以動態離心試驗模擬可液化地盤中離岸風機單樁基礎之受震反應

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表

研究生：	呂振榮 Chen-jung Lu
論文名稱：	以動態離心試驗模擬可液化地盤中離岸風機單樁基礎之受震反應
指導教授：	李崇正 Chung-jheng Lee
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：	2014
畢業學年度：	103
語文別：	中文
論文頁數：	242
中文關鍵詞：	土壤液化、縮尺模型、離心模型試驗、單樁基礎、地盤反力係數、超額孔隙水壓
外文關鍵詞：	soil liquefaction, centrifuge modeling, centrifuge model test, mono-pile foundation, coefficient of dynamic horizontal subgrade reaction, excess pore water pressure
相關次數：	點閱：22 下載：0
分享至:	分享至facebook 分享至twitter

查詢本校圖書館目錄查詢臺灣博碩士論文知識加值系統勘誤回報

近年來二氧化碳排放問題與溫室效應日益嚴重，導致自然環境受
到重大的破壞，且溫室效應的影響以及用電量與日俱增，進而造成電
力不足的問題日趨嚴重。再加上國際原油供應短缺導致油價高漲，而
臺灣大部分的能源依賴進口燃料進行火力發電，臺灣除了節約能源之
外，急需潔淨而永續的、低汙染的再生能源。因此離岸風機被視為重
要替代能源之選擇，故本研究將以離心模型試驗模擬並探討單樁基礎
受震產生土壤液化時的反應。本研究利用離心模型試驗，模擬臺灣離
岸風力發電機組之單樁基礎的受震反應，在此原則下設計並建造單樁
基礎的縮尺模型。此模型採用二階段縮尺，將現地尺寸折減後再進行
縮尺模型，設計方式為單樁基礎先折減成原型尺寸35%的1g 模型，
再利用尺度定律進行80g 的離心縮尺模型進行離心模型試驗。為了探
討在基礎發生土壤液化時單樁基礎的反應，必須取得土壤完整的動態
參數，將在風機基礎模型中裝設各型的感測器陣列，來了解土壤液化
時地盤反力係數的變化，以及在受震的情況下，基礎土壤側向的抵抗
力、樁身的側向位移、旋轉量及彎矩的變化，探討風機基礎的受震反
應以及基樁設計的安全性。

In recent years, the problem of carbon dioxide emissions and
greenhouse effect growing, causing great damage to the environment, and
the impact of the greenhouse effect and increasing electricity consumption,
causing serious problem of power shortage. The international crude oil
prices increase is resulting in supply shortages, and most of the energy
dependence on imported to fuel thermal power generation in Taiwan,
Taiwan in addition to energy savings, in urgent need of clean and
sustainable, less polluting renewable energy. Therefore offshore wind
turbine is considered an important choice of alternative energy, so this
research using centrifuge model test to simulate and study the seismic
response of mono-pile foundation when soil liquefaction. In this study, we
using centrifuge model test to simulate the seismic response of mono-pile
foundation for offshore wind turbines in Taiwan, the design and
construction of mono-pile foundation is under this principle. This model
uses two-stage scaling, the prototype size reduction to 35% of 1g model at
first, and reduction to 80g scale model of centrifuge at second time. To
study the response of the mono-pile foundation when soil liquefaction
occurs, must to get all soil dynamic parameters, sensor arrays will be
installed in wind turbine foundation model, to understand the variation of
lateral soil resistance, lateral displacement of the pile, rotation angle and
bending moment when earthquake happening, so we can study the seismic
response of mono-pile foundation and pile design safety.

摘要...................................................... I
ABSTRACT ............................................... II
致謝.................................................... III
目錄..................................................... V
表目錄.................................................. VIII
圖目錄................................................... IX
符號說明................................................. XIV
第一章 緒論................................................ 1
1-1 前言 ................................................. 1
1-2 研究動機與目的 ......................................... 1
1-3 研究方法 .............................................. 2
1-4 論文架構 .............................................. 2
第二章 文獻回顧............................................. 3
2-1 土壤動態行為的相關研究 .................................. 3
2-1-1 地震加速度之分析 ..................................... 3
2-2 基樁受震行為相關研究 .................................... 4
2-2-1 基樁的塑性行為 ....................................... 4
2-2-2 樁基礎自然週期的影響 .................................. 5
2-2-3 以離心試驗模擬單樁基礎之受震反應 ........................ 5
2-3 基樁水平載重相關研究 .................................... 6
2-3-1 基樁在黏土中的p-y 曲線................................. 6
2-3-2 利用p-y 曲線評估樁的側向受力............................ 7
2-3-3 以離心試驗模擬風機單樁基礎受反覆水平側推 .................. 7
2-4 土層的水平地盤反力係數 .................................. 8
2-5 樁基礎的側向變位分析 .................................... 8
2-6 離心模型基本原理 ....................................... 8
2-6-1 離心模型的因次分析 ................................... 9
2-6-2 科氏加速度的影響 .................................... 11
2-6-3 模型模擬的觀念 ...................................... 11
2-7 建築物基礎構造設計規範 .................................. 12
2-8 美國石油協會(API)建議之P-Y 曲線 ......................... 13
第三章 試驗設備與方法....................................... 30
3-1 試驗設備與儀器 ........................................ 30
3-1-1 大地工程離心機 ...................................... 30
3-1-2 振動台控制系統與資料擷取系統 .......................... 31
3-1-3 移動式霣降儀 ....................................... 31
3-1-4 積層版試驗箱 ....................................... 31
3-1-5 模型計測樁 ......................................... 32
3-1-6 線性差動變壓器(LVDT)................................. 32
3-1-7 加速度計 ........................................... 32
3-1-8 孔隙水壓計 ......................................... 33
3-1-9 雷射位移計(LDT) .................................... 33
3-2 試驗土樣 ............................................ 33
3-3 試驗準備與流程 ....................................... 33
3-3-1 積層版試驗箱組立 .................................... 33
3-3-2 安裝模型樁 ......................................... 34
3-3-3 試體土樣準備 ........................................ 34
3-3-4 土樣飽和 ........................................... 35
3-4 試驗步驟 ............................................. 36
第四章 試驗數據與分析....................................... 51
4-1 試驗條件 ............................................ 51
4-2 試體升G 過程造成之變化量................................ 52
4-2-1 升G 過程造成之相對密度變化 ........................... 52
4-2-2 升g 過程中樁身撓曲彎矩之變化 .......................... 53
4-3 輸入振動事件所造成之變量 ............................... 53
4-3-1 振動事件中試體沉陷量之變化 ............................ 53
4-3-2 試體在振動事件中之加速度歷時 ........................... 54
4-3-3 樁頭質量塊在振動事件中之加速度歷時 ...................... 55
4-3-4 試體之超額孔隙水壓歷時以及超額孔隙水壓比歷時 .............. 57
4-3-5 受震時樁身撓曲彎矩之變化 .............................. 59
4-4 樁身彎矩分析方法 ....................................... 60
4-4-1 樁身彎矩沿深度之曲線 ................................. 62
4-4-2 反力沿深度之變化 .................................... 63
4-4-3 樁身變位沿深度之變化 ................................. 63
4-5 試體受震之樁頭位移、樁身在地表面之位移、樁身旋轉角 ........... 63
4-6 積層版試驗箱之側向位移歷時 .............................. 64
4-7 樁頭質量塊及土層之頻率 ................................. 64
4-8 受震時土層中不同深度之P-Y 曲線 .......................... 65
4-9 基樁變形行為之分類 ..................................... 69
第五章 結論與建議......................................... 190
5-1 結論 ............................................... 190
5-2 建議 ............................................... 192
參考文獻................................................. 193
附錄A 風機單樁基礎離心模型設計 .............................. 196
附錄B 樁身彎矩回歸方程式係數 ............................... 206
                                

1. Chang. Y. L., and Feagin, L.B., “Change on lateral pile-loading tests,” Transaction of
the American Society of Civil Engineers, Vol. 102, No. 1959, pp. 272-278 (1937).
2. Terzaghi, K., “Evaluation of coefficients of subgrade reaction,” Geotechnique, Vol. 5,
No. 4, pp. 297-326 (1955).
3. Reese, L.C., and Matlock, H., “Non-dimensional solutions for laterally loaded piles
with soil modulus assumed proportional to depth,” Proceedings of the Eighth Texas
Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, University of Texas,
Austin, Texas (1956).
4. Matlock, H.,“Correlation for design of laterally loaded piles in soft clays,”
Offshore Technology Conference, Houston, Texas, pp. 577-594 (1970).
5. Reese, L.C., Cox, W.R., and Koop, F.D., “Analysis of laterally load piles in sand,”
Proceedings of Fifth Annual Offshore Technology Conference, Houston, Texas, Vol.
2, pp. 473-485 (1974).
6. Seed, H.B., Idriss, I.M., Makdisi, F., and Banerji, N., “Representation of irregular
stress time histories by equivalent uniform stress series in liquefaction analysis,”
Report No. EERC 75-29, Earthquake Engineering Research Center, University of
California, Berkeley, California (1975).
7. Reese, L. C., and Welch, R. C., “Lateral loading of deep foundations in stiff clay,”
Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 101, pp. 633-649, (1975).
8. Zeghal, M., Elgamal, W., Tang, H. T., and Stepp, J. C.,“Lotung downhole array. II:
Evaluation of soil nonlinear properties, ” Journal of Geotechnical Engineering,
Vol. 121, pp. 363-378 (1995).
9. API, “Recommended practice for planning, designing, and constructing fixed
offshore platforms—working stress design,” RP 2A ( 2014).
10. Tokimatsu, K., Suzuki, H., and Sato, M., “Effects of inertial and kinematic
interaction on seismic behavior of pile with embedded foundation,” Soil Dynamics
and Earthquake Engineering, Vol. 25, pp. 753-762 (2005).
11. Fukushima, H., Nishimoto, S., and Tomisawa, K., “Coefficient of dynamic
horizontal subgrade reaction of pile foundations on problematic ground in
Hokkaido,” Proceedings of the Sixth International Conference on Physical
Modelling in Geotechnics, Hong Kong, China, Vol. 1, pp. 993-1000 (2006).
12. Liang, Y. R., Shatnawi, S. E., and Nusairat, J., “Hyperbolic P-Y Criterion for
Cohesive Soils,“ Jordan Journal of Civil Engineering, Vol. 1, No. 1, pp. 38-58
(2007).
13. Jeong, S., Kim, Y., and Kim, J.,“Influence on lateral rigidity of offshore piles using proposed p–y curves, ”Ocean Engineering, Vol. 38, pp. 397-408 (2011).
14. Boulanger, R. W., Wilson, D, W., Idriss, I. M.,”Examination and Reevalaution of
SPT-Based Liquefaction Triggering Case Histories,”Journal of Geotechnical and
Geoenvironmental Engineering, Vol. 138, pp. 898–909 (2012).
15. Chang, J. B., Hutchinson, C. T.,“Experimental investigation of plastic demands in
piles embedded in multi-layered liquefiable soils, ”Soil Dynamics and Earthquake
Engineering, Vol. 49, pp. 146-156 (2013).
16. 李崇正，「離心模型試驗的原理與應用」，實驗土壤力學講義，第五章，第
106-134 頁 (2012)。
17. 中華民國交通部，「公路橋樑耐震設計規範」，中華民國 (2009)。
18. 中華民國內政部營建署，「建築技術規則」，中華民國 (2014)。
19. 中華民國大地工程學會，「建築物基礎構造設計規範」，中華民國 (2001)。
20. 李崇正、陳慧慈、魏雨辰、鄺伯軒、連紘震、洪汶宜、何泰源、吳文隆，「以
離心模型振動台試驗模擬砂土層液化行為」，地工技術，第125 期，第95-104
頁 (2010)。
21. 歐晉德，「基樁之側向支承力」，地工技術，第18 期，第60-68 頁 (1987)。
22. 張有齡、周南山，「張氏簡易側樁分析法(上篇:靜力部份)」，地工技術，第25
期，第64-82 頁 (1989)。
23. 陳家漢、翁作新，「可能液化地盤中模型樁振動台試驗」，地工技術，第125
期，第35-44 頁 (2010)。
24. 陳泓文，「砂土坡地井樁受側向力之離心機模型試驗」，博士論文，國立中央
大學土木工程學系，中壢 (1999)。
25. 鍾明劍，「樁基礎最佳化設計之研究」，博士論文，國立中央大學土木工程學
系，中壢 (2006)。
26. 黎杰侖，「沖刷樁基承受側向載重之變位分析」，碩士論文，國立成功大學土
木工程學系，台南 (2006)。
27. 周志維，「表面波譜法於評估現地土壤剪力波速之應用研究」，碩士論文，國
立成功大學土木工程學系，台南 (2006)。
28. 黃俊忠，「側向荷重樁求取樁頭變位簡易分析法之研究」，碩士論文，國立成
功大學土木工程學系，台南 (2007)。
29. 呂韋成，「不同樁排列方式之自承式鋼軌樁擋土系統之離心模擬」，碩士論文，
國立中央大學土木工程學系，中壢 (2008)。
30. 周廷韋，「以離心模型試驗擬基樁反覆抗壓及拉拔之行為」，碩士論文，國立
中央大學土木工程學系，中壢 (2008)。
31. 郭玉潔，「探討積層板試驗箱進行動態離心模型試驗之邊界效應」，碩士論文，
國立中央大學土木工程學系，中壢 (2009)。
32. 王崇儒，「利用壓電彎曲元件探查離心砂土模型剪力波波速剖面及其工程上的
應用」，碩士論文，國立中央大學土木工程學系，中壢 (2010)。
33. 鄺柏軒，「利用動態離心模型試驗模擬砂土層之剪應力與剪應變關係」，碩士
論文，國立中央大學土木工程學系，中壢 (2010)。
34. 凃亦峻，「位於可液化砂土層中單樁基礎受震反應的離心模擬」，碩士論文，
國立中央大學土木工程學系，中壢 (2011)。
35. 凃亦峻，「單樁離心縮尺模型設計」，(2013)。
36. 陳賦舫，「利用彎曲元件量測孔隙水壓激發階段剪力波速之演化」，碩士論
文，國立中央大學土木工程學系，中壢 (2011)。
37. 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)。

簡易檢索 / 詳目顯示

相關論文