عنوان پایان‌نامه
مدلسازی فیزیکی مونوپایل تحت بار جانبی استاتیکی در دستگاه سانتریفوژ ژئوتکنیکی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران-سازه های دریایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1985;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65827
- تاریخ دفاع
- ۱۱ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- نیما شیرزاده
- چکیده
- عموماً شمع¬ها برای تحمل بارهای جانبی و قائم به کار می¬روند اما در برخی موارد از جمله پی توربین¬های بادی دریایی و اسکله¬های دلفینی، نیروهای جانبی وارد بر شمع به قدری زیاد است که طراحی شمع بر مبنای تحمل بار جانبی صورت می¬گیرد. در چنین مواردی از یک شمع لوله¬ای فولادی با قطر زیاد به نام مونوپایل استفاده می¬شود که قادر به تحمل نیروهای جانبی بسیار زیادی می¬باشد. به طور کلی برای تحلیل و طراحی شمع تحت بار جانبی سه معیار باید رعایت گردد. نخست اینکه تنش¬های وارد بر خاک کمتر از مقاومت نهایی آن باشد. دوم اینکه تغییر شکل جانبی شمع در محدوده مجاز باشد و در نهایت شمع به لحاظ سازه¬ای تسلیم نشود. از آنجا که در طراحی چنین شمع¬هایی عموماً تغییر شکل جانبی به قدری زیاد است که خاک قبل از اینکه به ظرفیت باربری نهایی خود برسد معیار تغییر مکان جانبی بر ظرفیت باربری حاکم می¬شود لذا یکی از متداول¬ترین روش¬های تحلیل و طراحی شمع تحت بار جانبی، روش منحنی¬های p-y یا به طور کلی استفاده از منحنی¬های نیرو – تغییر مکان در نقاط مختلف سازه است. با توجه به تحقیقات پیشین و آزمایش-های محلی صورت گرفته، منحنی¬های p-y موجود برای شمع¬های با قطر زیاد، غیراقتصادی عمل کرده و مونوپایل را ضعیف¬تر از واقعیت تخمین می¬زنند لذا بدست آوردن منحنی های نیرو – تغییر مکان نقاط مختلف شمع در مونوپایل¬های با قطر زیاد امری ضروری به نظر می¬رسد. مدل¬سازی سانتریفوژ یکی از راه¬هایی است که بر مشکلات منحنی¬های p-y سنتی غلبه کرده و اندرکنش خاک و شمع را با دقت بسیار زیادی مدل می¬کند. در مونوپایل¬ها دانستن تغییر مکان سر شمع و نیر تغییرات لنگر داخلی شمع از مهم¬ترین ملزومات طراحی است. بر همین اساس در این پایان¬نامه ابتدا دستگاهی ساخته شد که بتواند در دستگاه سانتریفوژ، بارگذاری لازم را بر سر شمع اعمال کند. سپس با تعریف 5 آزمایش بارگذاری جانبی روی شمع، منحنی نیرو – تغییر مکان سر شمع، منحنی تغییرات لنگر خمشی در طول شمع، منحنی¬های p-y در نقاط مختلف و همچنین منحنی تغییر شکل در طول شمع بدست آورده شده است. در ادامه بر مبنای نتایج آزمایش ها به بررسی اثر تغییرات طول آزاد و نیز تغییر عمق مدفون مونوپایل در ظرفیت باربری پرداخته می¬شود. همچنین با ترسیم منحنی¬های p-y موجود در API و مقایسه آنها با منحنی¬های حاصل از آزمایش¬ها به بیان تفاوت¬ها و اصلاح آنها می¬پردازیم. نتایج نشان می¬دهد که هرچه عمق مدفون شمع بیشتر شده و یا طول آزاد آن کمتر شود، ظرفیت باربری شمع افزایش می¬یابد. بر مبنای نتایج حاصل از منحنی¬های p-y موجود در API و مقایسه آنها با نتایج آزمایش¬ها نیز در می¬یابیم که آئین¬نامه API میزان ضریب عکس العمل بستر را بسیار بیشتر از مقدار بدست آمده از آزمایش¬ها تخمین می¬زند که مقادیر اصلاحی آنها نیز ارائه می گردد.
- Abstract
- Piles are generally used to bear lateral and vertical loads. However, in some application such as in the foundation of offshore wind turbines and dolphin docks, the lateral loads acting on the piles are so enormous that piles are designed based on the required later load bearing capacity. In such cases, a cylindrical steel pile of large diameter known as monopile is used. This pile is capable of bearing a large amount of lateral loads. In general, three criteria have to be met in analyzing and designing piles under later load. First, the stress acting on the soil has to be less than the ultimate strength of the soil. Second, lateral deformations of the pile have to be in the allowable range. Third, the pile has to have a high structural yield threshold. In the design of these piles the lateral deformation is so large that before the soil reaches its ultimate load bearing capacity, lateral displacement overcomes the load bearing capacity. Hence, one of the most common methods of analyzing and designing piles under lateral load is the p-y curves load or load-displacement curves of different parts of the structure. Considering previous research results and experimental results, the p-y curves available for high-diameter piles are non-economical and underestimate the strength of monopiles. Therefore, it is necessary to obtain the force-displacement curves of different parts of the pile in monopiles with large diameters. Centrifuge modeling is among the methods for overcoming the problems of conventional p-y curves. It models the soil-pile interaction with high precision. Knowledge of pile cap displacements and variations of the internal moment of the pile are of great importance to the design of monopoles. Accordingly, in this thesis first a device was built to exert the required loads on piles in the centrifuge device. Next, 5 lateral loading tests were carried out on the pile to obtain the following curves: the load-displacement curve for pile cap; curve for variations of bending moment along the pile; p-y curves for different points; and curve for deformations along the pile. Afterwards, experiment results were used to study the effect of variations of the free length and buried depth of monopiles on the load bearing capacity. Moreover, the existing p-y curves in API were illustrated and a comparison was also made between these curves and experimental curves to show the differences and make the necessary changes. Results revealed that with an increase in the buried depth of the pile or a decrease in its free length, the load bearing capacity of the pile increases. According to the results of p-y curves in API and results of comparisons between these curves and experimental results, it is concluded that the API code overestimates the foundation coefficient of reaction compared to experimental results. The modifications to these results are also presented.
