شبیه‌سازی سه بعدی پی باکت توربین بادی فراساحلی تحت شرایط بارگذاری یکنواخت

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مطالعات و طراحی، مهندسین مشاور آب و عمران فجر، شیراز

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه جهرم

3 گروه مهندسی آب، دانشگاه شیراز

چکیده

نیروی باد فراساحلی، یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر، قابل‌اطمینان و رو به رشد در دنیا می­باشد. یکی از محدودیت­ های اساسی استفاده از توربین ­های بادی فراساحلی، هزینه بسیار زیاد ساخت پی این سازه ­ها می­باشد که مستلزم شمع کوبی های عمیق و پرهزینه است. یک راه‌حل کم ­هزینه و قابل‌اعتماد برای رفع این مشکل، استفاده از باکت­ های (Bucket) مکشی به­ عنوان جایگزین پی­ های رایج است که علاوه بر هزینه کم ساختار ساده­ای نیز دارند. هدف مقاله حاضر بررسی پی از نوع باکت با روش اجزاء محدود سه ­بعدی می­باشد که در توربین ­های بادی فراساحلی مورداستفاده قرار می­گیرد. ظرفیت باربری و گشتاور واژگونی باکت­ هایی با ابعاد مختلف و تحت بارگذاری استاتیکی در ارتفاعات مختلف که در خاک ماسه ­ای متراکم و نیمه ­متراکم کارگذاری گردیده ­اند موردبررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می­دهد که ابعاد پی، تراکم خاک و ارتفاع بارگذاری مهم­ترین عواملی هستند که جابه­ جایی و چرخش سازه را تحت تأثیر قرار می­دهند. به طوری­که با دو برابر شدن طول پایه باکت، ظرفیت باربری افقی و گشتاور واژگونی 5/2 برابر افزایش می­یابد. به ­علاوه این ظرفیت­ ها با جایگذاری باکت در بستر متراکم نسبت به بستر با تراکم متوسط 50% بیشتر می­شود. همچنین، سختی اولیه با افزایش ابعاد باکت افزایش یافته و با کاهش ارتفاع اعمال بار کاهش می­ یابد. به­ منظور ارائه نتایج عملی، منحنی­ های نرمال ظرفیت بار افقی و گشتاور واژگونی ارائه شده­ اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

3-D Simulation of Bucket Foundations Used For Offshore Wind Turbines under Monotonic Loading Conditions

نویسندگان [English]

  • Pouyan Baghri 1
  • Masih Zolghadr 2
  • Seyed mohammad ali Zomorodian 3
1 Senior Design Engineer, Fadjr Water and Reclaimation Consulting Engineers Co. Shiraz, Iran
2 Department of Water Sciences and Engineering, Jahrom University, Iran
3 Department of Water Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Bucket foundation is a new foundation concept developed in the last decade for offshore wind turbines. Due to easy and faster installation with significantly lower expenses compared to the conventional foundations such as gravity bases and mono piles, suction caissons foundations are reliable and alternative foundation solutions. In this study push-over analysis was utilized to investigate the response of a typical monopod offshore wind turbine foundation under monotonic loading condition. Finite Element Method was used to define and analyze different scenarios.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Offshore wind turbine
  • Numerical simulation
  • Monopod bucket foundation
  • Finite Element Method
Bagheri P, Kim JM, “Evaluation of cyclic and monotonic loading behavior of bucket foundations used for offshore wind turbines. Applied Ocean Research”, 2019, (91), 101865.
Bagheri P, Son SW, Kim JM, “Investigation of the load-bearing capacity of suction caissons used for offshore wind turbines”, Applied Ocean Research, 2017, 67,148-161.
Bagheri P, Yoon JC, Park D, Kim JM, “Numerical Analysis of Suction Bucket Foundations Used for Offshore Wind Turbines. In: Randolph M, Doan D, Tang A, Bui M, Dinh V, (eds) Proceedings of the 1st Vietnam Symposium on Advances in Offshore Engineering. VSOE 2018”, Lecture Notes in Civil Engineering, 2019, 18, Springer, Singapore.
Bagheri P, Son SW, Kim JM, “Cyclic behavior of soil supporting suction caisson foundation”, ICSMGE 2017-19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2017, 2265-2268.
Bagheri P, Son SW, Kim JM, “Evaluation of the bearing capacity of suction bucket foundations used for offshore wind turbine by using finite element modeling”, ICSMGE 2017-19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2017, Workshop ATC7, 17-20.
Bagheri P, Son SW, Lee DH, Kim JM, “Numerical modeling of monopod and tripod bucket foundation”, Proceedings of the 16th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2020 (16ARC).
Brinkgreve RBJ, Engin E, Swolfs WM, Manual for PLAXIS 3D, 2012.
Byrne BW, Houlsby GT, “Experimental investigations of the response of suction caissons to transient combined loading”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmenal Engineering, ASCE 130, 2004, 3, 240-253.
[DNV 1992] Den Norske Veritas, 1992. “Foundations”.
Hung LC, Lee S, Tran NX, Kim SR, “Experimental investigation of the vertical pullout cyclic response of bucket foundations in sand”, Applied Ocean Research, 2017, 68, 325-335.
Hung LC, Lee SH, Vicent S, Kim SR, “An experimental investigation of the cyclic response of bucket foundations in soft clay under one-way cyclic horizontal loads”, Applied Ocean Research, 2018, 71, 59-68.
Houlsby GT, Kelly RB, Huxtable J, Byrne BW, “Field trials of suction caissons in sand for offshore wind turbine foundations”, Geotechnique, 2006, 56 (1), 3-10.
Houlsby GT, Ibsen LB, Byrne BW, “Suction caissons for wind turbines”, In: Proceedings of international symposium on frontiers in Geotechnics: ISFOG, Perth, Australia, 75-94.
Houlsby GT, Byrne BW, “Suction caisson foundations for offshore wind turbines and anemometer masts”, Wind Engineering, 2000, 24 (4), 249-55.
Houlsby GT, Byrne BW, “Calculation procedures for installation of suction caissons in sand”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Geotechnical Engineering, 2005, 158 (3), 135-144.
Jeon HW, Son SW, Kim JM, “Study of dynamic characteristics of west coast Saemangeum sand by torsional shear test”, Journal Ocean Engineering and Technology, 2013, 27 (96), 73-80.
Ryu TG, “Long-term Dynamic Behavior Study of Marine Silty Sand for Offshore Structure Foundation Design”, Master Thesis, 2015.
Zhu B, Kong D, Chen RP, Kong LG, Chen YM, “Installation and lateral loading rests of suction caissons in silt”, Canadian Geotechnical Journal, 2011, 48, 1070-1084.
Zhu B, Byrne BW, Houlsby GT, “Long-term lateral cyclic response of suction caisson foundations in sand”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2013, 139 (1), 73-83.