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研究生:王圍穩
研究生(外文):Wei-Wen Wang
論文名稱:壩體移除對河床變化之試驗研究與鋼管壩之鋼構安定分析
論文名稱(外文):Dam Removal Effects on Bed Form Variations and Structural Stability Analyses for the Steel Dam
指導教授:陳樹群陳樹群引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:水土保持學系所
學門:農業科學學門
學類:水土保持學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:壩體移除排砂量鋼構檢核
外文關鍵詞:Dam removalSediment dischargeSteel structural stability analyses
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藉由渠槽實驗於不同流量及渠床坡度,且採用混合粒徑之床砂及供給清水流沖刷,來模擬壩體移除實驗,移除壩體包括全封閉壩、切口壩、格子壩、A型壩、R型壩及複合型壩六種,探討不同壩體的拆除對於排砂量、泥砂淤積及移除方式之間相互關係。實驗結果發現,壩體拆除後,排砂量的多寡不僅受缺口大小影響,也因床砂在水流沖刷後所形成的粗化作用而減少;在拆除方式方面,分次拆除過程中,拆除時間延長而將泥砂分散排出,降低單位時間的排砂量,避免大量泥砂一次排出;淤砂斷面變化則在壩體移除後,將產生溯源侵蝕的現象,當壩體缺口越大時,對上游淘刷範圍也越大。
目前所設置鋼管壩,壩體安定檢算比照以往著重滑動、傾倒等計算,缺少鋼結構之安定檢核。因此本研究後續也提出鋼管壩之鋼構檢核方法作為參考,檢核項目包含Slenderness Ratio(細長比)、Axial Stress(軸應力比)、Bending Stress(彎曲應力比)、Combined Stress(組合應力比)及Sheer Stress(剪應力比),經結構軟體(MIDAS GEN)計算後,均須滿足鋼構造建築物鋼結構設計技術規範之要求,鋼結構檢核才算通過。
The experimentation of dam removal effect on bed form variations is simulated under the conditions of sediment mixtures, different discharges and channel bed slopes. Some types of dams are such as check dam、slit dam、grid dam 、A-type dam、R-type dam and multiple. It is discussed the relationship among the removal of different dams and sediment discharge、sediment deposited and the ways of removing. According to this experiment, after removing the dams, the amount of sediment discharge is affected not only because of of the opening depth but also due to the armor-layer which is caused by the bed after being scour. Moreover, it is found that when the dam removals are being processed, if the time of dam removal is extended, the sediment exported separately so that it reduce the sediment discharge in the time unit to avoid the situation of large amount of sediment discharge at the same time. Finally, the changes of cross sections became the situation of headcutting which means the scouring rang extend with increasing opening depth.
Currently, the setups of steel dams are based on the former calculation such as sliding and toppling but lacking the sustainable examination of the structure of steels. Therefore, in this essay, it is referred to the ways of examinations, which includes Slenderness Ratio, Axial Stress, Bending Stress, Combined Stress and Sheer Stress, of the steel structure of the steel dams. The examination of steel structure will be passed after calculating via MIDAS GEN under the condition of the result meeting the demand of regulations of the designing techniques of steel structure buildings.
摘 要 I
目 錄 III
圖 目 錄 V
表 目 錄 VIII
一、 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
二、 文獻回顧 2
2.1 防砂壩之簡介 2
2.2 防砂壩對河床輸砂及生態之影響 3
三、 實驗設計及實驗流程 7
3.1 實驗器材 7
3.1.1 實驗渠槽 7
3.1.2 淤砂斷面量測儀器 8
3.1.3 鋪設礫石設計 9
3.2 壩體模型設計 9
3.2.1 全封閉壩 9
3.2.2 切口壩 10
3.2.3 格子壩 10
3.2.4 A型壩 10
3.2.5 R型壩 11
3.2.6 複合型壩 11
3.3 拆除方式 12
3.3.1 全封閉壩、切口壩 12
3.3.2 格子壩 13
3.3.3 A型壩、R型壩、複合型壩 14
3.4 實驗流程 16
3.5 實驗條件 17
四、 實驗結果與分析 19
4.1 沖刷現象觀察 19
4.1.1 全封閉壩、切口壩 19
4.1.2 格子壩 20
4.1.3 A型壩、R型壩、複合型壩 21
4.1.4 小結 24
4.2 排砂量分析 24
4.2.1 壩體缺口形狀所對應排砂量 25
4.2.2 總排砂量分析 33
4.2.3 壩體拆除方式與排砂量之比較 40
4.3 泥砂濃度變化 42
4.4 排砂量與壩體形狀因子分析 46
4.5 河床淤砂斷面變化 47
五、 鋼管壩之安定檢算 54
5.1 鋼管壩相關文獻搜集 54
5.1.1 鋼管壩之功能簡介 54
5.1.2 鋼管壩設計原則 57
5.1.3 鋼管壩之安定檢算 58
5.2 分析方法 59
5.2.1 作用力計算及安全檢討 59
5.2.2 鋼結構之檢核(MIDAS GEN 7.2) 63
5.3 分析結果 67
5.3.1 格子壩之壩體安定檢算 67
5.3.2 利用MIDAS軟體檢核鋼管壩之鋼結構 70
5.3.3 鋼管壩之鋼結構降伏應力檢算 75
5.3.4 鋼管壩之鋼構成本分析比較 78
六、 結論與建議 80
6.1 結論 80
6.2 建議 80
參考文獻 81
附 錄 84
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