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論文中文名稱:砂箱實驗模擬基樁裸露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 Scoured Pile 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:99
出版年度:100
中文姓名:蔡雨呈
英文姓名:Yu-Cheng Tsai
研究生學號:98428023
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2011-07-15
論文頁數:156
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;張荻薇;陳立憲
口試委員英文名:Kuo-Chun Chang;Dyi-Wei Chang;Li-Hsien Chen
中文關鍵詞:模型樁砂箱樁土互制土壤彈簧
英文關鍵詞:model pilesandboxpile-soil interactionsoil spring
論文中文摘要:臺灣橋梁在颱風豪雨的侵襲下,橋梁基礎裸露的情況時有所聞,再加上台灣位於環太平洋地震帶,地震發生機率頻繁,橋梁隨時都有可能遭受到地震的威脅,而橋梁無論是受洪水或是地震作用其產生的災害,都對橋梁的安全有極大的傷害,本研究為了解基樁在受洪水沖刷後,基樁裸露,若再遭遇地震荷載的雙重作用下,對橋梁安全的疑慮,在目前大多以數值分析軟體模擬橋梁耐洪及耐震能力,但基樁與土壤間互制關係,工程實務上難以模擬,尤其土壤之特性複雜且多變化,是個令工程師頭疼的問題。
本文利用有限元素軟體Midas GTS 建立三維分析模型模擬土壤與基樁間的互制行為,並配合國家地震工程研究中心大型振動台以及翁作新教授等人研發雙軸向多層剪力試驗盒,進行縮尺之橋梁單樁試體振動台試驗,模擬橋梁受沖刷,導致基樁裸露時耐震之行為,並進行實驗與數值分析兩者比對驗證,再以最佳化的方法迴歸出合宜的土壤等值彈簧,希望能透過土壤彈簧的建立可適用於一般結構分析軟體例如SAP2000或MIDAS CIVIL等,以簡化橋梁結構同時受到沖刷及地震多重災害作用下的分析程序,對於提升分析效率應有所助益。
論文英文摘要:Taiwan located in the southeast Pacific region where earthquake and typhoon occurred frequently. In past decades, the safety and serviceability of the bridges were threatened by either foundation scouring owing to the strict flood or severe seismic disaster. Souring as well known that is the soil erosion near the bridge foundation due to the severe flood. It could lead to the foundation exposure and bridge damage. Furthermore, the bridge dynamic response will be varied owing to the loss of soil lateral support. This could impose additional impact to the bridge and accelerate the occurrence of damage. Hence, the scoured bridge under the seismic excitations must be properly considered and investigated in where the probabilities of having these two hazards are relatively high. However, the structure response under multi-hazard combination and soil structure interaction are quite complicate problems as well as make engineer confused. Therefore, this thesis intends to establish a analytical model which includes the pier, foundation and soil layers by using FEM software firstly.
To confirm accuracy, time history analysis result of the FEM model would be compared with the dynamic response measurement of the biaxial laminar shear box shaking table test performed at NCREE. Subsequently, the dynamic analysis results which carried out from the FEM analytical model considering the varying scour depth would be treated as the database. A mathematical process of data fitting well known as the nonlinear regression was used to determine the optimal soil parameters. Finally, the equivalent soil spring to simplify the analysis procedures can be conducted. The proposed soil spring can readily applied by engineers to investigate the dynamic response of the bridge which subjected to multi-hazard events.
論文目次:目 錄

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌 謝 v
目 錄 vii
表目錄 xv
圖目錄 xvii
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本文內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 前言 3
2.2 橋墩受沖刷之行為 3
2.2.1一般沖刷(General scour) 3
2.2.2束縮沖刷(Constriction scour) 4
2.2.3局部沖刷 (local scour) 5
2.2.3.1 局部沖刷種類 5
2.3 基樁受側向荷載之行為探討 6
2.3.1 Y.L. Chang 側向荷重基樁分析法 7
2.3.2基樁的邊界條件 11
2.3.3側向荷重下基樁與土壤之互制作用 11
2.4振波的傳遞機制 13
2.4.1 土體內振波傳遞 13
2.4.2土壤振波之衰減 13
2.5 等值土壤彈簧 14
2.5.1 日本道路橋示方書 15
2.5.2公路橋梁耐震設計規範 16
2.5.3 日本道路協會 17
2.5.4 赤井高橋 18
2.5.5 福岡宇都 18
2.6 小結 19
第三章 有限元素基本理論與分析軟體介紹 20
3.1 前言 20
3.2 有限元素基本理論 20
3.2.1 有限元素分析之基本原理[16] 21
3.2.2 有限元素分析方法 23
3.3 Midas GTS分析程式 23
3.3.1 Midas GTS架構 23
3.3.1.1 Midas GTS前處理 24
3.3.1.2 Midas GTS求解分析 24
3.3.1.3 Midas GTS後處理 25
3.3.2土壤組成律 26
3.4 動力歷時分析 27
3.5 小結 27
第四章 振動台試驗流程與實驗結果整理 28
4.1 前言 28
4.2 試驗儀器與設備 28
4.2.1雙軸向多層剪力試驗盒[21] 29
4.2.2試體模型 31
4.2.3大型砂土霣落箱[19] 32
4.2.4量測儀器 34
4.3振動台試驗內容 35
4.4 大型振動台剪力振動台試驗 36
4.4.1 檢核儀器反應 36
4.4.2 試體內部與框架加速度量測 36
4.4.3樁身應變計量測 36
4.4.4樁身彎矩與曲率關係 37
4.5 小結 38
第五章 砂箱試驗結構分析與驗證 39
5.1 前言 39
5.2砂箱試驗分析模型 39
5.2.1 分析模型說明 40
5.2.2 有限元素設定 40
5.2.2.1一維梁元素(Beam element) 40
5.2.2.2三維實體元素(Solid element) 41
5.2.2.3三維剛體連接(Rigid body connection) 42
5.2.3 土壤組成律及破壞準則 43
5.2.4土壤參數設定 44
5.2.5 邊界條件設定 46
5.2.6 阻尼比設定 46
5.2.7 分析驗證流程說明 46
5.3結構試體分析與驗證 48
5.3.1 Sine 30 gal 2Hz振動 48
5.3.1.1 相對位移比對驗證 48
5.4 全覆土結構試體分析與驗證 49
5.4.1 Sine 30 gal 1Hz振動 49
5.4.1.1 相對位移比對驗證 49
5.4.1.2 絕對加速度比對驗證 50
5.4.1.3 樁身彎矩比對驗證 52
5.4.2 Sine 30 gal 2Hz振動 55
5.4.2.1 相對位移比對驗證 55
5.4.2.2 絕對加速度比對驗證 56
5.4.2.3 樁身彎矩比對驗證 58
5.4.3 EL Centro 100gal地震力 61
5.4.3.1 相對位移比對驗證 61
5.4.3.2 絕對加速度比對驗證 62
5.4.3.3 樁身彎矩比對驗證 64
5.4.4 EL Centro 150gal地震力 67
5.4.4.1 相對位移比對驗證 67
5.4.4.2 絕對加速度比對驗證 68
5.4.4.3 樁身彎矩比對驗證 70
5.4.5 TCU 068 100gal地震力 73
5.4.5.1 相對位移比對驗證 73
5.4.5.2 絕對加速度比對驗證 74
5.4.5.3 樁身彎矩比對驗證 76
5.5 裸露三倍樁徑結構試體分析與驗證 79
5.5.1 Sine 30gal 1Hz振動 79
5.5.1.1 相對位移比對驗證 79
5.5.1.2 絕對加速度比對驗證 80
5.5.1.3 樁身彎矩比對驗證 82
5.5.2 EL Centro 100gal地震力 85
5.5.2.1 相對位移比對驗證 85
5.5.2.2 絕對加速度比對驗證 86
5.5.2.3 樁身彎矩比對驗證 88
5.5.3 EL Centro 150gal地震力 91
5.5.3.1 相對位移比對驗證 91
5.5.3.2 絕對加速度比對驗證 92
5.5.3.3 樁身彎矩比對驗證 94
5.5.4 TCU 068 100gal地震力 97
5.5.4.1 相對位移比對驗證 97
5.5.4.2 絕對加速度比對驗證 98
5.5.4.3 樁身彎矩比對驗證 100
5.5.5 TCU 068 150gal地震力 103
5.5.5.1 相對位移比對驗證 103
5.5.5.2 絕對加速度比對驗證 104
5.5.5.3 樁身彎矩比對驗證 106
5.6 裸露六倍樁徑結構試體分析與驗證 109
5.6.1 EL Centro100gal地震力 109
5.6.1.1 相對位移比對驗證 109
5.6.1.2 絕對加速度比對驗證 110
5.6.1.3 樁身彎矩比對驗證 112
5.6.2 EL Centro150gal地震力 115
5.6.2.1 相對位移比對驗證 115
5.6.2.2 絕對加速度比對驗證 116
5.6.2.3 樁身彎矩比對驗證 118
5.6.3 EL Centro200gal地震力 121
5.6.3.1 相對位移比對驗證 121
5.6.3.2 絕對加速度比對驗證 122
5.6.3.3 樁身彎矩比對驗證 124
5.6.4TCU068 100gal地震力 127
5.6.4.1 相對位移比對驗證 127
5.6.4.2 絕對加速度比對驗證 128
5.6.4.3 樁身彎矩比對驗證 130
5.6.5TCU068 150gal地震力 133
5.6.5.1 相對位移比對驗證 133
5.6.5.2 絕對加速度比對驗證 134
5.6.5.3 樁身彎矩比對驗證 136
5.7 小結 139
第六章 土壤勁度最佳化之研究 140
6.1 前言 140
6.2 力法求解等值土壤勁度 140
6.2.1 力法(柔度法) 140
6.2.1.1等值土壤勁度之求取 141
6.2.2 土壤勁度非線性迴歸分析 143
6.2.3 土壤勁度之分析 144
6.3 土壤勁度之驗證 148
6.3.1 SAP 2000分析模型 148
6.3.2 全覆土土壤勁度之驗證(sine 30gal 1Hz為例) 149
6.4 小結 151
第七章 結論與建議 152
7.1 結論 152
7.2 建議 153
參考文獻 154
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