以離心模型模擬離岸風機單樁 受單向反覆水平側推行為

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：239

、訪客IP：18.191.176.81

姓名

呂昕澔(Hsin-hao Liu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以離心模型模擬離岸風機單樁受單向反覆水平側推行為
(Centrifuge modelling of mono-pile foundation subjected to cyclic lateral loading for offshore wind turbines)

相關論文

★ 砂土層中隧道開挖引致之地盤沉陷與破壞機制及對既存基樁之影響	★ 以離心模型試驗探討逆斷層作用下單樁與土壤互制反應
★ 攝影測量在離心模擬試驗之應用-以離心隧道模型之地表沉陷量量測為例	★ 沉箱式碼頭受震反應的數值分析
★ 軟土隧道襯砌應力與地盤變位之數值分析	★ 沉箱碼頭受震反應及側向位移分析
★ 潛盾隧道開挖面穩定與周圍土壓力之離心模擬	★ 地理資訊系統應用於員林地區液化災損及復舊調查之研究
★ 黏性土層中隧道開挖引致之地盤沉陷及破壞機制	★ 砂土層中通隧引致之地盤變位及其對既存基樁的影響
★ 既存隧道周圍土壓力受鄰近新挖隧道的影響	★ 以攝影測量觀察離心土壩模型受滲流力作用之變位
★ 通隧引致鄰近基樁之荷重傳遞行為	★ 潛盾施工引致之地盤沉陷案例分析
★ 以離心模型試驗探討高含水量黏性背填土加勁擋土牆之穩定性	★ 懸臂式擋土壁開挖之離心模型試驗

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

離岸風機單樁基礎(Mono-pile) 因其上部結構會受到多循環側向載重，例如風力、洋流、大浪等週期性水平力，並傳遞至風機基礎，可能會因土壤之水平承載力不足，造成過大的永久位移，或者是在樁身之勁度不足情況下，上部水平荷重產生之彎曲應力造成樁身的破壞，進而影響風機系統運轉之穩定性。因此，如何評估離岸風機基礎的水平極限承載力，以及在多循環的上部水平力作用下，預估單樁基礎的傾斜與水平位移，是本研究的主要目標。
本研究將現地樁基礎進行離心縮尺，於80 g離心重力場下，進行單樁基礎受反覆側向水平力之離心模型試驗共8組，其側推的高程皆位於地表上34 m處。A系列試驗條件為5組不同水位高度下，於上部結構施以相同反覆水平力；B系列試驗於乾砂試體施加不同大小之單向反覆水平力共3組，藉以觀察受反覆水平力下的單樁之位移、旋轉角、樁身彎矩沿深度的分布狀態，並討論不同循環數與水平力大小對單樁基礎的影響。試驗結果顯示：(1) 在不同水位高程情況下，砂試體及單樁的自然頻率皆大致相同；(2) 以最大水平承載力試驗中，樁身最大彎矩發生位置隨力量增加而往淺層發展，在1383 kN側推力作用下，最大彎矩位於地表下深度1.6 m (d/Dp =0.76)處；(3) 在230 kN之多循環水平力側推情況下，海床面11.2 m (d/Dp =5) 以下的樁基礎幾乎沒有彎矩；(4) 在相同的多循環水平力下，隨著循環數的增加，殘餘變位、旋轉角、樁身彎矩而增加，但其增量越發趨緩，且樁頭割線模數提高。

摘要(英)

The mono-pile supported offshore wind turbine usually subjected to cyclic lateral loadings induced by wind, ocean current, sea wave etc. It would cause the shear failure of surrounding soil for rigid pile foundation or the plastic yield of pile by bending moment, leading to the instability of wind turbine system. Therefore, it is very important to estimate the ultimate lateral bearing capacity of monopole foundation, and to predict the inclination and permanent horizontal displacement of pile under cyclic lateral loadings.
In this study, 8 models were conducted in 80 g acceleration field by using the NCU geotechnical centrifuge and rigid container. The lateral load for each test was applied at the elevation of 34 m above the ground surface. A-series tests were designed to have different water level and subjected to the same cyclic loadings. B-series tests were dry sand models and the different amplitude of cyclic lateral loadings were applied to the mono-pile. From the test results, the following conclusions can be drawn. (1) The natural frequencies of mono-pile and sand bed did not change with different water level. (2) The maximum bending moment occurred at the depth of 1.6 m under the ground surface while the lateral load was 1383 kN. The place of maximum bending moment would move upward along the pile with increasing lateral loads. (3) When the maximum cyclic lateral loading is 230 kN, the bending moment of pile is almost zero under the ground surface of 11.2 m, which is about 5 times of pile diameter. (4) Under the same amplitude of cyclic lateral loadings, the increase of cycles leads to the increasing of permanent lateral displacement, rotation angle and bending moment of pile, but the increments decrease with more number of cycles.

關鍵字(中)

★ 單樁基礎
★ 循環側推
★ 地工離心機

關鍵字(英)

★ mono-pile foundation
★ cyclic lateral loading
★ geotechnical centrifuge

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法 2
1-3 論文架構 2
第二章文獻回顧 3
2-1 離心模型原理 3
2-1-1 離心模型之基本靜態相似律 3
2-1-2 離心模型之基本動態相似律 4
2-1-3離心模型模擬的觀念 6
2-1-4離心模型之優點與限制 7
2-2樁基礎承受側向力之相關研究 9
2-3樁基礎承受水平循環載重之相關研究 9
2-4樁基礎承受側向力之分析 10
2-4-1 Winkler梁型式之彈簧基礎分析法(Beam on elastic foundation) 10
2-4-2地盤反力理論(Subgrade Reaction Theory) 10
2-4-2極限平衡法(Limiting Equilibrium Method) 11
2-5國內設計規範 11
2-6側向力來源-海浪的荷載 12
第三章試驗方法與試驗設備 23
3-1 試驗方法 23
3-2 試驗砂樣的基本力學性質 23
3-3 試驗儀器及相關設備 24
3-3-1 地工離心機 24
3-3-2單軸向振動掛台 24
3-3-3 自動控制與資料擷取系統 25
3-3-4 固壁式蜂巢試驗箱 26
3-3-5 移動式霣降機 26
3-3-6風機樁模型 27
3-3-7 其他量測及施力設施 27
3-4 試驗準備步驟與流程 29
3-4-1 前置作業 29
3-4-1a試驗箱組立： 29
3-4-1b模型計測樁之校正 29
3-4-2 砂試體之製作 30
3-4-3 土壤試體飽和 31
3-4-4 試驗流程 32
3-4-4a施加平衡氣壓 32
3-4-4b開始繞機 32
第四章試驗結果與分析 52
4-1 試驗規劃與內容 52
4-2 試驗條件 53
4-3 A系列試驗地盤調查結果 53
4-3-1 Ftest1- S1單樁與土層的自然頻率及剪力波速 53
4-3-2 Ftest2- S1單樁與土層的自然頻率及剪力波速 55
4-3-3 Ftest3- S1單樁與土層的自然頻率及剪力波速 55
4-3-4 Ftest4- S1單樁與土層的自然頻率及剪力波速 55
4-3-5 Ftest5- S1單樁與土層的自然頻率及剪力波速 56
4-3-6 地盤調查結果綜合討論(A系列之Ftest1~Ftest5) 56
4-4 A系列單樁受水平反覆側推試驗結果 57
4-4-1 Ftest1單樁受反覆水平側推試驗 57
4-4-2 Ftest2單樁受反覆水平側推試驗 57
4-4-3 Ftest3單樁受反覆水平側推試驗 58
4-4-4 Ftest4單樁受反覆水平側推試驗 58
4-4-5 Ftest5單樁受反覆水平側推試驗 59
4-4-6 Ftest6側推系統之摩擦力試驗 59
4-4-7單樁受水平反覆側推的綜合結果 (A系列之Ftest1~Ftest5) 60
4-5 B系列試驗簡述 61
4-6 升g過程 61
4-6-1 樁頂水平位移及荷重計變化 62
4-6-2樁身撓曲彎矩變化 62
4-7 B系列受單向多循環側向載重試驗結果 63
4-7-1 MPtest-U1最大水平承載力試驗 63
4-7-2 MPtest-C2 單向多循環水平側推試驗 64
4-7-3 MPtest-C3 單向多循環水平側推試驗 66
4-7-4 側推結果之綜合討論( B系列之MPtest-U1、C2、C3 ) 68
4-8 比較1、50、100不同週期數對樁頭的影響 68
4-8-1 水平荷載-樁頭位移比較 68
4-8-2 樁頭旋轉角-彎矩比較 70
4-9 利用回歸曲線推求單樁彎矩分佈 71
4-9-1 樁身彎矩分佈 73
4-9-2 樁身位移分佈 73
4-9-3 回歸之p-y曲線 74
4-9-4 基樁的變形類型 75
第五章結論與建議 189
5-1 結論 189
5-2 建議 192
參考文獻 193
附錄A、單樁離心縮尺模型設計 196
附錄B、氣壓荷重自動控制系統 205
附錄C、平衡氣壓施加流程 216

參考文獻

1. API, “Recommended practice for planning, designing, and construction fixed offshore platforms-working stress design,”( 2000)
2. Bhattacharya, S., Wood, D.M., and Lombardi, D., “Similitude relationships for physical modelling of mono pile-supported offshore wind turbines,” International Journal of Physical Modelling in Geotechnics, Vol.11, No.2, pp.58-68(2011).
3. Jeong, S., Kim, Y., and Kim, J., “Ocean Engineering,“ Ocean Engineering, Vol.38, pp.397-408(2011).
4. Iai, S., Tobita, T., and Tann, L.V.D., “Applicability of two stage scalling in dynamic centrifuge tests on saturated sand deposits,” Phycical Modelling in Geotechnics, Springman, Laue & Seward (eds.), Taylor & Francis Group, London, pp. 191-196(2010).
5. Iai, S., Tobita, T., and Nakahara, T., “ Generalzed scaling relations for dynamic centrifuge tests,” Geotechnique 55(5): 355–362(2005)
6. Iai, S., “ Similitude for shaking table tests on soilstructure-fluid model in 1 g gravitational field,” Soils and Foundations 29(1): 105–118(1989)
7. Lesny, K. & Wiemann, J., “ Finite-element-modelling of large diameter monopiles for off shore wind energy converters,” In Geo Congress(2006)
8. Klinkvort, R.T., Leth, C.T., and Hededal, O., “centrifuge modeling of a laterally cuclic loaded pile,” Phycical Modelling in Geotechnics, Springman, Laue & Seward (eds.), Taylor & Francis Group, London, pp. 191-196(2010).
9. Matlock, H., Foo, S. H. C., and Bryant, L. M., “ Simulation of lateral pile behaviour under earthquake motion,” Proc. ASCE Specialty Conf. on Earthquake Engrg. and Soil Dynamics, June, pp. 600-619(1978)
10. Byrne, B.W. & Houlsby, G.T., “Foundations for offshore wind turbines,” Phil. Trans. R. Soc. Lond. A , Vol.361, pp.2909-2930(2003)
11. Li, Z., Haigh, S.K., & Bolton, M.D., “Centrifuge modeling of monopole under cyclic lateral loads,” Physical Modeling in Geotechnics: ICPMG ‘2010, pp.965-970(2010)
12. Peralta, P. & Achmus, M., “An experimental investigation of piles in sand subjected to lateral cyclic loads,” Physical Modeling in Geotechnics: ICPMG ‘2010, pp.985-990(2010)
13. 中華民國大地工程學會，建築物基礎構造設計規範，中華民國 (2001)。
14. 日本道路協會，道路橋示方書‧同解說，日本 (1996)。
15. 邱俊翔、林昌良、陳家漢，「樁斷面降伏對p-y曲線之影響分析與分佈塑鉸模式於側向荷載樁非彈性分析適用性之探討」，國家地震工程研究中心研究報告 (NCREE-12-016) (2012)
16. 張有齡、周南山，「張氏簡易側樁分析法(上篇-靜力部份)」，地工技術，第25期，第64-82頁 (1989)。
17. 歐晉德，「基樁之側向支承力」，地工技術，第18期，第60-68頁 (1987)。
18. 游文輝，「砂土層中井樁承受反覆水平荷重之初步研究」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2002)。
19. 陳泓文，「砂土坡地井樁受側向力之離心機模型試驗」，博士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢 (1999)。
20. 王崇儒，「利用彎曲元件探查離心砂土模型剪力波波速剖面及其工程上的應用」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2010)。
21. 蔡晨暉，「以離心模型試驗模擬沉箱式碼頭之受震行為」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2010)。
22. 凃亦峻，「位於可液化砂土層中單樁基礎受震反應離心模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2011)。
23. 林郁庭，「以離心模型模擬離岸風機單樁受反覆水平側推之p-y曲線」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2013)。
24. 陳俊誠，「以LabVIEW軟體開發虛體頻譜分析儀」，碩士論文，國立中央大學機械工程學系，中壢(2010)
25. 吳佳梁、李成鋒，海上風力發電技術，北京 (2010)
26. 蕭子健、儲昭偉、王智昱編譯，LabVIEW 基礎篇，高立圖書有限公司(1998)
27. 蕭子健、儲昭偉、王智昱編譯，LabVIEW 進階篇，高立圖書有限公司(1999)
28. 鄭振東編譯，實驗圖解自動控制程式 (1992)

指導教授

李崇正

審核日期

2014-8-29

推文