中央大學土木工程學系學位論文
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國內於2007年起，國家地震研究中心開始推行台灣新型高強度鋼筋混凝土結構系統研發計畫(Taiwan New RC)。本研究配合Taiwan New RC計畫，於本年度規劃四根高強度鋼筋混凝土矩形懸臂梁試體(a/d=3.0)，透過反覆加載試驗，探討不同箍筋型式(箍筋採用SD785竹節筋)對耐震行為影響。 塑鉸區箍筋型式對耐震行為影響，梁HRB-S1b為封閉箍筋由帽蓋繫筋(90°-135°橫向交錯排置) 與U型肋筋之組合，在DR=3.5%以前，試體強度與梁HRB-S1a (標準封閉箍筋)比較，並無明顯差異。但在DR=3.5%以後，梁HRB-S1b試體剪力強度有較早衰減之情形。 至於繫筋有交錯排置(梁HRB-S2a)與無交錯排置(梁HRB-S2b)比較，其結果與梁HRB-S1系列相反。即在DR=3.5%以前，HRB-S2b試體在試體強度上與HRB-S2a試體比較，則有較低之現象，但在DR=3.5%以後，兩試體剪力強度衰減情形較無明顯差異。 由試驗結果得知，各試體在DR=3.5%時，箍筋量測最大應力範圍從680MPa至895MPa(實際降伏應力)以上，且塑鉸區混凝土對剪力仍有貢獻。
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國家地震工程研究中心自從2010年以來推動之台灣新型高強度混凝土結構系統研發計畫(簡稱Taiwan New RC)，時至今日，已進入設計及施工概要研擬階段。本研究藉由收集、整理、歸納已完成之研究資料，進而設計兩組矩形長梁(a/d=4.4)試體，分別配置SD-420及SD-785箍筋，依照ACI374-1.05規定進行反覆載重測試，驗證是否與傳統ACI 318耐震設計規範相符。 由試驗結果得知，梁撓曲鋼筋超額強度因子會隨著鋼筋強度種類不同而有差異，以本研究SD685螺紋節鋼筋研究結果為1.13，而傳統SD420竹節鋼筋為1.25。在層間變位角DR=3.5%左右，塑鉸區混凝土仍有貢獻量，平均可達規範值之一半，即0.085√(f_c^' )(MPa)剪應力值。高強度箍筋(SD785)應力發展，在層間變位角DR=3.5%左右，可量得箍筋應力600MPa以上，與其他學者研究結果相近。本研究亦針對規範ACI 318-11之梁剪力耐震設計規定作基礎，根據實驗結果，建議出New RC梁剪力設計方針。
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資訊化且視覺化的模擬工作，對於基礎設施室內各方資訊的掌控以及安全的管理維護是非常重要的，同時也能夠提供一線救災人員更有效的了解設施整體的環境狀態。在科技飛越茁壯的今日，有著各式新穎技術與傳感器能夠即時探測設施內部的狀況，同時建築資訊模型也能夠有效提供特定設施內部的空間分布資訊，因此整合傳感器資料以及建築資訊模型之設施空間資訊則為一重要的研究目標。 Situation Awareness為本研究的重點應用，主要針對一段長時間範圍中，設施所有的物件狀態都能夠加以掌控，並且能夠依此推測短時間未來的狀況。因此本研究使用Unity遊戲引擎開發Infrastructure Automated Real-Time replay System (iARTS)，針對建築資訊模型以及傳感器資料庫做整合，將基礎設施中傳感器監控到之溫度、空氣含碳量、各種電器的用電行為等狀態，建置成一個虛擬實境式的基礎設施狀態即時重播系統。iARTS可供使用者即時切換至室內各不同視角、播放與暫停模擬、提供設定不同需求參數的資料庫搜尋功能、供客製化物件狀態與傳感器參數、甚至能夠代換不同建築資訊模型與相對應的雲端傳感器資料庫。 綜合上述，iARTS不僅提供基礎設施安全管理一個專業的平台、縮短資料分析等相關研究作業時間，同時也支援更多的彈性與自由度。
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本研究主旨在發展預力混凝土(Pre-stressed Concrete)的數值分析法。了解預力混凝土的力學行為，再藉由向量式有限元素法(Vector Form Intrinsic Finite Element Method , 以下簡稱VFIFE)來模擬混凝土構建配置鋼筋、鋼鍵的幾何非線性與材料非線性行為。VFIFE分析的流程與傳統有限元素法概念截然不同，是一種向量式的運算模式，以質點運動、途徑單元內的逆向剛體位移且不需要解矩陣為其最大優點。為了精確的計算預力混凝土元素的內力，本文將VFIFE均質材料剛架元內力計算延伸至複合材料剛架元內力計算。 複合材料斷面分析為了滿足斷面平面保持平面假定(斷面諧和條件)，引入纖維斷面法(Fiber Cross Section Method)與迭代法來計算預力混凝土複合斷面的軸力、彎矩，再與加拿大多倫多大學(University of Toronto)所開發的斷面計算軟體Response2000，比對彎矩-曲率(Moment-Curvature)，藉以驗證內力程式正確性，並加入VFIFE進行結構分析。本研究的結果可供學界與工程界模擬分析預力構件施工、測量、設計等參考。
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本研究將以向量式有限元素法(VFIFE)為基礎架構，結合CST薄膜元素以及包含剪應變的DKMT厚板元素，發展VFIFE-DKMT厚殼元素。 利用向量式有限元素法的運動解析概念、逆向剛體轉動以及計算變形量的方法，結合CST元素的薄膜內力以及DKMT的彎矩內力，所法展出的VFIFE-DKMT厚殼元素，擁有VFIFE可以容易計算大位移的優勢，以及DKMT元素考慮剪變形的特色，將殼元素推展到更接近真實殼結構的狀態，並同時利用Ls-Dyna模擬殼元素以及傳統連體力學解析解，來驗證本研究理論的正確性。
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地表土壤含水量是運用在氣象學、氣候學、水文學及生態學的重要參數之一。遙感探測感測器AMSR2 (Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)提供10公里的地表土壤含水量影像，能應用於大尺度地表土壤含水量的監測，然而，低空間解析度將限制地表土壤含水量影像的應用性。過去實驗中，發現地表土壤含水量、常態化多波段乾旱指數(Normalized Multi-band Drought Index, NMDI)及葉面積指數(Leaf Area Index, LAI)共三項資料間存在著關聯性，低葉面積指數時，NMDI與地表土壤含水量呈現負相關的現象，而此關係於葉面積指數漸增的過程中逐漸消失。因此，期望能將地表土壤含水量、NMDI及葉面積指數進行迴歸分析並建立地表土壤含水量的推估模式。本研究主要目的為建立迴歸模式，再以1公里葉面積指數影像及NMDI影像推估1公里高空間解析度的地表土壤含水量影像。本研究研究區域為中美洲，且針對該區之乾季(12月至隔年5月)進行研究，而收集2013年至2015年1月至4月的AMSR2及MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)資料。融合這些衛星資料，並得到迴歸分析結果，其平均絕對誤差(Mean Absolute Error, MAE)為1.8 % 至 2.6 %，經過誤差補償後，平均絕對誤差能下降0.1 % 至 1.0 %。這結果證實了過去研究所發現地表土壤含水量、NMDI及葉面積指數共三項資料間存在著關聯性，並利用此關聯降低AMSR2土壤含水量的空間解析度。本研究發展一個創新的方式融合AMSR2及MODIS，以期望AMSR2資料的應用性能有所增加。
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台灣地區豐枯水季差異明顯，在枯水季期間若遭逢蓄水量及入流量不足，不只會對經濟上的造成損失，亦會使民生用水造成衝擊，若能有效應用氣候預報及早擬定因應對策，則能適度降低乾旱所造成的影響。停灌休耕是乾旱時期水資源調配的重要策略之一，然而決定停灌時間點的拿捏往往考驗決策者的能力。為了量化短期氣候預報對於不同的決策時間點的影響，本研究將氣象局季短期氣候預報，帶入氣象合成模式與水文模式模擬石門水庫集水區之入流量，搭配水庫歷史超越機率入流量與系統動力模式模擬水庫供需水量以及各時期水庫水位，決策者可依據預報的水位決定停灌與否。將氣象預報準確率使用貝式定理反推預報不確定性，進一步評估在相同情境下，不同時期預報可能的風險。本研究比較無預報、完全準確預報以及非完全準確預報對於決策的影響，其中非完全準確預報是以目前氣象局提供的預報資料為主。結果顯示，預報確實能有效降低停灌休耕決策之風險。完全準確的預報決策失敗的風險會隨決策時間越晚有下降趨勢。但是受限於預報準確度，非完全準確預報失敗風險並沒有隨著決策時間往後而下降。
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本研究使用單向耦合的大氣水文模式系統，進行颱風及梅雨的定 量降雨系集模擬研究，以瞭解員山子分洪與預測降雨的關係，並探討 在集水區河川水位模擬中預測降雨之不確定性，其目的在於提前得知 大雨來臨時，員山子是否會達到分洪條件，並提供管理者決策的依據， 且相關單位與人員可以進而事先採取因應措施，有效防範及減低災害 所帶來的損失。本研究欲探討之降雨事件為2012 年的蘇拉颱風，以 及2013 年梅雨事件，該颱風於8 月2 日登入台灣，分洪量為員山子 歷年來的最大值，故本研究選擇此降雨事件來進行水文模擬的討論。 本文利用台灣颱風洪水研究中心模擬78 小時之降雨預報，以不 同的積雲、微物理及邊界層等物理參數法建立20 組系集成員，並依 照不同時段之降雨預報，來探討員山子分洪情形及系集預報之不確定 性的範圍，從蘇拉颱風降雨事件的結果發現，隨著接近降雨事件發生 時間，員山子分洪的機率呈現上升的趨勢，且在洪峰前17 小時就能 準確預測員山子將會分洪。本研究將不分洪的成員忽略，探討所有時 段之預測降雨都有分洪的成員。將78 小時平均累積降雨結果顯示， 累積降雨在17 小時的預測最佳。就個別成員而言，洪峰到達時間及 洪峰水位為23 小時及17 小時的預測較佳。本研究可以將模擬並推估 分洪警戒及洪峰的可信任範圍的資訊，提供給想要以颱洪中心的定量 降雨作為預報資訊的決策人做為參考，並且可以提供員山子分洪管理 中心值勤人員提早預警，並爭取操作應變及通報作業時間。
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台灣北部鳳山溪流域，近年來由於山坡地的過度開墾，高爾夫球場的相繼興建設立，水土保持調節不足，在梅雨及颱風季節，可能因多餘的降雨，造成淹水及山洪的問題，對人民的生命和財產造成重大影響，因此山洪、淹水區分析及警戒是相當重要的。因此本研究選擇此區，進行強降雨事件之研究，山區逕流模擬採用HEC-HMS，平地則採用WASH123D(WAterSHed Systems of 1-D Stream-River Network, 2-D Overland Regime, and 3-D Subsurface Media)數值模式，以2011年梅雨和2012年蘇拉颱風進行模式校準和2013年蘇力颱風進行驗證。研究結果顯示，經模擬校準出的參數，進行驗證是可行的，因此可依此進行未來該區颱風豪雨及長期事件下的模擬。 近年來受極端氣候影響，氣候變遷及土地開發為全球之重視議題，因此本研究應用氣象合成模式(WGEN) 與大氣環流模式(GCMs)之系集平均(MME)進行未來氣候變遷下氣象資料之模擬、土地利用變遷資料採用CLUE-s模式模擬之結果，藉由水文模式(HEC-HMS、WASH123D)進行探討目前氣候和氣候變遷，近未來(2020-2039)、未來(2050-2069)與遠未來(2080-2099) 三個不同時期，於土地利用變遷情境下，地下水位及流量影響。分析結果顯示，氣候變遷造成的水文變化，比土地利用變遷造成之影響更大，且未來氣候有乾季越乾，溼季越溼的趨勢，而地下水位在土地變遷後有下降趨勢。
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土石流及海嘯的流動過程中都屬於潰壩流的一種，而這些大自然災害破壞力相當巨大，對於人民的財產安全會造成嚴重的損失，而這些損失往往都是難以估計的，因此防範這些大自然的災害就變成重要的課題。 本研究經由二維渠槽進行一系列的潰壩流實驗，由於坡地溪床的縱坡約6o~9o，因此實驗除了水平底床的潰壩流實驗以外，也將渠槽裝置一個6o的傾斜底床來進行比較。潰壩流實驗採用五個不同的潰壩高度撞擊垂直平板，分析垂直平板不同高程處的壓力分佈、波前速度以及撞擊高度。實驗結果發現在越接近底床處越容易發生最大壓力，且也有較大的誤差，而傾斜底床測得最大的壓力約為水平底床1.2~1.5倍。裝置傾斜底床後流體波前的瞬時速度會越接近2√gH。流體撞擊垂直平板的高度可以得知壓力是否會有明顯峰值的現象發生，顯示撞擊高度與壓力的形成方式有很大的關係。