以離心模型模擬圓形與壁式基樁受軸向壓力之行為及比較

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蔡育昌(Yu-Chang Tsai) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

以離心模型模擬圓形與壁式基樁受軸向壓力之行為及比較

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摘要(中)

近年來國內建築工程已有相當多之案例，採用矩形壁樁承載上部結構荷重，且數量有逐漸增加之趨勢，過去對矩形壁樁之相關研究較少，目前工程實務上仍多直接採用圓形基樁之承載力公式來估算壁樁極限承載力。然而國內矩形壁樁主要使用MHL工法施做，除斷面形狀外，所使用之施工機具及方式亦與傳統圓樁不同，直接採用圓形基樁之經驗來評估壁樁極限承載力是否合適，宜進一步深入探討。
本研究利用樁徑D=20mm之圓型模型基樁，進行離心機模型試驗，並進一步與三種不同長寬比之矩形模型壁樁，比較其在原型尺寸下之行為，三種矩型樁之長寬比分別為1：l、1：2及1：4，其四組不同基樁其樁底截面積相等，以此來控制樁底發展區之範圍，比較之間的最終樁身平均摩擦應力與位移曲線t-z曲線之間之差異，並繪製樁頂荷載與位移曲線(P-S curve)圖，進一步比較圓樁以及壁樁於離心模擬下之成果，最後運用染色砂層進一步觀察樁體底部所發展的塑性區為何種形狀。
本研究發現：1. 在相同荷重下，各基樁的阻抗能力L/B=2壁樁>L/B=1壁樁>L/B=4壁樁>圓樁。2. L/B=4壁樁摩擦應力發揮至一定量，摩擦應力會變小後繼續發揮作用，行為有點像突破靜摩擦力，轉換成動摩擦力的現象發生。3. 圓樁樁身摩擦力與樁底承載力約呈現4:6之比例；而壁樁均在較小載重時，樁身摩擦力有較大的發揮，最後較大荷重時，大部分由樁底承載力支撐其荷重，比例約為1:3。4. 圓樁的樁底有較明顯及完整的發展區，其立體形狀約呈現橢圓球形狀，長側影響範圍總長度約為5倍樁徑，短側影響範圍總長度約3倍樁徑。5. 各組壁樁試驗之剖面結果較無明顯發展區發生。

摘要(英)

Diaphragm wall construction equipment and technologies develop with time. The barrettes are frequently used for supporting high rise buildings to replace pile foundations in recent years. There are more and more cases that barrette replaces the big diameter cast-in-place pile. The barrette shape and construction methods are different from those adopted for cast-in-place piles. The understandings of vertical loading behavior and mechanism of deformation are required. In this research, a instrumented circular pile with diameter (D) of 20 mm and three instrumented barrettes with different length-width ratios (L/B=1:1, 2:1, 4:1) but the circular pile and barrettes have the same area of cross section to perform a series of the pile load centrifuge model test.
Test results give the following conclusion. 1. The bearing capability of barrette with L/B=2 is better than that of L/B=1 barrette, and the bearing capacity of L/B=1 barrette is better than L/B=4 bearing capability, and the bearing capability of L/B=4 barrette is better than circle pile bearing capability. 2. The unit frictions on the barrette of L/B=4 start to grow until reaching one of limit loading. This phenomenon seem from the static friction force changing to kinetic friction force. 3. The ratio of circular pile skin friction and the end bearing on the circular pile are 4:6. The ratio of barrette skin friction and the end bearing are 1:3. 4. The developed plastic zone of circular pile is bigger than those developed on the barrette. 5. The circular pile plastic zone are 5 times pile diameter in long side of rigid box and three times pile diameter in short side of rigid box.

關鍵字(中)

★ 壁樁
★ 圓樁
★ t-z曲線
★ Q-z曲線
★ 離心模型試驗
★ 現地樁載重試驗

關鍵字(英)

★ barrette
★ circle pile
★ centrifuge modeling test
★ pile load test
★ t-z curve
★ Q-z curve

論文目次

摘要 i
Abstract viii
目錄 ix
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 1
1-3 論文架構 2
第二章文獻回顧 4
2-1 基樁承載之行為 4
2-1-1 基樁承壓之行為 4
2-1-2 承載力理論 4
2-2 基樁承載力評估 7
2-2-1靜力學法 7
2-2-2貫入經驗值經驗法 7
2-2-3樁載重試驗法 8
2-2-4 荷重傳遞曲線(t-z曲線) 10
2-3 深基礎承載力形狀效應相關研究 11
2-4 現地基樁載重試驗 12
2-4-1壁樁靜力載重試驗發展情形 12
2-4-2 現地壁樁文獻探討 14
2-5 數值模擬深基礎形狀因子比較 16
2-5-1 砂土中深基礎承載力形狀因子探討 16
2-5-2 數值模擬方法探討深基礎 16
2-5-3 數值模擬方法探討黏土中深基礎承載力 17
2-6 離心模型原理 17
2-6-1 離心模型之基本靜態相似律 17
2-6-2 離心模型之基本動態相似律 18
2-6-3離心模型模擬的觀念 20
2-6-4離心模型之優點與限制 21
第三章試驗方法與設備 38
3-1試驗方法 38
3-2 試驗砂土基本性質 38
3-3試驗儀器及相關設備 39
3-3-1 地工離心機 39
3-3-2 資料結取系統 39
3-3-3 移動式霣降儀 39
3-3-4施力系統 40
3-3-5固壁式蜂巢試驗箱 41
3-3-7 置樁架 41
3-3-8 量測儀器 42
3-4 試驗準備步驟與流程 43
3-4-1荷重元校正 43
3-4-2樁土介面直接剪力試驗 44
3-4-3 試驗箱組立 45
3-4-4 模型計測樁之校正 45
3-4-5 試體製作 46
3-4-6 試驗流程 47
3-4-6a施加氣壓 47
3-4-6b開始繞機 48
3-4-6C試體飽和與切剖面 48
第四章試驗結果與分析 74
4-1 樁頭位移及樁頭荷重比較 74
4-1-1 圓樁軸壓試驗 74
4-1-2 L/B=4壁樁軸壓試驗 75
4-1-3 L/B=2壁樁軸壓試驗 75
4-1-4 L/B=1壁樁軸壓試驗 76
4-1-5 四組不同形狀基樁之比較 76
4-2 極限軸壓試驗 77
4-2-1 不同形狀基樁之樁身軸力 77
4-2-2 各形狀基樁之樁身摩擦力 78
4-2-3 各形狀基樁之t-z曲線 80
4-2-4 各形狀基樁之Q-z曲線 82
4-2-5 各試驗樁身摩擦力與底承力關係 83
4-2-6 小結 84
4-3 樁底發展區探討 86
4-3-1 圓樁軸壓試驗之樁底發展區 86
4-3-2 L/B=4壁樁軸壓試驗之樁底發展區 87
4-3-3 L/B=2壁樁軸壓試驗之樁底發展區 87
4-3-4 L/B=1壁樁軸壓試驗之樁底發展區 88
4-3-5 基樁試驗剖面數值化之成果 89
第五章結論與建議 152
5-1 結論 152
5-2 建議 153
參考文獻 155
附錄A 圓樁及壁樁設計 158
A-1 前言 158
A-2 材料選定及尺寸設計 159
附錄B、平衡氣壓施加流程 170

參考文獻

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指導教授

李崇正(Chung-Jung Lee)

審核日期

2016-8-25

推文