中原大學土木工程學系學位論文
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臨界狀態理論最早是由英國劍橋大學Roscoe等人在1958年至1963間陸續提出的，稱為劍橋黏土模型。後來Burland於1965年依據能量推導提出修正，稱為修正劍橋黏土模型。目前大地工程界所慣用的有限元素或有限差分程式如ABAQUS、PLAXIS、FLAC等皆內建修正劍橋黏土組合模式，適用於正常壓密與輕度過壓密黏土地盤的深開挖或高填土穩定分析。但實務上，工程監測資料與臨界狀態模型的數值分析結果仍有差異，主要被歸因於模型的屈服函數、流動法則及硬化規律無法準確地描述土壤的塑性流動特性、剪脹性與異向性應力-應變行為，故各國學者對於臨界狀態模型提出修正的研究工作仍不斷的進行中。 本文從熱力學出發，採用連體介質熱力學定義，先辨識等溫變形條件下系統外力作功產生自由能與耗散能的互補關聯；再應用熱力學狀態變數的概念，在自由能勢函數與耗散能勢函數中導入有效應力、彈性應變、塑性應變及塑性應變增量等狀態變數，將熱力學狀態函數描述系統能量轉移軌跡的功能等效應用，據以推導臨界狀態組合模型中屈服條件、流動法則及硬化規律的函數關係。研究方向著重在土壤彈塑性組合模型參數的研選與物理性詮釋，目的是藉著熱力學詮釋的參數導入，拓展臨界狀態模型描述土壤彈塑性行為的能力，並推廣臨界狀態模型為適合於黏土、粉土與砂土的三維應力空間組合模型。 亦由於關鍵性的參數導入，使得本研究構建的組合模型更能合理地描述各類型土壤的異向性組合行為；在本文的模型驗證研究工作中，該項成果的數值模型已可精確地提供數值分析數據： 1.組合關係的數值計算結果，在應力路徑與應力-應變關係上，皆能精確反映實驗數據；透過砂土、粉土的三軸CAD試驗及黏土的三軸CAU試驗的驗證，其結果皆證明本研究導入新參數所構建的組合模型，在土壤彈塑性行為的描述上優於傳統的臨界狀態模型。 2.運用PLAXIS 8.2程式內建的user-defined soil model 功能，將本文構建的組合模型導入到PLAXIS的有限元素分析中；經比對案例工程的現地監測資料，其結果亦顯示：本文推導模型的有限元素法試算分析數據呈現優於莫爾-庫倫模型和修正劍橋黏土模型的符合性。
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摘 要 關鍵字：經驗模態分解法、快速傅立葉分析、希爾伯特-黃轉換 鐵路因行車密度大、速度快之特性，因此軌道系統的完整性，就變成相當重要的課題，本研究以希爾伯特-黃轉換與快速傅立葉轉換對扣件鬆脫頻率作一系列研究，實驗一開始先在中原大學實驗室做小區段試驗，尋找鋼軌自然振動頻率，再至現地台鐵試驗場做現場試驗，確認鋼軌自然振動頻率後，將扣件鬆脫分別做實驗室與試驗場扣件鬆脫試驗，以找出其頻率變化值。 研究結果確認鋼軌水平向自然頻率為300~450 Hz，垂直向自然頻率為600~900 Hz。扣件鬆脫試驗結果發現在水平向頻率變化最為明顯，而在垂直向頻率變化不大，因此確認檢測扣件鬆脫頻率變化時，宜檢測水平向的頻率變化值，即可檢測扣件有無鬆脫。而在快速傅立葉轉換解析中，因將訊號轉至頻率域中時，其時間的資訊便會失去，也就是說我們無法得知其即時頻率，且傅立葉解析法對於非穩態、非線性的訊號無法進行有效之解析。而希爾伯特-黃轉換解析法對非穩態、非線性訊號具有較佳的解析，且可以得到即時頻率變化值。
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摘要 本文主要將以向量式有限元素法建立符合被動結構控制元件動態行為的元素，並對結構物安裝此類元件後的動態反應進行探討。 在本研究中將以學者對於被動式控制元件的研究與探討為基礎，將其建立的數學或物理模式引入向量式有限元中，由於向量式有限元內力計算的特性，對於結構控制元件的模擬，能直接將其已知的力與位移關係代入計算，此過程能有效地將阻尼器之動態行為的計算簡化，本文中將提出一些比對算例，以驗證向量式有限元能有效模擬所建立之阻尼器的特性。此外，安裝被動控制元件的效果，除了阻尼器本身因素外，其配置方式也會造成其效果的不同，由於本研究主要是建立近似的虛擬物理模型來進行數值模擬，而非單純用數學模式來表現結構的行為，所以對於一些配置型式所造成的特殊現象，也將利用一數值算例進行討論與研究。
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近年來台灣地區經濟、商業與旅遊業發展迅速；台灣為多山的島嶼，許多經濟的往來需透過山路來傳輸。因此國人對坡地安全的要求，已不僅止於危害國人生命安全而已。 論文中，所研究的區域位於礁溪赤皮嶺坍滑區，為當地熱門旅遊區域必經之路，由於地處荒涼故在921地震前並無刻意去觀察探討該坡地的安全問題。921地震後，該坡地產生明顯的地滑現象，影響當地觀光業的發展，相關單位便開始重視該邊坡地滑的趨勢及原因。 產生地滑的原因，可能是因為強震改變了地下水脈原有的狀況，因此本研究蒐集了當地數位式傾斜儀監測的資料與降雨的紀錄，瞭解該坡地位移量與降雨之間的關係；應用有限元素法PLAXIS程式搭配極限平衡法STEDwin程式，分析土層在不同浸水狀態下，對於該邊坡安全所造成的影響。 本研究的成果發現累積降雨量與暴雨為該研究區域地滑的重要因子，若氣象局發報中級雨或強雨時，該邊坡應採取防範措施。以程式模擬結果發現，邊坡滑動面形成與否，與土層浸水的時間有密切關係。另外，同時應用有限元素法與極限平衡法分析邊坡的滑動行為，將能互補有無，提供更客觀的分析結果。
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老舊建築物於設計時大多缺乏耐震設計觀念造成構件韌性能力不佳，例如箍筋為90度彎勾、梁柱接頭區無剪力筋、主筋搭接或錨定長度不足、梁柱構材端部箍筋間距太寬、混凝土強度不足或混凝土保護層厚度不夠等，產生構材韌性或強度不足之情形，容易發生脆性破壞。本文目的希望建立一套精確預測構材之塑性旋轉角值的方法，用於判斷結構物的韌性是否良好。因此以自行義之塑鉸值輸入SAP 2000作分析是相當重要的。對於鋼筋混凝土梁柱構材塑鉸值之計算是以Park【27】、Kawashima【14】及Mander【15】三個混凝土應力應變模式為基礎理論，各自發展出非線性分析程式以推算出梁、柱構材之彎矩－曲率關係，並使用不同方法將彎矩－曲率曲線雙線性化，再配合塑性旋轉角值及塑鉸長度之經驗公式求得塑鉸值，進而模擬梁柱構材之塑性行為。同時利用SAP2000之非線性推覆分析方法，求得建築物容量曲線並經由ATC-40所建議之容量譜法求得需求譜與容量譜的交點，推估老舊建築物之耐震能力以比較不同狀況下耐震能力之差異。
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本研究主要目的是提高無元素法的外力邊界、位移邊界及材料區域的積分精確度。首先將會探討傳統高斯積分法配合不同積分網格處理不規則區域的適用性，同時建立節點無關取樣點積分法的處理程序並探討其特性，再嘗試耦合高斯積分法及節點無關取樣點置點積分法處理不規則區域的問題。 傳統無元素法以取樣點落在模型內外做為取捨的條件，而保留下的取樣點常因權重大小影響積分穩定程度。置點取樣點無權重特性，即控制面積是固定的，只要施加足夠的點數在邊界上就能得到較穩定精確的答案。本文將使用置點積分處理不規則區域的積分，同時保留高斯積分在規則區塊積分較佳的特性進行算例的分析，並和（1）傳統高斯積分法（2）節點無關取樣點置點積分法，將討論積分結果的精確性及穩定性。
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由於我國傳統中低層建築常大量採用磚牆作為隔間牆及隔戶牆，但因現行建築技術規則磚造乙章僅就通則性描述而缺乏分析方法，故非四邊圍束磚牆常視為非結構牆而未納入結構分析處理。本文採用國內對磚牆描述較為完整之文獻，即現行耐震評估中採用之黃國彰與張文德之論文，另取陳奕信與李慶豐之理論，以SAP2000之非線性推覆分析及現行耐震評估法對實體構架與建築物進行模擬、比較，並與現地實驗結果比對，為求合理分析含磚牆結構物，使設計者在進行類似分析時，可以將非四邊圍束磚牆納入結構分析中，以求在進行結構分析時能更為精確。
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本研究主要利用擴柱補強來解決老舊建築物耐震能力不足的問題。利用SAP2000之非線性推覆分析方法，求得建築物容量曲線並經由ATC-40所建議之容量譜法求得需求譜與容量譜的交點，推估擴柱補強建築結構物之耐震能力，探討其耐震能力提升的成效，並且與國內現行耐震評估法之分析結果作一比較，以期能更準確評估擴柱補強建築結構物之耐震能力。
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本文以台北大直斜張橋為例，應用有限元素法進行斜張橋結構靜、動態分析。文中考慮非線性樑柱效應及纜索中垂效應，探討大直斜張橋初形狀態、非線性變形反應及其振動特性。分別比較大直斜張橋工程實務設計與理論分析研究所得結果的差異，並比較直柱型橋塔與彎曲型橋塔間力學行為，以及懸浮系統與多支承懸浮系統的差異。首先進行初形分析，以求取大直斜張橋結構在呆載及斜拉索預力作用下合理的初形位置及桿件預力，而後就此初形位置進行不同配置活載重下之變形分析及動態頻率、振態分析，以了解大直斜張橋結構體之基本靜、動力特性。
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盤剪為施加一個水平方向之剪應力於試樣，可讓土壤的顆粒產生側向位移和顆粒間的錯動，促使砂土顆粒排列更為緊密。 本研究的主要目的是探討不同盤剪方式對疏鬆砂土相對密度之影響。藉由改變載重、試樣單層厚度及盤轉方式等變因進行一系列盤剪試驗，從中量測試樣壓縮量及圓錐貫入阻抗，以評估盤剪效果與各個變因之關係。本研究使用之圓盤剪力儀系統可自動記錄壓縮量及圓錐貫入阻抗，土樣槽直徑20 cm，土樣為初始相對密度30％之麥寮砂、標準砂及越南砂，以載重20 kPa、60 kPa或100 kPa，進行單向轉角10°、20°、30°、60°及90°之往復式盤剪試驗。 試驗結果顯示，試樣相對密度並因為盤剪累積轉角的增加而增加，且會漸趨近一最大值，此一最大值與載重成正比。試樣初始厚度影響改良後之相對密度，試樣土層厚度較薄之砂土改良效果較好；砂土顆粒形狀偏向片狀多角形且粒徑小者改良效果優於立方體狀且粒徑較大者。盤剪之相對密度改變量與往復剪動的次數關係密切，建議往復盤剪之單向轉角以10°~ 30°較為適宜。