屏東科技大學土木工程系所學位論文
國立屏東科技大學,正常發行
選擇卷期
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1999年9月21日發生於南投縣芮氏規模7.3內陸型淺層地震，造成8,000多人傷亡，亦突顯出我國消防人員對於倒塌現場的救難支撐器材與支撐工法知能不足。本研究除了簡介我國消防人員所學習美國聯邦緊急事務管理署（Federal Emergency Management Agency，簡稱FEMA）所制訂之城市搜索與救援應變系統建築物倒塌技術內的支撐工法、現有支撐器材之優缺點與訓練狀況外，並利用靜力學的學理公式，分析傾斜體與支撐桿件支撐角度、支撐位置、支撐桿長、支撐桿斷面等和支撐力間的關係，藉此找出最有利於發揮支撐桿件效能的支撐效能，對消防人員的訓練、支撐器材使用與支撐工法的實施，提出建議，望能提昇緊急搶救時支撐工法的使用效能，更能提供消防人員在日後從事教育訓練與執行救災任務之參考，避免災害現場的二次倒塌，進而保障消防弟兄的安全。
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本文以水泥用量C=266 kg、水灰比W/C=0.54之透水混凝土配比，用不同搗實方式製作試體，骨材粒徑為4.75~12.5 mm。施作垂流量、單位重和含氣量、抗壓強度、抗彎強度、透水係數及孔隙率試驗，其試驗值再與現地滾壓之透水混凝土試驗值作比較，以尋求與現地滾壓最相符的搗實方式。試體有鑄模搗實試體和現地鋪面之鑽心試體，現地壓實方式是以輪寬1.35 m之2噸壓路機來回滾壓4至5次。搗實工具為鋼棒和夯錘，夯錘又分大、小鋼製夯錘。依抗壓強度試體用圓形鋼棒分4層搗實，每層搗實14次，定義為1倍搗實，以計算其他試體之搗實次數。試驗以2倍及3倍搗實程度製作試體。 試驗結果顯示，以鋼棒和夯錘3倍搗實試體之28天抗壓強度與現地滾壓之值相當，前者為125和116 kgf/cm2，後者為122 kgf/cm2。鋼棒和夯錘3倍搗實之fc7/fc28值各為0.92和0.97，現地鑽心試體之fc7/fc28值為0.63。顯示鑄模試體之透水混凝土有早強作用，而現地僅早、晚灑水養護，7天之水泥水化作用尚未完全，但28天後水化則較完全。 抗彎強度試驗3倍搗實試體之28天破裂模數R28=27.09 kgf/cm2，7天和28天之破裂模數比R7/R28=0.86。鑄模試體3倍搗實與現地鑽心試體之透水係數k皆大於基準值0.01 cm/sec，孔隙率n值皆大於基準值15%，透水係數k和孔隙率n值皆隨齡期增加而降低。 在新拌混凝土單位重和含氣量試驗方面，3倍搗實試樣之單位重U=2019 kg/m3、含氣量Air=17.3%。依此修正透水混凝土試拌配比為水泥用量C=284 kg、用水量W=154 kg、骨材用量G=1852 kg。
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本研究主要探討颱洪期間洪水對礫石河床之泥砂運移及河床沖淤演變。研究對象為南台灣之士文溪，士文溪河床由礫石組成，全長22.3公里。研究區域平均每年遭受3至4個颱風的侵襲，因此洪水在此區域是普遍現象。頻繁的洪水事件以及集水區內土地利用的改變，造成河流形態的多樣性變化，可應用河流形態動力學或發展具有的準確預測能力之河床演變模式進行河流形態變遷之探討。河道輸砂量常用流量及泥砂輸運率之率定曲線來評估，本研究應用類神經網路模式進行產砂量估計結果發現可提高30％之準確性。自80年代即有士文溪土地利用對泥砂產量衝擊之相關研究且本研究證實自1984年至2015年地表覆蓋的改變，泥砂產量已增加為102.68%。為了更適當管理集水區，應繪製集水區內易沖蝕之區域。除了河流泥砂組成外，以三種方法進行河流形態改變之研究：河床變化、利用無人載具和數值方法。研究發現洪水對礫石河床之沖淤改變具有巨大衝擊，就單一洪水事件可增加下游泥砂之比例高達35%。河床形態的改變亦造成重大之衝擊例如河道的曼寧粗糙係數，而其可能對集水區之相關工程設施或設計產生重大的影響。本研究所選定之河段內藉由無人載具辨識沖蝕與淤積，並計算橫向之變化，進一步由ArcGIS分析顯示單一颱洪水事件橫向變化可達約1公尺。增加數值高程地形之空間解析度是研究河川形態演變之關鍵，本研究洪水前後皆達到6公分的解析度。本研究針對造成河流形態變遷與評估方法間之關係提供更好的工具，以促進河流及其流域的管理。河流形態變化需要長時間進行調查，然而在平均寬度70公尺之相對狹窄的河流中得到60公尺解析度的衛星影像是不可能的，因此很難確定關鍵變化。無人載具可望成為這一限制下的解決方案。最後， CCHE2D被應用作為模擬不同重現期距年(25、50、100、200年)洪水事件下河床沖淤演變之數值模式，並藉由洪水事件後河道橫斷面高程變化加以驗證。河床高程變化在重現期距25年洪水下沖蝕深度為5公尺，重現期距200年高達8公尺，結果顯示二維模式可合理評估在不同的暴雨下士文溪河床之沖淤演變。
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生態工法乃環境與工程共生共存的自然工法，其中石籠工法在台灣運用於護岸、堤防、擋土牆等工程上相當廣泛。石籠是由金屬線材編織成六角形網孔的網狀結構，網片經組裝後內部填入卵礫石料或土石籠袋而成；並具有良好透水性、柔性結構等優點。然而石籠雖有上述優點，但實務上常因自然外力導致金屬網破壞，並失去其功能性；故需對金屬網做相關力學破壞機制之測試。現行相關金屬網規範中，然美國材料試驗協會(ASTM)所制定的ASTM A975標準規格，有訂定較為完整的石籠六角形金屬網規格強度特性及測試機制；由於地形、地質與工程特性等因素；國內常用規格尺寸並未表列於ASTM A975標準規格中。 本研究共分兩階段，第一階段以現地踏勘方式，分析國內石籠破壞案例佐證A975力學測試機制；第二階段針對國內最常用之六角形金屬網規格(線徑ψ4.0mm，網孔規格為120mm×150mm)，依據A975力學特性測試法，評估不同編織法對網身縱橫向抗拉、邊框線接合抗拉及貫入強度等之影響。然而，石籠網身因有其焊線處、單線鉤接破孔等弱面缺陷及施工不當案例造成網身破孔之情形，亦為研究項目之一；故在金屬網身縱橫向抗拉及貫入試驗等項目，執行網片中央處剪斷後對強度折減之影響。網片間接合強度部分，以線徑2.3mm、3.0mm之雙股絞接接合法做接合強度分析。然而實務上，籠體網片與網片間必須接合組裝；故網身受力時，有側邊拘限力存在。然而ASTM A975並未對網身抗拉試驗時，側邊緊縮現象所產生之側邊抗張力有所訂定。為模擬現地網片固定後側邊拘限力對抗拉行為之影響，故本研究亦也執行側邊拘限-網身縱橫向抗拉試驗，針對網身不同編織結構在完整網片與中央剪斷網片狀態下，側邊拘限力對網身抗拉試驗之影響。 透過現地破壞踏勘結果發現，石籠現地破壞型式亦有脹裂及貫入等破壞行為；並多位於網片間接合處及邊框線接合處等結構弱面。由側限條件-縱向抗拉、非側限縱向抗拉與貫入試驗可見，完整網片狀態下；三圈直向編織(Type-A)與四圈斜向編織(Type-B)金屬網，兩者強度差異皆不超過5%。然而網身經中央剪斷後，Type-A抗拉強度皆折減至完整時之40~50%左右；反觀四圈仍有80~90%的強度保留率。由側限條件-橫向抗拉、非側限橫向抗拉試驗數據得知，Type-B金屬網橫向抗拉強度較Type-A金屬網高20~30%，兩者橫向網身抗拉強度皆是縱向時的50%左右。Type-A橫向網身經中央剪斷後，強度折減至完整時之50%左右，為各試驗項目中之最低值；反觀四圈仍有80~90%的強度保留率。三圈直向編織結構(Type-A)經網線斷裂後，斷線處會隨著拉伸力由扭轉軸反向退轉破壞，使破孔容易拓大且阻抗強度不易上升；反觀四圈斜向編織結構(Type-B)則屬扭轉軸節點斷裂破壞，網身受力行為較不受斷線影響。並由拘限-橫向完整抗拉試驗結果得知，橫向網身經側限儀固定後，兩者破壞均由邊框線接合處產生；亦此可證其邊框線接合對網身橫向抗拉強度影響甚大。由邊框線接合抗拉試驗結果得知，四圈斜向編織(Type-B)因網身結構使邊框線扭轉節點受力分散，其扭轉處不易退轉。反觀，三圈直向編織(Type-A)網身結構使扭轉節點受力集中較易退轉。故兩者於典型單邊纏繞固定法上；四圈網身邊框線接合強度較三圈高55.5%。由網片間接合強度試驗，絞接接合法於 ∅ 2.3mm 施作時，常因施作較易(線徑細)而導致扭轉緊實度較鬆散或扭轉過緊而使綑紮線斷裂，其上述之變異因素，亦影響試驗數據之重覆性。反之，∅ 3.0mm因施作較難(線徑粗)，較無此例。∅ 2.3mm絞接7處之接合抗拉強度三組數據平均值為23.76 kN；∅ 3.0mm絞接5處則為33.93 kN。 綜合以上，依本研究之成果，期望未來ASTM A05技術委員會，將台灣石籠金屬網實務常用之規格納入ASTM A975標準中及其規格之力學特性要求強度，並希望本研究成果有助於國內相關單位修訂規範及訂定金屬網力學特性測試法。 關鍵字：六角形金屬網、箱籠、蛇籠、護岸、邊坡穩定、落石防護。
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台灣山地常發生各種類型之天然災害，造成部落民眾之生命及財產損失。本研究利用關聯式問卷探討達觀、桃山、雙崎及天狗等四個部落基層之防災能力，問卷設計分成構面層、問項層及效益層三部分，可以顯示問卷調查之目標達成績效。由分析結果顯示達觀部落民眾防災知識較另外三個部落全備，目標達成度為92.72%。桃山部落、雙崎部落與天狗部落之民眾目標達成度分別為90.92%、87.67%及86.40%。達觀部落雖有編組，但認知上還是有落差，編組之目標達成度為84.10%，民眾自救行為都偏向很安全之區域，其目標達成度為92.72%。
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水稻強化栽培體系之操作模式可節省水資源並提高水稻產量，但此種操作模式之推廣存在地域性問題。本研究利用土壤不同水分張力情境探討水稻之灌溉水量，並於國立屏東科技大學之試驗區及嘉南農田水利會灌溉推廣中心進行田區進行實驗，探討漫灌與紋溝灌溉對水稻種植之需水量、農藝性狀及產量影響。 本研究在國立屏東科技大學試驗區以水稻在30 kPa、40 kPa、50 kPa、60 kPa、70 kPa、80 kPa等6種土壤水分張力條件下，進行灌溉調整試驗。試驗結果顯示，土壤水分張力在30 kPa之灌溉量比80 kPa多 2.963 %，但產量30 kPa比80 kPa多14.230 %。在嘉南農田水利會灌溉推廣中心之試驗區所進行的紋溝灌溉與漫灌之灌溉水量控制為土壤水分張力達40 kPa時再灌溉，每次灌溉水深為2 cm。而由試驗結果之農藝性狀綜合分析顯示，紋溝兩側之水稻之成長率、稔實率及稻穀重量皆較漫灌為佳，全區水稻產量比較結果顯示紋溝灌溉較漫灌多。
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智能障礙者的心智與生理成長比一般同年齡者較遲緩，在成長過程必須倚靠服務人員持續地照顧、訓練及教育。在災害發生時，智能障礙者必須藉由服務人員的引導進行避災；因此，協助智能障礙者安全避災為服務人員之重要工作。本文利用關聯式問卷調查方法，依服務人員的工作壓力、智能障礙者避難訓練及社區民眾協助智能障礙者避災意願等組成構面，再以影響構面之條件形成問項設計，並由專家評估各問項對構面或整體目標達成之績效值，利用各問項對應之績效值可求得該構面對問卷目標之績效值。由分析結果顯示，服務人員的工作壓力目標達成度為82.40%代表照顧者所表現之工作壓力越小，有助於引導避難逃生的效率。智能障礙者避難訓練目標達成度為73.51%，代表智能障礙者能藉由反覆的避難演練，學習成效愈高愈好，有助於提升避難逃生的效率。社區民眾協助智能障礙者避災意願目標達成度為89.39%。代表社區民眾對於機構發生災害或演練時，能主動積極協助智能障礙者成效愈高愈好，有助於協助逃生避難逃生的效率。
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本研究以探討透水道路設計應用於科大路改善之研究，配合本透水鋪面試驗道路之施作並參考前人相關之研究計畫報告，透過相關之試驗及間檢測作業進行評估，詳細內容包括透水混凝土透水係數及強度性質、現地透水試驗結果分析，進而瞭解各試驗鋪面之相對試驗結果，以利進行後續追蹤及本益比之比較，期能透過本示範道路之試驗獲得最適合現地環境之透水鋪面斷面。 另一方面為瞭解設計斷面與施工品控之關係，本研究報告亦針對設計斷面之相關鋪面結構強度設計檢算，與規範之透水係數規定，進行現地施工之完成面檢驗及檢討作業，亦期盼能由設計規範規定、設計斷面尺寸強度及施工完成面，進行強度試驗及透水係數試驗，作為後續成果之檢討比對。 綜合觀測資料與分析結果歸納成果如下： 1.經檢測之數據發現斷面四之全透水斷面之透水性最佳，平均約為1300ml/15sec遠大於設計值之底層900ml/15sec、面層600ml/15sec，透水性其次為斷面三及斷面五之半透水斷面。 2.本次試驗之現場夯實方式是以滾輪寬1.76 m之2噸壓路機，分2層每層25 cm滾壓，每層滾壓次數4至5次，現地所得28天之抗壓強度fc28值與搗棒分4層3倍搗實或夯錘分6層3倍搗實之強度值相當，前者為122 kgf/cm2，後者為120 kgf/cm2。但現地滾壓之7天強度fc7值則偏低，前者為77 kgf/cm2 而後者為113 kgf/cm2，推斷其原因為現地透水混凝土於澆置後7天，水泥水化作用尚未完全所致。 3.在抗彎強度試驗方面，15×15×53 cm梁試體依搗棒分3層2倍或3倍搗實，可取7天和28天破裂模數各為R7=23 kgf/cm2和R28=27 kgf/cm2，得R7/R28=0.88。在透水係數試驗和孔隙率試驗方面，ψ10×10cm圓柱試體依搗棒分2層3倍搗實或夯錘分2層3倍搗實，其7天和28天透水係數各為k7=0.23 cm/sec和k28=0.16 cm/sec，得k7/k28=1.44。透水係數有下降趨勢，但皆大於台灣建築中心之基準值0.01 cm/sec。其7天和28天孔隙率各為n7=25%，n28=28%，得n7/n28=0.89，孔隙率隨時間變化不大，且皆大於台灣建築中心之基準值15%。 4.現地透水試驗之透水量為1204 ml/15sec皆大於底層600 ml/15sec以上或基層300 ml/15sec以上之「施工綱要規範」要求。而ψ10×10cm鑽心試體之7天和28天透水係數各為k7=0.22 cm/sec和k28=0.03 cm/sec，得k7/k28=9.23，28天k值僅為7天之1/9，但亦皆大於要求。其孔隙試驗值各為n7=28%和n28=24%，n7/n28=1.17，孔隙率隨時間變化不大，且皆符合要求。
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在消防人力不足的狀況下，我國採用義勇消防組織協助消防人員，進行各項消防及災害搶救工作。該組織成員為災害搶救處置第一線人員，其對消防工作及災害搶救所需的必要技能、工作態度、專業素養以及對於工作的投入程度，攸關消防工作效能是否能發揮之重要關鍵。本文參酌法令規章、行政管理、教育訓練、通報聯絡及出勤情況等影響消防工作成效之相關資料設計問卷，針對屏東縣政府消防局轄屬警消人員進行問卷調查。由72%回收問卷的統計分析結果顯示義勇消防組織在行政管理上有改善空間；在教育訓練上是受肯定且高度認同其必要性；在救災裝備上因經費窘困普遍呈現裝備短缺的現象;在工作投入度上義警消人員都呈現高度的認同。總結來說義勇消防組織在協助消防工作成效上呈現正面的評價。
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煉鋼工業廢棄物-「爐渣」的資源化再生料雖已廣泛應用作為工程材料，但現階段仍以作為路基回填與瀝青混凝土材料為主。本研究主要目的在於應用中鋼煉鋼衍生廢棄物之改質轉爐石再生粒料作為混凝土的骨材，用來產製混凝土護坡砌塊。首先進行改質轉爐石再生粒料的基本物性試驗，再依其物性採用正交試驗設計法將改質轉爐石再生粒料、水泥和水等三者以適當配比混拌製作混凝土試體。試體濕養護齡期7、28、56天後進行抗壓強度，統計歸納得強度最高的優選材料配比。 試驗結果顯示用正交分析法優選材料配比製作的混凝土試體，其抗壓強度為272 kgf/cm2，已達到依據水土保持混凝土砌塊目標設計強度210 kgf/cm2 以上的要求，再以此材料配比作為產製三種型式護坡混凝土砌塊之依據。本研究成果可將煉鋼爐渣再生料有效地應用在工程實務，達到廢棄物資源化的永續利用。