Jordskjelvrespons av vindturbiner med jord-struktur-interaksjon

Abstract

I denne rapporten er det evaluert jordskjelvrespons for en vindturbin fundamentert med bøttefundament. Ved hjelp av elementprogrammet Abaqus CAE er det etablert en elementmodell av systemet, som inneholder jord, bøttefundament og vindturbin. I etableringen av modellen er det benyttet geometri og masseegenskaper fra en bøttefundamentprototype i Fredrikshavn, Danmark. Basert på sammenligninger av teori om dynamikk, plastisitet, jord og jordskjelv, og ulike verifikasjonsanalyser er det funnet ut at modellen representerer systemet utsatt for jordskjelveksitasjon på en god måte. Dette forutsetter at de plastiske deformasjonene ikke blir for store, ettersom det er antatt full kontakt for kontaktflatene mellom jord og fundament.Først er systemet analysert med lineær-elastisk jord. To metoder for å inkludere jord-struktur-interaksjon i beregningene av responsen er benyttet og sammenlignet, tretrinnsmetoden og direkte metode. Direkte metode går ut på å modellere hele systemet i ett. Tretrinnsmetoden deler systemet opp i tre steg; kinematisk interaksjon, impedans og analyse av struktur. I det tredje steget modelleres kun tårnet med fjærer og dempere, og påsatt horisontalakselersjon og vinkelakselerasjon. Disse egenskapene og tidsseriene etableres i de to første trinnene. Etableringen av frekvensavhengige impedanser har vist seg å være et usikkerhetsmoment da interaksjonen mellom jord og bøttefundament er kompleks. Resultatene viser at responsene er i samme størrelsesorden, men at tretrinnsmetoden gir lavere egenperiode enn direkte metode.Tretrinnsmetoden er også utvidet til ikke-lineære systemer. Mens PGA(grunnfjell)=0.05gfor de lineære analysene, er denne grunnakselerasjonen multiplisert med både tre og seks for å få to ulike tidsserier, hvor den ene gir mer plastisk oppførsel enn den andre. Impedansen er da i form av stegvis lineære statiske stivheter, gitt i form av forskyvning-last-syklus og rotasjon-moment-syklus. Resultatene viser at det hovedsakelig er rotasjonen som står for den plastiske oppførselen i analysene. Det viser seg at systemet ?kollapser? når det eksiteres av tidsserien med den høyeste PGA-en, så ?kollapser? det. ?Kollaps? betyr i dette tilfellet permanent rotasjon av fundamentet.Nøkkelord: Jordskjelvrespons; Jord-struktur-interaksjon;Tretrinnsmetode; Direkte metode; Offshore vindturbin; Bøttefundament.