رفتار کیسون های مکشی تحت بارگذاری تناوبی جانبی بلند مدت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 مربی، پژوهشکده حمل و نقل، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

10.22034/road.2021.124806

چکیده

کیسون های مکشی به‌طور فزاینده‌ای در پروژه های فراساحلی نظیر سکوهای نفت و گاز، توربین های بادی، المان‌های مهاری و لنگرگاهی به‌کار گرفته می‌شوند. کیسون‌های مکشی به‌عنوان پی سازه‌های دریایی معمولاً در معرض نیروهای ناشی از باد، امواج و ضربه کشتی‌ها قرار دارند. اغلب مطالعات موجود در خصوص بار تناوبی جانبی وارد بر کیسون‌های مکشی، شامل چرخه‌های بارگذاری تا چند هزار چرخه و در خاک تک لایه هستند، حال آن‌که سازه های دریایی در طول عمر خود در معرض میلیون‌ها چرخه بارگذاری قرار می‌گیرند و خاک بستر دریا نیز می‌تواند شامل لایه‌بندی‌های متفاوت باشد. در این مقاله پس از مروری بر نتایج حاصل از تحقیقات انجام شده در زمینه بارگذاری جانبی کیسون‌های مکشی با تعداد چرخه‌های محدود، نتایج مطالعات موجود صورت پذیرفته اخیر با تعداد چرخه‌های بارگذاری بسیار زیاد و در حدود 1 میلیون چرخه ارائه می‌گردد و رفتار بلند مدت کیسون مکشی به بارگذاری تناوبی جانبی در بستر تک لایه و دو لایه بررسی می‌شود. بر اساس جمع‌بندی نتایج حاصل از مطالعات موجود، به‌نظر می‌رسد که بارگذاری تناوبی جانبی حتی می‌تواند در مواردی باعث افزایش ظرفیت لنگر خمشی تا 30٪ و افزایش سختی پایه تا 50٪ شود که این تغییر سختی باید در تغییر فرکانس طبیعی سیستم یا بررسی رخداد احتمالی پدیده تشدید مد نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


-Abadie, C. N., Byrne, B. W. & Levy-Paing, S. (2015), “Model pile response to multi-amplitude cyclic lateral loading in cohesionless soils”, In Proceedings of the 3rd International Symposium on Frontiers in Offshore Geotechnics (ISFOG) (Meyer, V. (ed)). Leiden, the Netherlands: CRC Press/Balkema (Taylor & Francis Group),
pp. 681-686.
-Bhattacharya, S., (2014), “Challenges in design of foundations for offshore wind turbines”, Engineering & Technology Reference. Stevenage, UK: Institution of Engineering and Technology (IET).
-Bhattacharya, S., Nikitas, N., Garnsey, J., Alexander, N. A., Cox, J., Lombardi, D., Wood, D. M. & Nash, D. F. T., (2013), “Observed dynamic soil–structure interaction in scale testing of offshore wind turbine foundations.”, Soil Dynamics Earthquake Engng 54, pp.47–60.  
-Bienen, B., O’Loughlin, C. D & Zhu, F. Y. (2017), “Physical modelling of suction bucket installation and response under long-term cyclic loading”, Proceedings of 8th Offshore Site Investigation & Geotechnics International Conference (OSIG 2017), Kensington, London, pp. 524-531.
Byrne, B. W., (2014), “Laboratory scale modelling for offshore geotechnical problems”, In Proceeding of the 8th international conference on physical modelling in geotechnics (ICPMG) (eds C.GaudinandD.J.White), pp.61-75.
-Leiden,theNetherlands: CRC Press/Balkema (Taylor & Francis Group).
-Byrne,B.W.&Houlsby,G.T.(2004),“Experimental investigations of the response of suction caissons to transient combined loading”, J. Geotech. Geoenviron. Engng 130, No. 3, pp.240–253.
-Cox, J. A. , O’Loughlin, C. D., Cassidy, M., Bhattacharya, S., Gaudin, C. & Bienen, B., (2014), “Centrifuge study on the cyclic performance of caissons in sand”, International Journal of Physical Modelling in Geotechnics 14(4), pp.99-115.
-Chow, S. H., O’Loughlin, C. D., Corti, R., Gaudin, C. & Diambra, A., (2015), “Drained cyclic capacity of plate anchors in dense sand: experimental and theoretical observations”, Géotechnique Letters 5(2), pp.80-85.
-De Ruiter, J. & Fox, D. A. (1975) Site investigations for North Sea forties field. Proceedings of the 7th Annual Offshore Technology Conference (OTC). Houston, Texas, OCT 2246, pp. 25-30.
-DNV, (2016), “Support structurs for wind turbines”, Offshore standard (DNVGL-ST-0126). Oslo, Norway: DNV.
-DNV (Det Norske Veritas) (2013), “DNV-OS-J101: Design of offshore wind turbine structures”, Offshore standard. Oslo, Norway: DNV.
-Foglia, A., Ibsen, L. B., Nicolai, G. & Andersen, L. V., (2014), “Observations on bucket foundations under cyclic loading in dense saturated sand In Proceedings of the 8th International Conference of Physical Modelling in Geotechnics(ICPMG) (Gaudin, C. & White, D. J. (eds))”, Leiden, the Netherlands: CRC Press/Balkema (Taylor & Francis Group),
pp. 667-673.
-Foglia, A. & Ibsen, L. B., (2016), “Monopod bucket foundations under cyclic lateral loading”, Int. J. Offshore Polar Engng 26, No. 2,
pp.109–115.
-Forewind (2011), “Dogger Bank zonal characterization” Reading,UK: Forewind. See  http://www.forewind.co.uk/uploads/files/Zonal%.20characterisation%20document%20(second%20version).pdf (accessed 08/11/2017).
-Forewind (2013), “Environmental statement chapter 12 appendix A – GEMS geophysical survey report”, Reading, UK: Forewind. See http://www.forewind.co.uk/uploads/files/Creyke_Beck/Phase_2_ Consultation/Chapter_12_ Appendix_A__-_GEMS_Survey_ Report.pdf (accessed 08/11/2017).
-Fu, D., Gaudin, C., Tian, C., Bienen, B. & Cassidy, M. J., (2015), “Effects of preloading with consolidation on undrained bearing capacity of skirted circular footings. Géotechnique 65, No. 3, pp.231–246.
https://doi.org/10.1680/geot.14.P.2120.
-Gourvenec, S. & Randolph, M. F., (2010), “Consolidation beneath circular skirted foundations”, Int. J. Geomech. 10, No. 1,
pp.22–29.
-Houlsby, G. T., Kelly, R. B., Huxtable, J. & Byrne, B. W., (2005), “Field trials of suction caissons in clay for offshore wind turbine foundations” Géotechnique 55, No. 4,
pp.287–296.
 https://doi. org/10.1680/geot.2005.55.4.287.
-Houlsby, G. T., Kelly, R. B., Huxtable, J. & Byrne, B. W., (2006), “Field trials of suction caissons in sand for offshore wind turbine foundations”, Géotechnique 56, No. 1, pp.3–10. https://doi.org/ 10.1680/geot.2006.56.1.3.
-Ibsen, L. B. & Brincker, R., (2004), “Design of a new foundation for offshore wind turbines”, Proceedings of the 22nd international modal analysis conference (IMAC), Detroit, MI, USA.
-Kelly, R. B., Houlsby, G. T. & Byrne, B. W., (2006),  “A comparison of field and laboratory tests of caisson foundations in sand and clay. Géotechnique 56, No. 9, pp.617–626.
https://doi.org/ 10.1680/geot.2006.56.9.617.
-LeBlanc, C., Houlsby, G. T. & Byrne, B. W. (2010), “Response of stiff piles in sand to longterm cyclic lateral loading. Géotechnique 60(2), pp.70-90.
-Richardson, M. D., O’Loughlin, C. D., Randolph, M. F. & Gaudin, C., (2009), “Setup following installation of dynamic anchors in normally consolidated clay. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 135(4), pp.487-496.
-Schroeder, E. C., Merritt, A. S., Sørensen, K. W., Muir Wood, A., Thilsted, C. L. & Potts, D. M. (2015). Predicting monopile behaviour for the Gode Wind offshore wind farm. In Proceedings of the 3rd international symposium on frontiers in offshore geotechnics (ISFOG) (ed. V. Meyer),
pp. 735–740.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-Watson, P. G. & Randolph, M. F. (2006), “A centrifuge study into cyclic loading of caisson foundations. Proceedings of the international conference physical modelling in geotechnics, Hong Kong, PR China, pp. 4–6.
-Zhu, B., Byrne, B. W. & Houlsby, G. T., (2013), “Long-term lateral cyclic response of suction caisson foundations in sand”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 139(1), pp.73-83.
-Zhu, F. Y., O’Loughlin, C., Bienen, B., Cassidy, M. J., & Morgan, N., (2018a), “The response of suction caissons to long-term lateral cyclic loading in single-layer and layered seabeds”, Geotechnique, 68 (8), pp.729-741.
-Zhu, F. Y., (2018), “Suction caisson foundations for offshore wind energy installations in layered soils”, PhD thesis, The University of Western Australia, Crawley, Perth, Australia.
-Zhu, F. Y., Bienen, B., O’Loughlin, C., Cassidy, M. J., and Morgan, N., (2018b), “Suction caisson foundations for offshore wind energy: cyclic response in sand and sand over clay”, Accepted manuscript doi: 10.1680/jgeot.17.pp.273. Published online in ‘accepted manuscript.