دانلود رایگان ترجمه مقاله رفتار فضای محافظت شده شمع، در نزدیکی هم برای مبدل های انرژی بادی فراساحلی – الزویر 2016

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده:
به عنوان یک واحد تولید کننده ی انرژی فراساحل در اعماق بیشتر آب حرکت می کند. تقاضای طراحی فونداسیون با خلاقیت بیشتر و رویکرد پیچیدگی آن مخصوصاً برای توربین های بزرگ (حدود 5 الی7 مگاآمپر).در این متن یک شمع جایگزین با شمع دوجداره در فواصل نزدیک یکدیگر در گوشه های جکت مطالعه شده است برای شمع ها با ابعاد و اندازه های مختلف.مطالعه ی پارامتری عددی انجام شد تا تأثیرات فواصل شمع و طول شمع بر نحوه ی رفتار آنها با سیستم محافظت شده تحت ترکیب بار های یکنواخت در شن بسیار فشرده قبل از تحلیل، مدل عددی تأیید شده در زمینه ی آزمایش در شمع تکی و دوجداره بطور کلی مشارکت فضای نزدیک شمع های دوجداره، پاسخ فونداسیون و توزیع بار در میان شمع ها مورد بررسی قرار گرفته شده است. پاسخ ارزیابی شده فونداسیون با درنظر گرفتن بار افقی، جابجایی بالایی، لنگر و دوران بالایی و سختی اولیه سیستم شمع خاکی. از پاسخ معلوم شده توصیه می شود که سیستم فونداسیون برتر از سیستم نسبتاً مرسوم با شمع های تکی در گوشه ها است. نتایج نشان دهنده ی این است که شمع ها در بارهای کششی جانبی از قرار معلوم بار کمتر از آن بار فشاری جانبی را تحمل میکند. علاوه بر این وضعیت شمع ها در کشش جانبی از اهمیت بیشتری برخوردار است. بعنوان شمع اصلی بارهای کمی را بطور قابل توجهی در انتهای شمع تحمل میکند که بیان کننده ی این است که شمع های دوجداره با یک شمع جایگزین به طول l/2 و فاصله S=5D,6D پاسخ بهتری را میسر میسازد. جایی که L جاسازی شده است طول شمع در سیستم مرسوم و D قطر شمع می باشد.
1-مقدمه:
اهمیت انرژی تجدید پذیر به طور قابل ملاحظه افزایش می یابد و بهره برداری از انرژی باد فراساحل رو به رشد است. در چند دهه آینده تعداد زیادی از مبدل های انرژی بادی فراساحل(OWECs) باید نصب شود برای عرضه بخش عظیمی از احتیاج انرژی ما. در گزارش انجمن انرژی باد اروپا این معروف است که گام بعد برای انرژی باد هست، مزرعه ی بادی فراساحل در آب های عمیق و پروژه های عمیق(OWECs) در حال توسعه هستند در اروپا با این توجه انتخاب و طراحی مناسب نوع فونداسیون (OWECs) یک چالش ضروری برای مهندسان ژئوتکنیک هست. به عنوان طراحی بخش بحرانی OWECs میشود از فونداسیون نام برد پس بنابراین طراحی فونداسیون OWECs تمرکز خود را در مطالعات مختلف به خود جلب کرده است. فونداسیون های وزنی، منفرد و تکی صندوقه ای پایه ای هستند برای آب های کم عمق و نیمه عمیق تا 25m. برعکس یک نیاز وجود دارد برای افزایش وجود داشتن سیستم فونداسیون برای توربین های بادی بزرگ در عمق بیش از 30m. به این ترتیب با توجه به مفهوم خلاقانه زیرساختاری پیکربندی عمیق اخیراً تحت تحقیقات در حال توسعه می باشد کیم مطالعه پارامتریک انجام داد تا متوجه شود تأثیر گروه فونداسیون صندوقه ای 3 پایه ای روی ظرفیت باربری. رفتار جکت 3 پایه تحت بارهای پریودیک مورد بررسی قرار داد با لوپی. شی اظهار داشت فونداسیون جکت یک گزینه مناسب برای آب با عمق 30 تا 80 متر میباشد. آچمز نشان داد برای اعماق وسیع آبها 3 پایه فونداسیون جکت بیشتر مناسب هستند با این حال ترکیبات بار افقی و عمودی بکار گرفته شده برای شمع های منفرد از سه شمع فونداسیون با عمق آب به طور قابل ملاحظه ای افزایش داشته. با توجه به فونداسیون توربین های بادی باید اطمینان کافی از ظرفیت باربری داشت برخلاف چنین شرایط بار در عمق آب. در نتیجه این مطالعه متمرکز شده است روی یک سیستم پایداری فونداسیون جکت برای OWECs در آبهای عمیق. فونداسیون های جکت های مرسوم پایدار هستند با 4 پایه در گوشه های سازه. برای توصیه خلاقانه فونداسیون، جکت در دسترس استفاده می شود پشتیبانی نزدیک فاصله شمع های دوجداره برای هر گوشه تا حفظ کند تقارن سیستم فونداسیون را در دو جهت xوy. هر پایه با فاصله نزدیک شمع های دو جداره مورب مرتب می شوند.

در برخی موارد پروفیل عمق در کف دریا نشان می دهد لایه های خاک گچی می تواند وجود داشته باشد در زیر لایه ی شن/ ماسه، در دریای بالتیک در شمال روگن، انباشته بزرگی از گچ یافت شده که در زیر یخبندان است این هست اشاره ای به مطالعات دوهرکوپوف  و باربوسا اینکه ویرانی شمع در حال نصب در گچ و تخمین زده شد که مشخصات گچ ویران کننده اطراف شمع، پاسخ سیستم فونداسیون تحت بارهای پریودیک نتیجه آزمایش نوسانی روی گچ بدست آمده از محل ویکنجر نشان می دهد بطور آشکار در این تنش برشی در طول نوسان کاهش می یابد. هر کدام نشان می دهد کمبود طبیعت از زمانی که گچ پخش شده از اینجنبه توصیه می شود به طور نسبتاً کوتاه فاصله کم شمع ها راه حل درست برای اجتناب از نصب کردن شمع ها درون خاک گچی را بر عهده دارد. لنگر ناشی از بار باد و موج هستند جابجا شده برای بارهای عمودی در شمع های تکی در نتیجه شمع های تکی برای فونداسیون جکت هستند در معرض بارهای افقی و قائم آن ترکیب بارهای کششی و فشاری است. تأثیرات ترکیبات بار روی رفتار شمع اندک هستند در این ادبیات مخصوصاً برای سازه های فراساحل و هنوز مطالعه ای بر روی فاصله ی نزدیک شمع ها انجام نشده. مطالعات آچمزو تیکن با توجه به رفتار یک پایه تحت ترکیبات بارهای عمودی و افقی نشان می دهد ک ترکیبات فشاری هدایت میشود به حالت مطلوب و ترکیبات بارهای کششی اغلب تأثیر نامطلوب بر سختی سیستم دارند. آگداک و اوزدن  دریافتند که بارهای قابل ملاحظه عمودی عملکرد بهتری در بتن مسلح و بتن مسلح با فیبر فولاد شمع ها بر اساس بارهای جانبی بعلاوه بارهای محوری نتایج آزمایش شمع. با وجود چندین آزمایش و مطالعات عددی پایه ای روی رفتار فاصله ی نزدیک شمع ها و پاسخ در ناحیه بین شمع ها برای فونداسیون OWECs هنوز مطالعه ای انجام نشده است. بسیار عالی شناخته شده و کارآمدی شمع بطور قابل توجهی تأثیر گذار است زمانی که شمع ها در حال نصب شدن هستند در کنار هم و خاکی که در بین شمع ها قرار دارد محل فعالیت می باشد. مک وی دریافت که گروه کارآمد در فاصله فاصله شمع(S) از 3 برابر قطر شمع 22% کمتر بوده از گروه شمع کارآمدی با فاصله 5 برابر بر این اساس تفکیک شده اند. آزمایشات انجام شده روی فاصله نزدیک شمع ها. زمانی که D و S به-ترتیب قطر و فاصله مرکز تا مرکز بین شمع ها هستند. تأثیر فاصله شمع و تعداد بر روی رفتار فضای نزدیک شمع مورد بررسی قرار خواهد گرفت از طریق روش اجزاء محدود. رفتار شمع ها در یک گروه مقایسه می شوند با رفتار یک شمع و واریانس جابجایی فاکتور تقویت شده کم است. این محدود شده بود که فاکتور جابجایی تقویت شده بستگی دارد به تراز بارهای افقی و این فاکتور می رسد به مقدار بیشینه در تراز بار اولیه. مدل آزمایش شمع های اجرا شده در فواصل گوناگون لایه های شمع ها توسط کیم یون. تأکید شده که تأثیر اندرکنش گروهی در فواصل نزدیک شمع ها کاهش می یابد ظرفیت باربری برای تمام ردیف ها (ردیف های انتهایی،ابتدایی و میانی) نسبتاً برای شمع تکی پاسخ این خواهد بود همچنین مشاهده شده است از آزمایشاتی که روی خاک شده است توانمندی عکس العمل ها به نزدیکی فواصل لایه های شمع ها و فاصله ی بین شمع ها بستگی دارد. اینطور گفته شده است که فاکتور کاهش بار بشمار می آورد بارهای مورد تحمل به هر شمع که بستگی به موقعیت شمع و نزدیکی فاصله ی شمع ها دارد. میتوان دریافت که شمع های میانی پشتیبانی می-کنند نسبت عظیمی از بار کل و پاسخ را به همین ترتیب یک شمع بستگی دارد به زمینه ی آزمایش در سه گروه شمع ها. رفتار شمع جکت فونداسیون OWECs نسبتاً پیچیده هست شامل زمینه های طراحی سازه و ژئوتکنیک. یکی از مسائل قابل توجه این است که رفتار خستگی بخصوصدر بخشی از جکت مطالعه شده است زیر حالت بارهای آیرودینامیک و هیدرودینامیک  در چنین مطالعاتی محققین توجهی نداشته اند به اندرکنش غیرخطی خاک و شمع برای نمونه آلاتی تنها فرض کرده است که پاسخ خاک خطی بوده و تأکید بر رفتار سازه دارد. در این مطالعه هر کجا اندرکنش خاک و شمع غیرخطی و همپوشانی منطقه شدت تنش حول در نظر گرفتن یک مطالعه ی پارامتری پایه ای عددی انجام شده بود که دریابند که تأثیر فواصل شمع ها و طول شمع روی رفتار پشتیبانی یک فونداسیون جکت با نزدیکی فاصله ی شمع های دوجداره در شن های بسیار فشرده. نتایج ناشی از سربار لنگر پیچشی و سختی اولیه ی سیستم فرضی است. ظرفیت بار نهایی منبع سیستم فونداسیون محدود شده است. عکس العمل خاک در طول ، طول شمع منفرد محدود می شود و تأثیر فاصله ی شمع ها و طول شمع روی توزیع بار. تأثیر ترکیبات بار فشار و کشش روی توزیع بار میان شمع ها ارزیابی شده در این بخش.   

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

As the offshore wind energy production units move to deeper waters the design of their foundations demand more creative and complex approaches especially for large turbines (i.e. ∼5–7 MW). In this article, a novel piled foundation alternative with closely spaced double piles at the edges of the jacket is studied for various pile spacing and lengths. A numerical parametric study was carried out to understand the effects of pile spacing and pile length on the behavior ofthe novel supporting system under monotonic combined loading in very dense sand. Prior to the analysis, the numerical model is validated in field tests with single-pile and double-pile configurations. The contribution of closely spaced double piles to the overall foundation response and load distribution among the piles were investigated. The response of the foundation was evaluated considering the horizontal load-head displacement, moment-head rotation, and initial stiffness of the soil-pile system. It is found that the response of the recommended foundation system is superior to that of a rather conventional system with single piles at the edges. The results indicate that the piles on the tension loading side evidently carried lower loads than those on the compression side. Moreover, the disposition of the piles is more important on the tension side, as the trailing piles carried considerably lower loads than the leading piles. It is found that the double pile system with a pile embedment length L/2 and a pile spacing of S = 5D, 6D provides better response, where L is the embedded pile length of conventional system and D is the diameter of pile.

1. Introduction

The importance of renewable energy is significantly increasing, and the utilization of offshore wind energy has been growing. Within the next few decades, a vast number of offshore wind energy converters (OWECs) shall be erected to supply a large portion of our energy needs [1]. It is stated in the report of European Wind Energy Association [2] that the next step for wind energy is offshore wind farms in deep waters, and projects of deep OWECs are being developed in Europe. In this respect, selecting and designing an appropriate OWEC foundation type is an essential challenge for geotechnical engineers, as the foundation is the critical part of the design of OWECs. Therefore, the design of OWEC foundations has been the focus of several studies [3–5]. Gravity, monopile, and monopod suction bucket foundations are suitable for shallow and moderate water depths up to 25 m. Conversely, there is a need to enhance existing foundation systems for large wind turbines in deep waters (deeper than 30 m). Thus, innovative substructure concepts regarding multi-footing configurations have recently been under research and development [6,7]. Kim et al. [6] performed a parametric study to understand the group effect of tripod bucket foundations on the bearing capacity. The behavior of a three-bucket jacket substructure under long-term cyclic loading was investigated by Lupea et al. [7]. Shi et al. [8] stated that the jacket foundation is becoming progressively more interesting and is a good option for water depths between 30 and 80 m. Achmus et al. [9] indicated that for larger water depths, tripod and jacket foundations are more appropriate. However, the combined horizontal and vertical loading applied to individual piles of tripod and jacket foundations significantly increase with the water depth. In this regard, the foundation of wind turbines should ensure an adequate bearing capacity against such loading conditions in deep waters. Consequently, this study is focused on a novel supporting system ofthe jacketfoundation for OWECs in deep waters. The conventional jacket foundation is supported by four piles positioned at the edges of the construction (Fig. 1a). For the recommended innovative foundation, the available jacket foundation system was supported using closely spaced double piles for each edge (Fig. 1b). To keep the symmetry of the foundation system on both the xand y-axes, each leg was designed with closely spaced double piles arranged diagonally. In some cases, the depth profile of the seabed shows that chalky soil layers can exist beneath the sand/clay layers, i.e., in the Baltic Sea north of Ruegen, large chalk deposits are found beneath the glacial till [12]. It is noted in the study of Dührkopf and Barbosa [13] that the pile destroys the chalk during installation, and it is estimated that the destroyed chalk around the pile characterizes the response of the foundation system under cyclic loading. The results of a cyclic test on chalk obtained from the Wikinger Site show an obvious decrease in the shear stress during cycling [13], which demonstrates the dilative nature of chalk when sheared. In this respect, the recommended relatively short closely spaced piles promise a fine solution to avoid installing the piles into chalky soil. Moments arising from wind and wave loading are transferred to vertical loads on the individual piles. Thereby,the individual piles of the jacket foundations are exposed to horizontal and vertical combined loading, that is, combined tension and compression loading. The effects of combined loading on the behavior of piles are scarce in the literature, especially for offshore structures, and have not been studied yet for closely spaced piles. The study of Achmus and Thieken [10] regarding monopile behavior under combined horizontal and vertical loading indicates that combined compression loading leads to favorable and combined tension loading mostly unfavorable influences on the system stiffness. Akdag and Özden [11] found that a vertical load significantly improved the performance of the reinforced concrete (RC) and RC-with steel fiber piles, according to lateral loading and lateral + axial loading model pile test results.Although there have been several experimental and numerical based studies on the behavior of closely spaced piles [14–16], the response of closely spaced piles for an OWEC foundation has not been studied yet. It is well known that the efficiency of the pile is considerably affected when the piles are installed close to each other due to overlapping soil reaction zones. McVay et al. [14] found thatthe group efficiency at pile spacing (S) of 3D was 22% less than the group efficiency at a spacing of 5D according to centrifuge tests conducted on the closely spaced piles, where D and S are the pile diameter and the center-to-center distance between the piles, respectively. The influence of the pile spacing and the number of piles on the behavior of closely spaced piles was investigated using the finite element method [15]. The behavior of the piles in the group was compared with the behavior of a single pile, and the variationofthedisplacement amplificationfactor wasquantified.It was determined that the displacement amplification factor depends on the horizontal load level, and the factor attains its maximum value at the initial load level [15]. Model pile tests were performed in various closely spaced pile layouts by Kim and Yoon [16]. It was emphasized that group interaction effects in closely spaced piles reduce the load-carrying capacity for all rows (i.e., trailing row, middle row, and leading row) relative to the single pile response. It was also observed from the tests that the soil reaction strongly depends on the closely spaced pile layout and pile spacing. It was remarked that load reduction factors to compute the load carried by each pile depend on the pile position in closely spaced piles [17]. Brown et al. [18] found that the piles in the leading row supported a large proportion of the total load and responded similarly to a single pile according to field tests on a group of piles. Behavior of piled jacket foundations of OWECs is a rather complex phenomenon comprising the structural and geotechnical design aspects. One may notice that particularly fatigue behavior of the jacket portion has been studied under aerodynamic and hydrodynamic loading conditions [19,20]. In such studies researchers did not pay attention to the nonlinear soil-pile interaction. For instance, Alati et al. [19] just assumed linear soil response giving emphasis to the structural behavior. In this study, however, nonlinear pile-soilpile interaction and overlapping of heavily stress soil zones around laterally displacing piles are taken into consideration. A numerical-based parametric study was conducted to understand the effect of pile spacing and pile length on the behavior of a jacket foundation supported by closely spaced double piles in very dense sand. The results such as the load-head displacement, the moment-head rotation, and the initial stiffness of the foundation system are assessed. Ultimate load capacity of the reference foundation systems was determined. The soil reaction along the individual pile length is determined, and the influence of the pile spacing and pile length on the load distribution is presented. The effect ofthe combined compression and tension loading on the load distribution among the piles is evaluated in this study.