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研究生: 郭家宏
Kuo, Chia-Hung
論文名稱: 鋼筋混凝土橋樑結構於樁土互制下之非線性有限元素分析
Nonlinear Finite Element Analysis of RC Bridge Structures under the Soil-Pile Interaction
指導教授: 胡宣德
Hu, Hsuan-Teh
共同指導教授: 劉光晏
Liu, Kuang-Yen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 174
中文關鍵詞: 橋梁結構土壤彈簧砂箱試驗側推分析地震歷時分析
外文關鍵詞: Bridge structures, soil springs, sandbox tests, pushover analysis, seismic analysis
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  • 橋梁之於國家就好比血管之於人體,串聯大大小小之城市、鄉鎮,不僅可以縮短兩地之間的交通距離,在災害發生時也是快速且最有效率之救災交通要道。台灣位在歐亞大陸板塊及菲律賓海板塊之交界處,位處活躍之地震帶上,地震發生之機率頻傳,尤為民國 88年之 921大地震,是為台灣近年來災情最為嚴重的一次地震,造成許多中南部之橋梁破壞及倒塌,拖延許多災區的物資救援及傷者救助,由此可見橋梁耐震與其評估之重要性。
    本研究以Abaqus軟體之有限元素模型進行樁土互制分析,首先建模驗證砂箱試驗,利用有限元素模型模擬砂箱試驗之橋體與土體,對試驗之動態分析之結果做比較,經過比較確認Abaqus軟體能有效求解樁土互制模型之動態分析,再創建位於國道2號大園交流道匝道橋之1:1模型來進行靜力及動態分析,模擬含土壤之橋梁結構於側推及動態地震加速度作用下之破壞行為。

    Bridges can not only shorten the traffic distance between two countries, but also be the most efficient and a fast way to provide disaster relief when disasters occur. Taiwan is located at the junction of the Eurasian plate and the Philippine Sea plate. It is located in the active seismic area. The probability of earthquakes is quite high. The 921 Earthquake in 1988 was the most serious earthquake in Taiwan in recent years, which caused the destruction and collapse of many bridges in the central and southern regions, delayed the material and casualty relief in many disaster areas. This shows the importance of earthquake resistance and assessment of bridges.

    In this study, the finite element model of Abaqus software is used to analyze the interaction between piles and soil. Firstly, the sand box test is validated by Abaqus numerical model. The bridge and soil of the sand box test are simulated by the finite element model. The results of the dynamic analysis of the test are compared, and confirms that the Abaqus software can effectively solve the dynamic analysis of the pile-soil interaction model. A 1:1 model for static and dynamic analysis of the ramp bridge of National Highway No. 2 Da-Yuan Exchange Road is established to simulate the failure behavior of the bridge structure with soil under lateral thrust and dynamic earthquake acceleration.

    摘要 I 致謝 V 目錄 VI 表目錄 X 圖目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法 2 1.3 本文內容與架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 基樁側向載重分析 3 2.1.1 彈性分析法 3 2.1.2 極限破壞法 3 2.1.3 土壤反力法 4 2.2 API規範 15 2.3 群樁效應 25 第三章 數值模型 28 3.1 分析模型介紹 28 3.2 分析方法 36 3.3有限元素法介紹 36 3.4無限元素法介紹 37 3.5介面行為 38 3.6土壤塑性模型 39 3.7鋼筋塑性模型 44 3.8混凝土數值模型 45 3.8.1塑性損傷模型(Concrete Damaged Plastic Model, CDP) 45 3.8.2 CDP塑性行為 47 3.8.3 CDP材料損傷 48 3.9土壤彈簧法 51 3.10初始大地應力 53 3.11 阻尼介紹 55 第四章 樁土互制之分析 57 4.1研究目的 57 4.2 驗證模型1 58 4.2.1 試驗模型之配置 58 4.2.2單柱式橋梁模型試體介紹 60 4.2.3 動態分析 63 4.3橋梁介紹 67 4.3.1 基本介紹 67 4.3.2 六樁全覆土-土壤彈簧法橋梁介紹 74 4.3.3 單樁全覆土橋梁介紹 76 4.3.4 單樁裸露橋梁介紹 80 4.3.5 雙樁全覆土橋梁介紹 83 4.3.6 雙樁裸露橋梁介紹 86 4.3.7 六樁全覆土橋梁介紹 89 4.3.8 六樁裸露橋梁介紹 92 4.4 橋梁-靜態分析 95 4.4.1 網格收斂性分析 95 4.4.2 橋梁上構側推分析 96 4.4.3 橋梁土壤彈簧法側推分析 103 4.4.4 橋梁含土壤側推分析 106 4.4.4.1 全覆土之側推分析 111 4.4.4.2 基樁裸露之側推分析 121 4.4.4.3 基樁裸露與否之側推分析結果 127 4.5 橋梁-動態分析 131 4.5.1 地震歷時介紹 131 4.5.2 土壤彈簧法 133 4.5.3 實體土壤元素 138 4.5.3.1單樁全覆土-地震歷時分析 138 4.5.3.2 單樁裸露-地震歷時分析 149 4.5.3.3 單樁裸露與否之動態結果比較 159 第五章 結論與建議 167 5.1 結論 167 5.2 建議 169 第六章 參考文獻 170

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