以動態離心試驗模擬可液化地盤中離岸風機單樁基礎之受震反應

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呂振榮(Chen-jung Lu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以動態離心試驗模擬可液化地盤中離岸風機單樁基礎之受震反應

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

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摘要(中)

近年來二氧化碳排放問題與溫室效應日益嚴重，導致自然環境受
到重大的破壞，且溫室效應的影響以及用電量與日俱增，進而造成電
力不足的問題日趨嚴重。再加上國際原油供應短缺導致油價高漲，而
臺灣大部分的能源依賴進口燃料進行火力發電，臺灣除了節約能源之
外，急需潔淨而永續的、低汙染的再生能源。因此離岸風機被視為重
要替代能源之選擇，故本研究將以離心模型試驗模擬並探討單樁基礎
受震產生土壤液化時的反應。本研究利用離心模型試驗，模擬臺灣離
岸風力發電機組之單樁基礎的受震反應，在此原則下設計並建造單樁
基礎的縮尺模型。此模型採用二階段縮尺，將現地尺寸折減後再進行
縮尺模型，設計方式為單樁基礎先折減成原型尺寸35%的1g 模型，
再利用尺度定律進行80g 的離心縮尺模型進行離心模型試驗。為了探
討在基礎發生土壤液化時單樁基礎的反應，必須取得土壤完整的動態
參數，將在風機基礎模型中裝設各型的感測器陣列，來了解土壤液化
時地盤反力係數的變化，以及在受震的情況下，基礎土壤側向的抵抗
力、樁身的側向位移、旋轉量及彎矩的變化，探討風機基礎的受震反
應以及基樁設計的安全性。

摘要(英)

In recent years, the problem of carbon dioxide emissions and
greenhouse effect growing, causing great damage to the environment, and
the impact of the greenhouse effect and increasing electricity consumption,
causing serious problem of power shortage. The international crude oil
prices increase is resulting in supply shortages, and most of the energy
dependence on imported to fuel thermal power generation in Taiwan,
Taiwan in addition to energy savings, in urgent need of clean and
sustainable, less polluting renewable energy. Therefore offshore wind
turbine is considered an important choice of alternative energy, so this
research using centrifuge model test to simulate and study the seismic
response of mono-pile foundation when soil liquefaction. In this study, we
using centrifuge model test to simulate the seismic response of mono-pile
foundation for offshore wind turbines in Taiwan, the design and
construction of mono-pile foundation is under this principle. This model
uses two-stage scaling, the prototype size reduction to 35% of 1g model at
first, and reduction to 80g scale model of centrifuge at second time. To
study the response of the mono-pile foundation when soil liquefaction
occurs, must to get all soil dynamic parameters, sensor arrays will be
installed in wind turbine foundation model, to understand the variation of
lateral soil resistance, lateral displacement of the pile, rotation angle and
bending moment when earthquake happening, so we can study the seismic
response of mono-pile foundation and pile design safety.

關鍵字(中)

★ 土壤液化
★ 縮尺模型
★ 離心模型試驗
★ 單樁基礎
★ 地盤反力係數
★ 超額孔隙水壓

關鍵字(英)

★ soil liquefaction
★ centrifuge modeling
★ centrifuge model test
★ mono-pile foundation
★ coefficient of dynamic horizontal subgrade reaction
★ excess pore water pressure

論文目次

摘要...................................................... I
ABSTRACT ............................................... II
致謝.................................................... III
目錄..................................................... V
表目錄.................................................. VIII
圖目錄................................................... IX
符號說明................................................. XIV
第一章緒論................................................ 1
1-1 前言 ................................................. 1
1-2 研究動機與目的 ......................................... 1
1-3 研究方法 .............................................. 2
1-4 論文架構 .............................................. 2
第二章文獻回顧............................................. 3
2-1 土壤動態行為的相關研究 .................................. 3
2-1-1 地震加速度之分析 ..................................... 3
2-2 基樁受震行為相關研究 .................................... 4
2-2-1 基樁的塑性行為 ....................................... 4
2-2-2 樁基礎自然週期的影響 .................................. 5
2-2-3 以離心試驗模擬單樁基礎之受震反應 ........................ 5
2-3 基樁水平載重相關研究 .................................... 6
2-3-1 基樁在黏土中的p-y 曲線................................. 6
2-3-2 利用p-y 曲線評估樁的側向受力............................ 7
2-3-3 以離心試驗模擬風機單樁基礎受反覆水平側推 .................. 7
2-4 土層的水平地盤反力係數 .................................. 8
2-5 樁基礎的側向變位分析 .................................... 8
2-6 離心模型基本原理 ....................................... 8
2-6-1 離心模型的因次分析 ................................... 9
2-6-2 科氏加速度的影響 .................................... 11
2-6-3 模型模擬的觀念 ...................................... 11
2-7 建築物基礎構造設計規範 .................................. 12
2-8 美國石油協會(API)建議之P-Y 曲線 ......................... 13
第三章試驗設備與方法....................................... 30
3-1 試驗設備與儀器 ........................................ 30
3-1-1 大地工程離心機 ...................................... 30
3-1-2 振動台控制系統與資料擷取系統 .......................... 31
3-1-3 移動式霣降儀 ....................................... 31
3-1-4 積層版試驗箱 ....................................... 31
3-1-5 模型計測樁 ......................................... 32
3-1-6 線性差動變壓器(LVDT)................................. 32
3-1-7 加速度計 ........................................... 32
3-1-8 孔隙水壓計 ......................................... 33
3-1-9 雷射位移計(LDT) .................................... 33
3-2 試驗土樣 ............................................ 33
3-3 試驗準備與流程 ....................................... 33
3-3-1 積層版試驗箱組立 .................................... 33
3-3-2 安裝模型樁 ......................................... 34
3-3-3 試體土樣準備 ........................................ 34
3-3-4 土樣飽和 ........................................... 35
3-4 試驗步驟 ............................................. 36
第四章試驗數據與分析....................................... 51
4-1 試驗條件 ............................................ 51
4-2 試體升G 過程造成之變化量................................ 52
4-2-1 升G 過程造成之相對密度變化 ........................... 52
4-2-2 升g 過程中樁身撓曲彎矩之變化 .......................... 53
4-3 輸入振動事件所造成之變量 ............................... 53
4-3-1 振動事件中試體沉陷量之變化 ............................ 53
4-3-2 試體在振動事件中之加速度歷時 ........................... 54
4-3-3 樁頭質量塊在振動事件中之加速度歷時 ...................... 55
4-3-4 試體之超額孔隙水壓歷時以及超額孔隙水壓比歷時 .............. 57
4-3-5 受震時樁身撓曲彎矩之變化 .............................. 59
4-4 樁身彎矩分析方法 ....................................... 60
4-4-1 樁身彎矩沿深度之曲線 ................................. 62
4-4-2 反力沿深度之變化 .................................... 63
4-4-3 樁身變位沿深度之變化 ................................. 63
4-5 試體受震之樁頭位移、樁身在地表面之位移、樁身旋轉角 ........... 63
4-6 積層版試驗箱之側向位移歷時 .............................. 64
4-7 樁頭質量塊及土層之頻率 ................................. 64
4-8 受震時土層中不同深度之P-Y 曲線 .......................... 65
4-9 基樁變形行為之分類 ..................................... 69
第五章結論與建議......................................... 190
5-1 結論 ............................................... 190
5-2 建議 ............................................... 192
參考文獻................................................. 193
附錄A 風機單樁基礎離心模型設計 .............................. 196
附錄B 樁身彎矩回歸方程式係數 ............................... 206

參考文獻

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指導教授

李崇正(Chung-jheng Lee)

審核日期

2014-10-24

推文