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研究生: 張硯翔
Chang, Yen-Hsiang
論文名稱: 以邊界應力控制標度槽探討長樁側推下之樁土互制反應
A study on the soil-pile interactions of a laterally loaded long pile with a Stress-Controlled Chamber
指導教授: 張文忠
Chang, Wen-Jong
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: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 168
中文關鍵詞: 標度槽長樁模型樁土互制反應側向反覆加載
外文關鍵詞: Calibration chamber, Long pile model, Soil-pile interaction, Cyclic lateral loading
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  • 為求以本島的自然能源代替國外進口的非再生能源,因此離岸風機技術發展成為台灣所追求的目標。樁基礎為離岸風機主要採用基礎型式,離岸風機之基樁常年承受風力與波浪造成的側向載重,因此其受側向載重的行為,是設計時主要考量的因素。台灣西海岸為軟弱粉土質砂土層,加上颱風、地震侵襲,導致基樁受側向載重傳遞機制複雜,因此進行基樁側推相關實驗是必須的。為節省實驗成本與時間,本研究利用一原用於CPT標定之標度槽改良的模型基樁測試平台,模擬現地土壤應力狀態,有利於試體壓密時達到Ko狀態;在模型基樁側向加載時,降低試驗的邊界效應。研究利用氣霣法製作乾淨砂(硯港砂)試體,以及霧式霣落法製作麥寮砂試體,並以邊界應力控制標度槽模擬不同的邊界條件,進行長樁模型的側推與側向反覆加載試驗,探討樁土互制反應。

    In wind turbine design, the long pile is a general option to provide lateral resistance under lateral loading. However, due to the earthquake and typhoons happen in the weastern coast of Taiwan, the mechanism of lateral load transfer is very complicated. In the study, a stress-controlled calibration chamber used on CPT test was modified to do the lateral loading pile tests, including push-over and cyclic loading tests. For reducing the boundary effect, the lateral stress was calculated by the numerical analyses and applied during the lateral loading tests, also, controlling vertical stress can simulate the stress condition in different depths. A model pile with strain gauges for bending strain measurement is fixed on the bottom of chamber and subjected to lateral loading. The bending moment, soil resistance and deflection calculated from the strain were used to develop the soil-pile interactions. Furthermore, in order to investgate the reactions during cyclic loading, the sine waves with different load amplitude were exerted on the pile head. From the test results, the bending moment and soil resistance will increase with the cycles until the soil-pile interaction becomes stable. Also, the cycle to be stable will decrease with the increase of the vertical stress.

    論文摘要 I 誌謝 XI 目錄 XII 表目錄 XVI 圖目錄 XVIII 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機與目的 2 1.3研究方法與流程 2 1.4論文架構 4 第二章 文獻回顧 5 2.1重模試體製作 5 2.1.1空氣霣落法(Air Pluviation, AP) 5 2.1.2霧式霣落法(Mist Pluviation, MP) 5 2.2基樁受側向載重之分析理論 9 2.2.1極限阻抗分析 (Limit State Method) 9 2.2.2地盤反力分析法(Subgrade Reaction Method) 12 2.2.3 p-y曲線分析法(p-y curve) 14 2.2.4美國石油協會(API )建議之砂土p-y曲線 16 2.4模型基樁側推試驗回顧 18 2.5基樁受側向反覆載重之行為 19 2.6 模型基樁受反覆加載試驗回顧 21 第三章 試驗儀器與系統配置 24 3.1系統配置 24 3.2標度槽及邊界應力控制子系統 27 3.2.1垂直向應力控制 29 3.2.2底蓋與防水作業 32 3.2.3側向邊界應力控制子系統 35 3.2.4壓力輸出系統 37 3.3模型基樁監測子系統 38 3.3.1防水型應變計 41 3.3.2孔隙水壓計 44 3.3.3土壤壓力感測器 45 3.4基樁側向加載子系統 46 3.5霧式霣落子系統 50 3.5.1霣落器 51 3.5.2水霧區 53 第四章 試驗流程與分析方法 56 4.1試驗材料之性質 56 4.2重模試體準備 59 4.2.1乾淨砂試體準備流程 59 4.2.2霧式霣落流程 60 4.3試驗流程 64 4.4資料分析 70 4.4.1資料分析流程 70 4.4.2基樁反應分析 71 4.4.3曲線擬合分析 74 4.4.4差異百分比計算 76 第五章 乾淨砂試驗結果分析與驗證 77 5.1標度槽監測結果 77 5.1.1壓密過程之孔隙水壓監測 77 5.1.2側向加載過程之邊界應力監測 79 5.1.3側向加載過程之孔隙水壓監測 80 5.2長樁模型於乾砂之樁土互制反應 83 5.2.1側推試驗結果 84 5.2.2邊界補償效應影響 89 5.2.3樁頭束制影響 94 5.2.4直接量測與理論推算之土壤阻抗 98 5.2.5長樁模型於側向反覆加載試驗的反應 100 5.3長樁模型於飽和乾淨砂之樁土互制反應 102 5.3.1側推試驗結果 102 5.3.2邊界補償效應影響 108 5.3.3樁頭束制影響 112 5.3.4直接量測與理論推算之土壤阻抗 116 5.3.5長樁模型於飽和砂土側向反覆加載試驗的樁土互制反應 117 第六章 麥寮砂試驗結果 123 6.1標度槽監測結果 123 6.1.1壓密過程之孔隙水壓監測 123 6.1.2側向加載過程之孔隙水壓監測 125 6.2長樁模型於飽和麥寮砂之樁土互制反應 127 6.2.1側推試驗結果 128 6.2.2邊界補償效應影響 132 6.2.3樁頭束制影響 136 6.3 p-y曲線比較 139 6.3.1直接量測與理論推算土壤阻抗 139 6.3.2 p-y曲線分布 141 6.4樁模型於側向反覆加載試驗的樁土互制反應 144 6.4.1反覆加載數對基樁反應穩定之影響 145 6.4.2反覆加載數對側向樁頭位移之影響 146 6.4.3相同荷重振幅下反覆加載數對樁土互制反應之影響 149 6.4.4相同垂直應力下反覆加載數對樁土互制反應之影響 152 第七章 結果與討論 155 7.1 邊界補償效應影響 155 7.2 樁頭束制影響 156 7.3 反覆加載下之影響 156 7.3.1 對穩定加載循環數的影響 156 7.3.2 對最大樁頭位移之影響 158 7.3.3 相同荷重振幅下對樁土互制反應之影響 158 第八章 結論與建議 159 8.1結論 159 8.2建議 160 參考文獻 161 附錄 164

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