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研究生: 蔡旻諺
Tsai, Min-Yen
論文名稱: 應用等值線性土壤彈簧於基礎沖刷橋梁之實驗驗證
Verification of Equivalent linear spring on the Experiment of the Scoured Piled Bridge
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: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 147
中文關鍵詞: 土壤結構互制沖刷裸露近斷層地震
外文關鍵詞: soil-pile interaction, scour, near-fault earthquake
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  • 本研究主要探討基礎結構受複合式災害,即基礎受沖刷裸露後又受地震荷載之結構行為,在研究中分別採用不同土壤彈簧,由前人提出的等值線性土壤彈簧、美國石油協會(API)與日本道路橋示方書(JRA)三種不同土壤彈簧對基樁沖刷裸露後振動台實驗做受震行為分析,藉由與基樁振動台實驗比較能對現有常用規範與等值線性彈簧對沖刷裸露後結構的適用性探討與比較,結果顯示在採用等值線性彈簧模型分析相對於其他兩種規範能更有效地模擬實驗的受震反應,且在受近斷層地震下,等值線性彈簧能完整地模擬結構受震後的行為。
    但由於現地橋梁公路基礎結構多為群樁基礎,在群樁基礎中對於群樁折減因子需進行探討,因此根據之前單樁分析的經驗,進而對群樁基礎沖刷裸露實驗進行探討,分別以等值線性彈簧、API與日本鐵道構造物(JRA)規範三種土壤彈簧經由群樁折減因子,嘗試模擬群樁基礎受沖刷裸露後受到大位移的靜態荷載下的結構反應,在研究中也比較了等值線性彈簧在實驗中適用之群樁折減因子,最後以3組不同土壤彈簧模型對群樁在不同裸露深度下受靜態荷載之結構反應進行分析,試圖比較出對於群樁沖刷裸露結構能最有效地模擬之土壤彈簧。
    結果顯示:比較不同土壤彈簧側推曲線與群樁實驗比較時候,等值線性彈簧與API土壤彈簧在不同裸露深度下皆能模擬實驗之結果,而比較樁身彎矩分析中顯示,在群樁基礎之基樁未產生降伏時,3種土壤彈簧模型分析結果皆對實驗結果誤差不大;但當基樁受力至降伏時,等值線性彈簧模型分析結果對群樁之後排樁能有效地模擬;而API土壤彈簧模型分析結果與群樁之前排樁的結構行為接近。最後,希望本研究之比較探討能讓工程師在分析橋梁結構受複合式災害之結構行為能以更有效之土壤彈簧去模擬其結構行為。

    In Taiwan, there are many bridges that were destroyed by the nature disasters every year. Although the civil engineers did the best on designing the bridges, the nature disasters would decrease the seismic capacity of the bridges. The survey of the collapsed bridge pointed out that the scoured depths increased by the hydraulic and the seismic capacity decreased.
    In this study mainly discusses the structural behavior of the composite structure, ie, the structural behavior of the foundation exposed to erosion and exposed to seismic loads. In the study, the equivalent linear soil springs proposed by previous researchers ,the American Petroleum Institute(API) and Japanese Road Association(JRA) soil spring were used respectively. This study used different soil springs to analyze the vibration behavior of shaking table experiments after bare pile erosion, and compare with the existing single and group pile foundation experiments.
    The discussion and comparison of the applicability of the soil springs on exposed structure shows that the response of the experiment can be more effectively simulated by using the equivalent linear spring model. The most important is that the model using equivalent linear spring under near-fault earthquakes completely simulate the behavior of the structure after the shock.

    摘要I 致謝V 目錄VI 圖目錄IX 表目錄XVII 第一章 緒論1 1.1 研究背景1 1.2 研究動機與研究目的1 1.3 研究內容2 第二章 文獻回顧3 2.1 土壤受震反應研究3 2.1.1土壤剪應變與剪力模數3 2.1.2土壤一維波傳理論3 2.2 基礎沖刷裸露土壤結構互制振動台試驗4 2.2.1 單樁沖刷裸露振動台實驗5 2.2.2 群樁沖刷裸露振動台實驗6 2.3 土壤結構互制分析7 2.3.1 彈性理論解7 2.3.2 溫克基礎模型分析8 2.3.3 有限元素法11 2.3.4 群樁分析12 第三章 土壤彈簧法23 3.1前言23 3.2單樁受震地盤之反應24 3.2.1美國石油協會規範(API)側向土壤彈簧24 3.2.2日本道路橋示方書(JRA)側向土壤彈簧25 3.2.3等值線性側向土壤彈簧26 3.3 群樁受震地盤反應27 3.3.1 美國石油協會(API)側向土壤彈簧考慮群樁效應28 3.3.2 日本鐵道規範(JRA)側向土壤彈簧考慮群樁效應28 3.3.3 等值線性側向土壤彈簧考慮群樁反應30 第四章 樁基礎沖刷橋梁模型於乾性砂土實驗與分析比較34 4.1前言34 4.2分析之實驗配置34 4.2.1實驗組數34 4.2.2斷面材料性質34 4.3數值模型之建立35 4.3.1結構模型建立35 4.3.2單樁美國石油協會(API)側向土壤彈簧建立35 4.3.3單樁日本道路橋示方書(JRA)側向土壤彈簧建立36 4.3.4單樁等值線性側向土壤彈簧建立36 4.4結構與數值模型反應之比較37 4.4.1 數值模型與實驗週期之反應37 4.4.2頂層質量塊加速度與位移反應37 4.4.3結構之基礎版加速度反應37 4.4.4樁身應變反應37 4.5 小結38 第五章 群樁基礎沖刷橋梁模型於乾性砂土實驗與分析比較57 5.1前言57 5.2 分析之實驗配置57 5.3實驗之數值模型建立57 5.3.1數值模型之建立57 5.3.2 數值分析組數58 5.3.2群樁塑鉸設定58 5.3.3 API群樁側向土壤彈簧設置59 5.3.4 JRA側向群樁土壤彈簧設置59 5.3.5等值線性側向群樁土壤彈簧設置61 5.3.6 群樁折減係數比較61 5.4結構與數值模型分析比較62 5.4.1結構與數值模型遲滯迴圈比較62 5.4.2結構與數值模型彎矩比較62 5.5 小結64 第六章 結論與建議101 6.1 結論101 6.2 建議103 參考文獻104 附錄106 A.單樁沖刷裸露受震反應分析圖106

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