臺北科技大學土木與防災研究所學位論文
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台灣地形大部分為山地，在島上之交通深深受到山坡地阻隔影響極為不便利，所以打破山地區隔便為交通建設首要目標，而開鑿隧道又為最直接之動線。 洞口是隧道的起點，也是施工期間進出隧道的唯一通路，但往往隧道洞口受兩端既有路線限制，無法設在地形、地質最有利之處，而常常是在邊坡風化層或是崖錐堆積層處，地形、地質條件皆不利於開挖，因此洞口與邊坡之互制成為相當重要的課題，也不斷在考驗著工程人員的智慧與技術。 設置隧道洞口應僅可能減少對邊坡的開挖，邊坡過度開挖衍生之地工問題常超越隧道工程本身，是以先保護邊坡再開挖隧道的理念，是日後施築隧道洞口的最高指導原則。本論文列引過去因施作隧道洞口而致邊坡坍滑之數例，另再討論隧道施工本身所需注意之處及隧道與邊坡之間相互關係，並研析介紹在隧道施工期間並未對邊坡產生不良影響之成功案例，同時引介一種工法－「拱蓋工法」，經電腦模擬分析及現地實際施工和計測結果，格樑護坡、地錨和拱蓋之結合，確實可提供隧道開鑿期間鄰近邊坡穩當之保護與支撐。從而提供未來隧道工程在相似之地形、地質條件下，可靠引用之前例，並寄望未來可將此工法再加以延伸至更不利之地形、地質條件下模擬分析及參用。
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邊坡崩塌災害發生時不論於緊急搶修或長期整治，均須調查滑動面深度，若在未確切掌握之滑動面深度情形下，即進行緊急搶修或整治工程，往往由於地錨長度或排樁深度不足，而再次造成邊坡滑動，故掌握滑動面深度對崩塌地整治成功與否有著決定性的影響。 一般滑動面深度之判釋方法，大致可分為(1)由滑動規模之推估方法(2)岩心檢視之經驗方法(3)監測之定量分析方法三種，本研究係對於滑動面判釋方法加以綜合整理，以一代表性案例，運用滑動規模、岩心檢視及監測等方法研判滑動面深度，其中針對實務界常用於邊坡滑動面監測之傾斜觀測管，以觀測累積位移量相互關係，對其監測之滑動面深度有較準確之判釋；並以STABL及SLOPE/W邊坡穩定分析軟體，進行滑動面深度判釋，以試驗結果及反推分析方法求得參數，經分析後研判滑動面位置，期藉以瞭解邊坡穩定分析方法在監測資料不足時，如何設法研判邊坡滑動面之可行性。
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本文係採用碳纖維與石墨粉體兩種導電性材料添加於建築裝修用之益膠泥中，製作成具有屏蔽電磁波之黏著材料，將此粉光層塗抹於常用之木芯板、三夾板、麗光板、矽酸鈣板隔間材料上，粉光層厚度固定為2mm。探討添加不同含量之導電材料，對電磁波屏蔽效益與表面電阻係數等電氣性質及黏著強度之影響。 經由實驗結果顯示，於5wt%碳纖維添加量，在300MHz~3GHz之入射頻率下電磁波屏蔽效益可達30~50dB。而於40wt%石墨粉體添加量，在入射頻率450MHz下，電磁波屏蔽效益最高達到22.24dB，後者電磁波屏蔽效益明顯劣於碳纖維者。且於隔間材料中以矽酸鈣板為基底時，電磁波屏蔽效果較佳。於機械性質測試方面，添加導電材料於益膠泥中均會使純益膠泥之黏著強度降低，且黏著強度降低比例平均為50%~60%；若於益膠泥中額外添加壓克力樹脂對粘著強度有補強之效果，約可提升20%之粘著強度。預期此黏著材料可適用於塗抹在房屋牆壁粉刷與黏貼磁磚前之粉光層，以隔絕家電用品或手機基地台所放出之電磁波強度。
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目前在結構修復補強中，經常使用環氧樹脂作為粘接或修補材料。環氧樹脂屬於有機質材料，其粘接補強之效果雖尚佳，但不耐高溫之性質，所造成之後果就可能十分嚴重。前期研究已顯示混凝土試體所包覆之CFRP若以環氧樹脂作為黏接劑，在溫度達250℃~300℃時將失去圍束效果。近年來國外正逐步開發一種「矽鋁無機聚合物」材料，應用於包括混凝土及防火隔熱等方面，而國內除了材料科學領域稍有涉及之外，在其他應用方面之發展尚有限。本研究則嘗試開發相關之粘接材料，定名為「無機聚合樹脂」，以一系列的實驗研究探討其替代環氧樹脂的可行性。首先以強度、粘接性、耐高溫性、及低施工敏感性之角度，開發調製聚合樹脂之配比。其次則進行包覆CFRP混凝土試體之強度及高溫性能實驗研究。結果顯示無機聚合樹脂對於CFRP之粘接性能雖未及環氧樹脂，但確可發揮圍束補強效果。而其在耐高溫方面之性能則遠超過環氧樹脂，初步顯示在溫度達到800℃時仍未失去圍束效果，充分展現了潛能。此外，由於無機聚合樹脂之配方可包含飛灰或玻璃粉等環保材料，使其在經濟性方面較其他傳統粘接材料更具有競爭力。
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「住宅」是人類生活最基本的需求設施之一，也是人類群體生活最基本的組織單位；在民國七十年代以前，台灣經濟尚未起飛，故房屋住宅供應量之滿足是最重要的發展重點，因此相對的對於住宅的品質則較不重視，大部分的房屋建築投資均著重於追求快速及大量生產，使得當時期的房屋住宅之相關設施並不多，整體的安全與管理意識亦不強，更未建立設備維護的概念。但隨著國民所得的增加、生活水準日益提高，使得人們對於住宅的需求由興建數量的滿足轉而改變成品質提昇的要求，因此需要有專業的物業管理（Property Management；或譯為資產管理）機制與管理系統，才能有效維持住宅軟、硬體的設施品質。 集合式住宅已成為國內目前都會區居住型態之主流，居家生活品質的提昇以及社區安寧的維護，均有賴於良善的管理；因此，如何整合物業管理於居家品質之維護與提升工作上，乃成為重要的管理研究課題；一套有效而適宜的物業管理機制與國計民生息息相關，蓋因此一機制若運作得宜，則不僅可以延長建築物的生命週期，增進住宅附屬設施的功能與效率，確保建築物使用者的安全與健康，亦可以防止住宅災害的發生。本研究將藉由各國物業管理之現況運作機制之探討，配合模擬評估方法與決策分析技巧，包括差異分析、危險度評估乃至生命週期管理與價值比較等技術，以研擬適用於國內房屋住宅之物業管理機制，進而有效提昇民眾整體的生活素質。
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臺灣地區因位處於歐亞大陸板塊及菲律賓海板塊衝撞帶，而也由於此二板塊相互衝撞擠壓造成台灣全島高山峻谷多、平原丘陵少，再加上海島型沉積地質之構造複雜、變化劇烈且中央山脈突出高聳，造成西部地區多平原丘陵地，且坡度較緩，而東部地區則是山高峻谷多且坡度較陡峭，致使人口及經濟活動乃至交通建設大多集中於西部平原，而東部則急待開發。近年來，政府為均衡東、西部之平衡發展，乃規劃加速東部開發，以縮短城鄉差距。而為因應經濟發展與平衡差距之需要，自然需要積極推動交通工程之基礎建設，故無可避免的要穿越山區以進行隧道開挖工程，也因此使得隧道工程之比例、數量及規模在國內近年來的公路建設中日漸增加。 儘管目前土木工程中的隧道開挖技術及施工機具設備越來越精進，然而在施工過程中，由於山丘地質的構造複雜，再加上不確定的施工危害因子及致災潛勢（Potential hazard）眾多，故仍經常發生施工意外事件，進而造成工安事故災害及人員傷亡之悲劇。有鑑於此，本研究乃將以現正積極趕工中的國道5號北宜高速公路之坪林-頭城段雪山隧道施工過程中所發生之重大工安事件為例，進而探討有效的災害防制對策，以期能有效降低公路隧道施工意外災害之發生，並提升國內公路隧道之施工安全管理效果。 本研究乃彙整國道5號北宜高速公路坪林-頭城段之雪山隧道，自民國80年起施工至94年為止，於將近15年的施工期間所發生所有的重大工安意外事件及造成人員傷亡事故之案例中，探討災害事故之發生原因，就相關勞安衛法規、業主規範要求及施工廠商執行效果等構面，尋求積極且有效的改善方案，以降低施工災害，進而提供隧道施工安全管理之借鏡。
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根據國內外不同案例的現地監測結果顯示，連續壁施工引致之地盤變位量，最大可達主體開挖所引起的總變位量30%~50%，根據上列所述可知連續壁構築過程對鄰房建物有一定的影響，然而影響連續壁構築過程造成土體位移量的因素甚多，這些影響的諸多變數甚難控制。本研究使用有限元素法軟體PLAXIS 3D ，針對連續壁施作過程進行地盤位移與槽溝穩定性分析，首先藉由網格密度、分析步驟與土體幾何邊界的比對，確定最佳研究方式後，再針對相關監測與數值分析案 例進行驗證，以瞭解本方法的適用性與準確性。 藉由本研究可以發現，B1∼B3 開挖階段的側向應力呈現接近或小於靜止土壓力K0 狀況下的側向應力，是為主動狀態趨勢。而C1∼C2 階段的側向應力則呈現大於或接近靜止土壓力狀況下的側向應力，稱此為土體的「恢復現象」。在不同階段槽溝整體的安全係數分析結果可以發現，隨著第一實刀的B1 階段至第三洗刀的B3 階段，安全係數逐階下降，其中最危險的階段為B3 階段，並隨著液態混凝土的注入(C1 階段)安全係數恢復至最安全的狀態。 本研究再針對台北松山層淡二區土層，進行連續壁施作過程影響因素分析，根據成果發現，連續壁單元厚度W 與單元深度D 對連續壁槽溝的地盤位移與槽溝穩定性影響不大。而對連續壁槽溝影響極大的參數包括：單元長度L、穩定液與地下水位液壓差△h、現地機具工作載重與多個單元施作過程等。最後本研究並訂定出台北松山層淡二區土層，連續壁施作過程垂直沈陷量影響範圍，在單一單元沿槽溝中心1/2 長度（x 向）影響範圍為12m（ 2L）， 垂直槽溝中心壁面（z 向）影響範圍為25m（ 5/6D）。而五個單元的垂直沈陷量影響範圍， 沿槽溝中心1/2 長度（z 向）影響範圍為30m（ 5/4TL 總槽溝長度）； 垂直槽溝中心壁面（x 向）影響範圍為35m（ 7/6D）。
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921集集大地震對於台灣中部地區造成嚴重災情，主要是由於中部地區車籠埔斷層錯動所引起。其斷層帶附近之建築物、橋樑多數遭到了毀損。這類型的地震動有著極強的地表速度脈衝與大量的地表永久位移，結構物主要的破壞原因就是由極大的速度脈衝所造成，此種近斷層地震有別於一般遠斷層的地震動。同時台灣各地均存在不少斷層，不少還位在人口稠密的都會區，所以了解近斷層地震動特性是相當重要的，本文針對近斷層地震的反應特性作一探討。 本文主要就921集集大地震，在各地測站測得之加速度歷時資料，經由對時間的一次積分而得到速度歷時資料。對於具有速度脈衝的速度歷時資料，藉由簡單之正弦函數去模擬速度歷時之速度脈衝波形。同時，對於單自由度系統受到實際地震歷時作用，使用杜氏積分法積分，得到不同週期之位移反應，繪製位移反應譜。另一方面，利用結構動力學的基本理論來推導單自由度系統在速度脈衝作用下的位移反應，並求得各種不同的振動週期下之動態放大係數，繪製各種不同波型之理論速度脈衝反應譜，可以從這反應譜中發現各種不同波形會有不同之尖峰值。由這個理論反應譜與真實地震位移反應譜比較，可以明顯發現，兩者之最大反應會發生在相同之速度脈衝作用時間與結構振動週期，同時利用理論反應譜計算之最大位移值會與真實地震之最大位移值約略相近，因而這個理論反應譜之特性可以作為日後斷層區域工程設計之參考。
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台灣屬於海島型氣候，溼度偏高加上四周環海，沿海區域海風中帶有鹽份，加速混凝土中的鋼筋易於腐蝕，使鋼筋很快生鏽最終導致鋼筋混凝土結構的破壞。解決由鋼筋腐蝕所引起的混凝土結構之耐久性問題，一個有效的方法是利用碳纖維高分子複合材料棒(Carbon Fiber Reinforced Plastics Rebar，簡稱CFRP棒)代替鋼筋。因為碳纖維具有優良的防腐性能，而且具有強度高、材質輕、抗電磁性、與耐疲勞好等特性。 探究目前國內碳纖維研究多著重於貼片補強柱的圍束與剪力補強，及梁彎矩補強、剪力補強等方面，在其使用CFRP棒應用於RC梁構件方面的研究卻是相當缺乏。本文嘗試研究將碳纖維棒替代現有鋼筋並實際應用於縮小尺寸之RC梁構件試驗中，其主要目的在探討三種不同混凝土強度(240 kgf/cm2、320 kgf/cm2、369 kgf/cm2)與不同配筋方式下製作原型RC梁與CFRP梁，觀察其承載行為及可行性，探討各種破壞型式來了解碳纖維棒與混凝土結合後的複合構件行為模式，在以修正規範值來驗証實驗結果值。
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國內建築物大多為RC結構，而早期設計規範、採用工法與技術，均有未能滿足現代安全要求之虞慮，加上台灣屬於多雨潮濕之海島型氣候，繼以工業快速成長，廢氣排放增加之影響，無論對混凝土材質損害及對鋼構件的侵蝕，必須針對舊有建築物進行檢測評估及修復補強，以提高結構物之承載能力與使用年限。近年來，纖維強化高分子複合材料（FRP）已廣泛地應用在RC結構物，其具有高拉力強度、施工簡易、耐腐蝕及質量輕等優點，故本研究則採用有限元素軟體ANSYS模擬碳纖維貼片（CFRP）補強於RC梁構件，主要探討RC梁補強後強度提昇及韌性變化等。 本文首先針對混凝土元素（Solid65）與三維實體元素（Solid45）之間差異性及桿元素（Link8）的驗證，由適當的網格密度及最佳的元素選取建立RC梁構件，而材料線性RC結構探討不同鋼筋量與CFRP貼附層數對撓曲勁度與極限強度之影響；材料非線性RC結構則配合文獻材料參數之設定並與規範理論設計比較，從分析應力應變圖可了解CFRP補強的位置，藉由各項參數變化之有限元素分析後，配合文獻中的四分點抗彎試驗進行模擬數值分析，主要驗證實驗的破壞模式與極限承載力，以提供往後結構補強設計分析之參考。