群樁基礎之最低價設計

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姓名

徐文杰(Wen-Jie Shu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

群樁基礎之最低價設計

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摘要(中)

傳統的群樁設計程序均採用試誤法，結果雖可滿足安全的考量，但卻無法保證工程造價最低。本研究之主要目的便是利用非線性數學規劃法，來進行預鑄混凝土群樁基礎的低價設計，使設計結果同時滿足經濟與安全的考量。
群樁的工程造價包含土方開挖費用、基樁打設費用及樁帽費用等，而設計變數則為樁徑、樁長、基樁間距與樁帽的有效深度。群樁的設計結果必須滿足規範的檢核條件，如垂直承載力、水平力、拉拔力、容許變位等，同時亦須考慮樁距、樁徑、樁長及樁帽尺寸等束制條件。群樁的分析則採用彈性分析法。
由於基樁數量為整數，故最佳化的程序分兩階段進行，首先根據群樁配置形態選取不同群樁數量，分別進行最佳化設計，最後再由這些設計結果選出最低價的設計。
在最佳化的設計過程，經由敏感度分析，可了解各個變數對工程造價的影響程度，而參數設計研究結果與設計結果亦可供工程界作為群樁設計的參考。

摘要(英)

The stress and deformation constrains of the pile group design are to be formulated according to the code provisions. Size constrains, such as the length of piles, the diameter of piles, distance between piles are also considered in the optimization formulation.
The pile groups are arranged as rectangular or square in the study. It causes the number of piles are integer and discrete. Therefore, the number of piles in the optimal design is pre-selected. All the design results of various arrangements of pile groups are then compared and a least cost design can be found.
In the optimization processes, the influences of design variables on the cost function can be studied by using sensitivity analyses. The parametric studies and the minimum cost design results can be used in engineering practice.

關鍵字(中)

★ 群樁
★ 預鑄混凝土樁
★ 最低造價設計
★ 非線性數學規劃法
★ 彈性設計法

關鍵字(英)

★ Pile Groups
★ Precast Concrete Piles
★ Nonlinear Mathematical Programming Methods
★ Minimum Cost Design
★ Elastic Design Method

論文目次

目錄
致謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目錄 iv
表目錄 v
圖目錄 vi
第一章緒論
1-1 研究動機…………………………………………………...………1
1-2 文獻回顧…………………………………………………..……….2
1-3 研究方法…………………………………………………………...5
1-4 論文內容………………………………………………………...…9
第二章理論推導
2-1 最佳化設計簡介………………………………………..………...10
2-2 目標函數之建立……………………………………….………....11
2-3 束制條件之建立……………………………………….…………13
2-4 最佳化研究之策略運用………………………………………….21
第三章結果討論與參數研究
3-1 前言…………………………………………………...…………..28
3-2 最佳化策略之比較……………………………………….………29
3-3 群樁設計之參數研究…………………………………………….30
3-3-1 垂直力控制之影響……………………………….………….31
3-3-2 側向力控制之影響………………………………….……….32
3-3-3 拉拔力控制之影響…………………………………………….33
3-4 垂直力對拉拔效應之影響…………………………….…………35
3-5 土壤參數之影響………………………………………………….36
第四章結論及建議
4-1 結論……………………………………………………….………38
4-2 建議……………………………………………………………….39
參考文獻………………………………………………………………..40
表目錄
表2-1 群樁基礎材料及施工物價………………………..…………43
表3-1a 最佳化方法結果比較(案例五)…………………..…………..44
表3-1b 最佳化方法結果比較(案例五)…………………..…….…….45
表3-1c 最佳化方法結果比較(案例五)…………………..…….…….46
圖目錄
圖1-1 群樁設計流程圖………………………………………………47
圖1-2 最佳化設計程序………………………………………………48
圖2-1 基礎開挖示意圖………………………………………………49
圖2-2 樁帽彎矩設計示意圖…………………………………………50
圖2-3 基樁打設費用圖………………………………………………51
圖2-4 樁帽穿孔剪力臨界周長示意圖………………………………52
圖2-5 拉格朗積乘子法之最佳點搜尋模式…………………………53
圖2-6 半區間法搜尋模式……………………………………………54
圖2-7 黃金切割法搜尋模式…………………………………………54
圖2-8 黃金切割法計算流程圖………………………………………55
圖3-1 拉格朗積法迭代次數與目標函數圖…………………………56
圖3-2 SLP法迭代次數與目標函數圖……………………………….56
圖3-3a 案例一之設計結果與外力示意圖……………….…………..57
圖3-3b 案例一群樁造價比例圖……………………………………..58
圖3-3c 案例一群樁造價趨勢圖………………………………….…..60
圖3-4a 案例二之設計結果與外力示意圖……………………….…..61
圖3-4b 案例二群樁造價比例圖………………………….…….…….62
圖3-4c 案例二群樁造價趨勢圖……………………………………...64
圖3-5a 案例三之設計結果與外力示意圖………………….………..65
圖3-5b 案例三群樁造價比例圖……………………………………..66
圖3-5c 案例三群樁造價趨勢圖……………………………………..68
圖3-6a 案例四之設計結果與外力示意圖…………..……………….69
圖3-6b 案例四群樁造價比例圖…………………………..…………70
圖3-6c 案例四群樁造價趨勢圖……………………………………..72
圖3-7a 案例五之設計結果與外力示意圖…………………………..73
圖3-7b 案例五群樁造價比例圖…………………………….……….74
圖3-7c 案例五群樁造價趨勢圖……………………………………..76
圖3-8a 案例六之設計結果與外力示意圖…………………………..77
圖3-8b 案例六群樁造價比例圖……………………………………..78
圖3-8c 案例六群樁造價趨勢圖……………………………………..80
圖3-9a 案例七之設計結果與外力示意圖…………………………..81
圖3-9b 案例七群樁造價比例圖……………………………………..82
圖3-9c 案例七群樁造價趨勢圖……………………………………..84
圖3-10a 案例八之設計結果與外力示意圖………….……..….……85
圖3-10b 案例八群樁造價比例圖…………………….……… ……..86
圖3-10c 案例八群樁造價趨勢圖…………………….…………… ..88
圖3-11a 案例九之設計結果與外力示意圖………….…………… ..89
圖3-11b 案例九群樁造價比例圖………………….…………….…..90
圖3-11c 案例九群樁造價趨勢圖………….……………..…… ……92
圖3-12a 案例十之設計結果與外力示意圖………………… .. …93
圖3-12b 案例十群樁造價比例圖…………………………… ….…94
圖3-12c 案例十群樁造價趨勢圖…………………………………….96

參考文獻

參考文獻
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指導教授

莊德興(Der-Shin Juang)

審核日期

2000-7-13

推文