Stability analysis of cellular structures made of flat metal sheet piles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Cellular structures are internationally used as temporary and permanent structures. They are made of interconnected sheet piles forming adjacent cells, and they are usually filled with backfilling soil. When cellular structures are used as cofferdams, massive cells (1) make the use of cement and mortar unnecessary and (2) allow for the foundation soil to be excavated to a shallow depth. Since there are practically no bending moments in sheet piles of cellular structures due to their shape and sheet piles are mainly in tension, flat sheet piles are used to make these structures.Materials and methods. In this study, stability of a cellular structure was analyzed in compliance with effective regulatory documents. Several values of (1) the diameter of sheet piles and (2) the sheet pile driving depth were selected to study and compare methods of stability analysis. In addition to stability, the safety factor of interlocks was found for all design sections. Analytically obtained results were compared with those computed in two- and three-dimensional settings using Midas FEA NX software package.Results. Graphs were made to demonstrate the dependence between stability factors, the depth and the diameter of a cellular structure. The results computed in two- and three-dimensional settings using Midas FEA NX software package were compared with those obtained using analytical methods of stability analysis.Conclusions. Results of numerical modeling made in the two-dimensional setting are similar to the analytical solution. They show a substantially smaller stability factor compared to the three-dimensional problem.

About the authors

E. M. Terikhov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: terikhovegor@mail.ru

A. S. Anshakov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: anshakov.aleks.xx@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0437-3109

References

  1. Smith T.W., Page M.J., Carchedi D.R. Cellular pier rehabilitation design // Ports 2022. 2022. doi: 10.1061/9780784484395.012
  2. Zhang Y., Li S., Li H., Li K., Han M. Installation design of a large tubular caisson in the spatially varying seabed // Ocean Engineering. 2022. Vol. 246. P. 110626. doi: 10.1016/j.oceaneng.2022.110626
  3. Liu R., Yuan Y., Fu D., Sun G. Numerical investigation to the cyclic loading effect on capacities of the offshore embedded circular foundation in clay // Applied Ocean Research. 2022. Vol. 119. P. 103022. doi: 10.1016/j.apor.2021.103022
  4. Wu Y., Li D., Yang Q., Zhang Y. Resistance to skirt-tip with external bevels of suction caissons penetrating clay // Ocean Engineering. 2022. Vol. 249. P. 110909. doi: 10.1016/j.oceaneng.2022.110909
  5. Song L., Zhao H., Li J., Yang Q. Failure mode and mechanism of large cylinder structures for artificial islands on soft clay // Applied Ocean Research. 2022. Vol. 119. P. 103032. doi: 10.1016/j.apor.2021.103032
  6. Xiao Z., Song L., Li J. Stability of the large cylindrical structures in Hong Kong–Zhuhai–Macao bridge: A case study // Applied Ocean Research. 2020. Vol. 97. P. 102092. doi: 10.1016/j.apor.2020.102092
  7. Dağli B., Yiğit M.E., Gökkuş Ü. Behaviour of large cylindrical offshore structures subjected to wave loads // TEM Journal. 2017. Vol. 6. Issue 3. Pp. 550–557. doi: 10.18421/TEM63-16
  8. Xiao Z., Wang Y.Z., Ji C.N., Huang T.K., Shan X. Stability analysis of large cylindrical structure for strengthening soft foundation under wave load // Yantu Lixue/Rock and Soil Mechanics. 2010. Vol. 31. Issue 8. Pp. 2648–2654.
  9. Kim J., Jeong Y.J., Park M.S. Structural behaviors of cylindrical cofferdam with plane and corrugated cross section under offshore conditions // International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2017. Vol. 7. Issue 9. Pp. 334–340.
  10. Kim J., Jeong Y.-J., Park M.-S., Song S. Structural analysis of offshore cofferdam subjected to wave load and suction pressure // Open Journal of Civil Engineering. 2018. Vol. 8. Issue 4. Pp. 555–569. doi: 10.4236/ojce.2018.84040
  11. Kim J., Jeong Y.J., Park M.S., Song S. Numerical investigation on buckling behavior of suction-installed cofferdam // International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 2018. Vol. 7. Issue 11. doi: 10.17577/IJERTV7IS110103
  12. Gahlot R., John R., Zemse R. Cofferdams-forces analysis and design criteria // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2014. Vol. 5. Issue 12.
  13. Ciammaichella M., Tantalla J. Temporary cellular cofferdam design, installation and removal at Willow Island hydroelectric project // Proceedings of HydroVision. 2014. Pp. 2–7.
  14. Weinmann T., Nyren R., Marr W.A. Exposure of deep foundations for the Kentucky lock addition project // IFCEE 2015. 2015. doi: 10.1061/9780784479087.234
  15. Bittner R., Kirk N. Cofferdam solution for steeply sloping rock using flat-sheet piles // Proceedings of the 39th Annual Conference on Deep Foundations. 2014.
  16. Geotechnical design parameters for retaining walls, sound barrier walls and non-critical slopes // Staunton Materials Section, VDOT Staunton District. Virginia Department of Transportation. 2013.
  17. Yazdani M., Azad A., Farshi A.H., Talatahari S. Extended “Mononobe-Okabe” method for seismic design of retaining walls // Journal of Applied Mathematics. 2013. Vol. 2013. Pp. 1–10. doi: 10.1155/2013/136132
  18. Warrick J.A., Bountry J.A., East A.E., Magirl C.S., Randle T.J., Gelfenbaum G. et al. Large-scale dam removal on the Elwha River, Washington, USA: Source-to-sink sediment budget and synthesis // Geomorphology. 2015. Vol. 246. Pp. 729–750. doi: 10.1016/j.geomorph.2015.01.010
  19. Tockner K., Zarfl C., Alex E., Berlekamp J., Tydecks L. Future boom in hydropower dam construction will change the global map (Slides) // 17th International River symposium: Excellence Collaboration-Integration. 2014. Pp. 1–8.
  20. Rose A.T. Using the 1911 Austin dam failure case history in undergraduate teaching // 7th International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering. 2013.
  21. Mohan R. Review of environmental dredging in North America: current practice and lessons learned // J. Dredging. 2016. Vol. 15. Issue 2. P. 29.
  22. Saba M.R., Abbas B., Al-Humairi B.A. Finite element model to study the deformation of circular cellular cofferdams by using ansys program // Journal of University of Babylon for Engineering Sciences. 2014. Vol. 22. Issue 1. Pp. 123–132.
  23. Prassetyo S.H., Gutierrez M. Cellular cofferdams as permanent hydropower dam structures // 2018 U.S. Society on Dams Conference and Exhibition. 2018.
  24. Al-Taee K.N., Al-Rammahi S.H. Stability analysis of cellular retaining structure by plaxis finite element code // The Iraqi Journal for Mechanical and Material Engineering. 2018. Special Issue (D). Pp. 599–612.
  25. Терихов Е.М., Аншаков А.С. Анализ методов расчета устойчивости ячеистых конструкций // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 7. С. 1104–1113. doi: 10.22227/1997-0935.2023.7.1104-1113

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».