基樁受側向載重之模型試驗設計與分析

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姓名

許志瑋(Zhi-Wei Xu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

基樁受側向載重之模型試驗設計與分析
(Model design and test of mono-pile under lateral loads)

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摘要(中)

台灣地狹人稠，由於風力發電機運作時會產生噪音，因此並不適合建造於西部沿岸，必須發展離岸風力發電，而離岸風力發電機於海上必須承受反覆側向載重的作用，例如風力、波浪力等週期性之水平力，因此本研究設計出一套可進行側向載重試驗之設備，並使用鋁製模型樁進行一系列之側向載重試驗，探討模型樁受側向載重作用時基樁－土壤間之互制力學行為。

本研究使用之砂土試體為取自台灣中港溪下游之竹南海邊乾砂，共進行五組試驗，兩組極限側推載重試驗，樁底條件為固定端；一組極限側推載重試驗，樁底條件為自由端；兩組反覆側推載重試驗，樁底條件為固定端，反覆載重作用週數分別為一千次及一萬次。首先進行極限側推載重試驗，由樁身應變計量測之樁身彎矩，代入回歸分析方法分別微分與積分求得土壤反力與樁身變位沿深度分佈函數，建立砂土之p-y曲線，進一步與前人研究比較，並歸納出此樁－土系統之地盤反力係數參數。使用極限側推載重試驗結果，決定反覆側推載重試驗之載重振幅，建立反覆載重作用砂土之p-y曲線，歸納出地盤反力係數隨反覆載重作用週數變化之特性，並由樁頭之載重與位移關係曲線，探討此樁－土系統受反覆側向力後之樁頭勁度與累積殘留位移。

摘要(英)

Taiwan has very high density of population. Because the wind turbines make noise, so it is not suitable for the construction of offshore wind turbines in the western land. It is necessary to develop the offshore wind turbines at the offshore environment. The offshore wind turbines usually subjected to cyclic lateral loadings induced by wind and sea wave. In this research, designs the equipment and plans a series of experiments on a model aluminum pile to discussion the behavior of the pile under lateral load.

In this research, use Zhunan sand to make the soil of the experiment. Three static load tests were conducted. Two of the test was fixed-end and another test was free-end. Two cyclic load tests were conducted and were fixed end. The number of cycles was one thousand and ten thousand. The mending moment measured by the strain gauges on the pile. Use the regression analysis to calculate the function of the pile deflection and soil resistance. Collecting the pile deflection and soil resistance deduce the p-y curves. Calculated the characteristic parameters of coefficient of subgrade reaction with static load and cyclic load. The load-displacement curves of the pile head were discussed the permanent displacement and the pile secant stiffness under cyclic lateral loads.

關鍵字(中)

★ 模型樁
★ 側向載重
★ p-y曲線
★ 反覆側推
★ 水平地盤反力係數

關鍵字(英)

★ model pile
★ lateral loads
★ p-y curve
★ cyclic lateral loading
★ coefficient of horizontal subgrade reaction

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
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 研究方法與內容 1
1-3 論文架構 2
第二章文獻回顧 3
2-1 美國石油協會與挪威驗船協會建議之p-y曲線 3
2-1-1 API與DNV建議砂土之p-y曲線 3
2-1-2 API與DNV建議軟弱黏土之p-y曲線 6
2-2 Reese et al.（1974）建議之p-y曲線 10
2-2-1 Reese et al.（1974）建議砂土之p-y曲線 10
2-2-2 Reese et al.（1975）建議堅硬黏土之p-y曲線 14
2-2-3 Reese et al.（1997）建議軟岩之p-y曲線 17
2-3 樁基礎受水平側向力之相關研究 19
2-4-1 Li et al.（2010） 19
2-4-2 Bienen et al.（2012） 22
2-4-3 Long et al.（2012） 25
2-4 樁基礎受水平側向力之分析 28
2-5-1 Winkler梁型式之彈簧基礎分析法 28
2-5-2 國內設計規範 29
2-5-3 地盤變形係數 30
2-5 樁基礎非線性側推分析模式（SAP2000） 30
第三章試驗設備與試驗方法 33
3-1 試驗規劃與設計 33
3-2 試驗砂樣及基本性質 33
3-3 試驗儀器設備 35
3-3-1 移動式霣降機 35
3-3-2 模型試驗箱 35
3-3-3 模型樁 36
3-3-4 樁底固接器及底盤 36
3-3-5 荷載施加設備 37
3-3-6 位移計 37
3-3-7 荷重計 37
3-4 試驗方法與步驟 46
3-4-1 模型計測樁之校正 46
3-4-2 模型樁之撓曲剛度（EI）試驗 46
3-4-3 砂土試體製作 48
3-5 模型樁載重試驗 49
3-5-1 極限靜載重側推試驗 49
3-5-2 反覆靜載重側推試驗 49
第四章試驗結果與討論 55
4-1 試驗規劃及配置 55
4-2 極限載重側推試驗 59
4-2-1 S1-test試驗結果 59
4-2-2 S2-test試驗結果 63
4-2-3 S1-test與S2-test之樁頭側向載重-位移曲線討論 67
4-3 回歸分析求取樁身反應 69
4-3-1 分析原理 69
4-3-2 分析方法與步驟 69
4-4 樁身反應分析結果 74
4-4-1 分析流程及方向定義 74
4-4-2 S1-test樁身反應分析結果 74
4-4-3 S2-test樁身反應分析結果 80
4-4-4 S1-test、S2-test之p-y曲線 84
4-5 S1-test與S2-test綜合討論 86
4-5-1 SAP2000正算分析 86
4-5-2 p-y曲線特性討論 88
4-5-3 由p-y曲線擬合日本道路協會規範 92
4-5-4 基樁之破壞行為 94
4-5-5 API及Reese之p-y曲線 96
4-5-6 S5f-test試驗結果 99
4-6 反覆載重側推試驗 106
4-6-1 C3-test試驗結果 107
4-6-2 C4-test試驗結果 113
4-6-3 C3-test與C4-test綜合討論 120
4-6-4 C3-test樁身反應分析結果 123
4-6-5 C4-test樁身反應分析結果 129
4-6-6 樁身割線勁度受反覆作用週數之影響 135
4-6-7 地盤反力係數受反覆作用週數之影響 137
第五章結論與建議 142
5-1 結論 142
5-2 建議 144
參考文獻 145

參考文獻

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2. Bienen, B., J., Grabe, J., Randolph, M., and White, D., “Response of Piles with Wings to Monotonic and Cyclic Lateral Loading in Sand,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 138(3), pp.364-375 (2012).
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6. Dhrkop, J., Grabe, J., Bienen, B., White, D.J., and Randolph, M.F., “Centrifuge experiments on laterally loaded piles with wings,” Proceedings of the Seventh International Conference on Physical Modelling in Geotechnics, London, UK, pp. 919–924 (2010).

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18. 邱俊翔、戴偉倫、陳家漢，「飽和砂土中模型樁之側向遲滯行為」，國家地震工程研究中心研究報告，No. 21，(2011)。
19. 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部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，No. 16，(2012)。
20. 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)。
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指導教授

黃俊鴻、邱俊翔(Jing-Hung Hwang Jiunn-Shyang Chiou)

審核日期

2015-8-20

推文