Tilbakeregning av fjærkurver for monopelfundament med stor diameter i kohesjonsløst materiale - p-y og M-theta-kurver

Abstract

I en startfase av et geoteknisk prosjekt med offshore vindturbiner fundamentert på monopeler beregnes laterale jordreaksjoner ofte ved hjelp av et sett med p-y-kurver på en Winkler-bjelke. p-y-kurvene kan konstrueres fra standarder som API (2011) eller DNV (2014). Utfordringen med dette er at standardene refererer til feltforsøk der man har testet slanke peler med langt høyere L/D-forhold enn typiske monopeler. Hovedoppgaven i dette masterarbeidet er å definere fjærkurver (p-y- og M-theta-kurver) for monopeler med stor diameter ved bruk av elementmetodeprogrammet Plaxis 3D. Dette ble gjort ved å først opprette to forskjellige basismodeller i Plaxis 3D; én modell der pelen er hul og bestående av plateelementer og én modell der pelen er massiv og bestående av volumelementer. Fjærkurver fra basismodellen med hul pel ga de beste resultatene, både med tanke på likevektsbetrakninger og med tanke på kontrollberegninger ved bruk av et Winklerbjelkeprogram. Basismodellen med hul pel blir videre kalt kun basismodellen. Når basismodellen som resulterte i de beste fjærkurvene var bestemt ble modellen undersøkt videre. Det ble hovedsakelig studert tre parametere: 1. Betydningen av interpolerte fjærkurver omkring monopelens rotasjonspunkt. Resultatene viste at interpolasjon av fjærkurver omkring monopelens rotasjonspunkt er av neglisjerbar betydning for undersøkte laster. 2. Antall lasttrinn i Plaxis 3D. Tilbakeregnede fjærkurver fra basismodellen (4 lasttrinn) ble sammenlignet med tilbakeregnede fjærkurver fra Plaxis 3D-beregningen P20 (20 lasttrinn). Fjærkurvene fra P20 ga best korrelasjon mellom Plaxis 3D og WB-programmet. 3. Betydningen av lastens moment i Plaxis 3D når fjærkurver skal tilbakeregnes. Basert på resultatene (fra beregningene) konkluderes det at lastens moment i Plaxis 3D er av neglisjerbar betydning for jordreaksjonene mot pelen. I tillegg til de tre studerte parameterne inneholdt masterarbeidet to andre deloppgaver og de viktigste funnene fra disse analysene er: 1. For typiske monopeldimensjoner er bidraget fra pelens skjærdeformasjoner i dette studiet funnet å være under 3 % av totale laterale deformasjoner ved jordoverflaten. Skjærdeformasjoner bør allikevel inkluderes i WB-programmet siden de ikke kompliserer element-formuleringen nevneverdig og heller ikke bidrar til vesentlig lengre kalkulasjonstid. 2. For typisk monopeldimensjon ble det påvist at det prosentvise deformasjonsavviket er mellom 8 % og 24 % hvis M-theta-kurver neglisjeres. Hvis både p-y- og M-theta-kurver tas med WB-programmet ble det påvist at det prosentvise deformasjonsavviket er mellom 0,8 % og 2,8 %. Hovedkonklusjonen som kan trekkes basert på resultatene i denne masteroppgaven er at fjærkurver kan tilbakeregnes fra Plaxis 3D og deretter brukes i et WB-program med relativt høy grad av nøyaktighet hvis M-theta-kurver og pelens skjærdeformasjoner inkluderes i WB-programmet.