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研究生: 曾韋禎
Tseng, wei-chen
論文名稱: 公路橋梁沉箱基礎受洪水淘刷破壞模式之研究
Study on Failure modes of Caisson Foundation of Highway Bridge Subjected to Flood Scouring
指導教授: 陳景文
Chen, Jing-Wen
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: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 165
中文關鍵詞: 洪流橋梁破壞淘刷深度
外文關鍵詞: Flood, Scouring Depth, Failure
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  • 台灣位處歐亞板塊和菲律賓板塊之交界處。全島約73.6%的面積為山坡地及高山林地,地勢相當險峻。當公路橋梁受到洪流直接淘刷侵蝕時,將導致墩基損壞、基礎承載力不足;有鑒於國內公路橋梁基礎裸露情況日益嚴重,期由簡易之分析方法,以瞭解淘刷深度、水流速度以及水位高度對公路橋梁之影響。
    本研究係以高雄縣甲仙大橋及台中縣后豐大橋為分析對象,將橋梁之尺寸及地質資料進行彙整後,首先假定淘刷深度、水流速度以及水位高度,以公路橋梁破壞之三種模式:傾倒、滑動及承載力不足分別加以探討,利用Rankine土壓力理論分別將基礎各方向之受力求出,由此可推算出安全係數(FS),並繪製出各參數之間的關係圖;再運用『建築物基礎構造設計規範』,檢核沈箱基礎頂之水平變位及旋轉角變量驗證分析之合理性。根據本研究所提出之安全係數檢核圖表可提供現場封橋及開放之參考依據。

    Taiwan is located on the cross section of the Eurasia tectonic plate and Philippines tectonic plate. The percentage of the hills and mountains of all the area is about 73.6% that cause the geography extremely precipitous. When river bridges erode from the flood directly, it will make bridge pier foundation damage, decreasing bearing capacity, even collapse. As a result of the highway bridge foundation exposed situation increasing serious, this study employ simplified analysis method to understand the relationship between scouring depth, average water velocity and water level with highway bridge .
    Jiaxian Bridge in Kaohsiung county and Houfong Bridge in Taichung county are selected for study. After collecting geography data, the scouring depth, average water velocity and water level were assumed, the discussion is based on the three failure modes of the highway bridge:overturning, sliding and poor bearing capacity. By using Rankine Earth Pressure theory to obtain the pressure component of the bridge pier foundation and calculate the factor of safety(FS). Furthermore draw the diagram about the relationship of all the parameter. Finally, using Foundation of Structure Design Specification 1 Edition and ABAQUS to validate the rationality of the horizontal displacement and the rotation on the top of caisson foundation. The proposed chart of safety factor can be used for close and open timing in situ.

    目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 XIII 符號 XV 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究內容 2 第二章 文獻回顧 4 2.1 沖刷型態分類 4 2.2 橋墩沖刷之局部沖刷機制 13 2.3 橋樑破壞模式 25 2.3.1 基礎損壞 25 2.3.2 橋柱結構損壞 29 2.3.3 橋台破壞 31 2.3.4 上部結構破壞 33 2.4 剪力強度折減法 34 2.4.1剪力強度折減法破壞定義 36 2.5 有限差分方法(Finite Difference Method) 38 2.6 有限元素法(Finite Element Method) 39 2.7 極限平衡法(Limit Equilibrium Method) 40 第三章 研究區域介紹 41 3.1 后豐大橋 41 3.1.1 地形 44 3.1.2 環境介紹 44 3.1.3 橋址地質 48 3.2 甲仙大橋 50 3.2.1 地形 53 3.2.2 環境介紹 53 3.2.3 橋址地質 56 3.3 災害歷史 57 第四章 研究成果分析 61 4.1 后豐大橋 61 4.1.1 后豐大橋之傾倒破壞分析 63 4.1.2 后豐大橋之滑動破壞分析 76 4.1.3 后豐大橋之承載力不足破壞分析 89 4.1.4 小結 90 4.2 甲仙大橋 91 4.2.1 甲仙大橋之傾倒破壞分析 92 4.2.2 甲仙大橋之滑動破壞分析 103 4.2.3 甲仙大橋承載力不足破壞 114 4.2.4 小結 116 4.3 檢核驗證分析 118 4.3.1 后豐大橋之實際案例驗證分析 122 4.3.2 甲仙大橋滑動破壞之實際案例驗證分析 125 4.4 軟體介紹 128 4.5 分析模式 132 4.6 分析參數 134 4.7 分析結果 135 第五章 結論與建議 137 5.1 結論 137 5.2 建議 138 參考文獻 139 附錄1 后豐大橋計算說明 145 附錄2 甲仙大橋計算說明 150 附錄3 后豐大橋實際案例驗證分析 156 附錄4 甲仙大橋實際案例驗證分析 162

    參考文獻
    1.Scour at Square Piles”, Report No. 583, Devlet Su Isteri Genel Mudurlugu Bonasoundas, M., “Stromungsvorgang und Kolkproblem”, Report No. 28, Oskar v. Miller Institu, Tech. Univ. Munich, Germany(1973).
    2.Basak, V., “, Ankara, Turkey(1975).
    3.Breusers, H. N. C., Nicollet, G. and Shen, H. W., “Local Scour around Cylindrical Piers”, Journal of Hydraulic Research, I.A.H.R., 15(3), 211-252(1977).
    4.Baker, R. E., “Local Scour at Bridge Piers in Non-uniform Sediment”, Report No. 402, School of Engineering, The University of Auckland, Auckland, New Zealand, 91pp(1986).
    5.Bozkus, Z., and Yildiz, O., “Effects of Inclination of Bridge Piers on Scouring Depth”, Journal of Hydraulic Engineering, 130 (8), 827-832(2004).
    6.Chee, R. K. W., “Live-bed Scour at Bridge Piers”, ReportNo. 290, School of Engineering, The University of Auckland, Auckland, New Zealand, 79pp(1982).
    7.Chiew, Y. M., “Local Scour at Bridge Piers”, Report No. 355, School of Engineering, The University of Auckland, Auckland, New Zealand, 200pp(1984).
    8.Chee, S. P. and E. M. Yuen, “Erosion of Unconsolidated Gravel Beds,”Can. J. Civil Engineering Vol. 12, pp. 559-566(1985).
    9.Ettema, R., “Scour at Bridge Pier”, Report No. 216, School of Engineering, The University of Auckland, Auckland, New Zealand,527pp(1980).
    10.Ettema, R., Mostafa, E. A., Melville, B. W., and Yassin, A. A., “Local Scour at Skewed Piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 124(7), 756-759(1998).
    11.Hancu, S., “Sur le Calcul des Affouillements Locaux Dams la Zone des Piles des Ponts”, Proc., 14th. I.A.H.R. Congress, Paris, France, Vol. 3, 299-313(1971).
    12.Jain, S. C. and Fischer, E. E., “Scour around Bridge Piers at High Froude Numbers”, Report No. FH-WA-RD-79-104, Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, D.C., U.S.A. (1979).
    13.Laursen, E. M. and Toch, A., “Scour around Bridge Piers and Abutments”, Bulletin No.4, Iowa Highways Research Board, Ames, Iowa, U.S.A. (1956).
    14.Laursen, E. M., “Analysis of Relief Bridge Scour”, Journal of Hydraulics Division, A.S.C.E., 89(3), 93-118(1963).
    15.Mason, P. J. and K. Arumugam, “Free Jet Scour BelowDams and Flip Buckets,”Journal of the Hydraulic Engineering,ASCE, Vol. 111, No. 2, pp. 220-235(1985).
    16.Melville, B. W., and Chiew, Yee-Meng, “Time Scale for Local Scour at Bridge Piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 125(1), 59-65(1999).
    17.Raudkivi, A. J., “Functional Trends of Scour at Bridge Piers”, Journal of Hydraulic Engineering, 112(1), 1-13(1986).
    18.Smith, C. D. and D. K. Strang,“Scour in stone beds,”Proc. of the Twelfth Congress of the International Association for Hydraulic Research, Sept. 11-14, Vol. 3, pp. 65-73(1967).
    19.陳正炎,「投潭水作用下卵石渠床動態平衡之研究」,碩士論文,中興大學水土保持研究所,台中(1983)。
    20.李耀輝,「防砂壩下石床沖淤現象之研究」,碩士論文,逢甲大學土木及水利工程研究所,台中(1987)。
    21.交通部,「交通技術標準規範公路類公路工程部-公路橋梁設計規範」,幼獅文化事業公司,台北,第21-27,32-47,79-82,106-112頁(1987)。
    22.交通部,「交通技術標準規範公路類公路工程部-工路排水設計規範」,幼獅文化事業公司,台北,第9-10,45-51頁(1987)。
    23.葉昭憲,「系列防砂壩之沖淤試驗與初步規劃」,碩士論文,中興大學水土保持研究所,台中(1988)。
    24.台灣省公路局,「台灣公路工程月刊專輯-橋梁工程類」,台灣省公路局,第1-18,108-129頁(1990)。
    25.李崑宗,「開口式滯洪壩滯洪及下游河床面沖刷之研究」,碩士論文,中興大學水土保持研究所,台中(1990)。
    26.吳金洲,「堰壩溢流水舌對下游河床沖刷之研究」,碩士論文,逢甲大學土木及水利工程研究所,台中(1990)。
    27.楊書昌,「無護坦堰壩下卵石河床局部沖刷之研究」,碩士論文,逢甲大學土木及水利工程研究所,台中(1991)。
    28.游進偉,「開口式滯洪壩在含滓流況下滯洪及沖淤之研究」,碩士論文,中興大學水土保持研究所,台中(1991)。
    29.董志睿,「在平衡流況下系列滯洪壩沖淤試驗研究」,碩士論文,中興大學水土保持研究所,台中(1992)。
    30.蘇重光、連惠邦,「防砂壩下游天然河床受壩頂溢流沖刷之研究」,台灣水利,41卷2期,pp.35-41(1993)。
    31.張朝恭,「不同開口寬度滯洪壩下游河床面沖淤之研究」,碩士論文,中興大學水土保持研究所,台中(1993)。
    32.江永哲、連惠邦、林裕益、李明晃、吳道煦,「開放式防砂壩對土石流防治功效之探討」,中華水土保持學報(土石流專輯),第24卷第1期,P.37-43(1993)。
    33.林政翰,「礫石層中考慮界面元素之深開挖有限元素法分析」,碩士論文,國立中興大學土木工程研究所,台中(1995)。
    34.葉再麟,「河床質特性對防砂壩下游河床局部沖刷之影響」,碩士論文,逢甲大學土木及水利工程研究所,台中(1998)。
    35.內政部營建署編輯委員會,「建築物基礎構造設計規範」,營建雜誌社,第3-15~3-17,4-27~4-30,5-14~5-41,6-1~6-28頁,台北(2001)。
    36.廖南華,「土壤經驗參數於數值分析之應用」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南(2002)。
    37.張子修、陳大田,「台中市主要橋梁初步結構調查與維護計畫研究」(2003)。
    38.「河川橋梁沖刷並補強後之安全評估 成果報告書」,交通部公路總局,台北(2005)。
    39.「高屏大橋改建工程異常樁原因研究 成果報告」,財團法人台灣營建研究院(2005)。
    40.曾惠蒂,「變形分析法應用於邊坡穩定分析之研究」,碩士論文,國立成功大學資源工程研究所,台南(2005)。
    41.賴正昇,「脈波回音法應用於基樁之模擬與分析」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南(2005)。
    42.「橋基沖刷災害與相關之維護管理(1)─動態橋梁安全管理機制與碧利斯颱洪高屏大橋沖刷斷橋過程」,林呈、高明哲、蔡榮峻、何鴻文,台灣公路工程 第32卷第17、18期(2006)。
    43.「中央管河川流量量測規劃改善計畫及工法之擬訂(1/2)」,經濟部水利署(2006)。
    44.「大甲溪流域防洪預警系統先期規劃」,經濟部水利署(2006)。
    45.李维峰、廖振程、梅興泰、廖惠菁,「鐵路橋樑過河沖刷段橋墩與基礎結構系統檢測技術之研究」,交通部高速鐵路工程局,台北(2006)。
    46.林呈、謝世圳、何宗浚、林蔚榮、高明哲,「河川變遷、堤防保護與橋墩基礎型式選擇之整合研究」,交通部台灣區國道新建工程局,第2-14~2-45頁,台北(2006)。
    47.「橋梁監測預警系統及沖刷保護措施及補強等策略之研究」,交通部公路總局,台北(2007)。
    48.「台灣地區橋梁安全檢查、評估及監測執行程序之訂定 安全檢測報告書」,交通部公路總局,台北(2008)。
    49.劉惠文,「公路橋梁受土石流衝擊力災害破壞模式之研究」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,台南(2008)。
    50.李協謙,「群樁側向阻抗改良之數值模擬」,碩士論文,國立中央大學土木工程研究所,桃園(2008)。

    下載圖示 校內:2014-08-21公開
    校外:2014-08-21公開
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