شبیه سازی لرزه ای مونوپایل های فراساحلی تحت بار موج در خاک ماسه ای

نیاز روزافزون بشر به انرژی در دهه ­های اخیر به ویژه انرژی­ های پاک و تجدیدپذیر، سبب گسترش مزارع بادی در مناطق ساحلی­ شده و با هدف بهره ­وری بیشتر به­ سوی مناطق فراساحلی حرکت کرده است. بسیاری از توربین­ های بادی روی شمع ­هایی با قطر بزرگ موسوم به مونوپایل (Monopile) بنا­شده ­اند. در کشورهای اروپایی بارگذاری محیطی حاکم بر مونوپایل­ ها در نواحی فراساحلی بار موج و در برخی از کشورهای پیشرو در توسعه انرژی باد نظیر چین، ژاپن، هند و ایالت متحده بار زلزله است. باتوجه به وقوع رویدادهای طبیعی موج و زلزله به­ صورت هم ­زمان در دریاها، بررسی رفتار مونوپایل­ ها تحت اثر توام آن­ها الزامی است. در این پژوهش شبیه سازی سه بعدی سیستم خاک- مونوپایل با استفاده از نرم افزار متن باز OpenSees به­ روش اجزای محدود انجام گرفته و تاثیر حضور موج بر پاسخ های لرزه ای مونوپایل و خاک اطرافش بررسی شده است. در مدل رفتاری غیرخطی توصیف گر خاک ماسه ای، اثرات سختی، نفوذپذیری، اتساع و پتانسیل تراکم خاک بر پاسخ های سیستم گنجانده شده است. بررسی ها حاکی از آن است که موج می تواند تاثیر قابل توجهی بر پاسخ های لرزه ای مونوپایل گذاشته و علاوه بر تشدید جابه ­جایی، دوران، نیروی برشی و لنگر خمشی در آن، سبب تغییر محل وقوع برش و خمش حداکثر گردد. موج می تواند تاریخچه­ های زمانی جابه ­جایی سطح زمین و فشار آب حفره ای در اعماق سطحی مجاور مونوپایل را پس از گذشت مدت زمان موثر زلزله به پیروی از الگوی خود وادارد. تاثیر موج بر پاسخ های خاک با افزایش فاصله از محور مونوپایل و افزایش عمق خاک محو می گردد. نتایج پژوهش نشان می دهد که نمی توان از اصل برهم نهی جهت برآورد پاسخ مونوپایل به اعمال توام بارهای موج و زلزله استفاده کرد.

Keywords:

تحلیل لرزه ای مونوپایل , اثر مشترک موج و زلزله , رفتار غیرخطی خاک , تحلیل لرزه ای در حوزه زمان