中原大學土木工程學系學位論文
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本研究提出一個結合主成份分析(Linear Principal Components Analysis，PCA)、非線性主成分分析(Non-Linear Principal Components Analysis，NLPCA)及輻狀基底函數類神經網路(Radial Basis Function Neural Network，RBFNN) 之非線性主成分分析統計降尺模式(Nonlinear Principal Component for Genetic Algorithm based- Radial Basis Function Neural Network， NGRB )。首先使用PCA及NLPCA分析氣象站與GCM模式資料，其次透過基因演算法(Genetic Algorithm，GA)優化NGRB模式參數，最後再以4種GCM模式的未來情境資料預測淡水、台中、花蓮及高雄測站的短期(2020/01~2039/12)、中期(2050/01~2069/12)及長期(2080/01~2099/12)之單月總降雨量。 經模擬分析顯示:資料分析結果以NLPCA較PCA能解釋原資料之特徵，並且能有效使減少NGRB模式運算時間， GA世代數為25、族群數為25時NGRB能合理地收斂；模擬4個測站短、中及長期未來單月降雨量，與歷史平均降雨量(1950/01~2000/12)相比，淡水測站短、中及長期平均降雨變化百分率依序為-28.26%、2.02%、-28.14%；台中測站短、中及長期平均降雨變化百分率依序為-36.35%、-23.44%、101.84%；花蓮測站短、中及長期平均降雨變化百分率依序為-1.06%、77.82%、-33.99%；高雄測站短、中及長期平均降雨變化百分率依序為29.24%、39.98%、25.98% 關鍵字: 非線性主成份分析、輻狀基底類神經網路、基因演算法、氣候變遷
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本文主要研究列車於不同振動下的脫軌機制，其研究方法為自行開發設計一套轉向架脫軌振動台實驗系統。本實驗系統包括實驗構架系統與實驗量測系統。為了設計本實驗系統，使用HyperMesh軟體建立轉向架脫軌實驗分析模型，使用元素包括實體元素、彈簧元素、剛體元素，此分析模型亦用來模擬實驗結果。實驗構架系統包括實驗轉向架、軌道系統、防撞鋼架、振動台。實驗量測系統包括應變計、LVDT、加速度計。研究方法為將實驗構架系統，安裝於國家地震工程研究中心實驗場之振動台上，並分別輸入不同頻率與不同大小正弦波位移歷時，與921集集地震加速度歷時，探討車輪與軌道在不同頻率、振幅之振動下的接觸行為。 本研究提出地震加速度與輪軌脫軌位移、地震速度與輪軌脫軌位移、地震位移與與輪軌脫軌位移三條曲線，實驗脫軌曲線將可提供地震下國內軌道車輛脫軌安全評估依據。
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本文主旨為以複數模態分析探討調諧質量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)之最佳化參數，並與Den Hartog經驗公式以及遺傳演算法比較三者之間之減振效用評估。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，進行複數模態分析推估阻尼器之最佳化參數；最後，進行時間域分析，分別針對受地震力作用下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得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，本研究分別比較單層樓房結構與三層樓房結構加裝TMD在EL Centro地震力下的減振作用。結果顯示複數模態分析所得之TMD最佳化參數對於低阻尼樓房結構具有最優異之減振效用，遺傳演算法所得結果次之，Den Hartog公式所得結果則較不顯著；遺傳演算法所得之TMD最佳化參數對於高阻尼樓房結構具有最優異之減振效用，Den Hartog公式所得結果次之，複數模態分析所得結果則較不顯著。
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本研究針對先前場鑄樁載重試驗資料庫系統所設計之關聯性進行擴充，使本樁載重試驗資料庫(Pile Load Test Database, PLTD)之網路平台系統能囊括各種型式載重下各類樁種之載重試驗資訊。PLTD資料庫系統計包括軸向載重之場鑄樁、打擊樁、植入樁及壁樁，與側向載重之場鑄樁及打擊樁之樁載重試驗資料，使本資料庫變得更豐富多元。 為提升資料庫網路平台之功能性與便利性，本研究針對平台之查詢功能做改良，將原四個分散之查詢方式整合為一套資料庫綜合查詢功能。改良後除包含原有之一般查詢功能，更增添進階查詢功能。讓使用者能針對現地、基樁或土層等相關資訊增加條件限制，以篩選出最符合使用者需求之試驗資訊。另外針對台灣地區之載重資料，本研究利用Google Map外掛程式套件JQuery-tiniMap開發樁載重試驗場址查詢功能。並以經緯座標定位樁載重試驗資訊於線上電子地圖中，提供使用者方便快速的資訊瀏覽體驗。 本研究同時發展基樁之軸向與側向承載力分析功能，而在軸向承載力分析方面又包括樁底承載力以及樁身摩擦力分析。此功能提供使用者對基樁承載力作初步分析，並配合本樁載重試驗資料庫之內容加以驗證其合理性。
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本研究考慮纜索傾角、纜索初形，以及橋面板與纜索互制效應等三種條件下，執行黏性阻尼器對於斜張橋纜索之減振效用評估。首先，分別建立三者的有限元素模型；接著，進行複數振態分析，分別計算三者之系統於各個振態的自然頻率、阻尼頻率、阻尼比、振動型態，以及阻尼比和黏性阻尼器阻尼係數之關係曲線，由此曲線可決定系統最佳阻尼比與對應的黏性阻尼器最佳阻尼係數；最後，以高屏溪橋為例，同時考慮纜索傾角、纜索初形，以及橋面板和纜索互制效應等三種條件下，執行複數振態分析決定黏性阻尼器最佳阻尼係數後，進行地震歷時分析，針對受地震力作用之系統在未裝設黏性阻尼器，亦即未控制，以及具最佳阻尼係數的黏性阻尼器之被動控制兩種條件下，分別計算其振動反應，以評估黏性阻尼器的減振效用。經由本研究成果可全面地瞭解裝設黏性阻尼器之斜張橋橋面板與纜索互制效應的力學機制，並合理地預測黏性阻尼器之減振效用。
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本研究結合雨水下水道即時水理模擬技術(Real-Time Sewer Simulation，簡稱RTSS)和自動化優選SWMM參數模式（SWMM Parameters Optimization Model，簡稱SPOM），研發雨水下水道行動預警系統(Sewer Warning System for Mobile Devices，簡稱MDSWS)將RTSS與SPOM整合成Web Service，提供網路即時水理模擬與優化SWMM模式參數之服務，使用HTML5、CSS3、JavaScript以及PhoneGap轉換技術開發MDSWS系統之行動裝置應用程式(Application，簡稱App)。藉由智慧型行動裝置執行App直接進行線上雨水下水道即時水理預警模擬操作，以Google Maps加以即時展示。最後以臺北市中港、保儀以及實踐抽水站作為實際案例，採用中央氣象局所提供測站即時降雨資料作為MDSWS系統之雨量輸入進行水理模擬，模擬結果與都市雨水下水道預警系統(Urban Sewer Warning System，簡稱USWS)模擬結果一致，同時Google Maps即時展示模擬結果發現MDSWS可提供使用者以人性化視覺圖層了解預警分析結果，利用分級警戒圖示標示人孔是否發生溢流現象，達到都市內水即時預警及即時降低災害之目的。
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本研究採用前人於台北捷運文湖線之振動量測資料，進一步分析捷運行駛引致之地盤振動特徵。文湖線之結構由橋樑設有深基礎組成，而土層形式主要為沖積土層。本研究針對低-中-高頻率帶與21個各別頻率之分析結果進行討論，以瞭解衰減係數及影響距離與土層、距離、頻率之相互關係。 分析結果顯示21個各別頻率之衰減係數介於0.001至0.0175 (1/m)之間。與剪力波速之關係呈現剪力波速越大衰減係數越小之趨勢，與頻率之間的關係則呈現頻率越高衰減係數越高的趨勢。 在影響距離方面，整體振動量之影響距離約在74 m與113 m之間，低頻率帶影響之影響距離為95 m至273 m之間，中頻率帶之影響距離介於116 m至274 m之間，而高頻率帶之影響距離介於45 m至75 m之間。主要影響距離之控制頻率為低頻率帶以及中頻率帶，高頻率帶帶之影響距離則較短。 在21個各別頻率分析中，影響距離介於100 m與750 m之間，呈現剪力波速越高影響距離越短之趨勢。分析5個測點各班次列車之影響距離，主要影響距離之控制頻率分別為8、10、10、20、20 (Hz)，頻率集中於低頻率帶及中頻率帶。 台北捷運與高速鐵路之分析結果比較顯示，捷運之衰減係數大於高鐵之衰減係數，捷運之影響距離小於高鐵之影響距離。主要原因可能為車身長度、車體重量、車速等因素，造成能量傳遞之快慢及遠近。
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本研究應用Lagrangian質點法解質量傳輸方程式，進行河川中污染物二維傳輸的數值模擬。質點隨著水流的運動，濃度的擴散受濃度之傳輸方程式控制。在Lagrangian的觀點下，質點隨著水流的移動，而濃度因擴散或延散(dispersion)現象而改變。使用Lagrangian質點法具有無網格的特性，且質點只存在於有濃度之處，可以集中計算資源在濃度場的模擬，並且可以提升計算的精準度。 首先以質量傳輸方程式為控制方程式，為了能充分發揮質點法的優勢，擴散或延散現象以質點強度交換(Particle Strength Exchange, PSE)法處理。使用質點強度交換法(PSE)處理Laplacian項時，每個時步須對計算質點做從新分配 (redistribution) 的動作，使濃度質點能均勻分配置均勻格點上，以維持PSE法之收斂。為了降低計算的困難度，將延散係數設定為定值。 模式建立後，將以典型的二維濃度擴散問題進行驗證。例如在一流向單一且流速均勻的無限寬廣河道及有邊界影響下之河道，瞬間注入一點源或持續添加濃度於河道中，觀察其擴散情況，並進行驗證。此外，將模擬在一矩形感潮河口，在得知河口潮波條件後，以多種河口條件下，例如河道在斷面方向的地形、注入連續汙染源的時間，探討其質量傳輸在感潮河口段的擴散情況並進行分析。
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焚化爐底渣為垃圾焚化後產生之廢棄物，台灣地區地狹人稠，隨著垃圾量日亦漸增、掩埋場擴建不易，底渣處理將成為重要環保問題。為降低廢棄物造成環境負荷，達到資源有效再生利用，結合土壤穩定與改良的概念，氧化鈣含量高為一良好的改良穩定材料，由於底渣的氧化鈣含約高於20 %以上，膠結效果顯著，利用底渣與林口紅土拌合，可達到提升強度的成效。 本研究規劃以總重量100 %為基準，添加10 %、20 %、30 %、40 %、50 %底渣量與紅土拌合，利用小型哈佛夯實試驗製作夯實試體，且於恆溫21 ℃、相對濕度大於90%之恆溫恆濕環境養護1 天、7 天、14 天、28 天，以單壓試驗成果分析強度發展趨勢。由於底渣與紅土拌合，火山灰效應提供土壤顆粒間顯著的膠結作用，且砂礫石成分填充土壤之間的孔隙，使得土壤顆粒相互結合緊密而增加強度。 將本試驗結果利用變異數分析探討不同配比、不同養護時間與強度之間是否有顯著關係，針對不同配比的單壓試驗成果的差異情況。彙整石灰-飛灰改良紅土養護28 天之成效強度比對底渣改良紅土試驗成果。飛灰穩定法與底渣改良法均可達到土壤穩定與改良之效果，且有隨時間提升強度的趨勢產生，驗證底渣改良法的可行性及可靠性。將底渣當作資源化再利用的材料，拓展再利用之用途，藉由底渣之特性進行土壤改良，達到土壤層的強化功能，使得土壤承載力提昇，強度增加即表示凝聚力提升，亦可達到防止表面逕流沖刷之成效。
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崩塌地係指土體因受重力作用，而發生下滑或崩塌之塊體運動現象。傳統的土木工法為利用擋土牆固坡、噴凝土護坡…等護坡工法，無法有效排除地表逕流與自然環境結合，致使累積過多水分使坡體滑動、崩塌。 本研究藉由現地施作與室內試驗(草木種混播)來探討植生穩坡效益，判斷植生前期的生長狀況是否依保水劑和泥炭土的比例、客土層厚度以及種子量配比不同而有所差異，例如土壤酸鹼性(pH值)、保水程度(保水劑量)、種子量、覆蓋率、株高…等。探究植生前期如何快速建立新的再生表土於崩塌地，使崩塌地達到植生穩坡的成效；植生後期的木本生長狀況更是使崩塌地恢復林態的重要因素之一。 本研究依據調整噴植基材的比例對原土質pH值變化趨勢，找出最佳適合植生生長配比為重點方向。在試驗期(105天)結束後，因基材配比不同，各試驗(植生箱)先後達到預期成果，如植生覆蓋率達到85%的天數、草本平均株高、木本發芽株數…等。 由此試驗所得結果，相思樹種(豆科)與黑麥草種(禾本科)藉由團粒劑的團粒作用混播，不論是現地施作與室內試驗的植生生長狀況，皆顯示在短期內能達到崩塌地復育目的和排除地表逕流(穩坡)的效果。另外在植生期間根據當地的氣候狀況及環境變化，調整植生內容以利設計種子能順利在邊坡上萌芽、生根、成株、林化，植生管理是相當重要的一環。