Nghiên cứu ứng xử của móng giếng chìm cho công trình điện gió ở ngoài khơi bằng phần mềm tính toán phần tử hữu hạn
Abstract
Suction caisson foundation for offshore wind turbine is increasingly used and providing remarkable benefits such as low cost, high capacity and simplicity of installation. This paper presented a preliminary numerical study on behavior of suction caisson foundation by using finite element analysis program Plaxis 2D. The suction caisson foundations with different geometries were modelled and analyzed. They were considered in the embedded soil having different properties as friction angle and cohesion. Results showed that geometry of suction caisson foundation affected significantly its behavior. Suction caisson whose larger ratio of skirt length to bucket diameter provided higher tensile and bearing capacity. The numerical results in this study showed that the soil properties did not affect remarkably the behavior of suction caisson. When the soil friction angle increased, the tensile and bearing capacity of suction caisson lightly increased. Nevertheless, the soil cohesion seemed not to affect the behavior of suction caisson. The suction caisson geometry, soil parameters and load values were assumed based on literature and the behavior of the suction caisson was evaluated only in vertical direction.
Tóm tắt
Móng giếng chìm cho công trình điện gió ở ngoài khơi đang được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả rõ rệt như giá thành thấp, sức chịu tải lớn, và thi công dễ dàng. Bài báo trình bày một nghiên cứu sơ bộ về mô phỏng ứng xử của móng giếng chìm bằng phương pháp sử dụng phần tử hữu hạn Plaxis 2D. Móng giếng chìm có kích thước khác nhau được khảo sát khi đặt trong nền đất có góc ma sát trong và lực dính khác nhau. Kết quả cho thấy kích thước của móng có ảnh hưởng lớn đến ứng xử của nó. Móng có tỉ số chiều dài trên đường kính lớn cho kết quả sức chịu tải trọng kéo và nén tốt hơn. Khảo sát về ảnh hưởng của tính chất cơ lý của đất đến ứng xử của móng cho thấy chúng có ảnh hưởng không đáng kể. Khi góc ma sát trong của đất tăng, cường độ chịu kéo và nén của móng tăng ít. Lực dính của đất dường như không ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử của móng giếng chìm. Cần chú ý rằng, bài báo này trình bày nghiên cứu sơ bộ về ứng xử của móng giếng chìm bằng phương pháp tính toán phần tử hữu hạn. Các thông số về kích thước, tính chất cơ lý đất và lực tác dụng dựa trên nghiên cứu trước đây và ứng xử của móng giếng chìm được đánh giá theo phương thẳng đứng.
Tài liệu tham khảo
Ahn, J., Lee, H., & Kim, Y. T. (2014). Holding capacity of suction caisson anchors
embedded in cohesive soils based on finite element analysis. International Journal
for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 38(15), 1541-1555.
Bagheri, P., Son, S. W., & Kim, J. M. (2017). Investigation of the load-bearing capacity
of suction caissons used for offshore wind turbines. Applied Ocean Research, 67,
148-161.
Bhattacharya, S. (2019). Design of foundations for offshore wind turbines: John Wiley &
Sons.
Brinkgreve, R., Swolfs, W., Engin, E., Waterman, D., Chesaru, A., Bonnier, P., & Galavi,
V. (2017). PLAXIS 2D 2017. User manual, Plaxis bv.
Byrne, B., Houlsby, G., Martin, C., & Fish, P. (2002). Suction caisson foundations for
offshore wind turbines. Wind Engineering, 26(3), 145-155.
Houlsby, G. T., Ibsen, L. B., & Byrne, B. W. (2005). Suction caissons for wind turbines.
Frontiers in Offshore Geotechnics: ISFOG, Perth, WA, Australia, 75-93.
Jin, S. C., Zhang, Y. T., & Wu, Q. H. (2013). A Study on the failure mechanism of suction
caisson under vertical load. Paper presented at the Applied Mechanics and Materials.
Nielsen, S. D. (2019). Finite element modeling of the tensile capacity of suction caissons
in cohesionless soil. Applied Ocean Research, 90, 101866.
Patel, S. K., & Singh, B. (2019). A parametric study on the vertical pullout capacity of
suction caisson foundation in cohesive soil. Innovative Infrastructure Solutions, 4(1),
1-11.
Sawicki, A., Wachowski, Ł., & Kulczykowski, M. (2016). The pull-out capacity of suction caissons in model investigations. Archives of Hydro-Engineering and Environmental
Mechanics, 63(2-3).
Sun, L., Qi, Y., Feng, X., & Liu, Z. (2020). Tensile capacity of offshore bucket foundations
in clay. Ocean Engineering, 197, 106893.
Taebi, M., & Mousavi, S. A. H. (2014). Numerical Evaluation on Consolidation Settlement
of Suction Caissons in Marine Environment. Paper presented at the 16th Marine
Industries Conference.
Wang, X., Zeng, X., & Li, J. (2019). Vertical performance of suction bucket foundation
for offshore wind turbines in sand. Ocean Engineering, 180, 40-48.
Wang, Y., Faran, M., & Zhang, S. (2020). Large-Deformation Finite Element Analysis for
Bearing Capacity of Suction Caisson in Marine Clay. Paper presented at the The 30th
International Ocean and Polar Engineering Conference.
Zhai, H., & Li, D. (2017). Experimental Studies on modified suction caissons in fine sand
subject to uplift loading. Transactions of Tianjin University, 23(6), 562-569.
Zhang, P., Guo, Y., Liu, Y., & Ding, H. (2016). Experimental study on installation of hybrid
bucket foundations for offshore wind turbines in silty clay. Ocean Engineering, 114,
87-100.