臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用電腦軟體分析的排樁種類使用混凝土空心排樁，將以排樁厚度、淨間距、直徑為主要參數，來探討各項參數對單/雙排空心排樁對減震效率的影響，並且找出最佳淨間距。以供工程實務應用。
本研究發現其參數對減震效率影響的程度關係為：淨間距(S)參數 > 厚度(t)參數 > 直徑(D)參數。而本研究發現減震效率會隨著淨間距(S)及厚度(t)減少而顯著增加，目前初步推斷最佳淨間距約在3.6~4.2m(約為2-4倍的直徑)，排樁淨間距要在最佳淨間距以內，隔震效果才會顯著。對單排而言當淨間距等於最佳淨間距時，減震效率約為0.2~0.3左右。當淨間距小於最佳間距減震成效顯著增加，在淨間距為0時，減震效率可達0.5~0.6左右。反之當淨間距大於最佳淨間距時，減震效率下降而較不顯著，約僅達為0.15~0.2左右。在雙排之減震效率比單排稍佳，分別增加0.1左右，其效率增加但不顯著，故實務上雙排隔震並不需要。

The research was conducted to investigate the vibration screening effectiveness of hollow cylindrical piles using an established numerical analysis software ANSYS with parameters of material type, diameter, and clearance spacing of the piles. The main objectives of the study include the effectiveness difference between single and double rows of the piles as well as the “optimum clearance spacing”, which can be useful information in practical applications when the hollow cylindrical piles are used for vibration isolation.
The results of the study indicated that, for the parameters used in the study, the influential level of the parameters on the vibration screening effectiveness can be ranked as the following:
Clearance spacing (S) > thickness (t) > diameter (D).

The study results also revealed that the screening effectiveness increases with decreasing clearance spacing S and thickness t of the piles. In general, the piles exhibit significant increase of screening effectiveness when the clearance spacing is within the optimum spacing which is about 3.6 – 4.2 meters (about 2-4 times of pile diameter). Specifically, the results indicated that the screening effectiveness is about 0.2 – 0.3 when S is equal to the optimum clearance spacing. Also, the effectiveness can be as high as 0.5-0.6 when the S is zero (i.e. piles side by side) while the effectiveness becomes insignificant at about 0.15 – 0.2 for S greater than the optimum spacing. In addition, the screening effectiveness is only about 0.1 higher for the piles in double rows than that for the single row at each clearance spacing level respectively discussed above. This implies that using double rows may not result in significant increase in screening effectiveness and is not recommended for economic reasons in practical applications when hollow cylindrical piles are used for vibration isolation.

中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅷ
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的及方法 3
1.4 研究內容 4
1.5預期研究成果與可能工程實務應用 5
1.5.1 預期研究成果 5
1.5.2 可能工程實務用 5
第二章 文獻回顧 8
2.1引言 8
2.2 隔絕震波的方式 9
2.3 震波阻隔效應之前人研究 9
2.3.1 實驗研究之文獻顧 9
2.3.2 數值方法研究之文獻回顧 12
2.4小結 19
第三章 相關理論介紹 25
3.1震動基本理論 25
3.2波傳基本理論 25
3.2.1實體波 26
3.2.2表面波 28
3.2.3 P-wave、S-wave、R-wave 波速比較 29
3.3震幅降低比表示法 29
3.4有限元素理論 30
3.5相關震動理論 31
3.6傅立葉轉換 32
3.6.1離散傅立葉轉換 33
3.6.2快速傅立葉轉換 33
第四章 分析模式與方法流程 41
4.1問題描述與基本假設 41
4.2元素網格切割模式 41
4.3各項材料參數選定 42
4.4減震參考點之選取 43
4.5分析方法流程 43
4.5.1使用軟體簡介 43
4.5.2 ANSYS分析流程圖 44
第五章 分析結果討論 51
5.1單排混凝土空心排樁幾何尺寸對減震效果之影響 51
5.1.1混凝土空心排樁淨間距(S)參數對減震成效的影響 51
5.1.2混凝土空心排樁厚度(t)參數對減震成效的影響 52
5.2雙排混凝土空心排樁幾何尺寸對減震效果之影響 53
5.2.1混凝土空心排樁間距(S)參數對減震成效的影響 53
5.2.2混凝土空心排樁厚度(t)參數對減震成效的影響 53
5.3混凝土空心排樁厚度(t)對減震成效及最佳淨間距的影響 54
5.4混凝土空心排樁直徑(D)對減震成效及最佳淨間距的影響 54
5.5單/雙排排樁的減震成效比較 55
5.6排樁減震之最佳淨間距 56
5.7小結 57
第六章 結論與建議 71
6.1結論 71
6.2建議 73
6.2.1後續研究建議 73
6.2.2工程實務上建議 74
參考文獻 75
附錄 79

表目錄
表3.1震動波形種類 35
表4.1敲擊力量一覽表 45
表4.2土壤及排樁材料性質 46
表4.3各項參數的幾何尺寸 46
表5.1單/雙排排樁的減震效率 53
表5.2單/雙排排樁的最佳淨間距 54

圖目錄
圖1.1 研究流程圖 7
圖2.1主動隔絕- 圍繞在震源的隔震圖解 20
圖2.2被動隔絕-利用槽溝來隔離震動的模式圖解 20
圖2.3利用開口槽溝與銅牆障壁來阻隔交通所產生的震動 21
圖2.4以板樁為支撐利用開口槽溝阻隔震波示意圖 22
圖2.5模型試驗裝置圖 22
圖2.6槽溝模型試驗示意圖 23
圖2.7中空圓管之模型試驗砂箱 23
圖2.8混凝土填充槽溝深度影響參數對平均震幅降低比的影響 24
圖2.9 四種類型排樁對減震效果之差異 24
圖3.1 Ｐ波的運動方向與震波傳播的方向相同 36
圖3.2 Ｓ波質點運動方向與震波傳播方向垂直 36
圖3.3 ＳＶ波及ＳＨ波 36
圖3.4各種震波在彈性半無限空間內之運動 37
圖3.5 P、S、R 波波速比較圖 37
圖3.6對一特定震動頻率、位移震幅之一般極限 38
圖3.7震動極限之感應震譜 39
圖3.8德國DIN4150（1983）對基礎震動速度之界限值規範 39
圖3.9快速傅立葉轉換得到之頻率域訊號 40
圖4.1敲擊產生sin wave 的波形圖 47
圖4.2元素網格上視圖 47
圖4.3模型透視圖 48
圖4.4震源與接收點位置示意圖 49
圖4.5排樁尺寸示意圖 49
圖4.6 ANSYS分析流程圖 50
圖5.1單排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度20cm，D=1M) 59
圖5.2單排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度5cm，D=1M) 59
圖5.3單排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度20cm，D=2M) 60
圖5.4單排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度5cm，D=2M) 60
圖5.5單排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源20m，D=1M) 61
圖5.6單排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源40m，D=1M) 61
圖5.7單排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源20m，D=2M) 62
圖5.8單排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源40m，D=2M) 62
圖5.9雙排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度20cm，D=1M) 63
圖5.10雙排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度5cm，D=1M) 63
圖5.11雙排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度20cm，D=2M) 64
圖5.12雙排空心排樁在不同間距下減震成效的影響(厚度5cm，D=2M) 64
圖5.13雙排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源20m，D=1M ) 65
圖5.14雙排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源40m，D=1M) 65
圖5.15雙排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源20m，D=2M) 66
圖5.16雙排空心排樁在不同厚度下減震成效的影響(距震源40m，D=2M) 66
圖5.17減震效率的變化(距震源20m處)（單排） 67
圖5.18減震效率的變化(距震源40m處)（單排） 67
圖5.19減震效率的變化(距震源20m處)（雙排） 68
圖5.20減震效率的變化(距震源40m處)（雙排） 68
圖5.21最佳淨間距的變化(距震源20m處)（單排） 69
圖5.22最佳淨間距的變化(距震源40m處)（單排） 69
圖5.23最佳淨間距的變化(距震源20m處)（雙排） 70
圖5.24最佳淨間距的變化(距震源40m處)（雙排） 70

【1】Barkan, D. D., Dynamics of Bases and Foundations, translated from the Russian by L. Drashevska, and translation edited by G. P. Tschebotarioff, McGraw-Hill Book Co., New York, 434p, 1962.
【2】NcNeill, R. L., Margason, B. E., and Babock, F. M., “The Role of Soil Dynamics in the Design of Stable Test Pads,” Guidance and Control Conference, Minneapolis, Minnesota, Aug.16-18,pp.366-375,1979.United States Department of the Interior Bureau of Reclamation Design of Small Dams, A Water Resources Technical Publication, 1973.
【3】Woods, R. D., “Screening of Surface Waves in Soil,” J. Soil Mech. And Found. Engrg., ASCE, Vol. 94, SM4, pp. 951-979 ,1968.
【4】Sridharan, A., M. V. Nagenendra, and T. Parthasarathy, “Isolation of Machine Foundations by Barriers,” International Conference on Recent Advances in Geothchnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics ,St. Louis, Vol. l, pp. 279-282 ,1981.
【5】Haupt, W. A., “Model Test on Screening of Surface Waves,” Proc., 10th, Int. Conf. Soil Mech. And Found. Engrg., Stockholm, Vol. 3, pp. 215-222 ,1981.
【6】Beskos, D. E., Dasgupta, G., and Vardoulakis, I. G., “Vibration Isolation Using Open or Filled Trench. Part 1: 2-D Homogeneous,” Comput. Mech., Vol. 1, No. 1, pp. 43-63, 1986.
【7】倪勝火，徐俊雄，蔡佩勳，「填充槽溝阻隔效應之實驗研究與分析」，中華民國第十七屆全國力學會議論文集，臺北，第349-356 頁1993。
【8】徐俊雄「填充槽溝阻隔效應之實驗研究與分析」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，1993。
【9】吳瑞祥，「槽溝對表面波減振之實驗研究」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，2000。
【10】林建儀，「振動衰減模式與振波阻隔效應之實驗研究」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，2001。
【11】廖志祥，「土中障礙物對振波阻隔之試驗研究」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，2002。
【12】Wass, G., “Linear Two-Dimensional Analysis of Soil Dynamics Problem in Semi-Infinite Layered Media,” Ph. D. thesis, University of California, Berkeley, California ,1972.
【13】Haupt, W. A. “Surface Waves in nonhomegeneous Half-Space,” Dynamical Method in soil and Rock Mechanics, Prange , B. eds, Rotterdam:Balkema pp. 335-367, 1977
【14】Segol, G., Lee, P.C.Y., and Abel, J. F., "Amplitude Reduction of Surface Wave by Trenches," J. Engrg Mechs. Div., ASCE, Vol. 104, EM3, pp. 621-641 (1978).
【15】Segol, G., P. C. Y. Lee, and Abel, J. E., “Amplitude Reduction of Surface Wave by Trenches,” Proc. ASCE 104, J. Engrg. Mech., Div. EM3, pp.621-641 ,1978.
【16】May, T. W., and Bolt, B. A., “The Effectiveness of Trench in Reducing Seismic Motion,” Earth. Engrg. Struct. Dyn., Vol. 10, pp.195-210 ,1982.
【17】Avilles, J. and Sanchez-Sesma, F. J., “Piles as Barriers for Elastic Waves,” J. Geotech Engrg. Div., ASCE, Vol. 109, pp.1133-1146, 1983.
【18】Manolis, G.D., "Shallow Trenches and Propagation of Surface Waves," J. Engrg. Mech., ASCE, Vol. 111, No. 2, pp. 279-282 (1985).
【19】Leung, K.L., and Vardoulakis, I.G., "Vibration Isolation by Trenches in Continuously Nonhomogeneous Soil by the BEM," Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 10, No. 3, pp. 172-179 (1991).
【20】馮正一，「邊界元素應用於條形基礎振動反應之分析」，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所，臺南，1991。
【21】Ahmad, S., and Al-Hussaini, T. M., “Simplified Design for Open and In-Filled Trenches,” ASCE, J. Geotech. Engrg., Vol. 117, No. 1, January,pp. 67-88, 1991.
【22】劉彥宏，「環狀壕溝阻隔地表震動之有效性」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，1992。
【23】倪勝火、馮正一、蔡佩勳，「條形基礎振動反應與阻隔效應之分析」，中國土木水利工程學刊，第六卷，第三期，第269-277 頁，1994。
【24】楊永斌，高速列車所引致之土壤振動分析法，中興工程顧問社臺北，1995。
【25】蔡佩勳，「槽溝對方形振動基礎的震波阻隔效應之研究」，博士論文，國立成功大學土木工程研究所，臺南，1996。
【26】Klein, R., Antes, H., and Le Houedec, D., “Efficient 3D Modelling of Vibration Isolation by Open Trenches,” Comput. Struct., Vol. 64, pp. 809-817, 1997.
【27】Kattis, S. E., Polyzos, D., and Beskos, D. E., “Modelling of Pile Wave Barriers by Effective Trenches and Their Screening Effectiveness,” Soil Dyn. and Earthqu. Eng., Vol. 18, pp. 1-10 , 1999.
【28】洪昌祺，「類神經網路在槽溝隔震效果之研究」，博士論文，國立成功大學土木研究所，2000。
【29】曾國哲，「具開挖槽溝基地之波傳減振效果」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，1999。
【30】江沛汶，「混合數值法應用於開挖槽溝之減振分析」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，2000。
【31】葉昕豪，「台南科學工業園區波傳減振之研究」，碩士論文，國立成功大學土木研究所，2001。
【32】梁瑞盛，「開口槽溝對振動基礎之震波阻隔效應」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系，2001。
【33】麥永慶，「以二維時間域邊界元素法分析地表幾何變化對波傳之影響」，碩士論文，國立交通大學土木研究所，2002。
【34】陳振昌，「填充槽溝與板樁式槽溝的震波阻隔效率之研究」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系，2003。
【35】鄭丁榮，「排樁對方形振動基礎的減震效應之研究」，碩士論文，私立朝陽科技大學營建工程系，2004。
【36】黃宗宸，「南科園區高鐵沿線道路舖面與排水溝渠之減振成效分析」碩士論文，國立台灣大學土木工程學研究所，2003。
【37】倪勝火，徐俊雄，蔡佩勳，”填充槽溝阻隔效應之實驗研究與分析”，中華民國第十七屆全國力學會議，1993。