Seismic responses of monopile in sands under scour conditions

ABSTRACT: Monopile-supported offshore wind turbines (OWTs) are vulnerable to both scour and earthquake in seismically active regions. Scouring changes both dynamic characteristics and seismic demands of monopile. In general practice, an estimated maximum scour depth is used for the design of marine foundations. Nevertheless, the highest seismic demand for the monopile may not be associated with the maximum scour depth. Such combined effects of scour and earthquake on monopile responses are not well understood, particularly for live-bed conditions involving changeable scour depths. This study aims to fill this gap by conducting nonlinear time-domain dynamic analyses considering various scour depths. Through 30 parametric analyses, scour effects on seismic responses of monopiles in dense sands were investigated, and recommendations for selecting proper scour depths were made for the seismic design of monopile.

RÉSUMÉ: Les éoliennes offshores à monopile (OWT) sont vulnérables à la fois à l'affouillement et aux tremblements de terre dans les régions sismiquement actives. L'affouillement modifie à la fois les caractéristiques dynamiques et les exigences sismiques du monopile. En pratique générale, une profondeur d'affouillement maximale estimée est adoptée pour la conception des fondations des structures maritimes. Néanmoins, l’exigence sismique la plus élevée pour le monopile peut ne pas être associée à la profondeur d'affouillement maximale. Ces effets combinés de l'affouillement et du tremblement de terre sur les réponses des monopiles ne sont pas bien compris, en particulier pour les conditions de lit vivant impliquant des profondeurs d'affouillement variables. Cette étude vise à combler cette lacune en conduisant des analyses dynamiques non linéaires dans le domaine temporel en considérant différentes profondeurs d'affouillement. Grâce à 30 analyses paramétriques, les effets de l'affouillement sur les réponses sismiques des monopiles dans les sables denses ont été étudiés, et des recommandations pour la sélection des profondeurs d'affouillement appropriées ont été faites pour la conception sismique du monopile.