中原大學土木工程學系學位論文
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生活廢水之污水處理方法常以生物處理為主，而其中去除氨氮是重要項目之一。本研究以中原大學良善樓實際運作之再生水處理槽及4個精密實驗筒進行實驗，利用甘蔗渣與椰子殼兩種材料做為處理氨氮之濾材，以其氨氮去除率、濾材殘留率及濾材放置密度為設計依據，設計一類似本研究污水再生處理系統之所需濾材量及濾材添加時距。 本研究依前期研究資料進行濾材耗損率實驗及濾材配比對氨氮去除率實驗。在實際處理槽實驗結果，在兩座處理系統之第2槽分別放置密度47.4( kg/m3)與37.0 (kg/m3) 之椰子皮濾材。第1個月時，其去除氨氮能力分別為280.9(mg/kg)；350.0(mg/kg)。至12個月時，氨氮去除率分別為72.4(%)；76.5(%)。於精密實驗筒實驗結果，養菌30天及水力停留時間1 小時，甘蔗渣及椰子皮配比1:1之濾材於污水氨氮濃度在10~13ppm間之去除氨氮能力為26~43(mg/kg)，氨氮去除率為30~49(%)；而水力停留時間在2.5小時，其去除氨氮能力59~67(mg/kg)，氨氮去除率為32~70%。 根據本研究實驗結果，在污水處理系統，其污水氨氮濃度5~15ppm下，碳系濾材37 kg/m3以甘蔗渣與椰子殼1:1比例設置，於第6個月需添加原設置重量75%之椰子殼，第12個月添加原設置重量50%之椰子殼，之後每12個月添加原重75%之椰子殼。該模式可使污水再利用處理系統在設置碳系濾材之槽，於養菌一個月後一直維持在氨氮去除率70%以上之效果。
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模擬結構動力問題時是建立動力平衡方程式並配合時間積分法求解，且滿足各離散時間點動力平衡。時間積分法與時間步長的選取有關，倘若載荷急遽變化或系統自然振動頻率很高時，為了獲得滿意結果經常要選用較小的時間步長，因此大幅增加計算量。本研究引入具有高精度、高穩定的精細時間積分法，此法利用降階、一階聯立常微分方程式的解析、 類算法和擴展精細時間積分模擬結構動力反應。另外，為了能夠更適切模擬結構受劇烈載荷變化的動態反應，本研究引用動量型式的精細時間積分法，可以更有效地掌握載荷急遽變化和降低時間步長選的取敏感性。 彈塑性系統中，本研究採雙線性恢復力模型進行模擬，該模型在兩段相鄰的區段間存在著勁度突變的拐點，若不對拐點進行處理，可能會降低數值精度。傳統彈塑性分析常見的方式是採用迭代法，而本研究改以近似插值法分析，此法利用泰勒級數和劃分時間步長的觀念處理拐點分析。最後本研究利用數值算例探討彈塑性擴展精細動力時間積分法的可行性與精確性，並與Newmark Method比較。
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近年來因氣候變遷所造成的極端降雨常造成橋梁的破壞，而其破壞模式常導因於橋墩附近淤積之漂流物使橋墩沖刷以及橋體所受水流力產生加乘效果，進而影響橋墩或上部結構之穩定性。本研究目的在於量測墩前淤積物對於橋墩受力與沖刷的影響，其次利用結構監測資料評估橋墩在沖刷後的穩定性。本文透過單橋墩及全橋縮尺模型進行沖刷實驗，探討墩前淤積於不同流速及不同淤積面積之狀況下，對橋墩造成之影響以及與橋墩傾倒之關係，並根據實驗數據、數值模擬與文獻上之研究成果進行比較。研究結果顯示漂流物阻水面積與流速的增加，對橋墩的沖刷越明顯且增加對橋墩的作用力。另一方面，分析沖刷過程之微振訊號可發現結構主頻會隨沖刷深度增加而逐漸降低，而碎形維度於橋墩傾倒前會產生大幅下降之現象。
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摘要 近年來因生態保育意識抬頭，河川的生態環境問題已被視為重要課題，生態工程之應用需考量因地制宜及就地取材原則，並需做出整體性的系統考量。國內堤防與護岸，以往多採用混凝土防洪牆，雖能達到防洪效果，但此工法往往會破壞自然生態。 本研究依據卑南溪實際流速、砂石粒徑、坡度與柳枝工的材料等相關資訊進行水工模型試驗。利用水工渠槽，分析垂直魚鱗式、順魚鱗式及逆魚鱗式三種不同之砌石工法，進行清水水理試驗與水力填砂沖淤等試驗，以探討此三種不同砌石工法，於不同流速下其曼寧係數與其他水理特性與參數之變化，做為後續相關設計及水理演算之參考。 根據本研究之實驗可知，採逆魚鱗式砌石工法其流速垂直剖面變化幅度最大，垂直魚鱗式次之，順魚鱗式變化最少；而三種砌石工法之曼寧係數值則以逆魚鱗式為最大，其次為垂直魚鱗式，最小則為順魚鱗式。 當水力沖淤試驗之渠道流量變化由小至大時，順魚鱗式與逆魚鱗式之淤砂粒徑分佈會因流量改變而有不同；小流量時，顆粒大之砂石會沉積在試驗段的前段，隨流量變大，顆粒大砂石會因水力推移作用漸往試驗段後段淤積；但試驗數據顯示其中垂直魚鱗式之淤積砂石粒徑分佈，並不因流量不同而有大變異。
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中文摘要 向量式有限元將結構離散化後的質點依牛頓運動定律描述其受力後之運動，毋須迭代求解非線性方程，即可模擬結構受外力作用、或施工模擬的全過程分析。 索穹頂乃一柔性體系結構，結構本身具有非常強烈的幾何非線性性質，迭代等傳統分析方法，雖仍可進行分析，但當結構產生剛體運動、大變形、大位移的情況時，會使得分析困難度倍增；而索穹頂結構張拉頂升過程中必會出現上述之行為，且索穹頂結構中的纜索具極大的張力，傳統方法僅能於階段性施工結束時分析結構之暫態，無法做到施工全過程分析。 本文主要利用向量式有限元素法，採以階段性施工的方式，對索桿張拉結構中的纜索、簡易索桿複合結構先進行模擬分析，確定其正確性；最後再以索桿張拉體系的代表性結構：Geiger型索穹頂為雛型，進行大跨距索穹頂結構之張拉施工模擬，驗證向量式有限元素法對此類結構分析模擬的可行性。 關鍵字：向量式有限元素法、索桿張拉結構、索穹頂、階段施工模擬
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盤轉工法係以利用圓盤施加一垂直正向應力和水平向之盤剪應力於疏鬆砂土之水平表面，可使得砂土顆粒發生側向位移，使得顆粒排列更為緊密，也因而提高相對密度。 本研究以麥寮砂與渥太華砂及各混合10%細白雲母(通過#325)四種不同顆粒特性之砂土為土樣，試驗土槽內徑為600 mm，盤轉圓盤直徑分為150 mm，土樣厚度為75 mm，土樣初始相對密度為35 %。試驗中施加靜壓載重11~42 kPa，盤剪單位轉角為5°和15°，藉由施加靜壓載重和圓盤轉動使試體壓縮，進而量測圓盤沉陷量。之後於試體中心位置進行靜壓載重試驗來評估改良成果。 試驗結果顯示，相對密度改變量隨靜壓載重增加而增加，且改良效果與砂土顆粒特性有關。在11 kPa的圓盤靜壓加載後，渥太華標準砂比麥寮砂的相對密度約高了3 ~ 4%，可能的原因是渥太華標準砂粒徑較大且呈現次圓狀，具較低之最大孔隙比，因而些微的壓縮量會造成較大的相對密度增加；麥寮砂及渥太華標準砂試體經由圓盤靜壓及盤轉後，麥寮砂比渥太華標準砂的相對密度約高了3~4%，可能的原因是麥寮砂顆粒較小且形狀多為板狀，具較高之最大孔隙比經過盤轉後顆粒重新排列之程度較高，使得相對密度增加較多。渥太華標準砂與麥寮砂各混合細白雲母時，靜壓與盤轉的結果皆比未加細白雲母時相對密度還要低，可能的原因是細白雲母添加後造成麥寮砂與渥太華標準砂的最大孔隙比變大與最小孔隙比變小而造成相對密度變低。若以砂土相對密度75%以為最低門檻，麥寮砂及渥太華標準砂及各混合10%細白雲母在11~42 kPa靜壓改良後的相對密度皆不合格，而在11~42 kPa盤轉改良後相對密度皆在75%以上，且在42 kPa的壓力下都高達95%以上，效果可以說是頗佳。
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文獻資料顯示台灣中西部砂土含有白雲母礦物顆粒，一般的砂土室內力學試驗僅測定有限土樣的力學特性，尚不足以了解砂土的組成礦物含量及相對密度大小對內摩擦角及壓縮指數的影響。本研究利用直接剪力試驗儀與單向度壓密試驗儀來進行室內試驗，試驗砂土包括麥寮砂及渥太華標準砂，並加入10%含量之粗白雲母(<#40)或細白雲母(<#325)，為了能模擬現地可能情況，麥寮砂本身含有雲母而在加入少量雲母後更能符合雲林麥寮地區之砂土情形，而在渥太華砂內加入了雲母，使兩種不同顆粒形狀之砂土進行比較，且探討相對密度及正向應力的改變對砂土剪力強度參數及壓縮性之影響。 試驗結果顯示，取凝聚力為零的情況下割線內摩擦角隨著正向應力的提升而降低。在低正向應力(9.06kPa)作用下，麥寮砂初始相對密度21%或77%，麥寮砂混合10%粗白雲母23%或62%，混合10%細白雲母40%或76%之試樣，其割線內摩擦角分別為33.2o或41.6 o、34.7o或38.2 o、32.29 o或 35.2 o；渥太華標準砂相對密度27%或72%，渥太華標準砂混合10%粗白雲母35%或67%，混合10%細白雲母36%或71%之試樣，其割線內摩擦角分別為 35.8 o或44 o、31.9 o或42.6 o、35.4 o或37.8 o。由此可見麥寮砂與渥太華標準砂在相同正向應力下割線內摩擦角隨著相對密度的提升而提升，且混合白雲母後割線內摩擦角隨之降低，而混合細白雲母後割線內摩擦角都略低於混合粗白雲母之試樣；於較高正向應力時麥寮砂與渥太華標準砂亦是如此，而混合細白雲母試樣其割線內摩擦角都稍大於混合粗白雲母之試樣。 本研究利用直剪試驗之第五階加載(最終正向應力=350.44kPa)所得之孔隙比變化而求得割線壓縮指數；利用單向度壓密儀測出麥寮砂相對密度70%和渥太華標準砂67%之割線壓縮指數分別為0.069和0.020，而直剪試驗所測定出麥寮砂相對密度55%～91%其割線壓縮指數為0.121～0.056，渥太華標準砂67%～96%則為0.051～0.030，對此楊振邦(2009)利用單向度壓密儀所測定出麥寮砂之壓縮指數為0.096¬及渥太華標準砂為0.023，相較之下利用直剪試驗所測出的壓縮指數比利用室內單向度壓密所量測出壓縮指數值稍大。麥寮砂與渥太華標準砂混合粗及細白雲母後，割線壓縮指數隨著相對密度的提升而降低，割線壓縮指數隨著正向應力的提升而提升，試驗結果顯示混合粗白雲母之試樣其割線壓縮指數都大於混合細白雲母之試樣，因混合粗雲母會增加土壤的孔隙，故混合粗雲母有較大之壓縮量。
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本研究分別執行調諧質量阻尼器(tuned mass damper, TMD)、調諧液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)，以及改良式調諧液柱阻尼器(improved tuned liquid column damper, ITLCD)三者之減振效用評估。首先，建立結構系統，推導裝設阻尼器的樓房結構之運動方程式；接著，進行頻率域分析，利用遺傳演算法推估阻尼器的最佳化參數；最後，進行時間域分析，分別針對受地震力作用之樓房結構在未控制、被動控制，以及以模糊滑動模式控制為基礎的主動控制等三種條件下，計算其振動反應，並評估阻尼器之減振效用。此外，本研究比較此案例之三層樓結構物加裝TMD、TLCD與ITLCD三者在EL Centro地震力下的減振效用。結果顯示兼具TMD與TLCD消能機制的ITLCD具有最優異之減振效用，TMD次之，TLCD減振效用則較不顯著。
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國內「建築物耐震設計規範」要求計算各樓層之極限層剪力以檢核軟弱層問題，規範中所描述檢核計算方法較為繁雜，若檢核對象為超高樓建築，需耗費大量人工計算時間。使用工程界常用之ETABS結構分析軟體，由非線性推垮分析之結果取代現行規範之人工計算方法，為本文之重點。 本文乃針對內中國土木水利工程學會所撰寫之100年版「混凝土工程設計規範之應用(404-100)(下冊)」作為研究對象，了解其計算原理及過程，再加以延伸探討超高樓層之軟弱層問題，並提出改進方法，使檢核高樓之軟弱層更加快速且安全。
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本研究蒐集國內外大量之側向樁載重試驗資料，評估打擊樁之側向載重詮釋法及分析法。首先依照不同類型之打擊樁分為圓形預鑄混凝土打擊樁、方形預鑄混凝土打擊樁及鋼管打擊樁三大類型，再依沿樁身之土層狀況分為排水土層及不排水土層兩大羣分別評估。 在側向詮釋法方面，評估各類理論基礎之代表性詮釋法，經由統計分析，建立各詮釋法的互關係及可靠度。不同類型之打擊樁經詮釋結果之統計顯示，Hyperbolic法為最高之詮釋值。圓形預鑄混凝土打擊樁於排水土層及不排水土層之Lateral or moment limit法分別為0.71QH及0.47QH；而Slack and Walker法在排水土層及不排水土層比值約為0.41-0.53QH。與場鑄樁比較，排水土層之方形預鑄混凝土打擊樁載重-位移曲線相較於其他種類之基樁，在相同的載重下會產生較小之位移量。顯示出方形樁為平行四面，樁周圍所承受之土壤側向力較大於圓形樁。但在不排水土層剛性之場鑄樁載重-位移曲線相較於其他種類之基樁，在相同的載重之情況下會產生較小之位移量，則顯示較易迅速發揮達到極限載重的現象。 在承載力之預測分析方面，本研究運用LPILE程式及張氏簡易分析法模擬各現地之側向承載力。從統計分析結果，整體而言三軸伸張試驗之p-y curve (TE)分析結果較大於三軸壓縮試驗p-y curve (TC,UC) 分析結果，而p-y curve (TE)分析結果與實測值較一致。Y-L Chang分析法與實測值差異較大，僅在排水土層20 mm及不排水土層10 mm左右之位移量，其誤差值較為低。 本研究最後針對不同類型之打擊樁側向載重詮釋法及p-y curve與Y-L Chang預測側向承載力提出工程設計上之建議，並輔以適當的統計資料以為使用者顯示其可靠度做為參考。