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系統識別號 U0002-1308201214380800
中文論文名稱 核能廠護箱基礎受震反應分析
英文論文名稱 Analysis for Seismic Response of Nuclear Canister Foundation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系博士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 張皓凱
研究生英文姓名 Hao-Kai Chang
電子信箱 kai.chang@hotmail.com
學號 600380199
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-07-17
論文頁數 166頁
口試委員 指導教授-張德文
委員-趙曉周
委員-許尚逸
中文關鍵字 SASSI2000  土壤-結構互制  波動方程  樁基礎 
英文關鍵字 SASSI2000,  Soil-Structure Interaction  wave equation  pile foundation 
學科別分類
中文摘要 本研究係用SASSI2000 土壤~結構互制分析軟體,模擬核能廠混凝土護箱之受震
反應,利用分析所得護箱質心及混凝土基礎版之加速度反應值判斷護箱於地震運動過程中是否有傾倒之可能性,以供後續護箱穩定性分析之研究討論,研究中將於樁基礎周遭加入樁周土壤元素以探討阻抗計算方式之改變對整體分析所帶來之影響,並簡化護箱分析模型,利用質點元素取代梁元素以模擬混凝土護箱,探討護箱結構慣性力於受震過程中對整體分析之影響性。最後,利用一維樁波動方程式EQWEAP,分析混凝土基礎版下樁基礎之受震行為,瞭解樁基礎於受震過程中樁身之變位情形和樁身彎矩、剪力值探討。分析中,配合利用Bouc-wen 模式以概略模擬樁身剛度之非線性行為,判斷樁身在不同地盤評估條件和地震運動方向輸入下之破壞機制。
由研究結果顯示:(1)、在SASSI2000 分析中加入樁周土壤元素進行分析所得之
結果,與國震中心(NCREE)進行比較,可發現加速度頻譜圖在各類地盤評估條件及地震運動方向之差異下其反應趨勢和顯著頻率發生區皆與國震中心大致符合,惟反應值因阻抗計算方式不同而有些微高低,護箱質心位置之加速度反應值差異皆約小於6% ;(2)、以質點元素簡化護箱模擬分析與原分析中護箱底座加速度反應值比較,分析結果會較原反應值放大約1%,可發現在此案例分析中,護箱結構慣性力對整體分析之影響性不大;(3)、本研究以一維樁波動方程為基礎,輸入與上述分析相同之土壤、結構模型參數進行分析,配合Bouc-wen 模式彎矩-曲率三線性關係瞭解樁身破壞機制,繪製樁身受震過程中之最大變位、彎矩、剪力之分佈狀況,由研究所得結果可發現,在較軟土層下,樁身會產生較大之位移量,且幾乎整體樁身都發生開裂破壞,在較硬土層分析下,則整體樁身皆保持於彈性狀態下,由分析結果顯示,樁身於受震過程中發生之變位量將隨著地盤硬度(土層剪力波速)之增加而有減少之趨勢。
英文摘要 This study uses soil-structure interaction analysis software SASSI2000 to analyze the seismic response of nuclear concrete canister. The acceleration response of the canister and the foundation is examined to determine whether there is rocking during seismic motion. The 3D Inter-Pile soil element is taking in this study to consider soil–pile interaction, and the lumped-mass element instead of beam element is adopted to simplify the canister model and to
understand how structural inertia force influences the response result. Finally, using the 1D wave equation analysis EQWEAP for seismic response of the pile foundation, the displacement, bending moment and shear force of the pile can be achieved. An approximate Bouc-Wen model is used to obtain the nonlinear pile responses.
The observations are summarized as follows: (1) Comparing the solutions with NCREE’s estimations, one can found that the acceleration spectrum are almost the same, the differences are within 6%. (2) For the comparison between the simplified canister model and the original model, one can find that the response value will be enlarged 1%, which shows that the structural inertia force has no significant effect in this case. (3) The pile analysis is based on
the 1D wave equation with an approximate Bouc-Wen model. Tri-linear moment-curvature relationship is used to simulate the pile damages. As a result, the pile displacement will be
increased in soft soil site, in that case the whole pile shaft has cracking damage. For piles in the stiff soil site, the pile displacement will be reduced and the pile shaft will remain at elastic condition. As showed by the results, the pile displacement will be reduced tremendously with
the increase of soil stiffness (soil shear velocity). Therefore it is concluded that the site condition has a significant effect to the foundation responses in this case.
論文目次 目 錄
中文摘要
英文摘要
目 錄 I
表目錄 IV
圖目錄 VI
第一章 緒 論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 土壤 ~ 結構互制 5
2-2 土壤 ~ 結構互制分析模式 6
2-2-1柔性體積法 6
2-2-2子結構扣除法 7
2-3 樁基礎分析 9
2-3-1樁波動方程分析 9
2-4 核二廠乾式儲存護箱受震反應研究 12
第三章 程式發展與分析方法 14
3-1 前言 14
3-2 SASSI2000程式介紹 14
3-3 SASSI2000程式基本假設 15
3-4 SASSI2000理論背景 18
3-4-1 柔性體積法 18
3-4-2 子結構扣除法 21
3-5 分析步驟 24
3-5-1 自由場反應分析 26
3-5-2 阻抗分析 26
3-5-3 結構分析 29
3-5-4 計算步驟總結 29
3-6 SASSI程式架構 31
3-6-1 程式模組 31
3-6-2 SASSI2000分析程序 35
3-7 EQWEAP 程式介紹 37
3-7-1 自由場分析 38
3-7-2 樁波動方程式推導 38
3-8 樁基反應分析與Bouc-Wen 非線性模式 44
第四章 案例介紹 52
4-1 案例簡介 52
4-2 場址簡介 53
4-2-1 位置 54
4-2-2 場址地質特性 56
4-3 乾式混凝土儲存護箱 57
第五章 乾式儲存設施受震反應分析 65
5-1 前言 65
5-2 輸入運動 65
5-3 地層參數 72
5-4 分析模型 76
5-4-1 混凝土基礎版模擬 76
5-4-2 儲存護箱模擬 77
5-4-3 混凝土樁基礎模擬 78
5-4-4 樁周土壤模擬 79
5-4-5 整體分析模型 79
5-5 案例說明 84
5-6 分析結果 85
5-6-1 分析元素比較 85
5-6-2 結果討論 87
5-6-3 綜合比較 90
5-7 簡化護箱模擬 117
5-7-1 簡介 117
5-7-2 分析結果 118
5-8 樁基礎受震反應分析 125
5-8-1 參數說明 125
5-8-2 分析結果 129
5-8-3 綜合比較 141
第六章 結論與建議 142
6-1 結論 142
6-2 展望與建議 144
參考文獻 145
附 錄 148
表目錄
表 3 1 柔性體積法下標示意 19
表 3 2 子結構扣除法下標示意 21
表 3 3 樁徑與α、z參數之關係表 51
表 4 1 混凝土護箱設計參數 60
表 4 2 混凝土基礎版設計參數 60
表 4 3 混凝土樁基礎設計參數 61
表 5 1 各輸入運動地表最大加速度值 71
表 5 2 地層參數案例 72
表 5 3 地質參數 73
表 5 4 剪力波速 74
表 5 5 阻尼比 75
表 5 6 混凝土基礎版參數 76
表 5 7 混凝土護箱參數 77
表 5 8 基樁參數 78
表 5 9 案例說明 84
表 5 10 採用元素比較表 85
表 5 11 分析方法節點數比較 86
表 5 12 各案例護箱最大加速度位置 89
表 5 13 SASSI分析所得護箱最大加速度結果 92
表 5 14 各案例受最大加速度護箱結果差異表 92
表 5 15 LB案例護箱基座最大加速度 93
表 5 16 LB案例護箱質心最大加速度 94
表 5 17 BE案例護箱基座最大加速度 95
表 5 18 BE案例護箱質心最大加速度 96
表 5 19 UB案例護箱基座最大加速度 97
表 5 20 UB案例護箱質心最大加速度 98
表 5 21 護箱受震最大加速度值 118
表 5 22 各案例護箱最大受震位置 118
表 5 23 輸入運動最大加速度值 125
表 5 24 地盤反力係數 126
表 5 25 彎矩-曲率值 128
圖目錄
圖 1 1 研究流程圖 4
圖 2 1 柔性體積法示意圖 (重繪自SASSI2000 使用手冊) 8
圖 2 2 子結構扣除法示意圖 (重繪自SASSI2000 使用手冊) 8
圖 2 3 成層土層 (摘自王彥誌,2012) 11
圖 2 4 均質土層 (摘自王彥誌,2012) 11
圖 3 1 柔性體積法示意圖 (重繪自SASSI2000使用手冊) 23
圖 3 2 子結構扣除法示意圖 (重繪自SASSI2000使用手冊) 23
圖 3 3 SASSI分析步驟圖 25
圖 3 4 表面法示意圖 (摘自SASSI2000使用手冊) 28
圖 3 5 SASSI2000分析模組 (重繪自SASSI2000使用手冊) 36
圖 3 6 樁基礎結構系統受震模擬示意圖 37
圖 3 7 側向單樁分析架構平衡示意圖 (摘自李漢珽,2008) 38
圖 3 8 樁頂邊界條件(自由端) 40
圖 3 9 樁頂邊界條件(剛性端) 40
圖 3 10 樁頂之節點編號 42
圖 3 11 樁頂內一點之節點編號 42
圖 3 12 樁底之節點編號 43
圖 3 13 樁底內一點之節點編號 43
圖 3 14 樁基分析流程圖 48
圖 3 15 樁徑與開裂彎矩關係圖 (摘自宋士豪,2012) 48
圖 3 16 樁徑與降伏彎矩關係圖 (摘自宋士豪,2012) 49
圖 3 17 樁徑與極限彎矩關係圖 (摘自宋士豪,2012) 49
圖 3 18 樁徑與混凝土開裂曲率關係圖 (摘自宋士豪,2012) 50
圖 3 19 樁徑與混凝土降伏曲率關係圖 (摘自宋士豪,2012) 50
圖 3 20 樁徑與混凝土極限曲率關係圖 (摘自宋士豪,2012) 50
圖 3 21 樁身剛度折減示意圖 (摘自李漢珽,2012) 51
圖 4 1 場址配置圖 54
(摘自核二廠用過核子燃料乾式儲存設施安全分析報告,2011)
圖 4 2 場址位置圖 55
(摘自核二廠用過核子燃料乾式儲存設施安全分析報告,2011)
圖 4 3 傳送護箱(TFR)圖 59
(摘自核二廠用過核子燃料乾式儲存設施安全分析報告,2011)
圖 4 4 密封鋼筒(TSC)圖 59
(摘自核二廠用過核子燃料乾式儲存設施安全分析報告,2011)
圖 4 5 混凝土護箱(VCC)圖 59
(摘自核二廠用過核子燃料乾式儲存設施安全分析報告,2011)
圖 4 6 混凝土護箱剖面圖 59
(摘自核二廠用過核子燃料乾式儲存設施安全分析報告,2011)
圖 4 7 混凝土護箱配置圖 62
圖 4 8 混凝土護編號圖 62
圖 4 9 混凝土護箱配置模擬示圖意圖 63
圖 4 10 混凝土護箱及樁基礎配置剖面圖 64
圖 4 11 混凝土護箱及樁基礎配置俯視圖 64
圖 5 1 核二廠設計地震反應譜 66
(摘自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 2 核二乾儲場址代表性土層波速剖面 67
(摘自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 3 LB案例三方向加速度歷時圖 68
圖 5 4 BE案例三方向加速度歷時圖 69
圖 5 5 UB案例三方向加速度歷時圖 70
圖 5 6 SASSI基礎版模擬圖 80
圖 5 7 SASSI護箱模擬圖 80
圖 5 8 SASSI樁基礎模擬圖 81
圖 5 9 SASSI樁周土壤模擬圖 81
圖 5 10 SASSI樁周土壤示意圖 82
圖 5 11 SASSI樁周土壤示意圖 82
圖 5 12 SASSI整體模擬圖 83
圖 5 13 SASSI整體分析圖 (摘自國震中心期中驗證報告,2011) 83
圖 5 14 國震中心SASSI模擬圖 86
(摘自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 15 NCREE第1號護箱反應譜(LB-X) 99
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 16 本研究27號護箱反應譜(LB-X) 99
圖 5 17 輸入地震傅氏振幅頻譜(LB-X) 100
圖 5 18 護箱受震傅氏頻譜(LB-X) 100
圖 5 19 轉換函數(LB-X) 100
圖 5 20 NCREE第27號護箱反應譜(LB-Y) 101
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 21 本研究第14號護箱反應譜(LB-Y) 101
圖 5 22 輸入地震傅氏振幅頻譜(LB-Y) 102
圖 5 23 護箱受震傅氏頻譜(LB-Y) 102
圖 5 24 轉換函數(LB-Y) 102
圖 5 25 NCREE第27號護箱反應譜(LB-Z) 103
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 26 本研究第27號護箱反應譜(LB-Z) 103
圖 5 27 輸入地震傅氏振幅頻譜(LB-Z) 104
圖 5 28 護箱受震傅氏頻譜(LB-Z) 104
圖 5 29 轉換函數(LB-Z) 104
圖 5 30 NCREE第1號護箱反應譜(BE-X) 105
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 31 本研究第1號護箱反應譜(BE-X) 105
圖 5 32 輸入地震傅氏振幅頻譜(BE-X) 106
圖 5 33 護箱受震傅氏頻譜(BE-X) 106
圖 5 34 轉換函數(BE-X) 106
圖 5 35 NCREE第27號護箱反應譜(BE-Y) 107
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 36 本研究第13號護箱反應譜(BE-Y) 107
圖 5 37 輸入地震傅氏振幅頻譜(BE-Y) 108
圖 5 38 護箱受震傅氏頻譜(BE-Y) 108
圖 5 39 轉換函數(BE-Y) 108
圖 5 40 NCREE第27號護箱反應譜(BE-Z) 109
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 41 本研究第27號護箱反應譜(BE-Z) 109
圖 5 42 輸入地震傅氏振幅頻譜(BE-Z) 110
圖 5 43 護箱受震傅氏頻譜(BE-Z) 110
圖 5 44 轉換函數(BE-Z) 110
圖 5 45 NCREE第1號護箱反應譜(UB-X) 111
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 46 本次研究第27號護箱反應譜(UB-X) 111
圖 5 47 輸入地震傅氏振幅頻譜(UB-X) 112
圖 5 48 護箱受震傅氏頻譜(UB-X) 112
圖 5 49 轉換函數(UB-X) 112
圖 5 50 NCREE第27號護箱反應譜(UB-Y) 113
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 51 本次研究第27號護箱反應譜(UB-Y) 113
圖 5 52 輸入地震傅氏振幅頻譜(UB-Y) 114
圖 5 53 護箱受震傅氏頻譜(UB-Y) 114
圖 5 54 轉換函數(UB-Y) 114
圖 5 55 NCREE第27號護箱反應譜(UB-Z) 115
(重繪自國震中心期中驗證報告,2011)
圖 5 56 本次研究第3號護箱反應譜(UB-Z) 115
圖 5 57 輸入地震傅氏振幅頻譜(UB-Z) 116
圖 5 58 護箱受震傅氏頻譜(UB-Z) 116
圖 5 59 轉換函數(UB-Z) 116
圖 5 60 簡化護箱模型部份示意圖 117
圖 5 61 護箱底座受震加速度歷時圖 119
圖 5 62 簡化護箱受震加速度歷時圖 119
圖 5 63 護箱加速度反應譜圖 120
圖 5 64 護箱轉換函數圖 120
圖 5 65 護箱底座加速度歷時圖 121
圖 5 66 簡化護箱加速度歷時圖 121
圖 5 67 護箱加速度反應譜圖 122
圖 5 68 護箱轉換函數圖 122
圖 5 69 護箱底座加速度歷時圖 123
圖 5 70 簡化護箱加速度歷時圖 123
圖 5 71 護箱加速度反應譜圖 124
圖 5 72 護箱轉換函數圖 124
圖 5 73 彎矩-曲率關係圖 128
圖 5 74 樁身最大位移剖面圖(LB-X) 132
圖 5 75 樁身最大位移剖面圖(LB-Y) 132
圖 5 76 樁身最大彎矩剖面圖(LB-X) 133
圖 5 77 樁身最大彎矩剖面圖(LB-Y) 133
圖 5 78 樁身最大剪力剖面圖(LB-X) 134
圖 5 79 樁身最大剪力剖面圖(LB-Y) 134
圖 5 80 樁身最大位移剖面圖(BE-X) 135
圖 5 81 樁身最大位移剖面圖(BE-Y) 135
圖 5 82 樁身最大彎矩剖面圖(BE-X) 136
圖 5 83 樁身最大彎矩剖面圖(BE-Y) 136
圖 5 84 樁身最大剪力剖面圖(BE-X) 137
圖 5 85 樁身最大剪力剖面圖(BE-Y) 137
圖 5 86 樁身最大位移剖面圖(UB-X) 138
圖 5 87 樁身最大位移剖面圖(UB-Y) 138
圖 5 88 樁身最大彎矩剖面圖(UB-X) 139
圖 5 89 樁身最大彎矩剖面圖(UB-Y) 139
圖 5 90 樁身最大剪力剖面圖(UB-X) 140
圖 5 91 樁身最大剪力剖面圖(UB-Y) 140




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論文使用權限
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