博碩士論文 105322039 詳細資訊




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姓名 莊鎰睿(Yi-Rui Zhuang)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 模型基樁於飽和砂土及黏性土壤中之單向反覆側向載重試驗
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摘要(中) 台灣因地狹人稠及用電量不足的關係,發展綠色能源勢在必行,而風力發電為其重要的一環。但離岸風機之單樁基礎於海上需能承受長週期之風力、波浪力及地震力等反覆水平側向力作用,因此本研究除延續前人以竹南砂重模相對密度80%之飽和砂試體外,亦以曾文水庫黏土重模大型壓密試體。且使用模型樁進行一系列單向反覆側推試驗,模擬單樁基礎於海上受波浪力作用下基樁之行為。並利用回歸分析方法求取樁身反應,來探討單樁基礎受單向反覆側推之基樁-土壤間之互制行為。
本研究首先進行極限側推試驗,將試驗所量測到的彎矩值利用回歸分析方法求取彎矩、剪力、土壤反力、旋轉角及位移隨深度之變化。並將試驗求得之p-y曲線與API、DNV、Matlcok及Reese建議之p-y曲線進行比較。第二,再進行不同應力準位之單向反覆側推試驗,由樁頭載重及樁頭位移求取基樁於長作用周數下之累積殘餘位移及樁頭勁度,以供後人設計之參考。
由試驗結果顯示飽和砂之靜態p-y曲線在4倍樁徑深度內較Reese及API建議之p-y曲線高。而黏土之靜態p-y曲線在5倍樁徑深度內較Matlock、DNV及API建議之p-y曲線低。飽和砂土及壓密黏土之累積殘餘位移隨載重振幅增加而增加,飽和砂土約為0.7%到2.55%樁徑,壓密黏土約為2.55%到5.1%樁徑。
摘要(英) In Taiwan, due to the narrow land, high population density and lack of electricity, it is imperative to develop green energy, and wind power is important part of it. The monopile of offshore wind turbine on the sea must be able to withstand cyclic lateral loading induced by wind, wave and earthquake. Therefore, in this research, using Zhunan sand to remold the saturated specimen of relative density 80% and using Zengwun Reservoir clay to remold consolidated specimen, and using the model pile to carry out a series of one-way cyclic lateral loading, and it simulated the wave acting on the offshore monopile. The research use regression analysis method to obtain the pile response, and the behavior of pile-soil interaction is dicussed.
In this research, first, the ultimate lateral loading test was carried out. The bending moment was measured by the test and using regression analysis method to obtain change of bending moment, shear force, soil resistance, rotation, and displacement with depth. The p-y curve of static test was established, and compared with p-y curve by API, DNV, Matlock, and Reese suggested. Second, the one-way cyclic lateral loading test was carried out. The pile load and the pile displacement can be used to calculate and obtain permanent displacement and pile stiffness.
According to the test result, the static p-y curve of saturated sand are higher than the suggested p-y curve of Reese and API in four times diameter of pile. However, the suggested p-y curve of consolidated clay are lower than the suggested p-y curve of Matlock, DNV, and API. The permanent displacement of saturated sand and consolidated clay increased with increase of load amplitude, the permanent displacement were 0.7% to 2.55% and 2.55% to 5.1% respectively.
關鍵字(中) ★ 模型樁
★ 單向反覆側向載重
★ p-y曲線
★ 水平地盤反力係數
★ 黏土
關鍵字(英) ★ model pile
★ one-way cyclic lateral loading
★ p-y curve
★ coefficient of horizontal subgrade reaction
★ clay
論文目次 摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法與流程 2
1-3 論文架構 2
第二章 文獻回顧 4
2-1 Matlock(1970)建議之軟弱黏土之p-y曲線 4
2-2 Reese et al.(1974~1975)建議之p-y曲線 8
2-2-1 Reese et al.(1974)建議砂土之p-y曲線 8
2-2-2 Reese et al.(1975)建議堅硬黏土之p-y曲線 12
2-3 美國石油協會與挪威船協會建議之p-y曲線 18
2-3-1 美國石油協會與挪威船協會建議砂土之p-y曲線 18
2-3-2 美國石油協會建議軟弱黏土之p-y曲線 21
2-3-3 挪威船協會建議軟弱黏土之p-y曲線 23
2-4 樁基礎受側向載重之相關研究 26
2-4-1 Kishore et al.(2009) 26
2-4-2 Liao et al.(2018) 27
2-4-3 Long et al. (1994) 28
2-4-4 Li et al. (2010) 31
2-5 樁基礎受側向載重之分析方法 34
2-5-1 Winker梁之彈簧基礎分析法 34
2-5-2 國內設計規範 34
2-5-3 水平地盤反力係數 35
第三章 試驗介紹 40
3-1 試驗規劃 40
3-2 試驗土樣及基本性質 41
3-3 試驗儀器設備 43
3-3-1 大型壓密儀及模型試驗箱 43
3-3-2 移動式霣降儀 44
3-3-3 飽和度試驗箱 44
3-3-4 模型樁 45
3-3-5 荷載施加設備 47
3-3-6 荷重計 47
3-3-7 雷射位移計 47
3-3-8 直進式量錶 48
3-3-9 恆溫設備 48
3-3-10 控制記錄軟體 48
3-4 試驗方法及步驟 58
3-4-1 飽和砂土試體製作 58
3-4-2 黏土壓密試體製作 59
3-4-3 模型(彎矩)計測樁之校正 60
3-4-4 模型(軸力)計測樁之校正 61
3-4-5 模型樁之撓曲剛度(EI)試驗 62
3-4-6 荷重計之校正 63
3-4-7 極限側推試驗及單向反覆側向載重試驗 64
3-5 其他相關試驗 77
3-5-1 單向度壓密試驗 77
3-5-2 簡易扭剪儀試驗 77
3-5-3 單軸壓縮試驗 77
第四章 飽和砂試驗結果與討論 79
4-1 飽和砂試驗簡介及配置 79
4-2 極限側推試驗(Dr=80%飽和砂) 82
4-3 求取樁身反應之回歸分析方法 86
4-3-1 分析原理 86
4-3-2 分析方法 87
4-4 飽和砂之極限側推試驗之樁身反應分析結果 93
4-4-1 分析流程及方向定義 93
4-4-2 S1-test及S2-test之樁身反應分析結果 95
4-4-3 S1-test及S2-test之p-y曲線 102
4-4-4 p-y曲線性質探討 104
4-4-5 Reese及API建議砂土之p-y曲線 108
4-5 飽和砂之單向反覆側向載重試驗 111
4-5-1 相對密度=80%之飽和砂試驗結果 111
4-5-2 飽和砂土之單向反覆側向載重試驗結果討論 138
4-5-3 飽和砂土之樁身反應分析結果 141
4-5-4 地盤反力係數受反覆側推之影響 149
第五章 黏土試驗結果與討論 156
5-1 黏土試驗簡介及配置 156
5-2 極限側推試驗(單位重=18.8 kN/m3黏土試體) 158
5-3 黏土之極限側推試驗之樁身反應分析結果 163
5-3-1 SS1-test及SS2-test之樁身反應分析結果 163
5-3-2 SS1-test及SS2-test之p-y曲線 170
5-3-3 極限側推試驗之p-y曲線參數討論 172
5-3-4 Matlock、API及DNV建議黏性土壤之p-y曲線 189
5-4 黏土之單向反覆側向載重試驗 195
5-4-1 單位重18.8 kN/m3之黏土試驗結果 195
5-4-2 黏土之單向反覆側向載重試驗結果討論 210
5-4-3 黏土之樁身反應分析結果 213
5-4-4 不排水剪力強度及含水量試驗結果討論 225
第六章 結論與建議 229
6-1 結論 229
6-2 建議 231
參考文獻 232
附錄A 235
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指導教授 黃俊鴻(Jun-Hong Huang) 審核日期 2019-1-28
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