Small-Scale Laterally Loaded Non-Slender Monopiles in Sand
Translated title
Tværbelastede ikke-slanke monopæle i sand i lille skala
Authors
Roesen, Hanne Ravn ; Thomassen, Kristina
Term
4. term
Education
Publication year
2010
Submitted on
2010-06-10
Pages
191
Abstract
Denne afhandling undersøger, om de nuværende designmetoder for monopælsfundamenter til offshore vindmøller er egnet til ikke-slanke, store pælediametre i sand under tværbelastning. Standardmetoden bygger på p-y kurver (forholdet mellem jordtryk og pæleafbøjning) udviklet for fleksible, slanke pæle og fokuserer primært på det ultimative jordtryk, mens initialstivheden er mindre belyst. I dag anvendes større og mere stive monopæle, hvor rotation skal begrænses for at sikre turbineffektivitet, og derfor er initialstivheden central. Seks modelforsøg blev gennemført på lukkede aluminiumpæle med diametre 40 og 100 mm (slankhedsforhold 5) ved overlagringstryk 0, 50 og 100 kPa. Målinger af last–forskydning blev brugt til at evaluere jordmodstand med en Winkler-model og til at kalibrere seks numeriske finite difference modeller i FLAC3D. Herfra blev p-y kurver udledt og sammenlignet med API (1993) og DNV (1992). Resultaterne viser, at lavt spændingsniveau i modelforsøg giver unøjagtigheder, og at små diametre er meget følsomme over for jordforstyrrelser; laterallasten skalerer omtrent med længden i anden gange diameteren. Numerisk ses, at initialstivheden i p-y kurverne øges med pælediameter på en ikke-lineær måde, og at pælene opfører sig mere stift end fleksibelt med rotation og bevægelse ved pælefoden. En ikke-lineær beskrivelse af initialstivheden giver bedre overensstemmelse med forsøgsdata end den lineære antagelse i gældende standarder.
This thesis examines whether current design methods for offshore wind turbine monopile foundations are suitable for laterally loaded, non-slender large-diameter piles in sand. The standard approach relies on p-y curves (relations between soil reaction and pile deflection) developed for flexible, slender piles and emphasizes ultimate resistance, with limited attention to initial stiffness. Modern monopiles are larger and stiffer, making rotation control critical for turbine performance and placing greater importance on initial stiffness. Six small-scale laboratory tests were performed on closed-ended aluminum pipe piles of 40 and 100 mm diameter (slenderness 5) under overburden pressures of 0, 50, and 100 kPa. Measured load–deflection data were used to assess soil resistance via a Winkler model and to calibrate six numerical finite difference models in FLAC3D. p-y curves derived from the models were compared with API (1993) and DNV (1992) recommendations. Findings indicate that low-stress small-scale tests are inaccurate and small diameters are highly sensitive to soil disturbance; the lateral load capacity scales approximately with pile length squared times diameter. Numerically, initial p-y stiffness increases with diameter in a nonlinear manner, and piles behave more rigidly than flexibly, exhibiting rotation and toe movement. Replacing the linear initial-stiffness assumption in current design curves with a nonlinear expression improves agreement with the test evidence.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Keywords
Documents