Forenkling af Samlinger i Havmøllefundamenter(f) Access arrangement appurtenances Figure 1.2.1.1 Main Components for offshore wind turbine on mono pile foundation and tower-pile interface

Forenkling af Samlinger i HavmøllefundamenterSimple Connectors for Tower on

Offshore Wind Turbine Foundations

EFP-Project ENS j.nr. 1363/98-0027Danish Energy AgencyFinal Report

September 2000

EHLERSVEJ 24DK-2900 HELLERUPPHONE: +45 39 62 16 42

ØSTERGADE 4, ST. TH.DK-6700 ESBJERGPHONE: +45 75 18 16 88

LICENGINEERING A/S

EFP-Project ENS J. No. 1363/98-0027Forenkling af Samlinger i Havmøllefundamenter

Contents I

CONTENTS1 SUMMARY AND CONCLUSION...................................................................................... 1

1.1 Introduction.......................................................................................................................... 11.2 Mono piles ........................................................................................................................... 1

1.2.1 Advantages .................................................................................................................. 11.2.2 Installation of Foundation............................................................................................ 41.2.3 Pre-Welded Flanges for Driven Mono Piles ............................................................... 51.2.4 Tilt Correction Washer................................................................................................ 71.2.5 Post-installed J-tube for Cable Pull-in......................................................................... 71.2.6 Access Arrangements .................................................................................................. 8

1.3 Manufacturing and Field Tests ............................................................................................ 91.4 Conclusions and Recommendations.................................................................................. 12

1.4.1 Conclusions ............................................................................................................... 121.4.2 Recommendations ..................................................................................................... 13

1.5 Other Developments .......................................................................................................... 14

2 SAMMENFATNING OG KONKLUSION (IN DANISH)............................................. 152.1 Indledning .......................................................................................................................... 152.2 Monopæle .......................................................................................................................... 15

2.2.1 Fordele ....................................................................................................................... 152.2.2 Montering af Fundament........................................................................................... 182.2.3 Påsvejste Flanger til Rammede Monopæle............................................................... 192.2.4 Hældningskorrektion ................................................................................................. 202.2.5 Post-installering af J-rør til Indtrækning af Kabler ................................................... 212.2.6 Adgangsforhold ......................................................................................................... 22

2.3 Fremstillings- og Feltforsøg .............................................................................................. 222.4 Konklusion og Anbefalinger ............................................................................................. 26

2.4.1 Konklusion................................................................................................................. 262.4.2 Anbefalinger .............................................................................................................. 26

2.5 Andre udviklinger .............................................................................................................. 27

3 MONO PILE FOUNDATIONS......................................................................................... 293.1 Introduction........................................................................................................................ 293.2 Assembly between Tower and Mono Pile......................................................................... 293.3 Pull-in of Cables ................................................................................................................ 303.4 Tilt Correction System for oblique Installed Piles ............................................................ 323.5 Access Philosophy............................................................................................................. 32

4 MONO PILE DRIVEN WITH FLANGE ........................................................................ 354.1 Driven Mono Piles with Pre-Welded Flanges................................................................... 354.2 Pile-Hammer Interaction ................................................................................................... 354.3 Stabbing of the Hammer.................................................................................................... 374.4 Impacts due to Pile Inclination .......................................................................................... 384.5 Effect of Fabrication Tolerances of the Flange Connection ............................................. 394.6 Fatigue Loads on the Flange Connection .......................................................................... 394.7 Comparative Study of Different Types of Flange Connections........................................ 404.8 Fatigue Strength Improvement of the Weld...................................................................... 42


Contents II

5 DESIGN OF CABLE PULL-IN SYSTEM....................................................................... 435.1 Overall Installation Procedure ........................................................................................... 435.2 Main components of Cable Pull-in System....................................................................... 465.3 Installation of Cable Pull-in System.................................................................................. 48

6 TEST OF FITTINGS FOR BOAT LANDINGS AND ACCESS PLATFORM .......... 51

7 FIELD TEST CONFIGURATIONS ................................................................................. 537.1 General ............................................................................................................................... 53

7.1.1 Scaling of Flanges ..................................................................................................... 537.2 Offshore Field Tests........................................................................................................... 55

7.2.1 Dimension of Pile and Flange ................................................................................... 557.3 Data Acquisition ................................................................................................................ 567.4 Field Tests, Esbjerg Harbour Area .................................................................................... 577.5 Dimensions of Piles and Flanges....................................................................................... 587.6 Test Matrix......................................................................................................................... 597.7 Data Acquisition ................................................................................................................ 60

8 PROCUREMENT, MANUFACTURING, PURCHASE AND PREPARATION....... 628.1 General ............................................................................................................................... 628.2 Offshore Field Test ............................................................................................................ 628.3 Field Tests, Esbjerg Harbour Area .................................................................................... 63

8.3.1 Flanges and Piles ....................................................................................................... 638.3.2 Measurements and References Grid.......................................................................... 658.3.3 Fitting of Strain Gauges and Accelerometers ........................................................... 668.3.4 Joining of 12m Pile Sections ..................................................................................... 678.3.5 Data Acquisition system............................................................................................ 688.3.6 Test of Data Acquisition System............................................................................... 698.3.7 Vibrator Pull Head..................................................................................................... 718.3.8 Cable Pull-in System ................................................................................................. 728.3.9 Miscellaneous Fittings for Attachment of Secondary Items..................................... 73

9 TESTING.............................................................................................................................. 749.1 Offshore Field Test ............................................................................................................ 74

9.1.1 Test site...................................................................................................................... 749.1.2 Equipment.................................................................................................................. 759.1.3 Driving....................................................................................................................... 76

9.2 Field Test at Esbjerg Harbour............................................................................................ 779.2.1 General....................................................................................................................... 779.2.2 Test Site ..................................................................................................................... 789.2.3 Equipment for Driving Operation ............................................................................. 789.2.4 Driving Tests ............................................................................................................. 799.2.5 Equipment, Cable pull-in system .............................................................................. 839.2.6 Test of Cable Pull In-System..................................................................................... 84

10 RESULTS ............................................................................................................................. 8910.1 Offshore Field Test.......................................................................................................... 89

10.1.1 Measurements............................................................................................................ 8910.1.2 Inspection of Flange .................................................................................................. 90


Contents III

10.1.3 Fatigue Induced Damage........................................................................................... 9110.2 Field Test Esbjerg Harbour, Driving............................................................................... 91

10.2.1 Test Conditions.......................................................................................................... 9110.2.2 Strain and Accelerations............................................................................................ 9210.2.3 Initial Observations ................................................................................................... 9410.2.4 Non-Destructive Testing of Welds............................................................................ 9810.2.5 Fatigue Induced Damage........................................................................................... 9810.2.6 Post Measurements of Flanges and Cut-out............................................................ 10010.2.7 J-tube Installation .................................................................................................... 101

11 IMPULSIVE LATERAL LOADING OF MONO PILES............................................ 10211.1 Test Set-up..................................................................................................................... 10211.2 Conclusion ..................................................................................................................... 103

12 REFERENCES .................................................................................................................. 104

APPENDIX A: Drawings

APPENDIX B: Driving Data

APPENDIX C: Paper “Flange Connections between Offshore Wind Turbine TowersAnd Mono Pile Foundations” Presented at OWEMES 2000.

APPENDIX D Test report from DEMEX


Summary and Conclusion 1

1 SUMMARY AND CONCLUSION

1.1 INTRODUCTION

This report presents the results and conclusions of the EFP project “Simple Connectors forTower on Offshore Wind Turbine Foundations”. The project was partly funded by the DanishEnergy Agency under the project ENS J. No. 1363/98-0027. The work has been carried out byLICengineering A/S, during the period 1998-2000.

The project is a follow-up to the EFP project EFP-96 J. No. 1363/96-0006 “Vindmølle-fundamenter i havet”. In this project the feasibility and cost of various foundation alternativeswere investigated.

The objective of the project has been to develop simple connections between the maincomponents of offshore wind turbines to reduce the installation costs for the foundations. Thedeveloped solutions have been tried and documented by field tests.

Elsamprojekt A/S kindly allowed the offshore testing of one flange during the driving of theirmeteorological mast at the Horns Rev. Their help is much appreciated.

Part of the results of the work has been presented on the European Seminar on Offshore WindEnergy in Mediterranean and other European Seas (OWEMES) 2000, Siracusa, Italy 13-14 April2000 and Energistyrelsens faglige Vindenergikonference, 2000 Vind, hav og maskiner, Billund,Denmark 30-31 May 2000.

As part of the project Demex has developed methods for applying impulsive loading to the pilesto check the resistance of the pile foundations for transverse impulsive loading.

1.2 MONO PILES

1.2.1 ADVANTAGES

A necessary criterion for establishing competitive offshore wind farms is the development ofcost efficient foundations for the wind turbines. In shallow waters, a large diameter mono pilewill offer a technical and economical beneficial type of foundation, if the soil conditions arefavourable. The mono pile has relatively low fabrication costs. In addition, it has the majoradvantage that the same heavy lift equipment can be used for both the installation of the largemono pile and the installation of the wind turbine, including the tower. Thereby, an assemblyline type of operation can be established. This results in quick and simple installation methodswith a few, very standardised operations.

An offshore wind turbine placed on a mono pile may be divided into the following maincomponents (see Figure 1.2.1.1):

(a) Wind turbine



(b) Wings(c) Tower(d) Foundation(e) Cable connections(f) Access arrangement appurtenances

Figure 1.2.1.1 Main Components for offshore wind turbine on mono pile foundation andtower-pile interface.

The most efficient installation will be to assemble these main components on land and thenassemble them as modules offshore.

The operations of assembling the main components by use of a Jack-up rig based equipmentare sketched in Figure 1.2.1.2 and Figure 1.2.1.3 for a driven pile. For this method to be costefficient, the mono pile foundation must allow for installation of the tower, wind turbine andwings shortly after the pile has been driven. Therefore, a simple type of assembly between thetower and the foundation must be established. A flange connection is simple, strong and easyto assemble. It is therefore a preferred method for assembly, both onshore and offshore. For



the tower a standard flange can be applied, but the shape of the flange on the mono pile willdepend on the installation procedure and will have to be specially designed.

The mono pile tower interface is depicted in Figure 1.2.1.1 for a driven mono pile foundation.Undesired tilt of the pile due to driving are corrected by tilt correction rings inserted between theflanges of the tower and mono pile, as shown in the Figure 1.2.1.1.

Figure 1.2.1.2 Main phases for installation works of offshore wind turbine and mono pilefoundation: 1) driving of pile and 2) J-tube installation.



Figure 1.2.1.3 Main phases for installation of offshore wind turbine and mono pile: 3)installation of wind turbine (tower section illustrated).

1.2.2 INSTALLATION OF FOUNDATION

Installation of large diameter mono pile foundations for offshore wind turbines can be made by:

• Drilling an oversize hole and subsequently installing the mono pile by a grouted connection.

• The pile could be vibrated down, thus avoiding the impact load on the flange.

• The pile could be driven without a flange. After completion of driving, the top of the pile canbe dressed and the flange (or the tower) welded on by a field weld or a grouted connectionbetween pile and the flange can be introduced.

• The pile can be driven with the flange.



All these solutions are of course viable, but the installation risks are high for some of them. Inaddition the installation methods may be uneconomical.

The bored pile solution is the logical solution in rock where it is very efficient. The mono pilefoundation can be prefabricated with J-tubes for pull-in of cables, access arrangements,gangway and deck all in one unit. The whole unit can be grouted into place in the drilled hole.This solution, however, is only cost efficient in rock. In sediment formations like sand, silt,and clay vibrating or driving the pile will be more cost efficient.

Vibrating a large, laterally loaded pile to the specified depth is an attractive solution, becauseit can be done with a flange welded on. Unfortunately the method is most likely not possible.Vibration may take the pile part of the way. At a certain level, however, the pile will stopbecause the energy is transmitted to the soil, which will emit seismic waves in all directions.Hence, the pile has to be driven the last metres to the target penetration. Target penetrationhas to be met to obtain sufficient lateral strength. Also, with a pre-fitted flange the targetpenetration has to be exactly obtained for the prefabricated tower to be applicable.

Therefore, if the pile is not bored it has to be driven – at least the last metres.

A mono pile driven with a flange welded to the top of the pile is an attractive solution, because itallows for the wind turbine to be installed shortly after the completion of the driving operation.

Driving of offshore large-diameter piles can be carried out by well-known techniques. However,a marine contractor tasked with driving an offshore pile with a flange will tend to make aqualification in his contract for the end-state of the flange surface, unless he has documentationfor the feasibility of driving on pre-welded flanges.

The alternative of welding a flange on with an offshore field weld introduces one more marineoperations, which will delay the installation (welding will usually take 2 days for a flange,including inspection and possible repair works). And the other alternatives - grout connectionsbetween large diameter piles subjected to dynamic bending loads - are sparsely documented inthe literature and more work need to be done before this approach can be applied.

Therefore - after all - the most practical will be the installation of the pile with the flange pre-welded. The pile may be vibrated down the first metres, but driving must be expected for the lastmetres. Hence, flange types cable of sustaining the action of the hammer without significantfatigue damage or deformations beyond the specified tolerances have been developed in thepresent project.

1.2.3 PRE-WELDED FLANGES FOR DRIVEN MONO PILES

The pre-welded flange on a mono pile will be exposed to a combination of loads. They can bedivided into loads during driving of the pile, and loads transferred from the wind turbineduring operation. Design for loads, occurring during operation is widely described in theliterature, e.g. Petersen (1997). The driving of piles with pre-welded flanges - on the otherhand - is sparsely documented. Therefore, focus has been directed towards the driving phase.



The decisive criterion for when the flange is strong enough is that after completion of the drivingit still observes the specified tolerances valid for the fabrication of the flange. These tolerancesare in current practise ±1 mm. Welding these flanges on to tower and pile usually introducessome warping and skewness. In the shop, however, these flanges welded on can with little effortbe dressed to the specified tolerance. Therefore the criterion of acceptance is that the pre-weldedflange after the driving and handling is not damaged beyond the specified tolerances.

The driving operation generates large accelerations of the pile. A pre-welded flange will deflectdue to the driving accelerations, and if not properly designed significant plastic deformations ofthe flange may occur, or the weld between the flange and the pile will suffer from fatiguedamage. A comparative study was carried out for determination of a flange type sustainable tothe loads from the driving operations including oblique impacts due to pile inclination. It wasfound that a flange of the “ANSI TYPE” is most favourable when both the risk of plasticdeformation and fatigue damage of the weld between the flange and the pile are considered.

The geometry of a flange developed for a ø3200 mm pile is depicted in Figure 1.2.3.1 (drawingof ø3200 mm prototype flange enclosed in Appendix A). The dimensions of the flange willnaturally depend on the wind turbine to be installed, as well as the equipment used for thedriving operation and the soil conditions at the site. The gap illustrated in Figure 1.2.3.1 is in theorder of 1 to 2 mm. It ensures that no direct impacts between the anvil and the inside of theflange can occur. The bending load of the flange during driving is thereby limited to accelerationinduced loads.

Figure 1.2.3.1 Flange suitable for pre-welded flange connection of a driven ø3200mm pile.

The required thickness and width of the flange are mainly determined by the boltingrequirements. These two parameters cannot be reduced below a certain level, because material isrequired for obtaining suitable pretension of the bolts. The smooth transition of the flange (flangeneck) reduces the stress concentration at the position of the welded. It should be noted that thesimple solution with a welding of a flange ring (section above the dashed line in Figure 1.2.3.1)directly onto the pile will result in excessive fatigue damage due to stress concentration at theweld.



1.2.4 TILT CORRECTION WASHER

Setting and driving a large diameter mono pile 20 to 30 metres into the seabed may,depending on the soil conditions, may result in an undesired batter of the mono pile (usuallyless than 0.5°). If that kind of batter occurs, it can relatively easily be corrected by an insert ofone or two washers with linearly varying thickness between the two flanges (illustrated inFigure 1.2.1.1). By rotation of these rings the desired tilt correction can be obtained. It shouldbe noted that the washer rings shall be included in the design of the flange connection (boltpre-tensioning etc.). The washers shall be fabricated to the same tolerances than the flanges.This is achieved with a simple dressing.

As a statistical average 2/3 of the piles will be placed such that no correction is needed. I.e.the correction is only expected to be needed for at most 1/3 of the piles in an offshore windturbine park unless some restrictions are imposed on the setting of the piles.

1.2.5 POST-INSTALLED J-TUBE FOR CABLE PULL-IN

Impacts on the overall installation sequence must be considered in the design of secondary itemssuch as cable inlet systems and access platforms. For pull-in of power cables, the “ideal” solutionfor a driven mono pile would be to install the foundation with a pre-installed J-tube. This can bedone for the bored piles. However, geometrical limits put on the system by the minimum allowedbend radius of the power cables result in a layout of the J-tube not sustainable to theaccelerations from a driving operation. For a driven mono pile, the J-tube has to be installed afterthe driving operation. The J-tube can be strapped/clamped to the mono pile on the external sideafter driving. It may, however, be desirable to avoid. This can be:

• Because strong current and wave action makes installation of outer J-tubes by divers tedious.

• In areas with strong ice action outer J-tubes will be heavily loaded making it more beneficialto use an internal J-tube with outlet just underneath the mudline. The ice forces will then betaken by the wall of the pipe.

Therefore, an internal system has been developed which can be installed by simple diverlessoperation immediately after pile driving.

The main components of the system are depicted in Figure 1.2.5.1.

The developed cable pull-in system is based on an internal J-tube. The J-tube is installed on theinternal side of the mono pile after driving by use of a guide wire and an inlet plug fixed to the J-tube during installation. The guide wire was already in place at the driving. The shape of thelower end of the J-tube is designed to lock it in position at the cut-out, when a bolted connectionat the top is made up. Local water jetting ensures a “clean” contact between the J-tube and pile atthe cut-out. If the lower entry of the J-tube is below seabed level, the soil in the vicinity of thecut-out can be removed by e.g. an air lift pump operated from the jack-up rig.



The J-tube solution requires a cut-out in the pile. Naturally, this cut-out will cause a stressconcentration and the cut-out is typically located in the vicinity of the seabed, where the largestfatigue utilisation of the mono pile foundation during operation can be expected. However,onshore workshop finish of the cut-out edges can be carried out. For example, an ellipticallyshaped hole can reduce the stress concentration factor to approximately 2.0. Still this is highconsidering the fact that the cut-out is in the most heavily loaded cross section of the pile. Thiscan be compensated by making the opening in an extended rolled steel section with no weldingseams. Then the fatigue life will be increased with a factor between 3 and 20 compared with thewelded areas. This means that the stress concentration factor will be compensated.

In fact the ovalising and dressing of the hole and the use of seamless steel can improve the areaaround the intake hole to have a longer fatigue life than the rest of the mono pile.

The internal cable routing has a better safety against ship impact and ice-forces.

Figure 1.2.5.1 Lowering of J-tube with local water jetting applied (left) and J-tube in finalposition (right).

1.2.6 ACCESS ARRANGEMENTS

Access to the wind turbine is required for maintenance purposes and in cases of repair workon the wind turbine. The access philosophy will depend on local conditions such as number ofturbines in the park, sheltered waters, occurrence of ice at the installation site, etc. For thepresent project, two types of access arrangements have been developed (drawings of the twotypes of systems are enclosed in Appendix A): 1) Minimum access ladder, based on simpleladders strapped to the mono pile. This type is cheap/fast to install and it can easily bereplaced in case of damage due to ice load. 2) Cage access system, including an intermediateplatform between the main access platform and the maintenance vessel. The main advantagesof this system are: Transition from a small diameter foundation to a large diameter standard



tower can be obtained, relatively fast to install, the climbing distance from the boat is reducedby the intermediate platform and finally the architectural advantages that a possible undesiredbatter of the mono pile foundation is blurred. The main disadvantage is the fabrication priceand relatively expensive repair work in case of damage due to ice loading. Weak links can beintroduced in the structure just below the intermediate platform to minimise the damages dueto ice loading.

It should be noted that the two access solutions are examples. The philosophy varies fromoperator to operator.

1.3 MANUFACTURING AND FIELD TESTS

The documentation for the feasibility of the developed concepts including the driving of aflanged mono pile and installation of cable inlet system was verified by two sets of field tests.The testing comprised:

• An offshore field test based on a ø1620mm mono pile driven in the North Sea.

• A series of field tests performed at the harbour area in Esbjerg based on ø610mm piles with alength of 24m, driven in saturated sand and silt.

It would have been nice to execute the testing in the full scale offshore. The cost, however,would have consumed the entire EFP-appropriation for wind power for one year.

The test could fortunately be accomplished to a smaller scale with the same possibilities fordrawing the correct conclusions as for the full scale. The reason was that stresses and strains arethe controlling parameters with regard to both structural and fatigue strength of the flange. Theflanges for the experiments could therefore be scaled so that the estimated stress level from a“full-scale” driving was maintained in the experiments.

To reproduce the similar conditions as for offshore driving of large diameter piles, the mode ofoperation of the hammer should be similar to “offshore” hammers. A hydraulic IHC S-70hammer was therefore used for the driving of the piles at Esbjerg Harbour. This hammercombined with a 30” pile sleeve and the 24” piles (ø610 mm ≈ scale 1:5) allowed for aninvestigation of the procedures and work tolerances on the pile sleeve which are of majorimportance for a successfully driving. Included in this was an oblique ramming of the verticalpile, Figure 1.3.1.

Stresses and accelerations were measured during the driving of the piles. These measurementsallowed for an extrapolation of the test results for “full-scale” pile/hammer configurations.Particularly suitable for such a scaling were parallel finite element calculations that simulated thedriving process in explicit formulation.



Figure 1.3.1 Driving of mono pile with a pre-welded flange connection onshore. Extreme casewith oblique ramming depicted: Initial inclination of pile of 2° plus a relativeangle between the pile and the hammer of 2°. To check strength of flanges.

The flanges used in the driving with various worst-case scenarios were completely surveyed afterthey were within the tolerances and when damages were outside the acceptable tolerances. Theseresults could directly be extrapolated to full scale.

The tests were also made with the internal J-tube system, Fig. 1.3.2.



Figure 1.3.2 Installed J-tube with the inlet plug still in position (bottom picture).

The flanges for the tests were manufactured by A.H. Bolte A/S, one of the main suppliers offlanges for the wind turbine industry. The fabrication of the pile sections and J-tube systemfor inlet of power cables was mainly undertaken by LICengineering A/S. The onshore field



test was performed by assistance from the contractor MT Wejse A/S. Offshore installation ofthe ø1620mm mono pile at Horns Rev was carried out by Per Aarsleff A/S.

The experiments were recorded by video and a test video has been made.

1.4 CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

1.4.1 CONCLUSIONS

Simple connections between the main components of an offshore wind turbine installed on adriven mono pile have been developed. The key connection between the mono pile and the windturbine tower is based on the flange connection where the mono pile is equipped with a specialflange that can sustain the loading from a driving operation. The second major interface is theinlet of power cables. Here, a system based on the post installed J-tube has been developed as analternative to exteriorly placed J-tubes. This system has the advantages that diver operations canbe avoided and that it has a smaller risk towards ice-loading.

The main components have been tested by two sets of driving field tests. Included in the fieldtests were:

• Cut-outs in the piles and two types of pre-welded flanges,• measurements of stress and accelerations and registration of possible driving induced plastic

deformations and damages,• the effect of pile inclination due to installation tolerances,• diver-less installation of a cable pull-in system and• design and test of various fittings for post installation of J-tubes, access platforms and boat

landing.

Based on the test and detailed measurements of the flanges carried out before and after thedriving plus non-destructive testing of the welds and cut-outs, it can be concluded:

• Piles with pre-welded flanges and optimised cut-outs for cable pull-in can be driven withoutdamaging the flange or the cut-out beyond normal installation tolerance and withoutintroducing fatigue cracks (theoretical fatigue damage calculated on the basis of measuredstress corresponds to the observations). Thus, the tested flanges were found to be robust withrespect to driving loads.

• The mono pile was driven, fitted with a steel guide wire. Following the driving operation, aJ-tube for cable pull-in was successfully installed, guided by the wire. The guide wire and theshape of the J-tube inlet plug ensured an easy passage of the J-tube through the cut-out in thepile. The selected solution has two main advantages: Diver assistance is avoided and nowelds are introduced in the vicinity of the cut-out. The latter is very beneficial for the fatiguelife of the mono pile.

• Fittings for attachment of J-tubes and other secondary items can be welded on the mono pilebefore driving.



1.4.2 RECOMMENDATIONS

To obtain a successful driving with a pre-fitted flange the following recommendations are made:

1. The pile with a pre-welded flange can be driven by use of a standard, free-hanging, offshorehydraulic hammer. The tolerance on pile inclination during driving should be kept below 1°.

2. The internal diameter of the pile sleeve on the hammer shall be minimised in order obtainhigh safety margin against local buckling of the pile. The guiding of the hammer provided bythe pile sleeve shall ensure a maximum relative angle between the pile and the hammer of 1°.This can be obtained by “normal” tolerances of pile sleeves for large diameter piles.

3. The contact surface between the anvil and the flange must be levelled to ensure an even andcentralised loading transferred to the flange during driving. The anvil must be kept clean toavoid surface damage to the flange by sand, small stones, etc., caught between the anvil andthe flange.

4. The pile sleeve should preferably provide a “soft” guiding of the hammer during stabbing.The sleeve can be fitted with a neoprene ring or similar attached to the bottom to preventdamage from impacts between the sleeve and the flange during stabbing of the hammer.Thereby, scratching of the outer flange edge is avoided.

5. The mono pile shall be driven with as low energy as possible to minimise the fatiguecontribution from the driving operation. At some locations, the pile can be vibrated the firstmeters and driven the last part, thereby reducing the driving load on the pile duringinstallation.

The fatigue strength of the weld between the flange and the pile depends on the shape of theflange, but also on 1) tolerances of the interface between the flange and the pile 2) quality of theweld. Hence, the fatigue strength of the weld can be improved by weld grinding and byspecifying narrow tolerances for pile ovalisation and diameter/wall thickness. Thereby, stressconcentrations due to misalignment are reduced. By a proper design of the flange combined withthe above weld improvements, the critical hot spot is no longer the flange weld, but thecircumferencial weld between the pile sections below.

Offshore welding is preferably avoided being tedious and requiring extensive inspection.Attachment of secondary items such as boat landings should therefore be based on otherconnection methods such as bolt connections. The field tests showed that fittings for boltconnections attached to the pile are sustainable to the driving loads. Items with longitudinalwelds and centre of gravity close to the mono pile are recommended.

During onshore driving tests one of the piles hit a boulder. The pile tip was damaged by aninward bending, but the inclination of the pile was not affected. It could be considered to use areinforced rig section at the tip. The geometry of the shoe could be optimised by e.g. FiniteElement analysis to obtain high penetration characteristics and resistance to boulder impactsduring driving.

Based on the tests, the following overall conclusion can be made: Mono piles with pre-mountedflanges and a shape optimised cut-out for post-installed J-tube for cable entry can be installed by



standard pile driving techniques. The solution provides an economical and effective foundationfor offshore wind turbines in shallow waters. Prior to applying the solution, it is recommended tocarry out detailed analysis of hammer/pile interaction during driving for each installation site, asthe solution is dependent on the actual soil conditions.

1.5 OTHER DEVELOPMENTS

Besides the main effort a test system for determining the response of piles to lateral impulsiveloading has been developed. The objective was to use it to determine response for very obliquedriving and for lateral impact loads. Developments resulted in a final testing without the use ofthe above system. The results were obtained by other means. However, it is recommended that itis used one day to determine the reserve capacity for response of piles to laterally impulsiveloads compared with the corresponding steady load.

Approved by

Niels-Erik Ottesen HansenDirector


Sammenfatning og Konklusion 15

2 SAMMENFATNING OG KONKLUSION (IN DANISH)

2.1 INDLEDNINGI denne rapport præsenteres resultater og konklusioner af EFP-projektet "Forenkling afSamlinger i Havmøllefundamenter". Projektet er delvist finansieret af Energistyrelsen underprojektreferencen ENS Journalnr. 1363/98-0027. Arbejdet er udført af LICengineering A/S iperioden 1998 til 2000.

Projektet er en opfølgning på EFP-projektet EFP-96 Journalnr. 1363/96-0006 "Vindmølle-fundamenter i Havet”. Her blev der udviklet og beskrevet 3 koncepter til fremtidigevindmøllefundamenter. Der blev præsenteret både tegninger og prisoverslag.

Formålet med dette projekt har været at udvikle simple forbindelser mellem havmøllershovedkomponenter med henblik på at reducere fundamenternes installationsomkostninger. Deudviklede forbindelser er afprøvet og dokumenteret ved feltforsøg.

Der rettes en tak til Elsamprojekt A/S, som muliggjorde offshore prøvning af en påsvejst flangeunder ramning af enkelt-pælsfundamentet til deres målemast på Horns Rev.

Dele af projektet har været offentliggjort på OWEMES 2000-konferencen i Italien, 13.-14. april2000, samt på Energistyrelsens Faglige Vindenergikonference, 2000 Vind, Hav og Maskiner iBillund, 30.-31. maj 2000.

Som en del af projektet har Demex udviklet en metode til påførelse af impulsive laster på enkelt-pæle for at undersøge pælefundamenternes modstandsdygtighed overfor impulsive tværlaster.

2.2 MONOPÆLE

2.2.1 FORDELE

For at etablere af konkurrencedygtige havmølleparker er det nødvendigt at udvikle møllefunda-menter, der er effektive at udføre og montere. På lavere vand vil en monopæl med stor diametervære en teknisk og økonomisk fordelagtig løsning, forudsat at jordbundsforholdene er egnede.Monopælen er forholdsvis billig at fremstille. Derudover besidder monopælen den fordel, at derkan anvendes samme kran til at installere såvel den store monopæl som vindmøllen, inklusivtårn. Derved kan der opnås en samlebåndslignende operation. Dette medfører hurtig og enkelinstallation med få, meget standardiserede operationer.

En havmølle funderet på en enkelt-pæl kan opdeles i følgende hoveddele, figur 2.2.1.1:

a) Nacelleb) Vingerc) Tårnd) Fundamente) Kabelforbindelserf) Adgangsarrangement



Figur 2.2.1.1 Hoveddele i havmølle sat på monopæl.

Den billigste montage vil være at samle de enkelte hoveddele på land og derefter samlehoveddelene som moduler offshore.

Eksempelvis er samlingen af hoveddelene ved hjælp af en jack-up rig med udstyr vist i figur2.2.1.2 og 2.2.1.3 for en rammet pæl. Hvis denne metode skal være rentabel, skal montagen afmølle, tårn og vinger foretages straks efter ramning af pælen. Derfor skal der etableres en enkelsamling mellem tårn og fundament. En flangesamling er enkel, stærk og nem at montere. Dennemetode er således at foretrække, såvel på land som i havet. Tårnet kan monteres med en standardflange, hvorimod udformningen af monopælens flange afhænger af montagemetoden.

En monopæl/tårnsammenkobling er illustreret i figur 2.2.1.1 for et rammet monopælsfundament. Ved utilsigtet hældning af pælen som følge af ramning kan tårnets hældningkorrigeres ved hjælp af hældningskorrektionsskiver mellem flangerne, figur 2.2.1.1.



Figur 2.2.1.2 Montagereækkefølge for havmølle på monopæl. 1) Ramning af pæl. 2) J-rørsmontage.



Figur 2.1.2.3 Montagerækkefølge for havmølle på monopæl. 3) Montage af vindmølle (tårndelskitseret.

2.2.2 MONTERING AF FUNDAMENT

Montering af monopæles fundamenter til havvindmøller kan foretages ved anvendelse affølgende metoder:

• Der bores et overstørrelse hul med eller uden forerør. Herefter isættes monopælen ogforbindelsen mellem pæl og undergrund etableres ved udstøbning af cementmørtel.

• Pælen kan vibreres ned i havbunden, hvorved flangen undgår belastning fra hammer.• Pælen kan rammes uden flange. Efter ramningen afskæres den øverste del af pælen og

afrettes til svejsning og en flange (eller tårnet) kan påsvejses med en feltsvejsning.Alternativt kan der benyttes en cementmørtelsamling mellem flange og pæl.

• Pælen kan rammes med flange.



Alle disse løsninger kan være realistiske. Imidlertid vil risikoen ved montage til havs være højfor nogle af dem. Nogle af montagemetoderne vil yderligere være mindre økonomiske.

Den nedborede pæleløsning er den logiske, hvis havbunden udgøres af klippe. I dette tilfælde erden yderst konkurrencedygtig. Monopælen kan fabrikeres i én enhed indeholdende J-rør forindtrækning af kabler, stiger og adgangsbro samt dæk. Hele enheden kan sættes i det udboredehul og låses til klippen ved injicering af cementmørtel. Løsningen er imidlertid kunkonkurrencedygtig i områder med klippeundergrund. I områder, hvor havbunden består afsedimenter som for eksempel sand, silt og ler vil ramning eller vibrering af monopælen værebilligere.

Vibrering af pælen til den specificerede dybde ville være en attraktiv løsning, hvis den var mulig,fordi den netop kunne udføres uden problemer med flangen påsvejst pælen. Det mestsandsynlige er imidlertid, at pælens bevægelse vil gå i stå før den når den specificerede dybde.Grunden er, at vibrationsenergien overføres til den omgivende jord, der ender med at udsendejordbølger i alle retninger. Derfor må en sådan pæl mest sandsynligt rammes det sidste stykke tilden endelige dybde. Denne dybde skal nås for at opnå den nødvendige holdekraft.

Det kan derfor konkluderes, at hvis en pæl ikke bores ned, så må den rammes – i hvert fald detsidste stykke.

Løsningen med ramning af en monopæl med påsvejst flange på toppen af pælen er fordelagtig,da den muliggør installation af vindmøllen umiddelbart efter ramning af pælen.

Ramning af pæle til havs med stor diameter kan udføres ved hjælp af velkendte metoder.Imidlertid vil en entreprenør, som har fået til opgave at ramme en offshore pæl med flange,sandsynligvis tage et forbehold i sin kontrakt vedrørende flangeoverfladens sluttilstand, medmindre han har dokumentation for, at det kan lade sig gøre inden for de givne tolerancer.

Alternativt kan flangen som nævnt påsvejses efter ramningen. Men herved tilføres yderligere enmarin operation som kan forsinke montagen (svejsning vil formodentlig tage 2 dage medinspektion og udbedring af de forkastede dele af svejsesømmene). Den tredje mulighed –cementmørtelforbindelsen – er ikke fuldstændig gennemdokumenteret for ren bøjningspåvirk-ning og for langvarig udmattelsespåvirkning. Metoden bør således dokumenteres bedre med flereforsøg før den anvendes.

Derfor kan det konkluderes, at det mest hensigtsmæssige vil være at montere pælen med flangenpåsvejst. Pælen kan vibreres ned de første meter, men det må påregnes, at den skal rammes detsidste stykke. Derfor er der i nuværende arbejde udviklet flangetyper, der kan modståpåvirkninger fra en hydraulisk hammer uden nævneværdige udmattelsesskader eller utilladeligeplastiske deformationer, selv i ”worst case” rammeseneaiet.

2.2.3 PÅSVEJSTE FLANGER TIL RAMMEDE MONOPÆLE

Monopæle, der rammes med påsvejste flanger udsættes for mange lastkombinationer. De kanopdeles i to grupper: belastninger under ramning af pælen og belastninger fra havmøllen underdrift (og under storm). Projektering mod belastninger under drift er hyppigt beskrevet i



litteraturen. Derimod findes der ikke meget om ramning af pæle med påsvejste flanger.Nærværende projekt er derfor benyttet til at finde metoder og udformninger, hvormed ramningkan foregå uden at påføre samlingerne unødige skader.

Det afgørende styrkekriterie for monopælflangen er, at den efter ramningen overholder despecificerede tolerancer, der er givet for udførelsen. Disse tolerancer er efter gældende praksis ±1mm.

Når flanger svejses til tårn eller til pæle kan de, hvis der ikke vises agtpågivenhed, kaste sig. Iværkstedet kan de imidlertid ret let tilpasses de specificerede tolerancer. Derfor er acceptkriterietfor en flange, hvorpå der hamres, at den ikke beskadiges ud over de specificerede tolerancer.

Ramningen medfører store accelerationer i pælen. En påsvejst flange vil bøje som følge afaccelerationerne, og hvis den ikke er korrekt designet, vil der opstå betydelige plastiskedeformationer i flangen, og der kan udvikles udmattelsesskader i flange og pæl. Etsammenligningsstudie blev udført for at fastslå hvilken flangetype, der er mest robust overforpåvirkninger fra ramningen inklusiv excentriske påvirkninger som følge af mulig hældning påpælen. Undersøgelsen viste, at en flange af ANSI typen var mest hensigtsmæssig underhensyntagen til såvel risiko for plastisk deformation som udmattelsesskade på svejsningenmellem flange og pæl.

Geometrien for en prototype flange til en ø3200 mm pæl er vist i figur 1.2.3.1 (tegninger afø3200 mm prototype er vedlagt i appendiks A). Flangens dimensioner vil naturligvis afhænge afmøllen, såvel som udstyret til ramning samt jordbundsforholdene. Gabet vist i figur 1.2.3.1 er istørrelsesordenen 1 til 2 mm. Derved sikres, at der ikke sker nogen direkte påvirkning mellemambolten og flangens inderside. Bøjningslasten på flangen reduceres derved til belastninger,fremkaldt af accelerationerne.

Den krævede tykkelse og bredde af flangen bestemmes primært af kravene tilsammenboltningen. Bredden og tykkelsen kan kun reduceres til et vist niveau på grund af denønskede forspænding af boltene. Den bløde overgang på flangen ved påsvejsningsstedetnedbringer spændingskoncentrationen ved svejsningen. Det skal bemærkes, at den simpleløsning med svejsning af en flangering direkte på pælen uden overgangsstykke (stykke understiplet linie i figur 1.2.3.1) vil medføre for store udmattelsesskader som følge afspændingskoncentrationen ved svejsningen.

2.2.4 HÆLDNINGSKORREKTION

Afhængig af bundforholdene vil ramning af en monopæl med stor diameter 20-30 meter ned ihavbunden medføre risiko for utilsigtet hældning af pælen. Denne hældning kan relativt nemtkorrigeres ved at indsætte én eller to stålskiver med lineært varierende tykkelse mellem de toflanger (se figur 1.2.1.1). Ved at dreje ringene relativt til pæl og tårn opnås den ønskedehældningskorrektion. Det skal bemærkes, at korrektionsringene skal indarbejdes i designet afflangeforbindelsen (forspænding af bolte, osv.). Skiverne skal fabrikeres med de sammetolerancer som flangerne. Dette udføres ved normal værkstedsbehandling.



Som et statistisk gennemsnit forventes 2/3 af pælene placeret således, at der ikke behøveskorrektionsskiver i en havmøllepark. For resten må der forventes brug af skiver, med mindre derpålægges restriktioner ved sætningen af pælen.

2.2.5 POST-INSTALLERING AF J-RØR TIL INDTRÆKNING AF KABLER

Installationsrækkefølgen må tages med i overvejelserne ved design af sekundære komponentersåsom systemer til indtrækning af kabler og etablering af adgangsforhold. For indtrækning afstrømkabler ville den idéelle løsning for en rammet monopæl være at installere pælen med etpræmonteret J-rør. Krav til minimumsbøjningsradius af kabler påfører imidlertid en geometriskbegrænsning, der gør, at J-røret ikke kan dimensioneres til at blive modstandsdygtig overfor deaccelerationer, der opstår under en ramning. J-røret skal derfor installeres efter ramning. J-røretkan fastspændes til monopælen på den udvendige side. Imidlertid kunne denne placering undervisse omstændigheder være ønskeligt at undgå:

• Lokal stærk strøm og bølgeuro forårsager problemer og forsinkelser af dykkerarbejdet, der ernødvendigt for den udvendige montage.

• For havmøller med stærk isgang vil ydre J-rør blive hårdt belastet af iskræfter. Dette vil gøredet mere fordelagtigt at benytte et indre J-rør, således at iskræfterne optages direkte afpælevæggen.

Figur 2.2.5.1 Montering af J-rør ved nedskylning (venstre). J-rør, endelig position (højre).

Det udviklede kabelindtrækningssystem er baseret på ramning af monopælen med et guidekabelog en udskæring for kabelindtrækning (se figur 2.2.5.1). J-røret installeres på indvendig side afmonopælen efter ramning ved hjælp af et guidekabel og en konisk guide, fastgjort til J-røretunder installationen. Hoveddelene er afbilledet i figur 1.2.4.1. Faconen på J-rørets nedre del erdesignet til at fastlåse den ved udskæringen i pælen, når en boltet forbindelse i toppen af J-røret



er fastgjort. Brug af højtryksspuling sikrer ”ren” kontaktflade mellem J-røret og pælen vedudskæringen. Hvis den nedre åbning på J-røret er under havbundsniveau, kan sandet i nærhedenaf udskæringsstedet fjernes vha. f.eks. en mammutpumpe betjent fra riggen.

Løsningen med indvendigt J-rør nødvendiggør en udskæring i pælen. Denne udskæring medførernaturligvis en spændingskoncentration, og udskæringen vil typisk sidde i nærheden afhavbunden, hvor den største udmattelsespåvirkning i monopælens fundament kan forventes somfølge af naturlaster. Imidlertid kan kanterne af udskæringerne forarbejdes på forhånd i værkstedetpå land. For eksempel vil et elliptisk formet hul reducere spændingskoncentrationsfaktoren til2.0. Dette er fortsat en høj spændingskoncentration, når det tages i betragtning at udskæringen erplaceret i det mest belastede tværsnit.

Dette kan kompenseres ved at udføre åbningen i en sømløs rullet sektion af røret. I dette tilfældevil udmattelsesstyrken forøges med en faktor 3-20 sammenlignet med svejste områder. Dettebetyder, at spændingskoncentrationerne kan kompenseres. Faktisk kan en ovalisering ogskærpning af hullet sammen med anbringelsen i et område frit for svejsesømme medføre at netopdenne sektion har et længere udmattelsesliv end resten af monopælen.

Det interne J-rør er langt sikrere over for skibsstød og isgang end den ydre indføring.

Derfor er der udviklet et internt J-rørs system, der kan installeres dykkerløst umiddelbart efterramningen.

2.2.6 ADGANGSFORHOLD

Af hensyn til vedligehold og reparation af vindmøllen er det nødvendigt med adgang til møllen.Design af adgangsforhold til møllen vil afhænge af aktuelle forhold så som antal møller i parken,lukket/åbent farvand, isforekomst på installationsstedet, osv. I dette projekt er der udviklet toadgangssystemer: 1) minimum adgangsstige, baseret på enkle lejdere, fastspændt til enkelt-pælen. Denne type er billig og hurtig at installere, og kan nemt erstattes i tilfælde af skader somfølge af ispåvirkninger. 2) Fugleburssystem: denne løsning inkluderer en mellemliggendeplatform mellem hovedadgangsplatformen og havoverfladen. Fordelene ved dette system er:Naturlig overgang fra en pæl med mindre diameter til et standardtårn med stor diameter,forholdsvis hurtig at installere, klatreafstanden fra skibet reduceres ved hjælp af denmellemliggende platform og endelig de arkitektoniske fordele ved mulighederne for at sløre enutilsigtet hældning af enkelt-pælen. Den største ulempe er fabrikationsomkostningerne, samtrelativt store skader ved forekomst af islast. Skaderne ved islast kan minimeres ved indsættelse af”svage led” lige under den nederste platform.

2.3 FREMSTILLINGS- OG FELTFORSØGDe udviklede koncepter for samlinger for rammede monopæle med flange samt installation afkabelføringssystem blev verificeret dels ved beregning dels ved to feltforsøg:

Forsøgene omfattede:

• En offshore test baseret på en ø1620 mm enkelt-pæl rammet i Nordsøen.



• En serie af feltforsøg udført på havneområdet ved Esbjerg Havn, baseret på ø610 mm enkelt-pæle med en længde på 24 m, rammet i vandmættet sand og silt.

Den allerbedste afprøvning af de udviklede samlinger ville være at afprøve dem i fuld skala tilhavs. Omkostningerne til dette ville imidlertid overstige et helt års EFP-bevilling til forskning ivindkraft.

Heldigvis kunne forsøgene udføres i mindre skala med de samme muligheder for at dragekonklusioner som for fuldskalaforsøg. Grunden til dette er, at deformationer og spændinger er destyrende parametre med henblik på såvel strukturel som udmattelsesstyrke i flangen. Flangernetil eksperimentet kunne derfor skaleres på en sådan måde, at det anslåede spændingsniveau i en”fuldskala” ramning blev opretholdt i forsøgene.

For at reproducere fænomenerne fra fuldskalaforsøg korrekt i den mindre skala blev det valgtat udføre forsøgene på land med en hydraulisk IHC S-70 hammer. Ved hjælp af dennehammer med dens ramslag var der muligt at reproducere de naturlige processer korrekt,herunder effekten af at ramme skævt, Figur 2.3.1. Den har karakteristika som de offshorehammere der bruges til ramning af pæle med stor diameter offshore. Hammeren var udstyretmed en 30” rammehat. Rammehatten kombineret med 24” pælene (Ø610 mm ≈ skala 1:5)gjorde det muligt at undersøge effekten af tolerancer på rammehatten. Disse tolerancer er afstor betydning for en sikker ramning af pæle med pre-svejste flanger.

Spændinger og accelerationer blev målt under ramningen af pælene både for normal ramning ogfor definerede ”worst case” scenarier. De benyttede flanger blev gennemmålt for at verificerehvornår skader var indenfor tolerancerne og hvornår skaderne var uden for tolerancerne.Sideløbende med målingerne blev der gennemført omfattende finite element beregninger for atstøtte konklusionerne.

Der blev også udført forsøg med den indre J-rørs løsning, Fig. 2.3.2.

De testede flanger blev fremstillet hos A.H. Bolte A/S, én af hovedleverandørene af flanger tilvindmølleindustrien. Fremstilling af pælen samt J-rør systemet til indtrækning af strømkablerblev primært foretaget af LICengineering A/S. Testen på land blev udført med assistance fra MTWejse A/S. Offshore installation af ø1620 mm enkelt-pælen på Horns Rev blev foretaget af PerAarsleff A/S.

Eksperimenterne blev optaget på video, og der er produceret en test video.



Figur 2.3.1 Ramning af forsøgsmonopæl på land med ekstremt skråt slag (2°) for at undersøgestyrke af flange.



Figur 2.3.2 Installeret J-rør med indføringskonen i endelig position (nederste billede).



2.4 KONKLUSION OG ANBEFALINGER

2.4.1 KONKLUSION

Der er udviklet simple samlinger mellem hoveddelene i en havvindmølle installeret på enrammet monopæl. Hovedsamlingen mellem monopælen og havvindmøllen er baseret på enflangeforbindelse i hvilken monopælen er forsynet med en specialflange, som ermodstandsdygtig overfor påvirkninger fra ramningen. Den anden vigtige sammenkobling erindtrækningen af strømkabler. Til dette formål er udviklet et system, baseret på et post-installeretJ-rør. Dette system har den fordel, at man kan undgå brug af dykkere samtidig med at det er mererobust over for iskræfter. Hoveddelene er blevet afprøvet i to forskellige rammeforsøg. Disseforsøg omfattede:

• Formoptimerede udskæringer i pælen til kabelindtrækning og to typer pre-svejste flanger,• spændings- og accelerationsmålinger og registrering af mulige plastiske deformationer og

skader som følge af ramningen,• virkningen af pælens hældning som følge af installationstolerancer,• installation af kabelindtrækningssystem, og• design og test af forskellige beslag til post-installation af J-rør, adgangsplatforme og

bådlanding

Med udgangspunkt i test og detaljerede målinger af flangerne før og efter ramningen samt ikke-destruktiv prøvning af svejsningerne og udskæringerne kan det konkluderes:

• pæle med pre-installerede flanger og formoptimerede udskæringer til kabelindtrækning kannedrammes uden at skade flangen eller udskæringen udover de normaleinstallationstolerancer og uden at der opstår udmattelsesrevner (teoretisk udmattelsesskadeberegnet på basis af den målte spænding er i overensstemmelse med observationerne). Detestede flanger viste sig således at være robuste hvad angår ramningsbelastninger.

• enkelt-pælen blev rammet med et guidekabel. Efter ramningen blev et J-rør succesfuldinstalleret, styret af guidekablet. Styrekablet og faconen på J-røret sikrer en problemløspassage for J-røret gennem udskæringen i pælen. Den valgte løsning har to hovedfordele: derundgås dels brug af dykkere, dels svejsninger i nærheden af udskæringen. Sidstnævnte ervigtigt for pælens udmattelsesstyrke.

• Beslag for fastgørelse af J-røret og eller andre sekundære enheder kan fastsvejses på enkelt-pælen inden ramning.

2.4.2 ANBEFALINGER

For at opnå en hensigtsmæssige ramning anbefales følgende:

1. Pælen med pre-svejste flange kan rammes ved hjælp af en standard, frithængendehydraulisk offshore hammer. Under ramning bør pælens hældning holdes under 1°.

2. Rammehattens indvendige diameter skal være så lille som muligt for at opnå en højsikkerhedsmargin mod lokal foldning af pælen. Rammehatten skal guide hammeren,således at den maksimale relative vinkel mellem pæl og hammer er 1°. Dette kan opnåsved normale tolerancer for rammehatte til pæle med stor diameter.



3. Kontaktfladen mellem ambolten og flangen skal være plan for at sikre jævne og centraleramningslaster overføres til flangen. Ambolten skal holdes ren for at undgåoverfladeskader på flangen som følge af sand, småsten, der "fanges" mellem ambolten ogflangen.

4. Rammehatten skal helst have en god udformning til montering af hammeren på pælen.Rammehatten kan forsynes med en neopren-ring eller lignende, fastgjort til bunden for atundgå skader fra påvirkninger mellem rammehatten og flangen under montering afhammeren. Derved undgås ridser på den ydre flangekant.

5. Enkelt-pælen skal rammes med mindst mulig energi for at minimere udmattelsesskadersom følge af ramningen. Visse steder kan pælen vibreres ned de første meter og rammesdet sidste stykke, hvorved ramningslasten på pælen reduceres under installation.

Udmattelsesstyrken af svejsningen mellem flangen og pælen afhænger af flangens form, menogså af: 1) fabrikationstolerancerne mellem flange og pælen, og 2) svejsningens kvalitet.Udmattelsesstyrken kan således forbedres ved at slibe svejsningen og ved at specificere småtolerancer for pælens ovalisering og for dens diameter/vægtykkelse forhold. Derved reduceresspændingskoncen-trationerne som følge af produktionstolerancer. Ved hjælp af en passendeudformning af flangen sammen med de ovennævnte svejseforbedringer er det kritiske punkt medhensyn til udmattelsesstyrke ikke længere flangesvejsningen, men derimod normale rundsømmemellem de nedre pælesektioner.

Svejsning til havs skal helst undgås. Fastgørelse af sekundære emner såsom bådlandinger skalderfor ske ved hjælp af andre metoder som f.eks. fastboltning. Feltforsøgene viste, at påsvejstebeslag kan modstå belastningen fra ramningen. Emner med langsgående svejsninger ogtyngdepunktet tæt på monopælen anbefales.

Under forsøgene på Esbjerg Havn ramte een af pælene en kampesten. Pælespidsen blevbeskadiget, men pælens hældning blev ikke påvirket. Det kan overvejes at anvende en påsvejstforstærket afslutning på pælen. Geometrien for denne kan optimeres ved hjælp af f.eks. finiteelement analyse for at opnå højere modstandsdygtighed overfor sten under ramning.

På grundlag af testene kan følgende hovedkonklusion drages: Monopæle med pre-monteredeflanger og en formoptimeret udskæring til post-installering af J-rør kan installeres ved hjælp afstandard metoder for pæleramning. Løsningen giver et økonomisk fordelagtigt og effektivtfundament for havvindmøller på lavt vand. Før anvendelse af løsningen anbefales det at udføreen detaljeret analyse af hammer/pæle påvirkninger under ramning, da udformningen af flangenafhænger af de aktuelle jordbundsforhold.

2.5 ANDRE UDVIKLINGER

Foruden hovedarbejdet i nærværende projekt er der også blevet udviklet en metode tilbestemmelse af responset af pæle over for en impulsiv tværbelastning. Formålet var at undersøgeresponset ved meget skrå ramning og ved tværstød.

Projektets udvikling medførte, at systemet ikke blev nødvendigt for de endelige forsøg.



Det anbefales imidlertid, at det anvendes til at bestemme reservekapaciteten for respons af pæleover for impulsiv tværkraft sammenlignet med en statisk tværkraft.

Godkendt af

N.-E. Ottesen HansenDirektør

Documents

Forenkling af Samlinger i Havmøllefundamenter(f) Access arrangement appurtenances Figure 1.2.1.1 Main Components for offshore wind turbine on mono pile foundation and tower-pile interface