ارزیابی پاسخ لرزه‌ای فونداسیون مونوپایل توربین بادی فراساحل در خاک ماسه‌ای به‌وسیله مدل‌سازی عددی

با توجه به توسعه توربین های بادی در مناطق لرزه ‌خیز، ازجمله نواحی شرقی آسیا، نواحی جنوبی اروپا و بخش‌های غربی ایالات ‌متحده آمریکا و همچنین اهمیت فونداسیون چنین سازه‌هایی در طراحی و اجرا، بررسی رفتار لرزه‌ای فونداسیون توربین‌های بادی امری ضروری می‌باشد. در این مقاله، رفتار لرزه‌ای یک فونداسیون مونوپایل (monopile) به همراه مدل ساده ‌شده توربین بادی، تحت یک زلزله مشخص، به روش اجزاء محدود در نرم‌افزار opensees مدل‌ سازی و مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ابتدا مدل عددی، با نتایج مدل‌ سازی دینامیکی سانتریفیوژ یک شمع فولادی مستقر در خاک ماسه‌ای، اعتبار سنجی و پس ‌از آن اثر تغییر پارامترهای مختلف از جمله طول مدفون و قطر فونداسیون، تراکم نسبی خاک، شرایط مونوپایل مستقر بر روی بستر سنگی و همچنین بارگذاری باد به صورت یکنواخت و چرخه ای بررسی گردید. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که تغییر پارامترهای مذکور تاثیر قابل ‌توجهی بر روی رفتار لرزه ای سیستم سازه و فونداسیون دارد. افزایش ابعاد مونوپایل (قطر و طول) و همچنین تراکم نسبی خاک، عملکرد لرزه‌ای سیستم سازه فونداسیون را بهبود می بخشد و باعث کاهش جابه‌جایی جانبی در بالای برج و کاهش نشست و چرخش در مونوپایل می‌گردد. با تغییر رفتار مونوپایل از حالت اصطکاکی به اتکایی، موارد بیان‌شده با تغییر مثبت، منجر به بهبود رفتار در سازه و فونداسیون توربین بادی، تحت بارگذاری لرزه‌ای می‌گردد. همچنین بارگذاری باد، باعث ایجاد جابه‌جایی و چرخش بیشتر به سازه شده و اعمال بار باد به‌صورت یکنواخت شرایط بحرانی‌تری را نسبت به حالت بارگذاری چرخه‌ای، ایجاد می‌کند.

evaluation of seismic response of monopile foundation of offshore wind turbines in sandy soil by numerical modeling

because of the development of wind turbine farms in seismic areas, such as east asia, southern europe, and the united states, as well as the importance of the foundation of the wind turbines in the design and implementation, it is necessary to study the seismic behavior of wind turbine foundations. in this study, the seismic behavior of monopile foundation of a simplified offshore wind turbine model under a specific earthquake record was evaluated by using finite element method in opensees software. at first, the proposed numerical model was validated by the results of a dynamic centrifuge modeling of a steel pile located in sandy soil. then, the effects of various parameters such as dimensions of monopile (diameter and length), soil relative density, end bearing pile effect and wind load effect were evaluated. the results of this study showed that the changes of these parameters have significant effects on the seismic behavior of the monopile of offshore wind turbines. increasing dimensions of monopile (diameter and length) and soil relative density improves the seismic performance of the structure and foundation system and reduces lateral displacement at the top of tower and reduces settlement and rotation of the monopile. chang of behavior of the monopile from frictional pile to end bearing pile, improves the behavior of the wind turbine structure and foundation under seismic loading. also, wind loading causes more displacement and rotation to the structure, and static wind load creates more critical conditions than the dynamic wind load.