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論文中文名稱:砂箱實驗模擬基樁位於乾砂與飽和砂動力行為分析與探討 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Study on Dynamic Behavior of Pile in Dry sand and Saturated sand through Sandbox Test [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:101
出版年度:102
中文姓名:董學宜
英文姓名:Shiue-Yi Dung
研究生學號:99428025
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2013-01-24
論文頁數:316
指導教授中文名:宋裕祺
指導教授英文名:Yu-Chi Sung
口試委員中文名:張國鎮;陳正興
口試委員英文名:Kuo-Chun Chang;Cheng-hsing Chen
中文關鍵詞:OpenSEES基樁-土壤互制模型樁動力分析砂箱
英文關鍵詞:OpenSEESpile-soil interactionmodel piledynamic analysissandbox.
論文中文摘要:由於臺灣西部平原地質多為砂性土壤且部分地區水位分佈較高,且位處環太平洋地震帶,地震發生機率頻繁,橋梁隨時有可能遭受地震的威脅。由近年所發生的地震可觀察到,其多具有延時長、振幅大的特性,而此類型的地震可能導致砂性土壤產生液化的現象,致使橋梁樁身失去摩擦力,基樁所承受側向力遽增導致破壞。不論橋梁結構本身是因地震作用的損毀或是受到土壤液化行為的影響,都會對橋梁的安全性產生極大的傷害。有鑑於此,本研究擬針對樁基礎位於飽和砂土中且承受地震力之作用下影響與評估。
先前由蔡雨呈使用MIDAS GTS建立三維分析模型模擬橋梁與乾砂土壤間的互制行為,且配合國家地震中心振動台試驗,模擬橋梁受沖刷,導致樁基礎裸露時耐震行為,並進行實驗與數值分析比對。
本文進一步探討橋梁位於飽和砂土壤之互制關係,使用有限元素軟體OpenSEES建立三維分析模型,模擬樁基礎位於乾砂土壤與飽和砂土壤,並配合於國家地震工程研究中心縮尺橋梁單樁試體振動台試驗,模擬橋梁位於乾砂土壤與飽和砂土壤中的耐震行為,再將實驗數據與模擬分析結果進行比對。
論文英文摘要:This thesis intends to study the interaction of dynamic response between bridge pile and soil surrounding. The experimental dynamic responses of the bridge pier with pile located at dry sand and saturated sand, respectively, were obtained through shaking table test of an experiment including mass block, bridge column and pile embed in sandbox conducted by National Center of Earthquake Engineering (NCREE). The experimental results were served as the database for investigation.
In additional to a deeper discussions on the differences between experimental results of dry sand and saturated sand, this thesis used software of OpenSEES to establish a three dimensional finite element model for nonlinear time history analysis. Through comparing the analytical results and experimental results, the accuracy of the model established was able to be assured so that the soil structure interaction between pile and soil (dry sand / saturated sand) can be better understood and served as prediction for the similar cases in practical engineering application.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 v
表目錄 xv
圖目錄 xix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究內容與方法 2
1.3 論文組織與架構 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 國外砂箱試驗文獻回顧 5
2.3 國內砂箱試驗文獻回顧 7
2.4 乾砂砂箱實驗模擬文獻回顧 8
2.5 OpenSEES數值模擬文獻回顧 9
2.6 一維波傳地盤反應理論【46】 10
2.7 小結 15
第三章 有限元素基本理論與分析軟體介紹 17
3.1 前言 17
3.2 有限元素基本理論 17
3.2.1 有限元素分析之基本原理【29】 18
3.2.2 有限元素分析方法 20
3.3 OpenSEES分析程式 20
3.3.1 OpenSEES架構【34】 21
3.3.2 OpenSEES分析參數 22
3.3.3 土壤組成律 24
3.4 動力歷時分析 25
3.5 小結 25
第四章 振動台試驗流程與實驗儀器介紹 27
4.1 前言 27
4.2 試驗儀器與設備 27
4.2.1 雙軸向多層剪力試驗盒【33】 28
4.2.2 試體模型 30
4.2.3 大型砂土霣落箱【40】 32
4.2.4 量測儀器 34
4.3 振動台試驗內容 36
4.4 大型振動台剪力振動台試驗 36
4.4.1 檢核儀器反應 37
4.4.2 試體內部與框架加速度量測 37
4.4.3 樁身應變計量測 37
4.4.4樁身彎矩與曲率關係 38
4.5 小結 39
第五章 乾砂砂箱試驗與飽和砂砂箱試驗結果探討 41
5.1 前言 41
5.2 結構受到相同頻率的地震力行為 41
5.2.1 飽和砂與乾砂之相對位移的比較 41
5.2.2 飽和砂與乾砂之絕對加速度的比較 44
5.2.3 飽和砂與乾砂之樁身彎矩的比較 48
5.3 結構受到不同頻率的地震力行為 52
5.3.1 正弦波之相對位移的比較 52
5.3.2 正弦波之絕對加速度的比較 55
5.3.3 正波弦之樁身彎矩的比較 58
5.4 小結 61
第六章 乾砂砂箱試驗結構分析與驗證 63
6.1 前言 63
6.2 砂箱試驗分析模型 63
6.2.1 分析模型說明 64
6.2.2 有限元素設定 66
6.2.2.1 一維梁元素(Beam element) 66
6.2.2.2 三維實體元素(Solid element) 66
6.2.3 土壤模型簡介 67
6.2.3.1組成律【22】 67
6.2.3.2 降伏面及破壞面【22】 68
6.2.3.3 硬化準則【22】 69
6.2.3.4 流動準則【36】 69
6.2.4 土壤楊氏係數 70
6.2.4.1 以相對密度求解土壤之楊氏係數 71
6.2.4.2 以單層剪力波速求解土壤之楊氏係數 74
6.2.4.3 以兩層剪力波速求解土壤之楊氏係數 76
6.2.5 土壤參數設定 78
6.2.6 邊界條件設定 81
6.2.7 阻尼比設定 81
6.2.8 分析驗證流程說明 83
6.3 結構試體分析與驗證 85
6.3.1 Sine_30gal_1Hz 振動 85
6.3.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 85
6.4 乾砂試體分析與驗證 86
6.4.1 Sine_30gal_1Hz 振動 87
6.4.1.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 87
6.4.1.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 87
6.4.1.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 88
6.4.1.1.3 樁身彎矩比對驗證 90
6.4.1.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 92
6.4.1.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 92
6.4.1.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 93
6.4.1.2.3 樁身彎矩比對驗證 95
6.4.1.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 97
6.4.1.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 97
6.4.1.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 98
6.4.1.3.3 樁身彎矩比對驗證 100
6.4.1.4 Sine_30gal_1Hz小結 102
6.4.2 Sine_30gal_4Hz 振動 106
6.4.2.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 106
6.4.2.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 106
6.4.2.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 107
6.4.2.1.3 樁身彎矩比對驗證 109
6.4.2.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 111
6.4.2.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 111
6.4.2.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 112
6.4.2.2.3 樁身彎矩比對驗證 114
6.4.2.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 116
6.4.2.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 116
6.4.2.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 117
6.4.2.3.3 樁身彎矩比對驗證 119
6.4.2.4 Sine_30gal_4Hz小結 121
6.4.3 EL Centro_100gal 振動 125
6.4.3.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 125
6.4.3.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 125
6.4.3.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 126
6.4.3.1.3 樁身彎矩比對驗證 128
6.4.3.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 130
6.4.3.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 130
6.4.3.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 131
6.4.3.2.3 樁身彎矩比對驗證 134
6.4.3.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 136
6.4.3.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 136
6.4.3.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 137
6.4.3.3.3 樁身彎矩比對驗證 139
6.4.3.4 EL Centro_100gal小結 141
6.4.4 EL Centro_150gal 振動 146
6.4.4.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 146
6.4.4.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 146
6.4.4.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 147
6.4.4.1.3 樁身彎矩比對驗證 149
6.4.4.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 151
6.4.4.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 151
6.4.4.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 152
6.4.4.2.3 樁身彎矩比對驗證 155
6.4.4.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 157
6.4.4.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 157
6.4.4.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 158
6.4.4.3.3 樁身彎矩比對驗證 160
6.4.4.4 EL Centro_150gal小結 162
6.4.5 TCU068_100gal 振動 167
6.4.5.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 167
6.4.5.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 167
6.4.5.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 168
6.4.5.1.3 樁身彎矩比對驗證 170
6.4.5.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 172
6.4.5.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 172
6.4.5.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 173
6.4.5.2.3 樁身彎矩比對驗證 176
6.4.5.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 178
6.4.5.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 178
6.4.5.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 179
6.4.5.3.3 樁身彎矩比對驗證 181
6.4.5.4 TCU068_100gal小結 183
6.5 乾砂結構試體分析與驗證小結 187
第七章 飽和砂砂箱試體結構分析與驗證 189
7.1 飽和砂結構試體分析與驗證 189
7.1.1 Sine_30gal_1Hz 振動 190
7.1.1.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 190
7.1.1.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 190
7.1.1.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 191
7.1.1.1.3 樁身彎矩比對驗證 193
7.1.1.1.4 超額孔隙水壓力比對驗證 195
7.1.1.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 198
7.1.1.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 198
7.1.1.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 199
7.1.1.2.3 樁身彎矩比對驗證 201
7.1.1.2.4 超額孔隙水壓力比對驗證 203
7.1.1.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 206
7.1.1.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 206
7.1.1.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 207
7.1.1.3.3 樁身彎矩比對驗證 209
7.1.1.3.4 超額孔隙水壓力比對驗證 211
7.1.1.4 Sine_30gal_1Hz小結 213
7.1.2 Sine_30gal_2Hz 振動 218
7.1.2.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 218
7.1.2.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 218
7.1.2.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 219
7.1.2.1.3 樁身彎矩比對驗證 221
7.1.2.1.4 超額孔隙水壓力比對驗證 223
7.1.2.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 226
7.1.2.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 226
7.1.2.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 227
7.1.2.2.3 樁身彎矩比對驗證 229
7.1.2.2.4 超額孔隙水壓力比對驗證 231
7.1.2.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 234
7.1.2.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 234
7.1.2.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 235
7.1.2.3.3 樁身彎矩比對驗證 237
7.1.2.3.4 超額孔隙水壓力比對驗證 239
7.1.2.4 Sine_30gal_2Hz小結 242
7.1.3 Sine_30gal_4Hz 振動 246
7.1.3.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 246
7.1.3.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 246
7.1.3.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 247
7.1.3.1.3 樁身彎矩比對驗證 249
7.1.3.1.4 超額孔隙水壓力比對驗證 251
7.1.3.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 254
7.1.3.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 254
7.1.3.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 255
7.1.3.2.3 樁身彎矩比對驗證 257
7.1.3.2.4 超額孔隙水壓力比對驗證 259
7.1.3.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 262
7.1.3.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 262
7.1.3.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 263
7.1.3.3.3 樁身彎矩比對驗證 265
7.1.3.3.4 超額孔隙水壓力比對驗證 267
7.1.3.4 Sine_30gal_4Hz小結 270
7.1.4 EL Centro_100gal 振動 274
7.1.4.1 以相對密度求解楊氏係數之方法 274
7.1.4.1.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 274
7.1.4.1.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 275
7.1.4.1.3 樁身彎矩比對驗證 277
7.1.4.1.4 超額孔隙水壓力比對驗證 279
7.1.4.2 以一層剪力波速求解楊氏係數之方法 282
7.1.4.2.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 282
7.1.4.2.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 283
7.1.4.2.3 樁身彎矩比對驗證 286
7.1.4.2.4 超額孔隙水壓力比對驗證 288
7.1.4.3 以兩層剪力波速求解楊氏係數之方法 291
7.1.4.3.1 質量塊與樁帽相對位移比對驗證 291
7.1.4.3.2 質量塊、樁帽與樁身絕對加速度比對驗證 292
7.1.4.3.3 樁身彎矩比對驗證 294
7.1.4.3.4 超額孔隙水壓力比對驗證 296
7.1.4.4 EL Centro_100gal小結 299
7.1.5 EL Centro_150gal 振動 303
7.2 飽和砂結構試體分析與驗證小結 305
第八章 結論與建議 307
8.1 結論 307
8.2 建議 308
參考文獻 311
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