Bei Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) dominieren neben Eigengewichtslasten und Lasten aus dem Betrieb vorrangig Umweltereignisse die Beanspruchungen. Insbesondere Wind-, Wellen- und Strömungslasten und ggf. Temperatur und Erdbebenlasten sind für die Auslegung von Offshore-Tragstrukturen relevant. Gleichzeitig sind OWEA durch hohe dynamische Beanspruchungen, veränderliche Einwirkungsszenarien und reaktive Bestandteile gekennzeichnet. Neben einer detaillierten Beschreibung der zum Teil neuartigen Umwelteinwirkungen und ihrer Streuungen (TP A01, TP A03) beeinflusst die realitätsnahe Kombination der genannten Einwirkungen wesentlich die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit von Offshore-Megastrukturen.

Bestehende Kombinationsansätze des Hochbaus wurden für statische bzw. quasistatische invariante Einwirkungen entwickelt. Diese Ansätze sind nur sehr begrenzt auf die genannten und dynamisch hoch beanspruchten Offshore-Tragstrukturen übertragbar und führen zu unwirtschaftlichen und auch unsicheren Auslegungen der Tragstruktur. In TP A05 soll eine Kombinationsmethode für Offshore-Megastrukturen und andere reaktive Tragstrukturen (z. B. Tragwerke mit aktiven Schwingungstilgern) entwickelt werden, die unabhängig von der Tragstruktur und ihrem dynamischen Verhalten ist und Veränderungen von Einwirkungsparametern und ihrer Kombination über die Lebensdauer (z. B. infolge von Anpassungen in der Anlagenregelung oder sich über die Lebensdauer verändernde Hydrodynamik, vgl. TP A03) realistisch berücksichtigt. Dabei wird von der Arbeitshypothese ausgegangen, dass ein Kombinationsansatz, der Einwirkungsparameter wie Windgeschwindigkeiten, Wellenhöhen etc. und ihre Wirkrichtungen anstatt von Auswirkungen von Einwirkungen (i. d. R. Schnittkräfte) zugrunde legt, zielführend für die Beschreibung der Einwirkungskombination bei dynamisch hoch beanspruchten Offshore-Windenergieanlagen und anderen Megastrukturen ist. Ein solches Vorgehen ermöglicht im Anschluss eine detailliertere Ermittlung von Strukturbeanspruchungen unter Berücksichtigung des dynamischen Tragverhaltens und auch reaktiver Bestandteile (z. B. Regelung bei Windenergieanlagen oder (semi-)aktive Dämpfungssysteme).

Die Hauptinnovation des TP ist daher die Entwicklung einer Kombinationsmethode, die zusätzlich zum zeitgleichen Auftreten von Einwirkungsparametern erstmals auch die dabei auftretenden Wirkrichtungen berücksichtigt. Dabei sind für eine sichere Auslegung von Offshore-Megastrukturen, auch Einwirkungskombinationen zu berücksichtigen, die nicht durch eine extreme Einzeleinwirkung gekennzeichnet sind und bei denen sich die Einwirkungen und deren Kombination über die Lebensdauer ändern, vgl. TP A03. Die zu entwickelnde Kombinationsmethode soll daher um eine zeitabhängige Beschreibung der Änderungen in den Einwirkungskombinationen ergänzt werden, um die infolge zunehmend extremer Wetterereignisse und veränderter hydrodynamischer Einwirkungen (z. B. durch morphologische Umlagerungsprozesse am Meeresgrund auf langen Zeitskalen) auftretenden Änderungen in der Einwirkungskombination zu berücksichtigen.

Diese innovative Kombinationsmethode soll in der ersten Förderperiode durch Mess- und Simulationsdaten verifiziert und mit bestehenden Kombinationsverfahren verglichen werden. Für Standorte mit keinen/wenigen Daten sollen mit Korrelationsansätzen und bayesschen Verfahren heuristische Kombinationsmodelle entwickelt werden, die eine möglichst realistische Abschätzung der Einwirkungskombination erlauben. Wesentliche Erkenntnisse werden zudem zur Interaktion hydrodynamischer Einwirkungen mit der für Offshore-Megastrukturen wichtigen Ekman-Schicht erwartet. Hierzu wird die Kombinationsmethode gezielt auf gemessene und simulierte Daten dieser eher laminaren Strömung oberhalb der Prandtl-Schicht angewendet. Ausgehend von dem komplexen Kombinationsansatz für zeit- und richtungsvariante Zufallsvariablen sollen für die Integration in den Digitalen Zwilling und für eine Integration in praxistaugliche Bemessungskonzepte reduzierte Kombinationsmodelle entwickelt werden.

TP A05 arbeitet in dem Cluster Einwirkungen aus Wind und Welle eng mit den Teilprojekten A01 und A03 zusammen und stellt diesen kombinierte Umgebungsbedingungen für die stochastische Windfeld- bzw. Seegangsmodellierung zur Verfügung. Als zentrale Schnittstelle zwischen den Umgebungsbedingungen und der Tragstruktur liefert TP A05 kombinierte Einwirkungsparameter als Eingangswerte für die Lastsimulationen in TP Z01.