Eismodell zur strukturellen Integrität

In Polargebieten hat Eis umfassende Auswirkungen auf Bauwerke, da seine tragende Last und sein Druck die Integrität dieser Bauwerke gefährden kann. Deshalb ist es ausgesprochen wichtig zu verstehen, wie die Konstruktionen auf diese Eislasten reagieren – nur so kann gewährleistet werden, dass die Konstruktionen weiterhin sicher betrieben werden können.

Konstruktionen wie Windturbinen sind präzise geplante Mechanismen, deshalb können Eislasten deren Betrieb verändern oder behindern. Offshore-Bohrinseln wurden zwar so entwickelt, dass sie enormen Gezeiten- und Windkräften standhalten können, Eis kann das Ganze jedoch ungeheuer komplizieren. Deshalb müssen geeignete Testmodelle entwickelt werden, die exakte Daten zum Eisstrom und zur Eisdynamik liefern.

Im Rahmen des vom EESD-Programm der Europäischen Kommission geförderten STRICE-Projektes wurde ein solches Modell entwickelt. Ziel dabei war die Beurteilung der Wechselwirkungen zwischen Eis und Offshore-Strukturen. Dabei wurde insbesondere beachtet, dass die Aufprallgeschwindigkeit des Eisstroms einen Meter pro Sekunde betragen kann. Dies kann in Verbindung mit dem Gewicht des Eises eine erhebliche Bedrohung für Konstruktionen darstellen. Deshalb bestand das sekundäre Ziel darin, sowohl die Qualität als auch die Quantität der Daten zu steigern.

Im Laufe der drei Jahre der Projektdurchführung wurden in Zeitreihen angeordnete Daten zu Eislasten, Eisdicke, Beschleunigung und Inklination sowie zur Wechselwirkung zwischen Eis und Bauwerk zusammengetragen. Zusätzliche Umweltdaten und Eiskarten erleichterten die Zusammenstellung einer statistischen Analyse. Diese wurden mit Daten wie beispielsweise Eisdruck, Druckfestigkeit, Spannungsdehnungskurven sowie elastische Module versus Spannungsgrade gekoppelt, und es wurde ein umfassendes Modelliertool entwickelt.

Das Modelliertool berücksichtigt keine nicht-linearen Folgen der Wechselwirkungen zwischen Eis und Bauwerk, woraus sich zwei Einschränkungen ergeben. Erstens werden keine selbst erzeugten Vibrationen einbezogen und zweitens berücksichtigt das Modell nur relativ stabile Konstruktionen sowie die Wasserlinie. Das Modell ist dennoch äußerst brauchbar für Entwürfe von durch Beanspruchung, Betriebsfähigkeit und Festigkeit der Konstruktion eingeschränkte Beschaffenheiten. Die Vervollständigung dieser Daten erfordert weitere Forschungsarbeiten.

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Dr. Tuomo Karna
VTT Technical Research Centre of Finland
Kemistintie 3, 02044 Espoo, Finnland
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