臺灣博碩士論文加值系統

本研究探討群樁基礎橋柱模型受沖刷後導致基礎裸露於近斷層地震作用下之受震反應。試驗採用雙軸向大型柔性邊界剪力試驗盒與長衝程高速度地震模擬振動台，砂土採用乾砂，其相對密度約為50 %，結構模型為2 × 2群樁基礎單柱結構，並於單柱頂部設置1.2 t鋼板質量塊以模擬橋梁上部結構，結構第一模態週期約為0.5秒，試驗共分為3中不同裸露深度分別為無裸露群樁(0D)、3倍樁徑裸露群樁以及6倍樁徑裸露群樁(6D)。試驗輸入白噪音得到了結構的主要週期，並通過3種具代表性地震獲取結構反應，試驗結果經由加速度規，位移計以及應變計等進行量測，並通過量測數據分析探討結構的加速度、位移反應以及應變趨勢等，數值分析方面採用分別採用等值線性土壤彈簧與美國石油協會(API)，並通過群樁振動台試驗進行比較與探討。
結果顯示隨著裸露深度增加，結構週期有延長趨勢,橋柱的應變極值，會隨著因裸露深度增加而降低，而群樁的應變極值位置會隨著裸露深度增加而改變，且大部分應變極值會出現在樁頂或3到12倍樁徑的位置，地震El Centro對結構造成影響比近斷層地震TCU068還大，主要與地表頻率內涵有關。數值分析則顯示採用API土壤彈簧與等值線性土壤彈簧(Proposed)在近斷層地震作用下對於質量塊加速度、位移歷時反應及基礎版加速度歷時反應皆有不錯的分析結果。

This study investigates the seismic response of a group pile foundation bridge model after scouring, which causes the foundation to be exposed during near-fault earthquakes. The test uses a Biaxial Shear Box and a Long stroke high-speed seismic simulation shaking table. The relative density of sand was about 50%. The specimen was a single pier structure supported by a 2 by 2 group. In total 1.2 tons of steel mass was placed on the top of the single column to simulate the superstructure of the bridge. The first modal period of the structure is about 0.5 seconds.
The scouring model fixed the specimen in the shear box and the model with a specified exposed length of pile foundation, as a ratio of pile diameter D, include no scour depth (0D) and 3 times scour depth (3D) and 6 times depth (6D). The experimental input white noise obtained the main period of the structure, and the structural response was obtained by three representative earthquakes. The test results were measured by acceleration gauge, displacement gauge and strain gauge, which were used to analysis the dynamic properties of the structure.
The results show that as the scour depth increases, the structural period has a tendency to increase. With the increase of scour depth, the maximum strain value of the bridge column will decrease, and the maximum strain value of pile will change position and transfer to another position. The maximum strain value will appear at the top of the pile or 3 to 12 times the diameter of the pile. The impact of the earthquake El Centro on the structure is larger than the near-fault earthquake TCU068, which is mainly related to the frequency content of the surface. Numerical analysis shows that the use of API soil springs and equivalent linear springs (Proposed) have good results in superstructure for near-fault earthquakes or general earthquakes.

摘要 I
誌謝 VI
目錄 VII
表目錄 XI
圖目錄 XVI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與研究目的 1
1.3 研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 土壤之動力參數相關研究 4
2.2 樁土互制之模擬 5
2.3 土壤結構互制反應實驗與分析研究 6
2.3.1 單樁振動台實驗與分析 6
2.3.2 群樁反覆側推實驗與分析 7
2.3.3 群樁振動台實驗與分析 8
2.3.4 小結 9
第三章 樁土互制分析方法 20
3.1 單樁受震之反應 20
3.1.1 美國石油協會規範側向土壤彈簧 20
3.1.2 等值線性側向土壤彈簧 21
3.2 群樁效應 22
3.2.1 Caltrans群樁效應折減係數 23
3.2.2 等值線性側向土壤彈簧之群樁折減係數 23
3.3 案例分析 23
3.3.1 實驗配置 23
3.3.2 實驗組別 24
3.3.3 數值模型之建立與分析 24
3.3.4 數值模型之結構週期 25
3.4. 結構反應歷時比較 26
3.4.1 質量塊加速度及位移反應 26
3.4.2 基礎版加速度及位移反應 26
3.5. 結構反應極值綜合比較 27
3.5.1 質量塊加速度與位移極值反應 27
3.5.2 基礎版加速度與位移極值反應 27
3.5.3 樁基礎最大應變剖面反應 28
3.6 小結 28
第四章 振動台實驗規劃與準備 109
4.1 實驗設備 109
4.1.1 長衝程高速度地震模擬振動台 109
4.1.2 雙軸向大型柔性邊界剪力試驗盒 109
4.2 試驗規劃 110
4.2.1 試體設計及設計理念 110
4.2.2 試驗組別 111
4.2.3 試體組裝 111
4.2.4 量測裝置 111
4.2.5 輸入地震 113
4.3 試驗程序 114
4.3.1 敲擊試驗 114
4.3.2 振動台試驗 114
4.4 材料試驗 114
4.5 砂土試驗 115
4.5.1 砂土粒徑分析試驗 115
4.5.2 砂土相對密度試驗 115
4.5.3 土壤顆粒比重試驗 116
4.5.4 砂土直剪試驗 116
4.5.5 共振柱試驗 117
4.6 小結 117
第五章 振動台實驗結果 154
5.1前言 154
5.2 純模型結構-動力特性系統識別 154
5.2.1 結構頻率反應 154
5.2.2 結構阻尼比 154
5.2.3 結構自重 155
5.3 群樁基礎裸露模型-動力特性系統識別 155
5.3.1 結構頻率反應 155
5.3.1 結構阻尼比 156
5.4 剪力盒內外框之歷時反應 156
5.5 土壤剪力波速 156
5.6 結構反應 157
5.6.1 頂層質量塊加速度反應 157
5.6.2 頂層質量塊位移反應 158
5.6.3 基礎版加速度反應 158
5.6.4 基礎版位移反應 158
5.6.5 橋柱反應 158
5.6.6 樁基礎最大應變剖面反應 159
5.7 小結 161
第六章 分析與實驗比較 204
6.1 前言 204
6.2 數值分析組數 204
6.3 數值模型之建立 204
6.3.1 美國石油協會側向土壤彈簧建立 204
6.3.2 等值側向土壤土壤彈簧建立 205
6.4 結構與數值模型反應比較 205
6.4.1 數值模型之結構週期 205
6.5 結構反應歷時比較 206
6.5.1 質量塊加速度及位移反應 206
6.5.2 基礎版加速度及位移反應 206
6.6 結構反應極值綜合比較 207
6.6.1 質量塊加速度與位移極值反應 207
6.6.2 基礎版加速度及位移極值反應 207
6.6.3 樁基礎最大應變剖面反應 207
6.7 小結 208
第七章 結論與建議 253
7.1 結論 253
7.1.1 實驗結論 253
7.1.2 分析結論 253
7.2 建議 254
參考文獻 256

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