博碩士論文 993202047 詳細資訊




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姓名 林郁庭(Yu-ting Lin)  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反覆水平側推之p-y曲線
(centrifuge modeling on the p-y curve of mono-pile foundation for offshore wind turbines under cyclic horizontal loadings)
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摘要(中) 台灣由於地狹人稠,因此離岸風機設施須往沿岸發展,但台灣西部沿海海岸線綿長且風速亦較陸地上強,所以風機單樁基礎設計必須考慮水平極限承載力、樁頭水平變位與旋轉角以及樁身最大彎矩發生的位置。因此本研究使用中央大學地工離心機,進行離岸風機單樁受水平側推之離心模擬,探討風機單樁基礎受靜態水平側推的反應。
設計單樁基礎模型,以丹麥離岸風力發電機組(Horns Rev 1)之單樁基礎為原型,先將原型尺寸折減40%,再依據尺度定律將折減後的單樁基礎縮尺,在80g 的離心加速度場進行試驗,利用調壓閥施加氣壓對單樁施以水平側向載重,並在整個試驗過程中,分別量測樁頭水平變位、彎矩沿深度之分佈和相對應之水平力大小,並利用迴歸分析求取單樁樁身彎矩分佈隨深度的變化,進而利用彈性梁理論求取樁身剪力(V)、土壤反力(p)、樁身旋轉角(θ)、以及樁身變位(D)的變化。
試驗結果顯示,基樁在相同施力高程之水平側推時,飽和砂試體會比乾砂試體產生較多的位移量,至少0.06 m。而當水平側推離砂表面的高程越高,基樁受靜態水平側推的彎矩也越大,因此樁身產生較大的彎矩量與樁頭水平位移。此外p/D-y曲線之試驗成果顯示乾砂試體與飽和砂試體之p/D-y曲線,可以發現隨著深度越深在相同樁身水平變位下,有較大的土壤反力。
摘要(英) Due to that Taiwan possesses the long and narrow terrain and has very high density of population, offshore wind turbines should be developed along the coast line. Considering that western Taiwan’s long coast line and its comparatively higher wind velocity than that of inland area, it is essential to consider the horizontal ultimate load, horizontal displacement of pile, rotating angle together with the maximum bending moment into the design of pile foundations. In this study, the geotechnical centrifuge facility at NCU is used to conduct a series of centrifuge mode test on the offshore wind turbine mono-pile. The mono-pile subjected to a horizontal force to investigate the corresponding acts of a mono-pile while affected by horizontal pushover.
In this research, the pile foundation of Denmark’s offshore wind farm is used as the model in designing pile foundation model. First, 40% of its original size is reduced, and then the reduced model is scaled down in accordance with the scale rule, which is later on been put in centrifugal field of 80g for testing in which the researcher applies pressure regulating valve to control air pressures to apply the horizontal force to the pile. During the process, the researcher measures the horizontal displacement of pile, the distribution of bending moment along depths with its corresponding horizontal force and applies regression analysis to get the changes of shearing force of pile(V), coefficient of soil reaction(p), rotating angle of pile(θ) and last, of displacement of pile.
The test results reveals that the pile embedded in the saturated sand bed will cause more displacement than that in the dry sand bed under the same magnitude of horizontal force. And, the further the pushover applies to the pile, the greater the bending moment on the pile. As a result, the pile suffers the greater bending moment and the greater pile horizontal displacement. The testing outcome of the p/D-y curves on the pile measured from both the dry sand bed and the saturated sand bed we can conclude that increase in the depths would increase the soil reactions at the same horizontal displacement of pile head.
關鍵字(中) ★ 單樁基礎
★ 模型計測樁
★ p/D-y曲線法
★ 樁身彎矩
★ 土壤反力
關鍵字(英) ★ mono- pile foundation
★ p/D-y curve method
★ pile bending moment
★ soil reaction
論文目次 目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
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縮尺定律 3
2-1-1無因次因子縮尺法 3
2-1-2兩階段縮尺法 4
2-2樁基礎承受側向力之相關研究 4
2-3樁基礎承受水平循環載重之相關研究 5
2-4樁基礎承受側向力之分析 6
2-4-1 Winkler梁型式之彈簧基礎分析法(Beam on elastic foundation) 6
2-4-2地盤反力理論(Subgrade Reaction Theory) 7
2-5美國石油協會建議之p-y 曲線 9
2-6國內設計規範 10
2-7離心模型原理 11
2-7-1離心模型之基本相似律 11
2-7-2科氏加速度的影響 13
2-7-3離心模型模擬的觀念 14
第三章 試驗設備與試驗方法 34
3-1 試驗儀器與相關設備 34
3-1-1 地工離心機 34
3-1-2 移動式霣降儀 34
3-1-3 固壁式蜂巢試驗箱 35
3-1-4 模型計測樁 35
3-1-5複動式氣壓缸 36
3-1-6相關感測器 36
3-2 試驗土樣 37
3-3單樁基礎離心模型試體製作流程 37
3-3-1 試驗箱組立 37
3-3-2模型計測樁之校正 38
3-3-3 安裝模型樁 38
3-3-4 土樣試體準備 38
3-3-5 試體土樣飽和與抽真空 39
3-4試驗步驟 40
3-4-1施加水平力之準備流程 40
第四章 試驗結果與分析 64
4-1試驗種類、條件及配置 64
4-2初始電壓的選擇 65
4-3複動式氣壓缸之靜摩擦力試驗 65
4-4樁頭水平位移及水平荷載之關係 65
4-4-1 MP test-D1的試驗結果 66
4-4-2 MP test-D2的試驗結果 66
4-4-3 MP test-D3的試驗結果 67
4-4-4 MP test-W4的試驗結果 67
4-4-5 MP test-WF5的試驗結果 68
4-4-6 MP test-W6的試驗結果 69
4-4-7 MP test-DF7的試驗結果 69
4-5綜合討論 70
4-6利用迴歸曲線推求單樁彎矩分布 71
4-7迴歸分析 73
4-8水平側推試驗p-y曲線之試驗結果 77
4-8-1 MP test-D1的試驗結果 77
4-8-2 MP test-D2的試驗結果 78
4-8-3 MP test-D3的試驗結果 79
4-8-4 MP test-W4的試驗結果 80
4-8-5 MP test-WF5的試驗結果 81
4-8-6 MP test-W6的試驗結果 81
4-8-7 MP test-DF7的試驗結果 82
4-9綜合討論 83
4-10水平側推試驗成果與張氏簡易側樁分析法之比較 84
第五章 結論與建議 184
5-1結論 184
5-2建議 185
參考文獻 187
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指導教授 李崇正(Chung-jung Lee) 審核日期 2013-8-26
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