to known foundation piles.
Erfindungsgemäß wird ein Gründungspfahl mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende vorgestellt, wobei der Gründungspfahl an dem ersten Ende Befesti gungsmittel zur Befestigung eines Aufbaus aufweist, wobei der Gründungspfahl hohl ist und eine Querschnittsfläche hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt kontinuier lich in Richtung auf das zweite Ende verringert. According to the invention, a foundation pile is presented with a first end and a second end, the foundation pile having fastening means at the first end for fastening a structure, the foundation pile being hollow and having a cross-sectional area which, in a tapering section, continuously decreases in the direction of the second end reduced.
Unter einem Gründungspfahl ist ein Bauteil zu verstehen, mit welchem ein Bau werk gegründet, also im Boden verankert werden kann. Der beschriebene Grün dungspfahl ist vorzugsweise als Gründungspfahl für ein Bauwerk ausgebildet, insbe sondere für ein Offshore-Bauwerk. Das Bauwerk kann einen oder mehrere wie be schrieben ausgebildete Gründungspfähle aufweisen. Liegt genau ein Gründungspfahl vor, kann der Gründungspfahl auch alsein Monopfahl (engl.„Monopile") bezeichnet werden. Der beschriebene Gründungspfahl kann als Monopfahl verwendet werden, ist jedoch nicht auf diese Option beschränkt. Eine Verwendung des beschriebenen Gründungspfahls bei anderen Gründungsstrukturen, beispielsweise mit Tripiles, ist möglich. A foundation pile is a component with which a building can be founded, i.e. anchored in the ground. The green manure pile described is preferably designed as a foundation pile for a structure, in particular special for an offshore structure. The building can have one or more foundation piles designed as described. If there is exactly one foundation pile, the foundation pile can also be referred to as a monopile. The foundation pile described can be used as a monopile, but is not limited to this option. A use of the described foundation pile with other foundation structures, for example with tripiles, is possible.
Der Gründungspfahl hat vorzugsweise einen runden Querschnitt, insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt. Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts ist der Gründungspfahl vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Der Gründungspfahl ist hohl. Der Gründungspfahl umfasst vorzugsweise einen Mantel. Vorzugsweise ist der Gründungspfahl aus Stahl ausgebildet. Denkbar ist aber auch die Verwendung eines anderen Materials. The foundation pile preferably has a round cross section, in particular a circular cross section. In the case of a circular cross-section, the foundation pile is preferably cylindrical. The foundation pile is hollow. The foundation pile preferably includes a mantle. The foundation pile is preferably made of steel. However, it is also conceivable to use a different material.
Der Gründungspfahl hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Die Enden können auch als Stirnseiten bezeichnet werden. Die beiden Enden des Gründungspfahls sind in axialer Richtung voneinander beabstandet. In der axialen Richtung erstreckt sich der Gründungspfahl zwischen den beiden Enden. The foundation stake has a first end and a second end. The ends can also be referred to as end faces. The two ends of the foundation pile are spaced apart from each other in the axial direction. The foundation pile extends in the axial direction between the two ends.
Der Gründungspfahl weist an seinem ersten Ende Befestigungsmittel zur Befesti gung eines Aufbaus auf. Der Aufbau kann beispielsweise ein Turm für eine Windener gieanlage, eine Bohrinsel, ein Substationsaufbau odereine Plattform sein. Die Befesti gungsmittel können beispielsweise einen Flansch, Schraublöcher und/odereine Hal terung umfassen. Weitere Möglichkeiten zur Verbindung stellen Steckverbindungen dar, denen ein Dichtmaterial hinzugefügt werden kann. Dass die Befestigungsmittel am ersten Ende des Gründungspfahls angeordnet sind, ist funktional so zu verstehen, dass über die Befestigungsmittel der Aufbau in axialer Richtung an das erste Ende des Gründungspfahls anschließend an dem Gründungspfahl montiert werden kann. At its first end, the foundation pile has fastening means for fastening a structure. The structure can be, for example, a tower for a wind turbine, an oil rig, a substation structure or a platform. The attachment means may include, for example, a flange, screw holes and/or a bracket. Other options for connection are plug-in connections, to which a sealing material can be added. The fact that the fastening means are arranged at the first end of the foundation pile is to be understood functionally in such a way that, via the fastening means, the structure can be mounted on the foundation pile in the axial direction at the first end of the foundation pile.
Durch die Befestigungsmittel kann im Allgemeinen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende unterschieden werden. Am zweiten Ende weist der Grün dungspfahl vorzugsweise keine Befestigungsmittel wie am ersten Ende auf. Allgemein ist es bevorzugt, dass das erste Ende und das zweite Ende des Gründungspfahls un terschiedlich ausgebildet sind. Die Unterscheidung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Gründungspfahls ermöglicht die Definition einer axialen Rich tung. Ist der Gründungspfahl bestimmungsgemäß in einem Boden verankert, befindet sich das zweite Ende des Gründungspfahls im Boden, während das erste Ende aus dem Boden herausragt. Insoweit kann das erste Ende auch als das obere Ende des Gründungspfahls bezeichnet werden, während das zweite Ende auch als unteres En de oder Pfahlfuß bezeichnet werden kann. An den Befestigungsmitteln kann also am Gründungspfahl auch vor dessen Montage erkannt werden, wo oben ist. The fastening means can generally be used to distinguish between the first end and the second end. At the second end, the greening stake preferably has no fastening means as at the first end. In general, it is preferred that the first end and the second end of the foundation pile are designed differently. The distinction between the first end and the second end of the foundation pile allows an axial direction to be defined. If the foundation pile is anchored in a ground as intended, the second end of the foundation pile is in the ground, while the first end protrudes from the ground. In this respect, the first end can also be used as the upper end of the Foundation pile are referred to, while the second end can also be referred to as the lower end de or pile foot. The fasteners on the foundation pile can therefore be used to identify where the top is, even before it is installed.
Ist der Gründungspfahl Teil eines Offshore-Bauwerks, ist das zweite Ende des Gründungspfahls in einem Meeresboden verankert. Ein derartiger Gründungspfahl erstreckt sich vorzugsweise über einen Abschnitt oberhalb der Wasseroberfläche, ei nen Abschnitt zwischen der Wasseroberfläche und dem Meeresgrund sowie einen Abschnitt innerhalb des Meeresbodens. If the foundation pile is part of an offshore structure, the second end of the foundation pile is anchored in a seabed. Such a foundation pile preferably extends over a section above the water surface, a section between the water surface and the seabed and a section within the seabed.
Der Gründungspfahl dient insbesondere dazu, die Last des Aufbaus aufzunehmen und in den Boden einzuleiten. Im Fall eines Offshore-Bauwerks ist der Gründungspfahl bedingt durch wind-, wellen- und strömungsinduzierte Lasten erheblichen Querkräf ten und Momenten ausgesetzt. Der beschriebene Gründungspfahl ist dazu in der La ge, derartigen Belastungen standzuhalten. Dabei ist vergleichsweise wenig Material für den Gründungspfahl erforderlich. Das ist möglich, weil der Gründungspfahl eine Querschnittsfläche hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich in Rich tung auf das zweite Ende verringert. Der Verjüngungsabschnitt befindet sich im mon tierten Zustand des Gründungspfahls vorzugsweise innerhalb des Bodens. Diese Aus gestaltung ist insofern besonders effizient, als dass für eine bestimmte Stabilität des Gründungspfahls vergleichsweise wenig Material erforderlich ist. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass es in Richtung auf das zweite Ende des Gründungspfahls aus festig keitstechnischer Sicht nicht notwendig ist, eine große Querschnittsfläche beizubehal ten, da die auf den Gründungspfahl wirkenden Querkräfte und Momente in Richtung auf das zweite Ende abnehmen. Der Verjüngungsabschnitt ist in Richtung des zweiten Endes ausgerichtet. Das bedeutet, dass sich der Gründungspfahl bei Betrachtung in axialer Richtung ausgehend vom ersten Ende im Verjüngungsabschnitt verjüngt. Die se Verjüngung des Pfahls erweist sich als vorteilhaft, da Material eingespart wird. Inso fern ist eine Verjüngung des Pfahls aus wirtschaftlicher und montagetechnischer Per spektive vorteilhaft. The foundation pile serves in particular to absorb the load of the structure and to introduce it into the ground. In the case of an offshore structure, the foundation pile is exposed to considerable transverse forces and moments due to wind, wave and current-induced loads. The foundation pile described is able to withstand such loads. Comparatively little material is required for the foundation pile. This is possible because the foundation pile has a cross-sectional area that continuously decreases in a tapering section towards the second end. The tapering section is preferably located within the ground when the foundation pile is installed. This design is particularly efficient in that comparatively little material is required for a certain stability of the foundation pile. This is based on the finding that from a strength point of view it is not necessary to maintain a large cross-sectional area in the direction of the second end of the foundation pile, since the shear forces and moments acting on the foundation pile decrease in the direction of the second end. The tapered portion is oriented toward the second end. This means that the foundation pile tapers in the taper section when viewed in the axial direction starting from the first end. This taper of the pile proves to be advantageous because material is saved. In this respect, tapering the pile is advantageous from an economic and technical perspective.
Dass sich die Querschnittsfläche in dem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich ver ringert, bedeutet dass die Querschnittsfläche des Verjüngungsabschnitt an jeder Stelle des Verjüngungsabschnitts größer ist als an einer in Richtung auf das zweite Ende fol genden Stelle. Bei Betrachtung in axialer Richtung vom ersten Ende zum zweiten Ende nimmt die Querschnittfläche also innerhalb des Verjüngungsabschnitts immer ab. Der Verjüngungsabschnitt hat eine endliche Ausdehnung. Es genügt also nicht, dass sich die Querschnittsfläche an einer Stufe sprunghaft verringert. In dem Fall könnte allen falls ein Verjüngungsabschnitt mit Ausdehnung null definiert werden. Ein solcher soll hier aber nicht als Verjüngungsabschnitt aufgefasst werden. Besonders bevorzugt hat der Verjüngungsabschnitt eine axiale Ausdehnung im Bereich von 0,5 bis 5 m, insbe sondere im Bereich von 1 bis 3 m. Insgesamt hat der Gründungspfahl vorzugsweise eine axiale Ausdehnung von mindestens 10 m, insbesondere von mindestens 20 m, besonders bevorzugt von mindestens 40 m. Insgesamt hat der Gründungspfahl vor zugsweise eine axiale Ausdehnung von maximal 100 m, insbesondere von maximal 80 m, besonders bevorzugt von maximal 50 m. The fact that the cross-sectional area in the tapered section decreases continuously means that the cross-sectional area of the tapered section is at every point of the taper portion is greater than at a location subsequent toward the second end. That is, when viewed in the axial direction from the first end to the second end, the cross-sectional area always decreases within the neck portion. The taper section has a finite extent. It is therefore not sufficient that the cross-sectional area suddenly decreases at a step. In that case, a taper section with zero extent could be defined at best. However, such a section should not be understood here as a tapering section. The narrowing section particularly preferably has an axial extent in the range from 0.5 to 5 m, in particular in the range from 1 to 3 m. Overall, the foundation pile preferably has an axial extent of at least 10 m, in particular at least 20 m, particularly preferably at least 40 m. Overall, the foundation pile preferably has an axial extent of at most 100 m, in particular at most 80 m, particularly preferably at most 50 m.
Dass die Verjüngung in Richtung auf das zweite Ende erfolgt, bedeutet, dass die Querschnittsfläche bei Betrachtung vom ersten Ende zum zweiten Ende im Verjün gungsabschnitt abnimmt. Es ist nicht erforderlich, dass die Querschnittsfläche begin nend am ersten Ende und/oder bis hin zum zweiten Ende abnimmt. Das wäre der Fall, wenn sich der Verjüngungsabschnitt bis zum ersten Ende und/oder bis zum zweiten Ende erstreckt, was möglich, aber nicht erforderlich ist. The fact that the taper is towards the second end means that the cross-sectional area decreases in the taper section when viewed from the first end to the second end. It is not necessary for the cross-sectional area to decrease beginning at the first end and/or up to the second end. This would be the case if the taper section extends to the first end and/or to the second end, which is possible but not required.
Der Verjüngungsabschnitt ist vorzugsweise vom ersten Ende und vom zweiten Ende des Gründungspfahls beabstandet. An Stellen außerhalb des Verjüngungsab schnitts kann der Querschnitt des Gründungspfahls beliebig sein. Bevorzugt ist je doch, dass die Querschnittsfläche außerhalb des Verjüngungsabschnitts konstant ist. Bevorzugt ist aber auch, dass der Gründungspfahl zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt einen Aufweitungsabschnitt aufweist, in welchem sich die Querschnittsfläche des Gründungspfahls kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende vergrößert. Ausgehend von dem ersten Ende kann die Querschnittfläche bei spielsweis konstant einen ersten Wert haben, im Aufweitungsabschnitt kontinuierlich auf einen zweiten Wert vergrößert werden, konstant auf dem zweiten Wert verbleiben, im Verjüngungsabschnitt kontinuierlich auf einen dritten Wert verringert werden und bis zum zweiten Ende konstant auf dem dritten Wert verbleiben. Der erste Wert und der dritte Wert sind vorzugsweise identisch. Im Fall eines Offshore-Bauwerks ist der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise unterhalb der angreifenden Wellen angeordnet, um die Steifigkeit des Gründungspfahls im Bereich des Meeresgrundes zu erhöhen. Vorzugsweise hat der Aufweitungsabschnitt eine axiale Ausdehnung im Bereich von 0,5 bis 5 m, insbesondere im Bereich von 1 bis 3 m. The taper section is preferably spaced from the first end and the second end of the foundation pile. At locations outside of the taper section, the cross-section of the foundation pile can be of any type. However, it is preferred that the cross-sectional area is constant outside the tapering section. However, it is also preferred that the foundation pile has a widening section between the first end and the narrowing section, in which the cross-sectional area of the foundation pile increases continuously in the direction of the second end. Starting from the first end, the cross-sectional area can, for example, constantly have a first value, increase continuously to a second value in the widening section, remain constant at the second value, decrease continuously to a third value in the narrowing section and remain constant at the third value until the second end. The first value and the third value are preferably identical. In the case of an offshore construction, the widening section is preferably arranged below the attacking waves in order to increase the rigidity of the foundation pile in the area of the seabed. The expansion section preferably has an axial extension in the range from 0.5 to 5 m, in particular in the range from 1 to 3 m.
Der Verjüngungsabschnitt ist vorzugsweise in einer an das zweite Ende des Grün dungspfahls anschließenden Hälfte des Gründungspfahls angeordnet. Das bedeutet, dass sich der Verjüngungsabschnitt vollständig zwischen dem zweiten Ende und der Mitte des Gründungspfahls befindet, wobei möglich, aber nicht erforderlich ist, dass der Verjüngungsabschnitt bis zum zweiten Ende und/oder bis zur Mitte des Grün dungspfahls reicht. Besonders bevorzugt ist der Verjüngungsabschnitt in einem an das zweite Ende des Gründungspfahls anschließenden Drittel des Gründungspfahls angeordnet. The narrowing section is preferably arranged in a half of the foundation pile which adjoins the second end of the foundation pile. This means that the taper portion is located entirely between the second end and the center of the foundation pile, it being possible but not necessary for the taper portion to extend to the second end and/or to the center of the foundation pile. The narrowing section is particularly preferably arranged in a third of the foundation pile adjoining the second end of the foundation pile.
Im montierten Zustand befindet sich der Verjüngungsabschnitt vorzugsweise in nerhalb des Bodens. So erfolgt die Verjüngung erst unterhalb der Oberfläche des Bo dens, wo besonders große Kräfte und Momente auf den Gründungspfahl einwirken können. Durch die Verjüngung wird die Stabilität in dem Fall besonders wenig beein trächtigt. In the assembled state, the tapering section is preferably located within the floor. The rejuvenation only takes place below the surface of the ground, where particularly large forces and moments can act on the foundation pile. Due to the tapering, the stability is affected particularly little in this case.
Sofern vorhanden, ist der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise in einer an das erste Ende des Gründungspfahls anschließenden Hälfte des Gründungspfahls angeordnet. Das bedeutet, dass sich der Aufweitungsabschnitt vollständig zwischen dem ersten Ende und der Mitte des Gründungspfahls befindet, wobei möglich, aber nicht erforder lich ist, dass der Aufweitungsabschnitt bis zum ersten Ende und/oder bis zur Mitte des Gründungspfahls reicht. If present, the widening section is preferably arranged in a half of the foundation pile adjoining the first end of the foundation pile. This means that the flared portion is located entirely between the first end and the center of the foundation pile, it being possible, but not required, for the flared portion to extend to the first end and/or to the center of the foundation pile.
Im montierten Zustand befindet sich der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise au ßerhalb des Bodens. So erfolgt die Aufweitung oberhalb der Oberfläche des Bodens, wo besonders große Kräfte und Momente auf den Gründungspfahl einwirken können. Durch die Aufweitung wird die Stabilität in dem Fall besonders gestärkt. Der Verjüngungsabschnitt und der optionale Aufweitungsabschnitt sind allein durch den Verlauf der Querschnittsfläche definiert. Es ist denkbar, dass bei einem Gründungspfahl verschiedene Abschnitte als Verjüngungsabschnitt beziehungsweise verschiedene Abschnitte als Aufweitungsabschnitt identifiziert werden können. Es ist nicht erforderlich, aber bevorzugt, dass der Verjüngungsabschnitt und/oder der Auf weitungsabschnitt durch ein jeweiliges gesondertes Bauteil gebildet sind. Das erleich tert die Herstellung des Gründungspfahls. Die einzelnen Bauteile werden vorzugswei se miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, bevor der so gebildete Grün dungspfahl an seinen Bestimmungsort transportiert wird. In the assembled state, the widening section is preferably located outside the floor. The widening takes place above the surface of the ground, where particularly large forces and moments can act on the foundation pile. The expansion particularly strengthens the stability in this case. The narrowing section and the optional widening section are defined solely by the progression of the cross-sectional area. It is conceivable that in the case of a foundation pile, different sections can be identified as a narrowing section or different sections as a widening section. It is not necessary, but preferred, for the narrowing section and/or the widening section to be formed by a respective separate component. This simplifies the manufacture of the foundation pile. The individual components are vorzugswei se connected to each other, in particular welded, before the green manure pile formed in this way is transported to its destination.
Ist der Verjüngungsabschnitt von dem ersten Ende des Gründungspfahls beab- standet, ist die Querschnittfläche des Gründungspfahls vorzugsweise an jeder Stelle zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt mindestens so groß wie an dem Ende des Verjüngungsabschnitts, welches dem ersten Ende des Gründungs pfahls zugewandt ist. Ist der Verjüngungsabschnitt von dem zweiten Ende des Grün dungspfahls beabstandet, ist die Querschnittfläche des Gründungspfahls vorzugswei se an jeder Stelle zwischen dem zweiten Ende und dem Verjüngungsabschnitt min destens so groß wie an dem Ende des Verjüngungsabschnitts, welches dem zweiten Ende des Gründungspfahls zugewandt ist. Ist der Verjüngungsabschnitt von dem ers ten Ende und von dem zweiten Ende des Gründungspfahls beabstandet, ist die Quer schnittfläche des Gründungspfahls zwischen dem ersten Ende und dem Verjün gungsabschnitt vorzugsweise größer als zwischen dem zweiten Ende und dem Ver jüngungsabschnitt. If the taper section is spaced from the first end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile is preferably at least as large at any point between the first end and the taper section as at the end of the taper section which faces the first end of the foundation pile. If the taper section is spaced from the second end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile is preferably at least as large at any point between the second end and the taper section as at the end of the taper section which faces the second end of the foundation pile. If the taper portion is spaced apart from the first end and the second end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile between the first end and the taper portion is preferably greater than that between the second end and the taper portion.
Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts, hat der Gründungspfahl einen Durch messer, der sich in dem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich in Richtung auf das zwei te Ende verringert. Der Durchmesser liegt vorzugsweise an jeder Stelle des Grün dungspfahls im Bereich von 3 bis 15 m. Wird der Gründungspfahl als ein Monopfahl verwendet, hat der Gründungspfahl vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 3 m, insbesondere von mindestens 5 m und/oder von maximal 15 m, insbesondere von maximal 10 m. Wird der Gründungspfahl als Teil eines Tri pods verwendet, hat der Gründungspfahl vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 1 m, insbesondere von mindestens 3 m und/oder von maximal 10 m, insbesondere von maximal 8 m. In the case of a circular cross-section, the foundation pile has a diameter that continuously decreases in the tapering section towards the second end. The diameter is preferably in the range of 3 to 15 m at each point of the foundation pile. If the foundation pile is used as a monopile, the foundation pile preferably has a diameter of at least 3 m, in particular at least 5 m and/or at most 15 m. in particular of a maximum of 10 m. If the foundation pile is used as part of a tripod, the Foundation pile preferably has a diameter of at least 1 m, in particular at least 3 m and/or at most 10 m, in particular at most 8 m.
Während der Installation des Gründungspfahls kann es auf Höhe des Verjün gungsabschnittes zu Bodenauflockerungen innerhalb des Gründungspfahls und einer Verdichtung des Bodens außerhalb des Gründungspfahls kommen. Es besteht die Möglichkeit, diese durch eine Auffüllung im Gründungspfahl auszugleichen, um eine hohe Tragfähigkeit zu erzielen. During the installation of the foundation pile, soil loosening within the foundation pile and compaction of the soil outside of the foundation pile can occur at the level of the taper section. It is possible to compensate for this by filling in the foundation pile in order to achieve a high load-bearing capacity.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verjüngungsabschnitt des Grün dungspfahls von dem zweiten Ende des Gründungspfahls beabstandet angeordnet, wobei die Querschnittsfläche des Gründungspfahls zwischen dem Verjüngungsab schnitt und dem zweiten Ende konstant ist. In a preferred embodiment, the necked portion of the foundation pile is spaced from the second end of the foundation pile, the cross-sectional area of the foundation pile being constant between the necked portion and the second end.
Zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zweiten Ende ist der Gründungs pfahl vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Das erleichtert die Herstellung. Dadurch, dass sich der Verjüngungsabschnitt nicht bis zum zweiten Ende erstreckt, kann besonders viel Material eingespart werden, insbesondere wenn sich die Quer schnittsfläche des Gründungspfahls zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zweiten Ende nicht wieder vergrößert. Between the narrowing section and the second end of the foundation pile is preferably cylindrical. This makes production easier. Because the tapered section does not extend to the second end, a particularly large amount of material can be saved, particularly if the cross-sectional area of the foundation pile does not increase again between the tapered section and the second end.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gründungspfahl in dem Verjüngungsabschnitt konisch ausgebildet. In a further preferred embodiment, the foundation pile is conical in the taper section.
In dieser Ausführungsform hat der Gründungspfahl im Verjüngungsabschnitt bei Betrachtung in einem Längsschnitt gerade Ränder. Diese Ausgestaltung ist besonders leicht herzustellen. Besonders bevorzugt ist es, dass der Verjüngungsabschnitt durch einen Konus als ein gesondertes Bauteil gebildet ist. Weist der Gründungspfahl auch einen Aufweitungsabschnitt auf, ist auch dieser vorzugsweise durch einen Konus als ein gesondertes Bauteil gebildet. Der Gründungspfahl kann in dem Fall gebildet wer den, indem zwei Konen über ein zylinderförmiges Bauteil miteinander verbunden wer den und ein jeweiliges weiteres zylinderförmiges Bauteil außen an die beiden Konen angebracht wird. Die Konen können dabei identisch ausgebildet, aber gegenläufig orientiert sein. In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Verhältnis zwischen der Wurzel der Querschnittsfläche des Gründungspfahls und einer Wandstärke des Gründungspfahls an jeder Stelle des Gründungspfahls höchstens 170, insbesondere höchstens 135. Die Wandstärke des hohlen Gründungspfahls kann abhängig von der lokalenIn this embodiment, the foundation pile has straight edges in the taper portion when viewed in a longitudinal section. This configuration is particularly easy to manufacture. It is particularly preferred that the tapering section is formed by a cone as a separate component. If the foundation pile also has a widening section, this is also preferably formed by a cone as a separate component. The foundation pile can be formed by connecting two cones to one another via a cylindrical component and attaching a respective additional cylindrical component to the outside of the two cones. The cones can be identical in design, but oriented in opposite directions. In a further preferred embodiment, a ratio between the square root of the cross-sectional area of the foundation pile and a wall thickness of the foundation pile at any point of the foundation pile is at most 170, in particular at most 135. The wall thickness of the hollow foundation pile can vary depending on the local
Querschnittsfläche variieren, ist aber vorzugsweise stets so ausgebildet, dass einem Beulen des Gründungspfahls vorgebeugt wird. Grundsätzlich genügt bei einer gerin gen Querschnittsfläche eine geringere Wandstärke. In der vorliegenden Ausführungs form beträgt die Wurzel der Querschnittsfläche höchstens das 170-Fache der Wand- stärke, insbesondere höchstens das 135-Fache. Insoweit ist die Querschnittfläche rela tiv zur Wandstärke limitiert, was aus statischen Gründen sinnvoll ist. Vary cross-sectional area, but is preferably always designed so that buckling of the foundation pile is prevented. In principle, a smaller wall thickness is sufficient for a small cross-sectional area. In the present embodiment, the square root of the cross-sectional area is at most 170 times the wall thickness, in particular at most 135 times. In this respect, the cross-sectional area is limited relative to the wall thickness, which makes sense for static reasons.
Im Falle eines kreisförmigen Querschnitts entspricht die Wurzel der Querschnitts fläche - bis auf einen konstanten Faktor von rund 0,9 - dem Durchmesser des Grün dungspfahls. Bei einem kreisförmigen Querschnitt ist es bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Gründungspfahls und der Wandstärke des Grün dungspfahls höchstens 150, insbesondere höchstens 120 beträgt. Da ein kreisförmi ger Querschnitt aber nicht zwingend ist, wird auch die allgemeinere Definition mittels Wurzel der Querschnittsfläche betrachtet. In the case of a circular cross-section, the square root of the cross-sectional area corresponds to the diameter of the foundation pile, up to a constant factor of around 0.9. In the case of a circular cross section, it is preferred that the ratio between the diameter of the foundation pile and the wall thickness of the foundation pile is at most 150, in particular at most 120. However, since a circular cross-section is not mandatory, the more general definition using the square root of the cross-sectional area is also considered.
In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform ist der Verjüngungsabschnitt von dem ersten Ende und von dem zweiten Ende beabstandet angeordnet, wobei derIn a further preferred embodiment, the tapering portion is spaced from the first end and from the second end, wherein the
Gründungspfahl eine Wandstärke hat, die in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als in jedenfalls einem Ab schnitt zwischen dem zweiten Ende und dem Verjüngungsabschnitt. Foundation pile has a wall thickness which is greater in at least one section between the first end and the narrowing section than in at least one section between the second end and the narrowing section.
Durch diese Ausgestaltung kann Material eingespart werden, indem die Wand- stärke dort reduziert wird, wo dies aufgrund der Verjüngung möglich ist. Insbesondere in dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Querschnittfläche des Grün dungspfahls in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem Ver jüngungsabschnitt größer ist als in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem zweiten Ende und dem Verjüngungsabschnitt. Besonders bevorzugt ist, dass die Wandstärke an jeder Stelle zwischen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als an jeder Stelle zwischen dem zwei ten Ende und dem Verjüngungsabschnitt. With this design, material can be saved by reducing the wall thickness where this is possible due to the narrowing. Particularly in this embodiment, it is preferred that the cross-sectional area of the foundation pile is larger in at least one section between the first end and the narrowing section than in at least one section between the second end and the narrowing section. It is particularly preferred that the wall thickness is greater at any point between the first end and the tapered section than at any point between the second end and the tapered section.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gründungspfahl zwi- sehen dem ersten Ende und dem Verjüngungsabschnitt einen Aufweitungsabschnitt auf, in welchem sich die Querschnittsfläche des Gründungspfahls kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende vergrößert, wobei der Verjüngungsabschnitt und der Aufweitungsabschnitt voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der Gründungspfahl eine Wandstärke hat. Dabei hat der Gründungspfahl eine Wandstär- ke, die zwischen dem Aufweitungsabschnitt und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als an dem zweiten Ende. In a further preferred embodiment, the foundation pile has a widening section between the first end and the narrowing section, in which the cross-sectional area of the foundation pile increases continuously in the direction of the second end, the narrowing section and the widening section being arranged at a distance from one another, and wherein the foundation pile has a wall thickness. The wall thickness of the foundation pile is greater between the widening section and the narrowing section than at the second end.
Ist der Aufweitungsabschnitt vom ersten Ende beabstandet, kann in der vorlie genden Ausführungsform verhindert werden, dass die Wandstärke zwischen dem ers ten Ende und dem Aufweitungsabschnitt überdimensioniert ist. Durch die Verjüngung des Querschnitts des Gründungspfahls im Verjüngungsab schnitt kann die Querschnittsfläche am zweiten Ende kleiner sein als zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt. So kann Material eingespart werden. Vorzugsweise liegt die Wandstärke zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt zwischen 5 und 15 cm und am zweiten Ende zwischen 3 und 12 cm. Vorzugsweise ist die Wandstärke zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt um 1 bis 5 cm größer als am zweiten Ende. In the present embodiment, when the flare portion is spaced apart from the first end, the wall thickness between the first end and the flare portion can be prevented from being oversized. Due to the narrowing of the cross section of the foundation pile in the narrowing section, the cross-sectional area at the second end can be smaller than between the narrowing section and the widening section. In this way, material can be saved. Preferably, the wall thickness between the tapering section and the widening section is between 5 and 15 cm and at the second end between 3 and 12 cm. The wall thickness between the narrowing section and the widening section is preferably 1 to 5 cm greater than at the second end.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Wandstärke zwischen dem Aufweitungsab schnitt und dem Verjüngungsabschnitt größer ist als an dem ersten Ende. So kann weiteres Material eingespart werden. Vorzugsweise liegt die Wandstärke am ersten Ende zwischen 3 und 12 cm. Vorzugsweise ist die Wandstärke zwischen dem Verjün gungsabschnitt und dem Aufweitungsabschnitt um 1 bis 5 cm größer als am ersten Ende. Furthermore, it is preferred that the wall thickness between the widening section and the narrowing section is greater than at the first end. In this way, further material can be saved. The wall thickness at the first end is preferably between 3 and 12 cm. The wall thickness between the narrowing section and the widening section is preferably 1 to 5 cm greater than at the first end.
Innerhalb eines Bereiches mit konstanter Querschnittsfläche bietet sich eine kon stante Wandstärke an, da dies aus fertigungstechnischer Sicht leichter umzusetzen und daher vorteilhaft ist. Dies gilt insbesondere zwischen dem Verjüngungsabschnitt und dem zweiten Ende, sofern der Verjüngungsabschnitt vom zweiten Ende beab- standet angeordnet ist. Within an area with a constant cross-sectional area, a constant wall thickness is recommended, as this is easier to implement from a manufacturing point of view and therefore advantageous. This applies in particular between the tapered section and the second end if the tapered section is arranged at a distance from the second end.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gründungspfahl eine Beschichtung auf, welche an das erste Ende, nicht aber an das zweite Ende angrenzt. In a further preferred embodiment, the foundation pile has a coating which adjoins the first end but not the second end.
Um den Gründungspfahl vor korrosionsfördernden Einflüssen zu schützen und damit seine Lebensdauer zu erhöhen, ist der Gründungspfahl teilweise mit der Be schichtung versehen. Die Beschichtung ist vorzugsweise nur an Stellen vorgesehen, an denen eine Umgebung herrscht, die korrosionsverhütende Maßnahmen verlangt und die Beschichtung damit technisch sinnvoll ist. Eine derartige Umgebung ist unter halb des Meeresbodens mangels ausreichender Sauerstoffzufuhr nicht zu erwarten. Dort kann bedingt durch bestimmte Bakterien auch Korrosion auftreten, die hier ver wendete Beschichtung eignet sich jedoch nicht zur Verhütung dieser Korrosion. Die Aufbringung einer Beschichtung bis an das zweite Ende des Gründungspfahls heran ist somit technisch nicht sinnvoll und daher gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht vorgesehen. Diese hat zum Vorteil, dass auch der unbeschichtete Bereich als Indikator für die Identifizierung von erstem und zweiten Ende des Gründungspfahls dienen kann. Im montierten Zustand befindet sich der Verjüngungsabschnitt vor zugsweise innerhalb des Bodens. Daher ist es bevorzugt, dass sich die Beschichtung nicht in den Verjüngungsabschnitt erstreckt. Die Beschichtung ist vorzugsweise voll flächig ausgebildet. Insbesondere erstreckt sich die Beschichtung vorzugsweise über den vollen Umfang des Gründungspfahls und/oder axial vom ersten Ende ausgehend über mindestens ein Drittel, insbesondere über mindestens die Hälfte des Gründungs pfahls. In order to protect the foundation pile from corrosive influences and thus increase its service life, the foundation pile is partially coated. The coating is preferably only provided at points where an environment prevails that requires anti-corrosion measures and the coating is therefore technically sensible. Such an environment is not to be expected below the sea floor due to a lack of sufficient oxygen supply. Corrosion can also occur there due to certain bacteria, but the coating used here is not suitable for preventing this corrosion. The application of a coating up to the second end of the foundation pile is therefore not technically sensible and is therefore not provided according to the present embodiment. This has the advantage that the uncoated area can also serve as an indicator for identifying the first and second end of the foundation pile. In the assembled state, the tapered section is preferably located within the floor. Therefore, it is preferable that the coating does not extend into the neck portion. The coating is preferably formed over the entire surface. In particular, the coating preferably extends over the full circumference of the foundation pile and/or, starting axially from the first end, over at least one third, in particular over at least half of the foundation pile.
Als alternative Formulierung kann der Gründungspfahl gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch beschrieben werden, dass dieser in einem an das erste En de angrenzenden ersten Abschnitt beschichtet und in einem an das zweite Ende an grenzenden zweiten Abschnitt unbeschichtet ist. As an alternative wording, the foundation pile of the present embodiment can be described as being coated in a first portion adjacent the first end and uncoated in a second portion adjacent the second end.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gründungspfahl in einem Meeresboden verankert. In dieser Ausführungsform wird der Gründungspfahl in seinem montierten Zu stand betrachtet. Der Verjüngungsabschnitt ist vorzugsweise innerhalb des Meeres bodens angeordnet. Sofern vorhanden, ist der Aufweitungsabschnitt vorzugsweise außerhalb des Meeresbodens angeordnet. Bei üblichem Wasserstand ist der Aufwei tungsabschnitt vorzugsweise zwischen Wasseroberfläche und Meeresgrund ange ordnet. In a further preferred embodiment, the foundation pile is anchored in a seabed. In this embodiment, the foundation pile is viewed in its assembled state. The taper section is preferably located within the seabed. If present, the expansion section is preferably arranged outside the seabed. With the usual water level, the expansion section is preferably arranged between the water surface and the seabed.
Der Gründungspfahl ist vorzugsweise derart im Meeresboden verankert, dass der Verjüngungsabschnitt in einer oberen Hälfte des im Meeresboden befindlichen Teils des Gründungspfahls angeordnet ist. Das bedeutet, dass sich der Verjüngungsab schnitt vollständig zwischen dem Meeresgrund und der Mitte des im Meeresgrund befindlichen Teils des Gründungspfahls befindet, wobei möglich, aber nicht erforder lich ist, dass der Verjüngungsabschnitt bis zum Meeresgrund und/oder bis zur Mitte des im Meeresboden befindlichen Teils des Gründungspfahls reicht. Vorzugsweise ist der Gründungspfahl derart im Meeresboden verankert, dass der Verjüngungsabschnitt von dem Meeresgrund beabstandet ist. Besonders bevorzugt ist der Gründungspfahl derart im Meeresboden verankert, dass der Verjüngungsabschnitt in einem oberen Drittel des im Meeresboden befindlichen Teils des Gründungspfahls angeordnet ist. The foundation pile is preferably anchored in the seabed in such a way that the narrowing section is arranged in an upper half of the part of the foundation pile which is located in the seabed. This means that the taper section is entirely between the seabed and the center of the seabed part of the foundation pile, it being possible, but not required, for the taper section to extend to the seabed and/or to the center of the seabed part of the foundation stake is enough. Preferably, the foundation pile is anchored to the seabed such that the neck portion is spaced from the seabed. The foundation pile is particularly preferably anchored in the seabed in such a way that the narrowing section is arranged in an upper third of that part of the foundation pile which is located in the seabed.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Offshore-Bauwerk vorgestellt, wel ches einen Gründungspfahl und einen Aufbau umfasst, wobei der Aufbau an einem ersten Ende des Gründungspfahls an dem Gründungspfahl montiert ist, wobei der Gründungspfahl mit einem zweiten Ende in einem Meeresgrund verankert ist, und wobei der Gründungspfahl hohl ist und eine Querschnittsfläche hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende verringert. As a further aspect of the invention, an offshore structure is presented, which comprises a foundation pile and a structure, the structure being mounted on the foundation pile at a first end of the foundation pile, the foundation pile being anchored to a seabed at a second end, and wherein the foundation pile is hollow and has a cross-sectional area that continuously decreases in a taper portion toward the second end.
Die beschriebenen Vorteile und Merkmale des Gründungspfahls sind auf das Offshore-Bauwerk anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das Offshore- Bauwerk weist einen oder mehrere Gründungspfähle auf, die vorzugsweise wie der zuvor beschriebene Gründungspfahl ausgebildet sind. The advantages and features of the foundation pile described are applicable and transferable to the offshore structure and vice versa. The offshore structure has one or more foundation piles, which are preferably designed like the foundation pile described above.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Offshore-Bauwerk eine Offshore- Windenergieanlage. ln einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Offshore-Bauwerk eine Offshore-Substation. In a preferred embodiment, the offshore structure is an offshore wind turbine. In a further preferred embodiment, the offshore structure is an offshore substation.
Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, auf die sich die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf Monopfähle, die als Gründungsstruktur einer Offshore- Wind energieanlage dienen. Die Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Gründungs pfähle als Mehr-Pfahl-Gründungsstruktur (z. B. als Tripile) ist ebenfalls möglich. Dar über hinaus kann ein erfindungsgemäß ausgebildeter Pfahl auch als Gründungsstruk tur für andere Bauwerke off- und onshore dienen. Es zeigen: Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Offshore-Bauwerks, Particularly preferred embodiments are described below, to which, however, the invention is not limited. In particular, the invention is not limited to monopiles that serve as the foundation structure of an offshore wind turbine. The combination of several foundation piles according to the invention as a multi-pile foundation structure (eg as a tripile) is also possible. In addition, a pile designed according to the invention can also serve as a foundation structure for other structures offshore and onshore. They show: FIG. 1: a schematic side view of an embodiment of an offshore structure according to the invention,
Fig. 2: eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines er findungsgemäßen Offshore-Bauwerks, Fig. 2: a schematic side view of a further embodiment of an offshore structure according to the invention,
Fig. 3a: eine schematische Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls aus Fig. 1 oberhalb des Verjüngungsabschnitts, 3a: a schematic cross-sectional representation of the foundation pile from FIG. 1 above the narrowing section,
Fig. 3b: eine schematische Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls aus Fig. 1 unterhalb des Verjüngungsabschnitts. FIG. 3b: a schematic cross-sectional representation of the foundation pile from FIG. 1 below the narrowing section.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Offshore-Bauwerks 1. Bei der dargestell ten Ausführungsform handelt es sich um eine Offshore-Windenergieanlage 12 mit ei- nem als Monopile ausgebildeten Gründungspfahl 2. Die Offshore-Windenergieanlage 12 hat einen Aufbau 5, der einen Turm 13 und eine Gondel 14 sowie einen an dieser außen befestigten Rotor 15 aufweist. Der Rotor 15 wird durch Wind in Bewegung ge setzt. Die dabei aufgenommene mechanische Energie wird übereine Welle-Nabe- Verbindung ins Innere der Gondel 14 an einen (nicht dargestellten) Generator über- tragen. Dieser wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um. Die elektri sche Energie wird über Kabel durch den Turm 13 der Windenergieanlage 12 nach unten abgeführt. Beim Einsatz mehrerer Windenergieanlagen 12 in einer Umgebung, wie es bei Offshore-Wind parks üblich ist, werden die elektrischen Leitungen zusam- mengeführt und zum Beispiel in einer Offshore- Konverterstation gesammelt, bevor die Energie ins lokale Stromnetz eingespeist wird. 1 shows a schematic view of an offshore structure 1. The illustrated embodiment is an offshore wind turbine 12 with a foundation pile 2 designed as a monopile. The offshore wind turbine 12 has a structure 5, which has a tower 13 and a gondola 14 and a rotor 15 attached to the outside of this. The rotor 15 is set in motion by the wind. The mechanical energy absorbed in this way is transmitted to a generator (not shown) inside the gondola 14 via a shaft-hub connection. This converts the mechanical energy into electrical energy. The electrical cal energy is discharged via cables through the tower 13 of the wind turbine 12 down. When using several wind turbines 12 in an environment, as is usual with offshore wind farms, the electrical lines are together and collected in an offshore converter station, for example, before the energy is fed into the local power grid.
Der in Fig. 1 dargestellte Gründungspfahl 2 umfasst ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 4. Das erste Ende 3 ist insoweit ausgezeichnet, als dass an diesem Befes tigungsmittel 11 zur Befestigung des Aufbaus 5 vorgesehen sind. Der Gründungs pfahl 2 hat an jeder Stelle eine kreisförmige Querschnittsfläche A, welche in Fig. 3a und 3b gezeigt ist. Der Gründungspfahl 2 umfasst zylindrisch und konisch ausgebildete Abschnitte. Um die Steifigkeit des Offshore-Bauwerks 1 im Bereich der angreifenden Wellen zu erhöhen, weist der Gründungspfahl 2 unterhalb der Wasseroberfläche 8 eine größere Querschnittsfläche A als im darüber angrenzenden Bereich auf. Dies wird durch einen konischen Aufweitungsabschnitt 16 erreicht. The foundation pile 2 shown in FIG. 1 comprises a first end 3 and a second end 4. The first end 3 is characterized in that fastening means 11 for fastening the structure 5 are provided on this end. The foundation pile 2 has at each point a circular cross-sectional area A, which is shown in Fig. 3a and 3b. The foundation pile 2 comprises cylindrical and conical sections. In order to increase the rigidity of the offshore structure 1 in the area of the attacking waves, the foundation pile 2 below the water surface 8 has a larger cross-sectional area A than in the adjacent area above. This is achieved by a conical widening section 16 .
Unterhalb an den Aufweitungsabschnitt 16 anschließend befindet sich ein weite rer zylindrischer Turmabschnitt. Dieser ragt überden Meeresgrund 9 hinaus in den Meeresboden 10 hinein. Below the expansion section 16 there is a wide rer cylindrical tower section. This protrudes beyond the seabed 9 into the seabed 10 .
Unterhalb dieses zylindrischen Abschnittes schließt sich in Richtung auf das zwei te Ende 4 des Gründungspfahls 2 ein Verjüngungsabschnitt 6 an, in dem sich die Querschnittsfläche A des Gründungspfahls 2 kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende 4 verringert. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform schließt sich darunter ein zylindrischer Bereich an, der bis zum zweiten Ende 4 des Gründungspfahls 2 reicht und das zweite Ende 4 umfasst. Below this cylindrical section, in the direction of the second end 4 of the foundation pile 2, there is a tapering section 6, in which the cross-sectional area A of the foundation pile 2 decreases continuously in the direction of the second end 4. In the embodiment shown in FIG. 1 , a cylindrical area follows underneath, which extends to the second end 4 of the foundation pile 2 and encloses the second end 4 .
Der Gründungspfahl 2 ist teilweise mit einer vollflächigen Beschichtung 7 verse hen. Diese reicht vom ersten Ende 3 des Gründungspfahls 2 bis in den Bereich inner halb des Meeresbodens 10 hinein, jedoch nicht bis zu dem zweiten Ende 4. Die Be schichtung 7 schütz den Gründungspfahl 2 vor Korrosion. The foundation pile 2 is partially hen with a full-surface coating 7 verse. This extends from the first end 3 of the foundation pile 2 to the area within half of the seabed 10, but not to the second end 4. The coating 7 protects the foundation pile 2 from corrosion.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Offshore-Bauwerks 1 mit einem Gründungspfahl 2. Diese Ausführungsform ist vom Rotor 15 der Windenergieanlage 12 bis zum Beginn des Verjüngungsabschnittes 6 identisch mit der Ausführungsform aus Fig. 1. Die Ausführungsform nach Fig. 2 unter scheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im Hinblick auf die Gestaltung des Verjüngungsabschnitts 6. Dieser ist in Fig. 2 als ein Konus ausgebildet, der deutlich länger ist als in Fig. 1 und der das zweite Ende 4 des Gründungspfahls 2 umfasst. Der Konus, der den Verjüngungsabschnitt 6 bildet, erstreckt sich über 60 bis 80 % des Be reiches des Gründungspfahls 2, der in den Meeresboden 10 hineinragt. Fig. 3a zeigt eine Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls 2 aus Fig. 1 ober halb des Verjüngungsabschnitts 6 und unterhalb des Aufweitungsabschnitts 16. Fig. 2 shows a schematic view of a further embodiment of an offshore structure 1 with a foundation pile 2. From the rotor 15 of the wind turbine 12 to the beginning of the tapering section 6, this embodiment is identical to the embodiment from Fig. 1. The embodiment according to Fig. 2 under differs from the embodiment of FIG. 1 in terms of the design of the Tapering section 6. This is formed in FIG. 2 as a cone, which is significantly longer than in FIG. The cone that forms the tapering section 6 extends over 60 to 80% of the area of the foundation pile 2 that protrudes into the seabed 10 . Fig. 3a shows a cross-sectional view of the foundation pile 2 from Fig. 1 above the narrowing section 6 and below the widening section 16.
Fig. 3b zeigt eine Querschnittsdarstellung des Gründungspfahls 2 aus Fig. 1 un terhalb des Verjüngungsabschnitts 6. Eingezeichnet sind eine Querschnittsfläche A und eine Wandstärke d. Die Querschnittsfläche A bezieht sich auf den gesamten Quer- schnitt des Gründungspfahls 2, einschließlich der Wand. FIG. 3b shows a cross-sectional representation of the foundation pile 2 from FIG. 1 below the narrowing section 6. A cross-sectional area A and a wall thickness d are shown. The cross-sectional area A refers to the entire cross-section of the foundation pile 2, including the wall.
Für jede Stelle des Gründungspfahls 2 gilt, dass die Wandstärke d in Abhängigkeit der lokalen Querschnittsfläche A ein Mindestmaß aufweist. Das Verhältnis zwischen der Wurzel aus der Querschnittsfläche A zur Wandstärke d überschreitet einen Wert von 170, insbesondere von 120 nicht. In der vorliegenden Ausführungsform eines zy- lindrischen bzw. konischen Gründungspfahls liegen ausschließlich kreisförmige Quer schnittsflächen A vor, sodass das Verhältnis auch zwischen einem Durchmesser D und der Wanddicke d angegeben werden kann. Dieses beträgt höchstens 150, insbeson dere höchstens 120. The wall thickness d, depending on the local cross-sectional area A, has a minimum dimension for each point of the foundation pile 2 . The ratio between the square root of the cross-sectional area A and the wall thickness d does not exceed a value of 170, in particular 120. In the present embodiment of a cylindrical or conical foundation pile, there are only circular cross-sectional areas A, so that the ratio between a diameter D and the wall thickness d can also be specified. This is a maximum of 150, in particular a maximum of 120.
Bezugszeichenliste reference list
1 Offshore-Bauwerk 1 offshore structure
2 Gründungspfahl 3 erstes Ende 2 foundation stake 3 first end
4 zweites Ende 4 second end
5 Aufbau 5 construction
6 Verjüngungsabschnitt 6 taper section
7 Beschichtung 8 Wasseroberfläche 7 coating 8 water surface
9 Meeresgrund 9 seabed
10 Meeresboden 10 seabed
11 Befestigungsmittel 11 fasteners
12 Windenergieanlage 13 Turm 12 wind turbine 13 tower
14 Gondel 14 gondola
15 Rotor 15 rotors
16 Aufweitungsabschnitt A Querschnittsfläche d Wandstärke 16 expansion section A cross-sectional area d wall thickness

Claims

Ansprüche Expectations
1. Gründungspfahl (2) mit einem ersten Ende (3) und einem zweiten Ende (4), wobei der Gründungspfahl (2) an dem ersten Ende (3) Befestigungsmittel (11) zur Befes- tigung eines Aufbaus (5) aufweist, wobei der Gründungspfahl (2) hohl ist und eine1. foundation pile (2) with a first end (3) and a second end (4), wherein the foundation pile (2) at the first end (3) fastening means (11) for fastening a structure (5), wherein the foundation pile (2) is hollow and a
Querschnittsfläche (A) hat, die sich in einem Verjüngungsabschnitt (6) kontinuier lich in Richtung auf das zweite Ende (4) verringert. Has cross-sectional area (A) that continuously decreases in a tapering section (6) towards the second end (4).
2. Gründungspfahl (2) nach Anspruch 1, wobei der Verjüngungsabschnitt (6) von dem zweiten Ende (4) beabstandet angeordnet ist, und wobei die Querschnitts- fläche (A) des Gründungspfahls (2) zwischen dem Verjüngungsabschnitt (6) und dem zweiten Ende (4) konstant ist. 2. A foundation pile (2) according to claim 1, wherein the taper portion (6) is spaced from the second end (4) and wherein the cross-sectional area (A) of the foundation pile (2) is between the taper portion (6) and the second end (4) is constant.
3. Gründungspfahl (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grün dungspfahl (2) in dem Verjüngungsabschnitt (6) konisch ausgebildet ist. 3. foundation pile (2) according to any one of the preceding claims, wherein the green manure pile (2) in the tapering portion (6) is conical.
4. Gründungspfahl (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an jeder Stelle des Gründungspfahls (2) ein Verhältnis zwischen der Wurzel der Quer schnittsfläche (A) des Gründungspfahls (2) und einer Wandstärke (d) des Grün dungspfahls (2) höchstens 170 beträgt. 4. Foundation pile (2) according to one of the preceding claims, wherein at each point of the foundation pile (2) a ratio between the root of the cross-sectional area (A) of the foundation pile (2) and a wall thickness (d) of the foundation pile (2) at most is 170.
5. Gründungspfahl (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verjün gungsabschnitt (6) von dem ersten Ende (3) und von dem zweiten Ende (4) beab- standet angeordnet ist, und wobei der Gründungspfahl (2) eine Wandstärke (d) hat, die in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem ersten Ende (3) und dem Ver jüngungsabschnitt (6) größer ist als in jedenfalls einem Abschnitt zwischen dem zweiten Ende (4) und dem Verjüngungsabschnitt (6). 5. Foundation pile (2) according to one of the preceding claims, wherein the narrowing section (6) is arranged at a distance from the first end (3) and from the second end (4), and the foundation pile (2) has a wall thickness ( d) which is larger in at least one section between the first end (3) and the tapered section (6) than in at least one section between the second end (4) and the tapered section (6).
6. Gründungspfahl (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grün- dungspfahl (2) zwischen dem ersten Ende (3) und dem Verjüngungsabschnitt (6) einen Aufweitungsabschnitt (16) aufweist, in welchem sich die Querschnittsflä che (A) des Gründungspfahls (2) kontinuierlich in Richtung auf das zweite En de (4) vergrößert, wobei der Verjüngungsabschnitt (6) und der Aufweitungsab- schnitt (16) voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei der Grün dungspfahl (2) eine Wandstärke (d) hat, die zwischen dem Aufweitungsab schnitt (16) und dem Verjüngungsabschnitt (6) größer ist als an dem zweiten En de (4). 6. Foundation pile (2) according to one of the preceding claims, wherein the foundation pile (2) has a widening section (16) between the first end (3) and the narrowing section (6), in which the cross-sectional area (A) of the Foundation pile (2) continuously enlarged in the direction of the second end (4), the narrowing section (6) and the widening section Section (16) are spaced apart, and wherein the foundation pile (2) has a wall thickness (d) between the widening section (16) and the narrowing section (6) is greater than at the second end (4).
7. Gründungspfahl (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grün dungspfahl (2) eine Beschichtung (7) aufweist, welche an das erste Ende (3), nicht aber an das zweite Ende (4) angrenzt. 7. Foundation pile (2) according to one of the preceding claims, wherein the foundation pile (2) has a coating (7) which is adjacent to the first end (3) but not to the second end (4).
8. Gründungspfahl (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grün dungspfahl (2) mit dem zweiten Ende (4) in einem Meeresboden (10) verankert ist. 8. Foundation pile (2) according to one of the preceding claims, wherein the foundation pile (2) is anchored to the second end (4) in a seabed (10).
9. Offshore-Bauwerk (1) umfassend einen Gründungspfahl (2) und einen Aufbau (5), wobei der Aufbau (5) an einem ersten Ende (3) des Gründungspfahls (2) an dem Gründungspfahl (2) montiert ist, wobei der Gründungspfahl (2) mit einem zweiten Ende (4) in einem Meeresboden (10) verankert ist, und wobei der Gründungs pfahl (2) hohl ist und eine Querschnittsfläche (A) hat, die sich in einem Verjün- gungsabschnitt (6) kontinuierlich in Richtung auf das zweite Ende (4) verringert. 9. Offshore structure (1) comprising a foundation pile (2) and a structure (5), wherein the structure (5) at a first end (3) of the foundation pile (2) is mounted on the foundation pile (2), wherein the Foundation pile (2) is anchored with a second end (4) in a sea bed (10), and wherein the foundation pile (2) is hollow and has a cross-sectional area (A) which in a tapering section (6) continuously in Reduced towards the second end (4).
10. Offshore-Bauwerk (1) nach Anspruch 9, wobei das Offshore-Bauwerk (1) eine Windenergieanlage (12) ist. 10. Offshore structure (1) according to claim 9, wherein the offshore structure (1) is a wind turbine (12).
Fig. 2 2
Fig. 3a Figure 3a
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