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研究生:周俊杰
研究生(外文):Chun-Chieh Chou
論文名稱:邊界距離變化對模型樁在循環側推過程中樁身力學行為影響的探討
論文名稱(外文):A Study of the Effects of the Change of Boundary Distance on the Behavior of Model Piles under Cyclic Lateral Displacement
指導教授:陳廣祥陳廣祥引用關係
指導教授(外文):Kuang-hsiang Chen
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木工程所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:121
中文關鍵詞:模型樁彎矩邊界效應邊界土壓力反覆側推
外文關鍵詞:momentboundary effectthe boundary soil pressurelateral cyclic displacementmodel pile
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本研究藉由四種尺寸方形斷面之模型樁施以循環側推,並改變模型樁至邊界距離進行室內模型實驗,探討模型樁在循環側推過程中,邊界距離變化對試驗邊界土壓力及樁身彎矩的影響。試驗結果顯示,模型樁在側推過程中,邊界各深度土壓力隨著循環次數增加,所測得之土壓力皆亦隨之增加,顯示土壤在模型樁反覆側推循環次數越多則越趨緊密,亦即循環次數越多,受到邊界效應影響程度也越高;在距離邊界越遠之處進行模型樁反覆側推,邊界各深度所量測到之土壓力與樁頭反力百分比越小,即所受到邊界的影響越低;而在距離邊界越近的位置進行模型樁反覆側推時,樁頭反力也越大,表示受到邊界影響,樁頭反力部分由邊界所提供,並非完全由所砂土提供。縮小樁尺寸能降低邊界效應之影響,而在距離邊界25倍樁邊長以上進行模型樁反覆側推時相較於其他距離之下,模型樁尺寸對邊界土壓力之影響即可忽略。模型樁在進行反覆循環側推時距邊界距離越近,樁身各點彎矩也越大,並且隨循環次數的增加,邊界距離變化對樁身彎矩之影響越明顯,且樁身各點彎矩也越大。邊界效應對模型樁在進行反覆循環側推時的影響範圍會隨著樁尺寸的不同而有所不同。
目 錄
中文摘要................................................................................................. I
英文摘要............................................................................................... II
目錄...................................................................................................... IV
圖目錄................................................................................................. VII
表目錄............................................................................................... XIV

第一章 緒論..........…………………….….…………………..…... 1
1-1 前言………………………………………………………………. 1
1-2 研究目的與方法............................................................................. 2
1-3 研究內容......................................................................................... 2

第二章 文獻回顧…………....……..…………...…………..….. 4
2-1 引言………………………............................................................. 4
2-2 垂直樁承受側向力作用…............................................................. 4
2-3 垂直樁承受側向力反覆作用......................................................... 6
2-4 相關模型樁實驗研究..................................................................... 6
2-5 垂直單樁受到側向載重時之土壤反力分佈情形…………….… 8
2-6側向荷重基樁之影響範圍……………………………..……….... 9

第三章 試驗設備及方法........................................................... 16
3-1 引言............................................................................................... 16
3-2 試驗材料....................................................................................... 16
3-2-1 試驗砂................................................................................ 16
3-2-2 試驗用模型樁.................................................................... 17
3-3 試驗儀器及設備........................................................................... 17
3-3-1 試驗砂箱……………........................................................ 17
3-3-2 數據量測及擷取系統........................................................ 18
3-3-3 推進控制系統…………….…………………………… 20
3-4 試驗步驟....................................................................................... 20
3-5 試驗內容....................................................................................... 22
3-5-1 試驗設計…………....................................................…… 22
3-5-2 試驗數據計算…........................................................…… 23

第四章 試驗結果及討論............................................................ 42
4-1 前言............................................................................................... 42
4-2 模型樁在側推過程中土壓力分佈情形....................................... 42
4-2-1 循環次數對邊界土壓力之影響………………………… 42
4-2-2 樁與邊界距離變化對邊界土壓力之影響……………… 43
4-2-3 樁尺寸變化對邊界土壓力之影響……………………..... 43
4-2-4側推過程中土壓力之最大值………………………………. 44
4-3模型樁在側推過程中樁身彎矩分佈情形.................................... 44
4-3-1邊界距離對樁身彎矩之影響………….………………… 45

第五章 結論與建議....................................................................... 97
5-1 結論............................................................................................... 97
5-2 建議............................................................................................... 98

參考文獻............................................................................................ 99

圖 目 錄
圖2-1 基樁承受側向荷重之力量系統.............................................. 10
圖2-2 基樁與土壤互制之應力關係圖.............................................. 10
圖2-3 基樁承受側向載重之簡化作用力系統.................................. 11
圖2-4 基樁承受側向荷重之行為(a)主動樁................................ 12
圖2-4 基樁承受側向荷重之行為(b)被動樁................................ 12
圖2-5 基樁受力後反力情況(a)頂部自由基樁反力情況.................. 13
圖2-5 基樁受力後反力情況(b)頂部拘束基樁反力情況.................. 13
圖2-6 (a)樁頭自由短樁在非凝聚性土壤受到側向載重後應力分佈的示意………………………………….………………..…… 14
圖2-6 (b)樁頭固定短樁在非凝聚性土壤受到側向載重後內力分佈的示意…………………………………..…………………… 14
圖2-7 (a)樁頭自由長樁在非凝聚性土壤受到側向載重後應力分佈的示意...................................................................................... 15
圖2-7 (b)樁頭固定長樁在非凝聚性土壤受到側向載重後內力分佈的示意...................................................................................... 15
圖3-1 粒徑分佈曲線圖...................................................................... 26
圖3-2 砂土密度與落距關係圖.……………………………………. 26
圖3-3 樁頭束制情形.………………………………..………..……. 27
圖3-4 內、外鋼槽(霣降裝置)……………………...……………… 27
圖3-5 土壓計尺寸示意圖…………………………..……………… 28
圖3-6 應變計.………………………………………………………. 28
圖3-7 信號調節器…………………………..……………………… 29
圖3-8 數據擷取卡……………………………..…………………… 29
圖3-9 頻道擴充卡………….…………………...……..…………… 30
圖3-10 拉線式位移計(linear wire potentiometer)…………..….. 30
圖3-11 推進控制馬達………………………..……..……………… 31
圖3-12 荷重計(load cell)…………………..………….………….... 31
圖3-13 試驗砂置備…………………………….………...………… 32
圖3-14 霣降情形………………………………..…..…………….... 32
圖3-15 鋼槽軌道架設…………………………………………….... 33
圖3-16 拉線式位移計之架設…..………..……………………..….. 33
圖3-17 上視圖………………………..…………………………...... 34
圖3-18 裝置完成…………………………………...………………. 34
圖3-19 裝置完成示意圖……………..……………………….……. 35
圖3-20 土壓計之電壓值與單位載重關係圖…………...…………. 35
圖3-21 拉線式位移計之電壓值與實際長度關係圖………......….. 36
圖4-1 樁斷面邊長19mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力變化關係圖……………………..………………………………..….. 47
圖4-2 樁斷面邊長25mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力變化關係圖……………………..……………………........................ 47
圖4-3 樁斷面邊長32mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力變化關係圖.......................................................................................... 48
圖4-4 樁斷面邊長38mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力變化關係圖.......................................................................................... 48
圖4-5 樁斷面邊長19mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比變化圖……………………...…... 49
圖4-6 樁斷面邊長25mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比變化圖………………..……..….. 49
圖4-7 樁斷面邊長32mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比變化圖……………………….…. 50
圖4-8 樁斷面邊長38mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比變化圖………………………..… 50
圖4-9 第1次循環下樁斷面邊長為19mm及38mm在與邊界距離相同時,各深度之邊界土壓力與樁頭反力百分比…….......... 51
圖4-10 第5次循環下樁斷面邊長為19mm及38mm在與邊界距離相同時,各深度之邊界土壓力與樁頭反力百分比………...... 51
圖4-11 第10次循環下樁斷面邊長為19mm及38mm在與邊界距離相同時,各深度之邊界土壓力與樁頭反力百分比………...... 52
圖4-12 (a)、(b)、(c)、(d)樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值……………………………..….……………. 53
圖4-13 (a)、(b)、(c)、(d)樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值……………………………..….……………. 54
圖4-14 (a)、(b)、(c)、(d)樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值……………………………..….……………. 55
圖4-15 (a)、(b)、(c)、(d)樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值……………………………..….……………. 56
圖4-16 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 57
圖4-17 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 57
圖4-18 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 58
圖4-19 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 58
圖4-20 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 59
圖4-21 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 59
圖4-22 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 60
圖4-23 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 60
圖4-24 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 61
圖4-25 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 61
圖4-26 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 62
圖4-27 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 62
圖4-28 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 63
圖4-29 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 63
圖4-30 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 64
圖4-31 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下樁身彎矩分佈情形………………………... 64
圖4-32 樁斷面邊長19mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第1次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 65
圖4-33 樁斷面邊長19mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第5次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 65
圖4-34 樁斷面邊長19mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第10次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…. 66
圖4-35 樁斷面邊長25mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第1次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 66
圖4-36 樁斷面邊長25mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第5次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 67
圖4-37 樁斷面邊長25mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第10次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…. 67
圖4-38 樁斷面邊長32mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第1次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 68
圖4-39 樁斷面邊長32mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第5次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 68
圖4-40 樁斷面邊長32mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第10次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…. 69
圖4-41 樁斷面邊長38mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第1次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 69
圖4-42 樁斷面邊長38mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第5次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…... 70
圖4-43 樁斷面邊長38mm之模型樁,在距邊界5D、10D、15D、25D,第10次循環時最大位移4cm之下彎矩隨深度分布圖…. 70

表 目 錄
表3-1 篩分析試驗之數據結果………………….…….………...…. 37
表3-2 試驗砂土之一般物理性質………………………………….. 37
表3-3 霣降高度與相對密度之數據結果………………...….…….. 38
表3-4 模型試驗樁之詳細尺寸…………………………………...... 39
表3-5 模型樁與邊界距離………………………………………….. 39
表3-6 土壓計率定試驗結果……………………………………….. 39
表3-7 拉線式位移計拉出長度與控制器上顯示之長度關係.….. 40
表3-8 試驗模型方形空心樁之彈性模數 值………………….….. 41
表4-1 樁斷面邊長19mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力.….. 71
表4-2 樁斷面邊長25mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力.…. 71
表4-3 樁斷面邊長32mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力….. 72
表4-4 樁斷面邊長38mm之模型樁在距邊界5D、10D、15D及25D之側推過程中,第1、5、10次循環各深度下之土壓力... 72
表4-5 樁斷面邊長19mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比…………………………………... 73
表4-6 樁斷面邊長25mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比…………………………………... 74
表4-7 樁斷面邊長32mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比…………………………………... 75
表4-8 樁斷面邊長38mm之模型樁在距邊界各距離下,邊界各深度之土壓力與樁頭反力百分比…………………………………... 76
表4-9 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值.. 77
表4-10 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值.. 78
表4-11 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值.. 79
表4-12 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離5D、10D、15D、D25時,第1、5、10次循環邊界各深度土壓力之最大值.. 80
表4-13 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 81
表4-14 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 82
表4-15 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 83
表4-16 樁斷面邊長為19mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 84
表4-17 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩…………………………………... 85
表4-18 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 86
表4-19 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 87
表4-20 樁斷面邊長為25mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 88
表4-21 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 89
表4-22 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 90
表4-23 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 91
表4-24 樁斷面邊長為32mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 92
表4-25 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離5D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 93
表4-26 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離10D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 94
表4-27 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離15D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 95
表4-28 樁斷面邊長為38mm之模型樁在與邊界距離25D時,側推至位移±4cm之下的樁身彎矩………………………………... 96
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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