27333

مدلسازي عددي فونداسيون كيسون توربينهاي بادي فراساحلي قرار گرفته در لايه خاك روانگرا

كارشناسي ارشد

ژئوتكنيك

1398-1401

1401/07/26

دكتر محمدحسن بازيار

مهندسي عمران

توربين‌هاي بادي فراساحلي به عنوان يكي از ابزارهاي تبديل انرژي تجديدپذير باد به نيروي الكتريسيته امروزه مورد استقبال واقع شده‌اند. يكي از مهم‌ترين اجزاي تشكيل دهنده اين سازه‌ها فونداسيون مي‌باشد كه نقش اصلي آن حفظ پايداري سازه در برابر بارگذاري‌هاي محيطي و لرزه‌اي و ثقلي مي‌باشد. روانگرايي يكي از مهم‌ترين رويدادهايي هست كه توربين‌هاي بادي فراساحلي وقتي بر روي ماسه سست قرار مي‌گيرند در دوره عملكرد خود مي‌توانند با آن مواجه شوند. در مطالعات انجام شده، تاكنون اثر حضور شيب در بستر ماسه اي دريا بر تغييرمكان هاي فونداسيون كيسون بررسي نشده است. وقوع روانگرايي در كنار وجود شيب در محل نصب فونداسيون، مي‌تواند تغييرمكان‌هاي زيادي را به فونداسيون تحميل كند و پايداري سازه را با چالش مواجه كند. در اين مطالعه، از مدل اجزاي محدود سه‌بعدي تحليل شده با نرم‌افزار OpenSees براي شبيه‌سازي پاسخ فونداسيون كيسون توربين بادي فراساحلي قرارگرفته در لايه خاك روانگرا استفاده شد. پس از اعتبارسنجي مدلسازي انجام شده با يك آزمايش سانتريفيوژ، تاثير پارامترهاي مختلف بر تغييرمكان‌هاي فونداسيون از جمله تغييرات در بيشينه شتاب زلزله، شيب در بستر دريا، نسبت طول به قطر فونداسيون و اثر بارگذاري باد همزمان با زلزله بررسي شد. در نتايج اين پژوهش مشاهده شد كه وجود شيب در بستر دريا منجر به افزايش تغييرمكان افقي، نشست و چرخش ماندگار فونداسيون در تحركات لرزه‌اي مي‌شود. علاوه بر اين تغييرمكان افقي و نشست فونداسيون با افزايش بيشينه شتاب زلزله رابطه مستقيم دارند. همچنين با افزايش نسبت طول به قطر فونداسيون از 0.33، مقدار نشست افزايش مي‌يابد و شاهد فراتر رفتن چرخش ماندگار فونداسيون از حد مجاز خود هستيم. بارگذاري باد توامان با زلزله تغييرمكان‌ افقي فونداسيون را از كمتر از 10 به بيش از 60 سانتي‌متر و چرخش ماندگار فونداسيون را به بيش از 0.5 درجه مي‌رساند كه اين مقدار از حد مجاز بيشتر است.

1401/08/21

Numerical modeling of caisson foundation for Offshore Wind Turbines, Sited on a liquefiable soil

10/18/2023 12:00:00 AM

Offshore wind turbines have been welcomed as one of the means of converting the energy received by the wind into electricity. One of the most important components of these structures is the foundation, whose main role is to maintain the stability of the structure against environmental, seismic, and gravity loads. Liquefaction is one of the most important events that offshore wind turbines that are placed on loose sand can face during their operation. Previous studies have not investigated the effect of seabed slope on the displacement of the caisson foundation. The foundation may experience serious displacements due to liquefaction and a slope present at the location of the foundation installation, which may compromise the stability of the superstructure. In this study, a 3D finite element model analyzed with OpenSees was used to simulate the response of a caisson foundation for an offshore wind turbine located in a liquefiable soil layer. After validating the numerical model results with a centrifuge test, the effect of various parameters on the displacement of the foundation, including the changes in the peak ground acceleration (PGA), seabed slope, length-to-diameter ratio (L/D) of the foundation, and the effect of wind loading along with earthquake, were investigated. It was observed that the seabed slope leads to an increase in horizontal displacement, settlement, and permanent rotations. In addition, the horizontal displacement and settlement of the foundation are directly related to the increase in the PGA. Furthermore, by increasing the L/D from 0.33, the amount of settlement increases, and as a result, the permanent rotation of the foundation exceeds its permissible limit. Wind loading combined with the earthquake causes the horizontal displacement of the foundation from less than 10 to more than 60 cm and the permanent rotation to more than 0.5 degrees which is more than the permissible limit.

توربين بادي فراساحلي , روانگرايي , فونداسيون كيسون , مدلسازي عددي , انرژي باد

Offshore Wind Turbines , Liquefaction , Caisson foundation , Numerical Modeling , Wind Energy

Abolfazl Najafi

Dr. Mohammad Hassan Baziar