臺灣博碩士論文加值系統

本研究採用前人於台北捷運文湖線之振動量測資料，進一步分析捷運行駛引致之地盤振動特徵。文湖線之結構由橋樑設有深基礎組成，而土層形式主要為沖積土層。本研究針對低-中-高頻率帶與21個各別頻率之分析結果進行討論，以瞭解衰減係數及影響距離與土層、距離、頻率之相互關係。
分析結果顯示21個各別頻率之衰減係數介於0.001至0.0175 (1/m)之間。與剪力波速之關係呈現剪力波速越大衰減係數越小之趨勢，與頻率之間的關係則呈現頻率越高衰減係數越高的趨勢。
在影響距離方面，整體振動量之影響距離約在74 m與113 m之間，低頻率帶影響之影響距離為95 m至273 m之間，中頻率帶之影響距離介於116 m至274 m之間，而高頻率帶之影響距離介於45 m至75 m之間。主要影響距離之控制頻率為低頻率帶以及中頻率帶，高頻率帶帶之影響距離則較短。
在21個各別頻率分析中，影響距離介於100 m與750 m之間，呈現剪力波速越高影響距離越短之趨勢。分析5個測點各班次列車之影響距離，主要影響距離之控制頻率分別為8、10、10、20、20 (Hz)，頻率集中於低頻率帶及中頻率帶。
台北捷運與高速鐵路之分析結果比較顯示，捷運之衰減係數大於高鐵之衰減係數，捷運之影響距離小於高鐵之影響距離。主要原因可能為車身長度、車體重量、車速等因素，造成能量傳遞之快慢及遠近。

This study used the previous measurement data to further analyze the ground vibration characteristics for Taipei WenHu MRT line. The main structure type for Taipei WenHu MRT line is viaduct with deep foundation, and the soil type is alluvial deposit. This study focused on the analysis of various frequency types, including low frequency range, middle frequency range, high frequency range, overall frequency range, and 21 individual frequencies, to observe the relationships between the attenuation coefficient or influence distance and soil type, measurement distance, and frequency.
The attenuation coefficient for 21 individual frequencies ranges from 0.001 to 0.0175 (1/m). The results show that the higher of ground shear wave velocity, the lower of attenuation coefficient is. Meanwhile, the attenuation coefficient increases while the frequency is higher.
For the analysis of influence distance, the influence distances of overall, low, middle and high frequency ranges are 74-113 m, 95-273 m, 116-274 m, and 45-75 m, respectively. The main frequency with larger influence distance happens at low and middle frequency ranges. However, the influence distance in the high frequency range is shorter.
The influence distances for 21 individual frequencies are between 100 and 750 m. Furthermore, the influence distance reduces with increasing ground shear wave velocity. Based on these analyses of 5 measurement sites, the main controlled frequency of influence distance is 8, 10, 10, 20, 20 Hz for each site. These controlled frequencies mainly happen at low and middle frequencies.
Comparing the Taipei MRT and Taiwan high-speed trains, analysis results show that the attenuation coefficient of MRT is higher than that of high-speed trains and the influence distance of MRT is smaller than that of high-speed trains. The reasons may be attributed to the difference of rail length, rail weight and train speed, etc.

摘要.............................................................................................................I
ABSTRACT..............................................................................................III
致謝..........................................................................................................IV
目錄........................................................................................................... V
表目錄................................................................................................... ...IX
圖目錄................................................................................................... ....X
第一章 緒論............................................................................................1
1.1 前言.................................................................................................1
1.2 研究動機與目的.............................................................................1
1.3 研究方法與內容.............................................................................2
第二章 文獻回顧....................................................................................5
2.1 波傳原理.........................................................................................5
2.2 振動衰減模式.................................................................................8
2.3 捷運之振動文獻...........................................................................10
2.4 振動相關研究文獻回顧...............................................................14
第三章 列車振動量測與分析方法......................................................24
3.1 列車配置.......................................................................................24
3.2 現地量測......................................................................................26
3.2.1 量測儀器介紹.......................................................................26
3.2.2 量測工作與步驟...................................................................27
3.3 量測資料分析..............................................................................30
3.3.1 振動分析………...................................................................30
3.3.2 振動衰減經驗公式...............................................................35
3.3.3頻率之因素…........................................................................36
第四章 量測現地之基本資料.............................................................37
4.1 台北盆地之基本介紹..................................................................37
4.2 現地資料統計..............................................................................38
4.3 現地基本介紹..............................................................................39
第五章 遠域振波傳遞之衰減係數.....................................................51
5.1各頻率之衰減係數評估...............................................................51
5.2 剪力波速與衰減係數關係..........................................................53
第六章 遠域振振波傳遞之影響距離.................................................58
6.1各頻率之影響距離評估...............................................................58
6.2 剪力波速與影響距離關係..........................................................63
第七章 捷運與高鐵之比較討論...........................................................68
7.1 捷運與高鐵橋樑段衰減係數討論..............................................68
7.1.1 捷運與高鐵橋樑段之振動量衰減係數討論........................68
7.1.2 捷運與高鐵橋樑段之21個各別頻率衰減係數討論...........74
7.2 捷運與高鐵橋樑段影響距離討論...............................................76
7.2.1 捷運與高鐵橋樑段之振動量之影響距離討論....................76
7.2.2 捷運與高鐵橋樑段之21個各別頻率衰減係數討論...........82
第八章 結論與建議................................................................................84
8.1 結論...............................................................................................84
8.1.1 捷運衰減係數分析結果........................................................84
8.1.2 捷運影響距離分析結果........................................................85
8.1.3 捷運與高鐵比較之結果........................................................86

8.2 建議...............................................................................................88
參考文獻.................................................................................................90
附錄A 各測點之振動量、背景值總表...............................................96
附錄B 各測點之低-中-高頻率帶振動量.........................................102
附錄C 21個各別頻率之衰減係數總表...........................................108
附錄D 21個各別頻率之衰減距離總表............................................114
附錄E Bornitz 線振源衰減圖..........................................................120
表2-1 三種彈性波傳遞時能量所佔之比例
(Miller and Pursey 1955)…………………………..……..…..…7
表2-2 振動量之影響因子 (FRA 1998)………………………….......21
表2-3 FRA及FTA對列車行駛引致振動所訂之規範標準……......22
表3-1 1/3八音階頻帶 (ANSI 1993) ………………….………….....34
表3-2 低-中-高頻帶分布…….………….…………………………...36
表4-1 台北盆地於不同年代之地層介紹(台北博物季刊，61期)…38
表4-2 各測點之基本資料……………….……………………….......39
表5-1 各測點以及各班次之衰減數……………………………........52
表5-2 最大及最小平均衰減係數統計…………………………........53
表6-1 整體頻率之影響距離………………...…….............................59
表6-2 低頻率帶之影響距離……………...…….................................59
表6-3 中頻率帶之影響距離………………...…….............................60
表6-4 高頻率帶之影響距離………………...…….............................60
表6-5 最小及最大平均影響距離………………...…….....................61表6-6 各測點主要控制影響距離之頻率統計……………...….........62
表8-1 捷運及高鐵各頻率帶衰減係數與剪力波速之整理比較……88
表8-2 捷運及高鐵影響各頻率帶距離與剪力波速之整理比較........88
圖2-1 壓力波運動示意圖 (Bolt 1978)…………………………….…6
圖2-2 剪力波運動示意圖 (Bolt 1978) ………………...………….…6
圖2-3 雷利波運動示意圖 (Bolt 1978) ……………….………………7
圖2-4 拉夫波運動示意圖 (Bolt 1978)…………...…….…………..…7
圖 2-5 圓形振動基腳於均質、均向、半無限空間之波形位移分佈
(Woods 1968)……………………………………..…………...8
圖2-6 振波傳遞示意圖 (Gutowski and Dym 1976)……..…...………9
圖2.7 表波振幅與振源距離衰減圖（Richart et al. 1970）...................10
圖2.8 鋼橋面板下之列車平均頻譜圖(中華顧問，2002)…………..12
圖2.9 無建築物模型之捷運振動量與距離之關係
(中華顧問，2002)……………………………………………..12
圖2.10 木柵線之振動頻譜圖(曾祥岳與倪勝火，2003) …………….13
圖2.11 淡水線之振動頻譜圖(曾祥岳與倪勝火，2003) ……….……13
圖 2.12 基礎型式對於振動量之影響 (Chen et al. 2008) ……..…..…16
圖 2-13 α-Vs-f之關係圖 (Chen et al. 2010) ……………………......…17
圖 2-14 整體振動量與結構體積之關係圖 (Chen et al. 2011) ........…17
圖2-15 整體振動量(VLoa)與車速之關係關係 (Yoshioka 1999)….....19
圖2-16 不同列車之衰減情形 (FRA 1998) …......................................22
圖2-17 一般振動標準曲線圖 (Gordon 1991) .....................................23
圖3-1 捷運膠輪電纜車配置示意圖....................................................25
圖3-2 捷運膠輪電纜車行駛中照片....................................................25
圖3-3 現場量測儀器組裝圖………………………………..………..27
圖3-4 加速規基座................................................................................28
圖3-5 儀器組裝完成圖........................................................................28
圖3-6 程式設定....................................................................................29
圖3-7 蒐集X、Y、Z方向的瞬時振動量............................................30
圖3-8 速度歷時圖................................................................................31
圖3-9 振動速度(dB)與1/3倍頻之關係..............................................34
圖3-10 Bornitz線振源............................................................................35
圖4.1 捷運文湖線沿線車站................................................................38
圖4.2 Site 1之現地位址......................................................................41
圖4.3 Site 1之現地照片………………………………...…………...40
圖4.4 Site 1土層剖面圖………………………………...…………...41
圖4.5 Site 1之橋墩型式……………………………………………..41
圖4.6 Site 1之樁帽型式……………………………....……………..42
圖4.7 Site 2之現地位址. …………………………...….…………....43
圖4.8 Site 2之現地照片……………………………………………..43
圖4.9 Site 2土層剖面圖…………………………………………......44
圖4.10 Site 2之橋墩型式………………………………….…………44
圖4.11 Site 2之樁帽型式……………………………………………45
圖4.12 Site 3之現地位址……………………………………………46
圖4.13 Site 3之現地照片……………………………………………46
圖4.14 Site 3土層剖面圖……………………………………………47
圖4.15 Site 3之橋墩型式與樁帽型式………………………………47
圖4.16 Site 4與Site 5之現地位址……………………….….……...49
圖4.17 Site 4與Site 5之現地照片…………………….…….………49
圖4.18 Site 4與Site 5之土層剖面圖…………………….….……...50
圖4.19 Site 4與5之橋墩型式與樁帽型式…………….…….…......50
圖5.1 整體頻率振動量之衰減係數與剪力波速之關係..................55
圖5.2 低頻率帶振動量之衰減係數與剪力波速之關係……..…....56
圖5-3 中頻率帶振動量之衰減係數與剪力波速之關係………......56
圖5-4 高頻率帶振動量之衰減係數與剪力波速之關係…….….....57
圖5-5 21個各別頻率中衰減係數與剪力波速關係圖…………….57
圖6-1 21個各別頻率主要影響距離之頻率帶圖.............................63
圖6-2 整體頻率振動量之影響距離與剪力波速關係......................64
圖6-3 低頻率帶振動量之影響距離與剪力波速關係........................65
圖6-4 中頻率帶振動量之影響距離與剪力波速關係........................65
圖6-5 高頻率帶振動量之影響距離與剪力波速關係. ......................66
圖6.6 21個各別頻率帶之影響距離與剪力波速之關係圖................67
圖7.1 捷運與高鐵整體頻率之衰減係數與剪力波速關係圖............70
圖7.2 捷運與高鐵低頻率帶之衰減係數與剪力波速關係圖............71
圖7.3 捷運與高鐵中頻率帶之衰減係數與剪力波速關係圖............72
圖7.4 捷運與高鐵高頻率帶之衰減係數與剪力波速關係圖............73
圖7.5 捷運與高鐵21個各別頻率之衰減係數與剪力波速關係圖....75
圖7.6 捷運與高鐵整體頻率之影響距離與剪力波速關係圖............78
圖7.7 捷運與高鐵低頻率帶之影響距離與剪力波速關係圖............79
圖7.8 捷運與高鐵中頻率帶之影響距離與剪力波速關係圖............80
圖7.9 捷運與高鐵高頻率帶之影響距離與剪力波速關係圖............81
圖7.10 捷運與高鐵21個各別頻率之影響距離與剪力波速關係圖...83

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