以離心模型模擬離岸風機單樁於飽和砂土 受單向反覆水平側推行為

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陳亭璁(Ting-Tsung Chen) 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於飽和砂土受單向反覆水平側推行為

相關論文

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摘要(中)

近年來環保意識崛起，但由於台灣的能源短缺，必須仰賴火力、核能等非再生的發電方法，因此開發再生能源是現今的主要目標。更由於台灣四面環海，所以相當適合發展風力發電。所以如何去評估離岸風機的水平極限承載力，跟多循環載重下，估計單樁基礎的累計傾斜角度與累計水平位移，為本研究的目的。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，所有側推的高程皆位於地表上34 m處。
本研究施作PP系列試驗，於飽和砂試體中對於風機模型單樁施加不同大小之單向反覆水平推力並以改變不同施力速度，藉以觀察受反覆水平力下的單樁之樁身位移、樁身旋轉角、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，最後並透過使用最小二乘法回歸出樁身彎矩回歸曲線後與實驗量測值比較，並透過古典梁理論推求出樁之土壤反力(p)、樁身剪力(V)、樁身變位(d)以及旋轉角(θ)等方程式。
試驗結果顯示: (1) 透過將樁身所量測到之樁身殘餘變位、旋轉角便可回歸出一回歸公式，便可利用此回歸式模擬未來行為。(2)古典彈性梁理論及最小二乘法可有效反應出實驗樁身彎矩量的結果。(3)使用人機控制程式時，使用較慢加載速率(0.0015-0.0007)便可以達到較佳的控制效果。(4)最大側推力實驗中發現樁身最大彎矩位置(Z/D_p=1.6)隨側向力的增加，而逐漸下降，而當進行多循環側推時驗後，樁身最大彎矩發生於固定位置(Z/D_p=1.6)。最後利用上述所得到之參數便可對於未來風機單樁設計時作為參考之依據。

摘要(英)

Recently, the environmental concerns is rising; due to the energy shortage in Taiwan, we must rely on some power generation methods like firepower, nuclear and other none renewable power generation methods, so the development of renewable energy is the main goal today. Because Taiwan is an island state surrounded by the sea, it′s suitable for the development of wind power. 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, the models were conducted in an acceleration of 80 g by using the NCU geotechnical centrifuge and the model is contained in the rigid container. The lateral load for each test was applied at the elevation of 34 m above the ground surface. PP-series tests were saturation sand models and the pile was subjected to different amplitudes of cyclic lateral load. Then use least squares method to regress moment of the pile. From the theory of beam on elastic foundation can get the formula about physical property of pile.
From the test results, the following conclusions can be drawn: (1) By use of the measurement pile head displacement and pile head rotation angle can regress the equations. These equations are useful for simulating future pile behavior; (2) the theory of beam on elastic foundation and the least squares method are useful; (3) When doing the test using slowly load speed (120-300 sec/cycle) can have best control; (4) The maximum bending moment occurred at the depth of 1.6 m under the ground surface while the lateral load was 968 kN. The place of maximum bending moment would move downward along the pile with increasing lateral loads.

關鍵字(中)

★ 地工離心機
★ 風機單樁
★ 單向側推
★ 最小二乘法

關鍵字(英)

★ Geotechnical centrifuge
★ Mono-pole foundation
★ Lateral loading
★ Least squares method

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
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
2-1-5 無因次因子縮尺法 8
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
2-4-3美國石油協會建議之p-y 曲線 11
2-5國內設計規範 12
2-6側向力來源-海浪的荷載 13
第三章試驗方法與試驗設備 25
3-1 試驗方法 25
3-2 試驗砂樣的基本力學性質 25
3-3 試驗儀器及相關設備 26
3-3-1 地工離心機 26
3-3-2單軸向振動掛台 26
3-3-3 自動控制與資料擷取系統 27
3-3-4 固壁式蜂巢試驗箱 27
3-3-5 移動式霣降機 28
3-3-6風機樁模型 28
3-3-7 其他量測及施力設施 29
3-4 試驗準備步驟與流程 30
3-4-1 前置作業 30
3-4-1a試驗箱組立： 30
3-4-1b模型計測樁之校正 31
3-4-2 砂試體之製作 31
3-4-3 土壤試體飽和 32
3-4-4 試驗流程 33
3-4-4a施加平衡氣壓 33
3-4-4b開始繞機 33
第四章試驗結果與分析 54
4-1試驗規劃與內容 54
4-2 試驗條件 54
4-3 試驗簡述 55
4-4 PPtest系列受單向多循環側向載重試驗結果 55
4-4-1 PPtest-SU1 最大水平承載力試驗 55
4-4-2 PPtest-SP1 單向多循環水平側推試驗 56
4-4-3 PPtest-SP2 單向多循環水平側推試驗 58
4-4-4 PPtest-SP3 單向多循環水平側推試驗 59
4-4-5 側推結果之綜合討論(PPtest-SU1、SP1、2、3) 60
4-5 比較1、20、60、100等週期數對樁頭的影響 61
4-5-1 水平荷載-樁頭位移比較 61
4-5-2 樁頭旋轉角-彎矩比較 62
4- 6利用回歸曲線推求單樁彎矩分佈 63
4-6-1 樁身彎矩 66
4-6-2 樁身剪力 66
4-6-3 土壤反力 67
4-6-4 回歸之p-y曲線 67
4-6-5 基樁之破壞行為 68
第五章結論與建議 158
5-1 結論 158
5-2 建議 159
參考文獻 160
附錄A、離岸風機單樁離心縮尺模型設計 163
附錄B、平衡氣壓施加流程 173

參考文獻

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指導教授

李崇正(Chung-Jung Lee)

審核日期

2016-8-29

推文