套環保護工法對減少橋墩局部沖刷之研究

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姓名

程仕帆(Shih-Fan Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

套環保護工法對減少橋墩局部沖刷之研究
(The Effect of Collar on Bridge Scour Reduction)

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摘要(中)

本研究使用動床渠道進行均勻橋墩加裝套環之局部沖刷研究，並藉此闡明其沖刷特性。除了分析最大刷深與沖刷坑範圍外，並針對套環不同的置放高度所造成之沖刷變化進行了一系列比較。
研究結果顯示，無論套環的形狀為何，最大刷深隨著套環置放高度愈接近底床而愈小。套環形狀的選擇乃根據其可減少之刷深及範圍為重要的效益考量。當套環置放位置位於套環頂端與底床切齊處可將渦流系統從底床處抬升，不僅可有效減少刷深且可將沖刷坑最大刷深遠離主要結構物。向下射流與馬蹄形渦流成功的被導引至橋墩結構物下游後方處。故橋墩裝置圓形之套環為橋墩基礎保護工法最佳選擇。

摘要(英)

This study uses experimental mobile channel to examine the characteristics of local scour around uniform piers with collar protection. The maximum scour depth and the range of the scour hole is analyzed. Furthermore, the change of scour at different exposure elevation is compared by performing a series of case studies.
No matter what kinds of the collar shape is,the maximum scour depth is decreased with the position of the collar set close to the bed.The importance of the collar shape chosen is according to the best benefit of redusing scour depth and the range of the scour hole. Setting the collar which it’s top is flush with the bed would lead the vortex system rise away from the bed,and it can not only reduce the depth of the scour hole,but lead the maximum depth of the scour hole away from the main structure.The downflow and horseshoe vortex is guided to the downstream successfully far away from the bridge pier structure.It can be accepted that the circular collar is the best choice of the pridge foundation protection.

關鍵字(中)

★ 套環
★ 均勻橋墩
★ 橋基裸露
★ 局部沖刷

關鍵字(英)

★ collar
★ uniform pier
★ pier exposure
★ local scour

論文目次

目錄
頁次
中文摘要……………………………………………………………. Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………. Ⅱ
目錄…………………………………………………………………. Ⅲ
表目錄………………………………………………………………. Ⅴ
圖目錄………………………………………………………………. Ⅵ
照片目錄……………………………………………………………. Ⅸ
符號表………………………………………………………………. XI
第一章緒論
1.1 研究動機與目的……………………………………….. 1
1.2 研究方法……………………………………………….. 2
1.3 本文架構……………………………………………….. 2
第二章文獻回顧
2.1 均勻橋墩……………………………………………….. 4
2.2 波浪引致之圓柱橋墩沖刷…………………………….. 7
2.3 不均勻橋墩…………………………………………….. 8
2.4 套環保護工法………………………………………….. 9
第三章理論分析
3.1 流體流經圓柱之流況………………………………….. 12
3.2 沖刷機制分析………………………………………….. 13
3.2.1 沖刷條件…………………………………………... 13
3.2.2 沖刷機制…………………………………………... 14
3.3 橋墩局部沖刷預測的近似理論……………………….. 16
3.3.1 平坦底床上的馬蹄形渦流系統…………………... 17
3.3.2 清水沖刷下平衡刷深中作用於粒子上的力……... 18
3.2.3 清水沖刷的沖刷深度方式……………….……….. 20
3.4 套環保護工法………………………………………….. 23
3.4.1因次分析…………………………………………… 23
3.4.2套環保護工法之等效橋墩寬度…………………… 24
第四章試驗設備與規劃
4.1 試驗設備與儀器……………………………………….. 26
4.2 試驗條件……………………………………………….. 27
4.3 試驗規劃……………………………………………….. 28
4.3.1 實驗模型尺寸之確定……………………………... 28
4.3.2 馬達轉速與試驗段流速率定……………………... 28
4.3.3 均勻橋墩加套環之沖刷坑量測…………………... 29
第五章結果與討論
5.1 E系列之完整橋墩加裝套環裝置沖刷研究…………… 31
5.1.1 E系列之無因次中心線剖面結果比較……………. 31
5.1.2 E系列之無因次xy平面結果比較………………… 33
5.1.3 E系列之套環置於接近底床處之結果討論………. 34
5.1.4 E系列之套環置放高度對最大刷深圖之結果討論. 36
5.2 S系列之完整橋墩加裝套環裝置沖刷研究……………. 36
5.2.1 S系列之無因次中心線剖面結果比較…………….. 37
5.2.2 S系列之無因次xy平面結果比較………………… 39
5.2.3 S系列之套環置放高度對最大刷深圖之結果討論. 40
5.3 Y系列之結果討論……………………………………… 41
5.4 犧牲樁對於減緩橋墩周圍沖刷現象之探討………….42
5.5 E系列與S系列結果之比較…………………………….43
第六章結論與建議
6.1 結論…………………………………………………….. 45
6.2 建議…………………………………………………….. 46
參考文獻…………………………………………………………….47

參考文獻

參考文獻
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指導教授

周憲德(Hsien-Ter Chou)

審核日期

2003-7-14

推文