淡江大學土木工程學系碩士班學位論文
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砂性土壤滲透係數(k)主要受顆粒之粒徑與級配形態之影響，k值大小為描述流體通過孔隙空間的難易程度，主要取決於土體中的孔隙大小和孔隙分佈聯通情況，而這又是由其組成顆粒的大小和顆粒的級配所控制。在求砂土滲透係數k之經驗公式中，對於顆粒組成的描述，常以單一粒徑(如有效粒徑D10)或利用任兩粒徑之比值(如均勻係數，Cu=D60⁄D10 )來代表整體顆粒大小之組成形態，但實際上僅擷取其中的幾個粒徑尺寸，常無法完整代表土壤的粒徑大小分佈整體狀況。因此，本研究將引用可反映整體顆粒級配形態之碎形維度值(Dg)，將此Dg值應用於土壤滲透係數之推估公式中。本研究試驗將對飽和狀態砂土，規劃不同的顆粒大小(即不同D10)、級配類型(Dg)及孔隙比(e)，並進行一系列室內定水頭滲透試驗，以探討三項參數對砂土滲透係數k的影響比重，並以此三項參數建議新的評估滲透係數的經驗公式。 結果得致下列主要結論：(1)級配形態(Dg)、有效粒徑D10及孔隙比e三項參數與滲透係數k 均成正向關係，且經SPSS統計分析得知三項參數對k之影響比重為Dg：D10：e = 4：2：1。 (2)在e值及D10固定下，Dg值越大，表示試體顆粒尺寸分佈較廣趨向「優良級配」，內含有較多大於D10尺度的大顆粒，故k值較大。 (3)當e與級配形態(Dg)因素固定，而D10越大時，意即粒徑分佈曲線平行移動至較大粒徑之區域，顆粒組成大小均變大，表示顆粒所堆疊成之孔隙大小均將變大，故其滲透性變佳而k值變大。 (4)僅以有效粒徑(D10)預測k值結果差異最大，最多將有918%的相對差異；加入考慮孔隙比e參數次之；Hazen及Chapuis公式因為僅採單一個粒徑去代表整體顆粒大小狀況，故對於粒徑組成相近之均勻級配才有較好之預測結果。 (5)Amer & Awad公式考量D10、e、Cu三者其預測k較精準，顯示級配曲線型態考慮越完整對k值預測越精準。 (6)在相同的大小顆粒組成級配狀況(相同Dg)下，不論顆粒群相互堆疊的鬆緊及排列關係如何，其對應構成之孔徑大小分佈比例級配參數(Dp)是固定的，但在顆粒堆疊較鬆之狀況下，Dp雖不變，但其相對之孔隙大小分佈曲線會平移至孔徑較大區域。 (7)本研究試驗獲得滲透係數k之建議經驗公式為： k = (11 e D10)×[Dg ^(0.148((e D10)^(-1.3)))]，並初步獲得他人試驗資料之驗證。
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論文名稱：立面不規則建築結構之地震反應特性分析 頁數：282 校系(所)組別：淡江大學 土木工程學系碩士班 畢業時間及提要別： 100學年度第2學期碩士學位論文提要 研究生：畢博盛 指導教授： 高金盛 博士 論文提要內容： 在多次破壞性地震中，甚多建築結構因立面不規則而遭到明顯破壞，但隨著新穎造型設計理念不斷蓬勃發展，以及不同使用功能上的需求，立面不規則性建築結構已無法完全避免。為瞭解建築結構不同立面不規則性對其地震反應的影響，以及瞭解擬靜力法、反應譜法及歷時分析法等三種分析方法對立面不規則建築結構地震反應分析的適用性，藉以確保立面不規則建築結構的耐震安全性，本論文以六層樓與二十層樓之中低與中高鋼筋混凝土建築結構為例，使用SAP2000分析軟體，分析及探討規則性與立面幾何不規則、立面勁度不規則與立面質量不規則等四種建築結構的地震反應特性，並進一步探討擬靜力法、反應譜法及歷時分析法等三種分析方法的適用性。 研究結果顯示立面不規則建築結構中，以幾何不規則及勁度不規則對地震反應的影響最為明顯，質量不規則則影響較小；另外，反應譜法及歷時分析法對中低層與中高層建築結構言，分析所得結果均相近似；對中低層建築結構言，擬靜力法尚適用於立面不規則建築結構之地震反應分析，惟對中高層建築結構言，擬靜力法則明顯不適用。 關鍵字：立面不規則、建築結構、地震反應
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由於現在人對於居住舒適度越來越重視，運用數值模擬能全方面的看到住宅的溫度、風速、濕度等的變化，然而模擬的結果是否可靠這點仍讓許多人產生疑問，所以本研究是模擬穩態室內溫度場，並定義出相關重要的參數，以供之後進行室內溫度場分析的人做參考。 研究分成實場測量與數值模擬兩大部分，實場測量採用一薄壁木造房間進行探討，由於房間整體是薄壁結構所以對於熱通量的影響就會相當明顯，由此來對熱通量與溫度對於室內溫度模擬的差異。此外除量測溫度外還加入了濕度的測量，此後將溫度與濕度條件導入至模擬分析時所需的邊界條件。經由多次經驗瞭解到許多測量上可能會發生誤差的情況，包含：儀器本身的誤差、測頭銲接不良造成的誤差、測頭壞損的誤差……等，對於這部分做成表格並寫出其誤差情況以便後人對照，不至於再犯同樣的錯誤。 數值模擬分成建模與分析，其中又以建模為最重要的部分，此因模型的好壞會影響到模擬的準確性與收斂情況，為了使數值模擬有良好表現必須對於模型的品質有嚴格的要求，對於網格採用結構性網格並避免網格曲率高達0.8以上。 濕空氣性質部分則參考了P.T.Tsilingiris所寫的研究，將濕空氣的密度、導熱係數、比熱和黏度定義出來，再將所得的模擬結果分析討論得到較佳的模擬方式，最後再找一適當的真實房間，以之前所得的模擬方法帶入，完成最後驗證。 本研究是討論數值模擬的可行性，並對於各個模擬參數進行討論，就以研究結果已知對於室內溫度模擬中最難定義的參數為熱通量，希望未來能找到簡易的方法計算，使室內模擬能更加容易。
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在高樓林立的現代都市裡，大樓的密度升高不少，以往將低矮房屋改建成大樓時並不需要考慮其他建築物對於自身的影響，但隨著高樓密度提高，很多大樓已經是並排在一起，甚至更有不少棟連在一起或是相鄰附近。故遮蔽效應之影響不能小覷。 目前國內的風力規範是以經驗公式來做設計風載重，但無法有系統地呈現完成風的變化，尤其是對於風的來向、周遭地形的變化…等等，這些必須透過風洞試驗方能夠對於這些變化有效的模擬，以彌補單就風力規範對於計算設計風載重的不足。 本研究主要是以風洞試驗探討干擾效應對高層建築設計風載重之影響，最後再利用所量測出干擾係數來計算出設計風載重，探討方向分為； 第一部份在探討量體對於干擾效應下之影響，透過風洞試驗所量測到之各項固定量體之干擾係數，與前人所量測之未固定量體之干擾係數做比較，討論其影響。 第二部份主要是以風洞試驗來探討改變干擾建物高寬比系列，可分為主要建物寬深比2/1、3/1。風洞試驗時將干擾模型至於主要量測建築物之風力變化，並以實驗數據為準，透過程式計算出各項干擾係數來做比較，最後在經由第二部分所得之各項干擾係數，經由Matlab程式計算出設計風載重，透過設計風載重。 由本文實驗結果得知，干擾建物高度與寬度不同時，對於下游主要建物的風力會產生不同的影響。在 X/B=3，Y/B=0的位置時，可觀察到，改變高度對於平均風力的影響較改變寬度影響來的小。 在干擾效應下，在順風向(X/B=3~13,Y/B=0)上均有變小的效果，大部份之擾動風力係數均會大於單一建築，尤其是橫風向(X/B=3~13,Y/B=0~2)，放大最為明顯。在設計風載重下，C地況影響最大，B地況其次，A地況最小。
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高層建築受到強風作用下的結構反應包括了平均位移與動態位移反應。其中動態位移反應除了結構的自然振動頻率特性之外，又含有大氣紊流造成的低頻特性。因此，以適用於較高頻範圍的加速度計配合適用於DC至極低頻的全球定位系統(GPS)才能取得完整的高樓受風反應行為。本文在一單軸振動平台裝設GPS與加速度計，分別以簡諧振動與白噪振動檢視GPS與加速度計之基本性能，藉以建構GPS訊號與加速度計訊號之合成方法，而後應用於一棟位於台北市之三十層樓高層建築的實場監測。由於目前商用GPS的解析度約為5mm，仍須在強風作用下方能量測到較明顯之高層建築結構變位。在近年並無強颱侵襲的情況下，本文暫以標的建築之風洞縮尺模擬試驗量測該建築物所受風力歷時，配合結構有限元素模式計算建築物頂樓反應歷時，並以此位移反應歷時作為振動平台之輸入，模擬實際高層建築之受風反應。研究結果顯示，以GPS與加速度計配合本文建構之數據處理方法，量測所得高層建築的受風反應行為，準確性明顯優於傳統上僅使用加速度計或單一採用GPS的量測結果。
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坡地建物耐震設計對於位處地震頻繁的我國而言，相當重要，但有關的文獻資料卻付之闕如，故本研究針對此一課題進行探討。 本研究使用PLAXIS有限元素軟體，並參考台北地層鑽探資料，建置邊坡模型，輸入921地震歷時，並以建築耐震設計規範所訂的30年、475年、2500年再現週期所對應的最大地表加速度0.12g、0.29g、0.51g進行邊坡受震行為分析。其模擬分為三部分：(1)自然邊坡受震行為模擬 (2)建物與邊坡互制關係 (3)人工擋土邊坡受震行為觀察。望藉由模擬，了解邊坡受震所產生的反應及趨勢，進而提供邊坡設計之參考使用。 研究結果顯示：(1)邊坡受震而尚達破壞前，最大位移發生在坡面，坡頂次之。邊坡破壞後，坡趾位移量最大。(2)邊坡受震時，若坡高不變，改變坡角，將直接影響坡頂受震反應，使坡頂位移增量大於坡面位移增量。(3)若坡角固定，改變坡高時，將放大邊坡受震反應，隨著坡高增加，邊坡位移量及位移增量隨之增加。(4)在邊坡頂緣及趾緣建置建物進行測試可知，在坡趾地面上加置建物，受震時對邊坡及建物的影響不大；但坡頂地面上之建物退縮距離小於10m時，明顯影響邊坡及建物受震行為。(5)建物的加重、加寬或降低樓層高度，均有助於減緩建物於受震時的反應，降低建物位移量的產生。(6)將邊坡進行挖除設置人工擋土設施時，將導致坡頂及擋土設施頂端位移量明顯增加；坡面位移則反而較原邊坡為低。(7)在人工邊坡頂緣後方加設建物，受震時，擋土設施牆頂為最大位移發生處，在人工邊坡頂緣加置建物，將增加邊坡與擋土設施位移及危險性。(8)擋土設施高度增加時，將放大其受震反應，可知擋土設施高度的增加，首先促使擋土牆頂產生受震反應放大現象。(9)當固定挖方，改變挖方位置時，擋土設施及開挖位置距坡頂越遠，將有助於受震時擋土設施及坡頂的穩定。
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國內每年產生瀝青鋪面刨除料（RAP）數量龐大，若能粒料化作為混凝土粒料再生利用，可協助解決砂石料短缺與廢棄物處置之問題。剛性鋪面（即水泥混凝土鋪面）之強度與耐久性優於柔性鋪面，惟韌性較差（近似脆性材料），若將RAP添加於剛性鋪面面層中，可增加剛性鋪面材料之韌性，改善其脆性破壞之趨勢。 本研究選用粒徑分佈ASTM No. 4篩∼No. 200篩之瀝青鋪面刨除料，以重量比0%、30%、60%比例取代天然粒料添加於水泥混凝土中，矽灰取代量則為水泥重量之0%及15%，製作水泥混凝土試體，進行含刨除料之水泥混凝土相關工程性質與績效試驗，並針對剛性鋪面面層之水泥混凝土版塊施加輪軸荷重與溫度翹曲，代入有限元素法分析程式進行力學模擬分析，以探討含刨除料之剛性鋪面面層之疲勞壽命特性。根據本研究試驗結果與剛性鋪面力學分析結果，獲得主要結論如下： 1.新拌混凝土性質方面，刨除料取代粒料用量增加時，因刨除料吸水率較天然粒料低，混凝土坍度略為增加。刨除料含有瀝青，比重比天然粒料略低，因此添加刨除料之混凝土單位重略微降低。 2.硬固混凝土力學性質方面，含有刨除料混凝土之抗壓強度、劈裂強度、抗彎強度皆隨刨除料含量增加而降低，其中混凝土抗彎強度隨刨除料降低之比率較抗壓強度低。 3.混凝土績效方面，含有刨除料混凝土破壞時之允許變形量增加，延展性提升，降低脆性破壞且韌性提升。添加刨除料混凝土試體之Cantabira磨耗百分比皆未超過之35%建議值，顯示刨除料混凝土具有抵抗粒料顆粒脫落飛散之能力。 4.剛性鋪面力學分析方面，由於各組彈性模數值較接近（邊緣荷重應力值也較接近），添加刨除料組別之抗彎強度卻較未添加刨除料組別低，因此添加刨除料組別之應力比較高，可能降低疲勞壽命。
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民國99年3月4日，高雄地區發生一芮氏規模(ML) 6.4 的桃源地震（原名甲仙地震），在台南新化北勢里、太平里、東榮里，以及山腳里等鹽水溪流域旁發生了多處土壤液化現象，本研究根據現地鑽探所得之地質剖面資料，利用蒙地卡羅模擬(MCS)，來建構與地震危害度諧和之液化危害度與液化易損性曲線，不但各相關分析參數之不定性與變異性，皆可納入考慮，且可以成對之震力參數(PGA, M)來同時考慮最大地表加速度PGA與地震規模M對土壤液化的效應，使得液化評估結果更為合理。根據此次土壤液化震害概況，以及調查及分析結果，可歸納下列三點結論供工程界參考：（1）只要地震震度夠大（最大地表加速度PGA 大）、強震延時夠長（地震規模M 大）高地下水位之疏鬆粉質砂土或無塑性粉土等現代沖積地層，以及砂岩之風化表層，皆有發生土壤液化之可能性。（2）過去地震時曾經發生土壤液化震害之場址，將來再度受震液化之可能性是相當高的。（3）工程規劃設計時，應針對土壤液化之易損性及危害度謹慎評估，並採取適當之因應對策，以避免或降低液化震害對地盤及結構物可能產生之影響。
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國內現行土木設計規範對於地下結構物設計，多係以靜力設計概念做為主要考量，而受震反應上仍著重於上部結構物，但無論是地下或地上結構物，其受震時應具相當之影響。故本研究針對(地下結構物)樁基礎，以該設計要點(承載力)與性能設計法結合，藉兩者間之關聯性建議一樁基礎耐震性能設計流程。本研究案例係以台北盆地道路橋樑樁基礎為設計參考，其中樁基豎向及側向承載力係以APILE 5.0、LPILE 6.0程式，模擬樁載重試驗曲線（荷載與沉陷或荷載與變位關係曲線），並依樁載重試驗詮釋法中可能低估、最佳和高估之方法詮釋之，以了解單樁豎向及側向承載力之範圍，並配合可靠度分析-蒙地卡羅法，評估土壤及外力變異時，單樁所具備之使用效益；性能設計部份係以LPILE 6.0 分析各樁徑下，樁基礎之開裂、降伏及極限彎矩容量，且將各階段之彎矩容量結果加以迴歸之，建立各階段之容量迴歸曲線，並以此為耐震性能標準(耐震性能I，開裂彎矩；耐震性能Ⅱ，降伏彎矩；耐震性能Ⅲ，極限彎矩)；而實際受震反應則以地震再現周期30年、475年及2500年為地震考量，藉由EQWEAP程式分析樁基實際受震反應情形，並根據其實際彎矩產生之彎矩與前述三者彎矩容量階段加以判斷之，以了解各樁徑下基樁之耐震性能。 研究結果顯示：(1)傳統承載力評估：各詮釋法比較結果相似於既往經驗，此外，增加樁長並無法有效提升樁基的側向承載力，基樁的側向承載力係以上部土層(<15m)為主而發揮。(2)彎矩容量：主要係由混凝土、鋼筋材料強度及鋼筋斷面積比（隨樁徑增加而鋼筋量提高）改變，當鋼筋比固定時，隨樁徑增加而彎矩容量會提升。(3)靜態承載力與耐震性能關聯性：本研究建議之耐震性能設計流程，設計者首先需進行樁基礎傳統靜力設計，決定樁基礎結構尺寸範圍(配置、樁徑和樁長)和細構設計(含配筋量以及彎矩與曲率關係)，接著藉由分析樁基實際之受震反應，即可判斷該樁設計下是否符合耐震性能條件。而應用於實際案例分析評估，其結果合理且具參考價值。
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近年來，國際上之營建設計潮流趨勢逐漸朝性能設計邁進，國內以適當數值工具進行性能設計之研究仍處萌芽階段，而EQWEAP(Earthquake Wave Equation Analysis for Piles)之發展行之有年，本研究即以EQWEAP一維波動方程分析和二維、三維有限元素分析樁基礎之受震行為做一比較，將不同數值工具之分析結果及其適用性做一說明。EQWEAP為以集中質塊法模擬自由場反應結果，將其做為前置解進行後續一維波動方程模擬樁基礎受震反應。有限元素分析則包含兩部分，二維與三維分析，分別以荷蘭Delft University of Technology所開發的PLAXIS與由韓國MIDAS IT所開發的MIDAS/GTS 為工具進行樁基礎受震反應分析。 本研究以大台北地區之橋梁樁基礎為數值模型案例(地層深40m和70m，樁徑2m，樁長30m和60m)，考慮鄰近地震觀測站加速度紀錄，並以台北盆地地震危害度曲線(seismic hazard curve) 為主，藉建築耐震設計規範所訂的30年、475年、2500年再現週期所對應的最大地表加速度0.12g、0.29g、0.51g為主進行分析，討論線性樁配合均質線性土壤、非線性土壤與實際案例(分層土壤)分析，地震輸入維度對於樁基礎分析時之影響。 研究成果顯示1.在地盤和地貌構造相對單純的情況下，二維和三維有限元素分析結果均和一維分析相似2.考慮土壤非線性行為後，波動方程和有限元素分析結果亦相似，3. 無論地震力的改變為何，一維波動方程分析與二維和三維有限元素結果皆相當接近4.相對簡單的地質構造下，根據三維有限元素分析結果，單向度水平地震反應不易受其他向度地震反應影響。由此可說明單向度配合一維分析可有效模擬樁基礎行為，分析時間亦以一維波動方程較短，內力影響輸出最為完整，利於樁基礎耐震性能之研究。