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系統識別號 U0002-0508201010494800
中文論文名稱 地錨拉拔試驗聲訊反應之有限元素分析
英文論文名稱 Accoustic Response of Ground Anchor under Pullout Test from Finite Element Analysis
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 楊智麟
研究生英文姓名 Chih-Lin Yang
學號 696380988
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-28
論文頁數 95頁
口試委員 指導教授-張德文
委員-李維峰
委員-黃富國
中文關鍵字 地錨  聲波監測  有限元素法  回饋分析 
英文關鍵字 Anchor  Acoustic Monitoring System  Finite Element Method  Feed-back analysis 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究以有限元素分析軟體ABAQUS建立背拉式地錨之二維和三維模型,以瞭解地錨結構系統的聲訊波傳特性、傳播規律和衰減機制。研究項目分為兩部份,第一部份為地錨拉拔試驗模擬,吾人藉由二維和三維模型及參考前期一維分析模式所提出的材料組構模式進行模擬,並與現地實驗及理論模式做比較。第二部份為聲訊反應模擬,吾人採用一維模式所建議之脈衝載重及初始條件進行二維及三維模擬,並針對各聲訊時間差進行回饋分析。
  研究結果顯示:(1)由分析域大小探討結果顯示,分析域的深度對拉拔試驗模擬結果沒有明顯影響;分析域的寬度則對拉拔試驗模擬結果具有顯著影響,寬度二十米既可得合理的拉拔曲線模擬結果。(2)由舊有地錨拉拔試驗模擬之結果顯示,二維模型所得拉拔曲線與現地試驗結果相似,而三維模型所得之結果則有較高的承載容量。(3)二維及三維模型可模擬卸載歷程之拉拔曲線並改善一維模型缺點,地錨之承載力明顯取決於固定端之長度 (4)在聲訊反應模擬中,二維模型所得之聲訊歷時與試驗聲訊結果相似,但舊有地錨之三維模型聲訊歷時與現地試驗結果差距較大。(5)在回饋分析中,吾人藉由前人所建議之二維及三維時間差定位法進行分析。由時間差定位法回饋得到結果顯示,淺層損傷時(破壞位置在深度3m處),所回算得破壞位置與實際破壞位置相差約為2m內;而深層損傷時(破壞位置在深度在10m以上),所回算得破壞位置與實際破壞位置相差約為1m內。淺層回算結果會有較大的誤差,其因在於回算過程中,些微的時間誤差既對結果會產生顯著的變化。
英文摘要 In this study, using the FEM software ABAQUS to establish 2D and 3D anchor model to study the singal propagation characteristics and attenuation mechanisms. Research project is divided into two parts, first, anchor pullout test simulation by 2D and 3D model refer to the analytical model proposed material model and to compare experimental and theoretical models. Second, simulation for the signal using by theoretical model suggested the impulse load and the initial conditions for 2D and 3D simulation, and using the signal time difference for feed-back analysis.
The observation are summarized as follows: (1) From the analysis domain size discussion result show that, depth change didn’t affect anchor pullout test simulation results; width change affect anchor pullout test simulation results. Width of 20 meters can get reasonable results. (2)From the old anchor pullout test simulation results show that 2D model from drawing curves and the test results were similar, while 3D model of the results obtained have high load-carrying capacity. (3) 2D and 3D model can simulate the uninstall process of drawing curves and improve the shortcomings of one-dimensional model, clearly depends on the capacity of anchors in the length of the fixed side. (4) In the signal simulation, 2D model of the signal similar to the test result, but old anchor 3D model of the signal significantly different between the test result. (5)In the feed-back analysis, using the 2D and 3D analysis of the time difference location method proposed by others. The result show that, surface damage (damage location in the depth 3m) , the result varies with the actual location within about 2m. Deep damage (damage location in depth of 10m or more), the result varies with the actual location within about 1m. The result has large errors because of calculation process, the small error will be significant changes in the result.
論文目次 目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
本文目錄 III
表目錄                V
圖目錄 VI

第一章 緒論             1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法與內容 2
第二章 文獻回顧 5
2-1 聲波監測系統現場試驗 5
2-1-1 試驗場址簡介 5
2-1-2 施測過程與方法 8
2-1-3 試驗結果 14
2-2 理論分析模式回顧 21
2-2-1 理論分析模式建立 21
2-2-2 理論分析模式模擬拉拔曲線 29
2-2-3 理論分析模式模擬破壞聲波訊號結果 35
第三章 ABAQUS 介紹及初步模擬結果 46
3-1 ABAQUS 簡介 46
3-2 有限元素模型之建立 49
3-2-1 有限元素網格之建立 49
3-2-2 材料組構模式選取 56
3-3 有限元素模型分析域探討 58
3-4 地錨拉拔試驗模擬結果 60
第四章 聲訊反應模擬 63
4-1 前言 63
4-2 地錨聲訊反應模擬 64
4-3 聲訊反射波分析 74
4-4 破壞聲訊回饋分析 79
4-4-1 二維時間差定位 79
4-4-2 三維時間差定位 86
第五章 結論與建議 90
5-1 結論 90
5-2 展望與建議 92
參考文獻 93
表目 錄
表 2-1 舊有地錨和新設地錨之設計條件和材料使用規格說明 7
表2-2 舊有地錨和新設地錨試驗成果表 14
表2-3 舊有地錨和新設地錨損傷發生時間和載重階級 14
表2-4 地錨鋼鍵之分析參數設定 30
表2-5 錨碇水泥砂漿界面模式之分析參數設定 30
表2-6 錨碇土層之分析參數設定 30
表2-7 舊有地錨和新設地錨之試驗及數值模擬結果比較 34
表2-8 舊有地錨和新設地錨之試驗及數值損傷事件比較 34
表2-9 地錨損傷之試驗與模擬聲訊的頻率變化比較 45
表3-1 ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit 比較48
表3-2 新設地錨各參數 51
表3-3 舊有地錨各參數 52
表4-1 舊有地錨不同破壞模式之材料彈性模數 67
表4-2 新設地錨不同破壞模式之材料彈性模數 67
表4-3 材料參數計算聲波波速 76
表4-4 舊有地錨二維時間差定位法(Cement creak) 80
表4-5 舊有地錨二維時間差定位法(Deep wire break) 81
表4-6 新設地錨二維時間差定位法(Cement creak) 82
表4-7 新設地錨二維時間差定位法(Deep wire break) 83
表4-8 新設地錨二維時間差定位法(Surface wire break) 84
表4-9 三維回饋分析四組接收器抵達時間(Cement creak) 86
表4-10 三維回饋分析四組接收器抵達時間(Deep wire break) 87
表4-11 二維回饋分析結果與實際作用位置比較 88
表4-12 三維回饋分析結果與實際作用位置比較 89

圖 目 錄
圖 1-1 研究分析流程 4
圖2-1 試驗基地位置圖 5
圖2-2 試驗場址全視圖 7
圖2-3 擋土邊坡剖面示意圖 7
圖2-4 聲波感應器佈設位置圖 9
圖2-5 監測系統連接與反彈錘測試 9
圖2-6 舊有地錨試驗各聲波感應器之測試訊號 10
圖2-7 新設地錨試驗各聲波感應器之測試訊號 11
圖2-8 地錨拉拔試驗之施行步驟 12
圖2-9 舊有地錨和新設地錨之載重施加歷時曲線 13
圖2-10 舊有地錨之載重-變位關係曲線和發生之損傷事件示意圖15
圖2-11 新設地錨之載重-變位關係曲線和發生之損傷事件示意圖15
圖2-12 舊有地錨損傷時各聲波感應器之接收訊號(Event1:cement creak) 16
圖2-13 新設地錨損傷時各聲波感應器之接收訊號(Event3:deep wire
break) 17
圖2-14 SoundPrint®預力連續式監測系統之劣化位置(錨碇水泥砂漿開裂)判定視窗 18
圖2-15 SoundPrint®預力連續式監測系統之劣化位置(深層鋼鍵斷裂)判定視窗 18
圖2-16 二維時間差定位示意圖 19
圖2-17 三維時間差定位示意圖 20
圖2-18 離散化地錨結構示意圖 21
圖2-19 7 股低鬆弛鋼腱理想化和公式化之應力-應變關係曲線23
圖2-20 鋼腱和錨碇土層界面之理想化剪力滑動模式 25
圖2-21 錨碇水泥漿界面描述之組構模式 25
圖2-22 雙曲線模式之應力-應變曲線27
圖2-23 莫耳-庫侖破壞準則(剪力-圍壓關係曲線)之示意圖29
圖2-24 舊有地錨現地拉拔試驗與數值模擬結果比較 32
圖2-25 新設地錨現地拉拔試驗與數值模擬結果比較 33
圖2-26 理論分析模式中施加之脈衝載重示意圖 35
圖2-27 舊有地錨現地試驗與數值模擬聲訊比較 (impact test) 36
圖2-28 舊有地錨現地試驗與數值模擬聲訊比較
(cement crack at 38.88 tons) 36
圖2-29 新設地錨現地試驗與數值模擬聲訊比較 (impact test) 37
圖2-30 新設地錨現地試驗與數值模擬聲訊比較
(wire break at 42.89 tons) 37
圖2-31 快速傅立葉變換(FFT)流程示意圖 40
圖2-32 舊有地錨之試驗聲訊和模擬聲訊頻率特徵比較 42
圖2-33 新設地錨之試驗聲訊和模擬聲訊頻率特徵比較 43
圖3-1 ABAQUS 有限元素法軟體分析流程圖47
圖3-2 ABAQUS 各種元素之示意圖49
圖3-3 ABAQUS 元素命名方式50
圖3-4 全積分及減積分於低階元素與高階元素示意圖 50
圖3-5 地錨有限元素分析之分析域、幾何網格切割和邊界條件設定示
意圖 (2D 軸對稱模型) 53
圖3-6 地錨有限元素分析之分析域、幾何網格切割和邊界條件設定示
意圖 (3D模型) 55
圖3-7 雙曲線降伏模式 57
圖3-8 不同深度所得之地錨拉拔曲線圖 58
圖3-9 不同寬度所得之地錨拉拔曲線圖 59
圖3-10 舊有地錨和新設地錨之載重階段施加曲線 61
圖3-11 不同地錨受力行為研究結果比較 (舊有地錨) 62
圖3-12 不同地錨受力行為研究結果比較 (新設地錨) 62
圖4-1 現地試驗場址接收器佈設位置示意圖 65
圖4-2 舊有地錨二維有限元素模型接收器示意圖 65
圖4-3 新設地錨二維有限元素模型接收器示意圖 66
圖4-4 舊有地錨三維有限元素模型接收器示意圖 66
圖4-5 新設地錨二維有限元素模型接收器示意圖 67
圖4-6 聲訊反應模擬施加之脈衝載重示意圖 68
圖4-7 舊有地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較 (cement
creak) 68
圖4-8 舊有地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較 (Deep wire break) 69
圖4-9 新設地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較 (Surface
wire break) 69
圖4-10 新設地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較 (Deep wire break) 70
圖4-11 新設地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較 (cement
creak) 70
圖4-12 舊有地錨現地試驗、理論分析及有限元素(三維)聲訊比較
(cement creak) 71
圖4-13 新設地錨現地試驗、理論分析及有限元素(三維)聲訊比較 (Deep wire break) 71
圖4-14 舊有地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較(頻率域)
(cement creak) 72
圖4-15 舊有地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較(頻率域)
(Deep wire creak) 72
圖4-16 新設地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較(頻率域)
(Cement creak) 72
圖4-17 新設地錨現地試驗、理論分析及有限元素聲訊比較(頻率域)
(Deep wire break) 73
圖4-18 聲訊和反射波模擬結果(時間域) 74
圖4-19 第一抵達波模擬結果(頻率域) 75
圖4-20 第一抵達波及第二抵達波時間差 75
圖4-21 第二抵達波及第三抵達波時間差 76
圖4-22 無初始條件下聲訊模擬結果 76
圖4-23 第一抵達波的時間示意圖 77
圖4-24 推測第二抵達波傳遞行為 78
圖4-25 舊有地錨 CH0&CH7 聲波訊號時間差示意圖 (Cement creak) 80
圖4-26 舊有地錨 CH3&CH1 聲波訊號時間差示意圖 (Deep wire break) 81
圖4-27 新設地錨 CH3&CH1 聲波訊號時間差示意圖 (Cement creak) 82
圖4-28 新設地錨 CH3&CH1 聲波訊號時間差示意圖 (Deep wire break) 83
圖4-29 新設地錨 CH3&CH1 聲波訊號時間差示意圖
(Surface wire break)
84
參考文獻 Ⅰ、英文部分 (按英文字母順序排列)
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2015-08-05公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2011-08-05起公開。


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