教師資料查詢 | 類別: 研究報告 | 教師: 張德文CHANG DER-WEN (瀏覽個人網頁)

標題:垂直力作用下樁筏基礎的基樁彈性阻抗折減影響分析
學年109
學期1
出版(發表)日期2020/12/19
作品名稱垂直力作用下樁筏基礎的基樁彈性阻抗折減影響分析
作品名稱(其他語言)Stiffness Reduction of Piles Due to Pile-To-Pile Interactions for Piled Raft Foundation under Vertical Load
著者張德文
單位
描述
委託單位科技部
摘要樁筏基礎的筏基剛度對其垂直向變形影響甚鉅。小型樁基礎因樁帽剛度較大,故基礎沉陷量較均勻,在此狀態下,吾人可假設垂直力主要由樁基承擔,並以均勻沉陷配合彈性力學的基樁互制公式求各基樁的力分配性。本計畫主持人曾以解析解模擬剛性樁帽樁基的力分配性,並以模型試驗數據驗證其可行性。對大型樁筏基礎而言,由於筏基具變形撓度,軟弱地盤中的基礎沉陷量將集中在基礎中間,邊緣沉陷量次之,角隅處最小。在此情況下,吾人無法以前述解析解求解樁筏基的力分配性,故其求解方式將為本研究擬探討之課題。另研究將在既有成果基礎下,探討剛性和柔性樁筏基礎的基樁彈性阻抗影響係數,計畫擬建議基樁勁度的影響係數以做為設計分析參考。本研究將以三維有限元素法分析做為比較基礎,以檢驗本計畫所建議的分析成果。本計畫之研究成果將可供了解大型樁筏基礎在垂直力作用下的力分配性,以及基樁勁度受互制影響所產生的折減,對於樁筏基礎結構的設計和分析將具有參考價值。
本研究係以WEAPR-S程式為分析基礎,模擬樁筏基礎在垂直均布載重下的變形量,該分析係藉二維筏基變形差分式和一維基樁變形差分式而建立。研究另以改良Lysmer類比模式模擬筏基底部土壤彈簧,同時使用極限強度模式模擬基樁等效彈簧勁度,並考慮群樁互制影響,完成WEAPR-S2程式開發,其可求解線彈性樁筏基礎受力行為,具簡易分析特性。程式分析結果並與三維有限元素法Midas-GTSNX分析結果進行比較,以了解軟弱黏土地盤之樁筏沉陷量分布、應力分布、差異沉陷量、基樁折減係數、基樁受力分配情況和相關參數(S/D和土壤勁度)影響。研究成果顯示:1.採用改良Lysmer土壤彈簧搭配極限強度之基樁土壤彈簧,並引用群樁互制公式,可改善原WEAPR分析,使樁筏基礎的沉陷量與有限元素法分析結果相似。2.大型樁筏基礎的柔性筏基下方土壤勁度對基礎行為影響甚為明顯,基礎沉陷以中心處最大,受力亦以中心部位基樁較大,該受力之分布現象與剛性基礎迴異。
3.大型樁筏基礎之基樁數量明顯影響基樁行為,由於筏基柔度較高,當基樁數量增加時,各樁的受力和等效彈簧勁度差異將減少,群樁互制影響反而降低;當基樁數量減少時,群樁互制影響方轉為明顯,其中角隅樁勁度受互制之折減影響反較其餘基樁明顯。
4.當樁筏基礎之筏基剛性增加時,基樁之荷重比例將遠大於柔性筏基之基
樁,其沉陷量亦較柔性筏基案例低許多;故柔性樁筏中筏基下方土壤的承載力甚為重要,若將剛性樁基礎之群樁設計概念套用於柔性樁筏基礎時,設計將過於保守。5.WEAPR-S2分析雖能大致掌握樁筏基礎受力行為,但由於無法模擬樁筏間的結構幾何變化,故仍會低估樁頂部位的基樁最大內力,使用時仍須謹慎。
6. 大型樁筏基礎的基樁勁度折減將與筏基剛度、樁距樁徑比(S/D)以及土壤勁度相關,由於基樁等效彈簧將為變數,WEAPR-S2程式並不適用於該項觀察,相關分析仍以有限元素法為最佳工具。
關鍵字樁筏基礎;差異沉陷;群樁互制;基樁力分配;等效樁彈簧勁度;折減影響
語言中文
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