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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳重光
研究生(外文):Chong-Guang Chen
論文名稱:以RIDO及PLAXIS程式模擬支撐擋土開挖行為初探
論文名稱(外文):A Preliminary Study on the Simulation of Braced Cut Construction Using RIDO and PLAXIS Computer Programs
指導教授:趙紹錚趙紹錚引用關係
指導教授(外文):Sao-Jeng Chao
口試委員:趙紹錚鄭安胡光復
口試委員(外文):Sao-Jeng ChaoAn ChengKuang-Fu Hu
口試日期:2011-06-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:土木工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:164
中文關鍵詞:有限元素法RIDOPLAXIS支撐擋土開挖現地觀測
外文關鍵詞:FEMRIDOPLAXISBraced cutField measurement
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本論文對國立宜蘭大學綜合教學大樓新建工程開挖作業進行現地觀測,此基地面積約2800平方公尺,長約53m、寬約50m,於現地所觀測到的最大側向位移量為23.5mm。其後再以實際觀測數據配合使用一維有限元素法程式RIDO及二維有限元素法程式PLAXIS來進行輔助分析,並比較其結果以探討數值模擬與實際觀測之差異。RIDO程式是在1983年由法國公司所發展出來之一維有限元素法程式,用來模擬擋土壁體於各開挖階段時壁體所承受之彎矩、剪力及變形,並可計算開挖過程擋土支撐之荷重,本研究使用RIDO4.11版數值模擬所得之最大側向位移量為14.13mm。PLAXIS程式則為荷蘭PLAXIS B.V.公司的產品,其發展可追溯至1987年荷蘭Delft科技大學,因荷蘭公共工程及水利管理部之需求,而研發出之二維有限元素分析程式,本研究使用PLAXIS 8.5版數值模擬所得之最大側向位移量為28.76mm。兩種數值模擬結果與實際觀測數值差距皆不到1cm,可得知經由選擇合理的土壤模型及材料相關性質,搭配上正確的施工步驟、邊界條件以及初始條件等,使用有限元素程式來預測基礎開挖擋土結構,可清楚得知其相關之變形、受力行為,預先得知施工階段可能遇到的狀況。本論文亦探討了開挖工程之影響因素,瞭解各項影響因素對於開挖工程所產生的位移量之間的關係,進而掌握各影響因素的重要性。
This study investigates the field measurements of the Academic Building Project in the campus of Ilan University during excavation phase. The measured ground subsidence data and inclinometer data are then used to compare with the predicted results from the 1-D RIDO computer program and the 2-D PLAXIS computer program. The RIDO finite element computer program was developed in 1983 by a French company named Robert Fages Logiciels. The program can be used to simulate the bending moment, shear force and deformation of the earth retaining structure during excavation stage. It is also able to predict the bracing loads during the construction stages. This study uses RIDO4.11 version for obtaining the numerical simulation result of the maximum deformation, which is 14.13mm. The PLAXIS finite element computer program is a product of the PLAXIS BV Company. The development of PLAXIS can be traced back to the year of 1987. The Technical University of Delft built up the 2-D finite element computer under the demand of the Dutch Ministry of Public Works and Water Management. This study uses the PLAXIS 8.5 version for numerical simulation and obtains the predicted maximum deformation of 28.76mm. The predicted results from the 2 computer programs are slightly different with the monitored values obtained directly from the field. The differences are less than 1cm and the tendencies are quite similar. Thus, it is concluded that using finite element program can predict the excavation response of earth retaining structures under the conditions of choosing reasonable soil model and material properties, proper construction steps, and appropriate boundary and initial conditions. In addition, this study also investigates the factors affecting the field response of the excavation to understand the significance of them.
第一章 緒論...................................................................................................1
1.1 前言.....................................................................................................1
1.2 研究動機與目的............................................................................................1
1.3 研究方法與流程............................................................................................2
1.4 論文架構................................................................................................2
第二章 文獻回顧...............................................................................................5
2.1 擋土措施及支撐工法........................................................................................5
2.1.1 自立式垂直工法.........................................................................................6
2.1.2 斜坡式工法.............................................................................................7
2.1.3 版樁自承工法...........................................................................................7
2.1.4 版樁支撐工法...........................................................................................7
2.1.5 水平支撐工法...........................................................................................7
2.1.6 地錨工法..............................................................................................7
2.1.7 島區式工法............................................................................................7
2.1.8 壕溝式工法............................................................................................8
2.1.9 逆築工法..............................................................................................8
2.2 開挖分析探討.............................................................................................8
2.3 開挖工程之影響因素.......................................................................................9
2.4 國內常用之分析方法.......................................................................................11
2.4.1 假設支點法............................................................................................11
2.4.2 彈性法................................................................................................12
2.4.3 彈塑性法..............................................................................................14
2.4.4 有限元素法............................................................................................15
第三章 國立宜蘭大學綜合教學大樓新建工程..........................................................................16
3.1 前言.....................................................................................................16
3.2 計畫區概述................................................................................................17
3.3 安全監測系統..............................................................................................17
3.3.1 地表沉陷監測............................................................................................18
3.3.2 地表(含建築物)沉陷監測裝設步驟............................................................................18
3.3.3 地表(含建築物)沉陷監測方法...............................................................................18
3.3.4 觀測目的與原理.........................................................................................19
3.3.5 研判與分析............................................................................................19
3.3.6 傾度管埋設步驟.........................................................................................19
3.3.7 傾斜儀監測方法.........................................................................................20
3.3.8 觀測目的與原理.........................................................................................20
3.3.9 研判與分析.............................................................................................21
3.4 施工流程.................................................................................................21
3.4.1 開挖..................................................................................................21
3.4.2 預壘樁及地盤改良.......................................................................................22
3.4.3 鋼板樁及支撐...........................................................................................22
3.4.4 地下水位..............................................................................................22
3.5 監測數據................................................................................................22
3.6 小結....................................................................................................26
第四章 RIDO 有限元素程式模擬分析................................................................................53
4.1 RIDO 程式介紹............................................................................................53
4.1.1 RIDO 基本操作..........................................................................................54
4.1.2 RIDO 程序組成及指令說明.................................................................................54
4.2 基本假設................................................................................................55
4.3 分析參數之決定...........................................................................................56
4.3.1 土壤參數之決定.........................................................................................56
4.3.2 側向土壓力之決定.......................................................................................57
4.3.3 擋土壁體及支撐勁度之決定................................................................................59
4.3.4 水平地盤反力係數.......................................................................................63
4.4 綜合教學大樓新建工程之 RIDO 參數輸入說明...................................................................65
4.5 RIDO 案例模擬分析結果.....................................................................................69
4.6 以 RIDO 做參數分析......................................................................................70
4.6.1 土壤的c、φ值對開挖的影響...............................................................................70
4.6.2 鋼板樁剛性對開挖的影響.................................................................................71
4.6.3 支撐的勁度模數對開挖的影響..............................................................................71
4.6.4 支撐預力大小對開挖的影響...............................................................................72
4.6.5 鋼板樁之貫入深度對開挖的影響............................................................................73
4.6.6 地盤改良對開挖的影響...................................................................................73
4.6.7 地下水位的高低對開挖的影響..............................................................................74
4.7 小結...................................................................................................75
第五章 PLAXIS有限元素數值模擬分析..............................................................................101
5.1 PLAXIS程式簡介...........................................................................................102
5.1.1 程序組成及指令說明.....................................................................................103
5.1.2 PLAXIS運算模式.........................................................................................104
5.2 PLAXIS模擬流程說明.......................................................................................106
PLAXIS通用的有限元素計算過程簡要說明...........................................................................107
5.3 有限元素模擬介紹........................................................................................108
5.3.1 摩爾-庫倫模型(Mohr-Coulomb Model) ...................................................................108
5.4 PLAXIS案例模擬分析結果...................................................................................111
5.5 以 PLAXIS做參數分析....................................................................................112
5.5.1 土壤的c、φ值對開挖的影響..............................................................................112
5.5.2 鋼板樁剛性對開挖的影響................................................................................113
5.5.3 支撐的勁度模數對開挖的影響............................................................................114
5.5.4 支撐預力大小對開挖的影響..............................................................................114
5.5.5 鋼板樁之貫入深度對開挖的影響..........................................................................115
5.5.6 地盤改良對開挖的影響.................................................................................116
5.5.7 地下水位的高低對開挖的影響............................................................................116
5.6 小結.................................................................................................117
第六章 結論與建議...........................................................................................143
6.1 結論..................................................................................................143
6.2 建議..................................................................................................144
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