砂土中模型基樁之單向反覆側向載重試驗｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	陳冠羽 Kuan-Yu Chen
論文名稱：	砂土中模型基樁之單向反覆側向載重試驗 Cyclic Lateral Loading Tests on Model Pile in Sand
指導教授：	黃俊鴻 Jin-Hung Hwang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
論文出版年：	2016
畢業學年度：	104
語文別：	中文
論文頁數：	315
中文關鍵詞：	模型樁、側向載重、p-y曲線、單向反覆側向載重、水平地盤反力係數
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風力發電為發展再生能源的重點，而台灣之離岸風力發電機基礎必須抵抗海浪、地震、颱風等自然力量。本研究主要係為模擬風力與波浪之長期作用力等所產生的疲勞效應，探討單樁基礎承受長期反覆側推力作用之承載行為。研究使用聚丙烯製模型樁，來模擬柔性樁受側向載重之反應行為，並採用一回歸分析模式來分析基樁非線性變形行為。
本研究設計基樁側向載重試驗設備並規劃一系列之載重試驗，探討單樁受水平側向載重之基樁與土壤間的力學行為，以竹南砂重模兩種相對密度之模型地盤，進行兩組不同密度之靜態極限水平基樁載重試驗，再由靜態極限水平載重試驗決定反覆載重試驗之施加載重振幅；八組考慮不同相對密度與應力準位之長週期單向水平基樁反覆載重試驗，推求基樁受長期反覆側向載重作用之累積殘餘位移與樁頭勁度。由砂土之靜態與動態之p-y曲線，可分別推求樁-土系統之地盤反力係數以及得知地盤反力係數受反覆側向載重作用之影響，並與API及Reese建議砂土p-y曲線比較，並提出檢討建議。

Offshore wind turbines have been one significant piece of development of renewable energy. The pile foundation of offshore wind turbines in Taiwan must resist the influences of waves, earthquakes, typhoons, and other natural forces.The research simulates fatigue effect caused by long-term lateral loads, which is developed from wind and wave, and this also investigates the loading behavior of pile foundation that carries long-term cyclic lateral loads.The research uses model pile made of polypropylene to simulate the response of flexible pile subject to lateral loading. The study applies regression analysis model to examine the nonlinear response of pile foundation.

In this research, it demonstrates designs of instruments and plans series of experiments to discuss the behavior of piles subject to lateral loading. This study will use Chunan sand to prepare the model ground by a mobile pluviator. Two sets of static ultimate lateral pile load tests will be carried out first in the model grounds with two kinds of relative densities. According to static ultimate lateral pile load tests to determine the loading amplitude of one-way cyclic lateral pile load tests. Eight sets of one-way cyclic lateral pile load tests will be performed by considering different densities and stress levels of long-term cyclic loads, to obtain permanent displacement and pile stiffness of pile foundation under long-term cyclic lateral loading.This research derives subgrade reaction coefficient of pile-soil system from static p-y curve, and comprehend the influence of subgrade reaction coefficient under cyclic lateral loading from dynamic p-y curve. Lastly, research offers the comparison of p-y curves between the test result and API and Reese.

摘要    I
ABSTRACT    II
目錄    IV
表目錄    IX
圖目錄    XI
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    2
1-3    論文架構    2
第二章    文獻回顧    4
2-1    美國石油協會與挪威驗船協會建議之p-y曲線    4
2-1-1    API與DNV建議之砂土p-y曲線    4
2-1-2    API與DNV建議之軟弱黏土p-y曲線    7
2-2    Reese et al.（1974）建議之p-y曲線    11
2-2-1    Reese et al.（1974）建議砂土之p-y曲線    11
2-2-2    Reese et al.（1974）建議堅硬黏土之p-y曲線    16
2-2-3    Reese et al.（1974）建議軟岩之p-y曲線    19
2-3    樁基礎受水平側向力之相關研究    21
2-3-1    Li et al. (2010)    21
2-3-2    Long et al. (1994)    25
2-4    樁基礎受側向載重之分析方法    28
2-4-1    Winker梁之彈簧基礎分析法    28
2-4-2    國內設計規範    28
2-4-3    地盤變形係數    29
第三章    試驗設備與試驗方法    32
3-1    試驗規劃與設計    32
3-2    試驗砂樣及基本性質    32
3-3    試驗儀器設備    34
3-3-1    試驗儀器設備    34
3-3-2    模型試驗箱    35
3-3-3    模型樁    35
3-3-4    荷載施加設備    36
3-3-5    雷射位移計    36
3-3-6    荷重計    37
3-4    試驗方法與步驟    45
3-4-1    模型計測樁之校正    45
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
3-4-4    Labview控制記錄軟體    49
第四章    試驗結果與討論    55
4-1    試驗規劃    55
4-2    極限載重側推試驗(Dr=60%)    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試驗結果討論    67
4-3    極限載重側推試驗(Dr=80%)    69
4-3-1    S3-test試驗結果    69
4-3-2    S4-test試驗結果    73
4-3-3    S3-test與S4-test試驗結果討論    77
4-4    樁身回歸分析方式    79
4-4-1    分析原理    79
4-4-2    分析方式    80
4-5    樁身反應回歸分析結果    86
4-5-1    分析流程與方向定義    86
4-5-2    S1-test回歸分析結果    88
4-5-3    S2-test回歸分析結果    93
4-5-4    S3-test回歸分析結果    98
4-5-5    S4-test回歸分析結果    103
4-6    S1-test、S2-test、S3-test及S4-test綜合討論    108
4-6-1    S1-test與S2-test之p-y曲線    108
4-6-2    S3-test與S4-test之p-y曲線    110
4-6-3    p-y曲線特性討論    112
4-6-4    日本建築學會-水平地盤反力係數    118
4-6-5    API及Reese 建議砂土p-y曲線    122
4-7    單向反覆載重側推試驗(Dr=60%)    128
4-7-1    C1-test 試驗結果    130
4-7-2    C2-test試驗結果    138
4-7-3    C3-test試驗結果    146
4-7-4    C4-test試驗結果    154
4-7-5    單向反覆側推試驗結果討論    162
4-7-6    C1-test 樁身反應回歸分析結果    168
4-7-7    C2-test 樁身反應回歸分析結果    176
4-7-8    C3-test 樁身反應回歸分析結果    184
4-7-9    C4-test 樁身反應回歸分析結果    192
4-8    單向反覆載重側推試驗(Dr=80%)    200
4-8-1    C5-test試驗結果    202
4-8-2    C6-test試驗結果    210
4-8-3    C7-test試驗結果    218
4-8-4    C8-test試驗結果    226
4-8-5    單向反覆側推試驗結果討論    234
4-8-6    C5-test樁身反應回歸結果    240
4-8-7    C6-test樁身反應回歸結果    248
4-8-8    C7-test樁身反應回歸結果    256
4-8-9    C8-test樁身反應回歸結果    264
4-9    地盤反力係數受反覆側推作用之影響    272
第五章    結論與建議    280
5-1    結論    280
5-2    建議    283
參考文獻    284

                                

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3. Long, J.H., and Vanneste, G., “Effects of Cyclic lateral loads on piles in sand,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 120(1), pp. 225-244 (1994).

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5. Reese, L.C., Cox, W.R., and Koop, F.D., “Analysis of laterally loaded piles in sand,” Proceedings of the Sixth Annual Offshore Technology Conference, Houston, Texas, Vol. 2, pp.473-485 (1974).

6. Reese, L.C., “Analysis of Laterally loaded piles in weak rock,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 123(11), pp. 1010-1017 (1997).

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10. Chiou, J.S., Chen, C.H., Chen, Y.C., “Deducing pile responses and soil reactions from inclinometer data of a leteral load test, ” Japanese Geotechnical Society, Vol. 48, No. 5. pp. 609-620 (2008).

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14. 黃俊鴻、楊志文，「基樁載重試驗承載力判釋方法之探討與建議」，地工技術雜誌，第八十期，第5-16頁(2001)。

15. 邱俊翔、陳正興、楊鶴雄，「樁基礎非線性側推分析之樁材塑鉸設定方法」，國家地震工程研究中心研究報告，No. 12，(2008)。

16. 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)。

17. 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)。
18. 林郁庭，「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」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2013)。
19. 呂昕澔，「以離心模型模擬離岸風機單樁受反覆水平側推行為」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2013)。
20. 林昌良，「飽和砂中模型樁之側向載重試驗」，碩士論文，國立台灣大學土木工程學系，台北(2011)。

21. 葉品毅，「煤灰地盤樁基礎承載行為之研究」，博士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2015)。

22. 許志瑋，「基樁受側向載重之模型試驗設計與分析」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢(2015)。

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