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系統識別號 U0002-1409200908450400
中文論文名稱 基樁承載力之可靠度分析及載重阻抗因子初步研究
英文論文名稱 Preliminary Study on Reliability Analysis and Load Resistance Factors for Pile Capacity
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 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 凃嘉翔
研究生英文姓名 Chia-Hsiang Tu
學號 694311043
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-05-25
論文頁數 192頁
口試委員 指導教授-張德文
委員-黃富國
委員-何應璋
中文關鍵字 承載力  可靠度分析  破壞機率  載重及阻抗因子設計 
英文關鍵字 axial capacity  reliability analysis  failure probability  load and resistance factor design 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究目的是將可靠度的觀念應用於樁基礎設計上,採用一階可靠度法對於台北盆地之場鑄基樁及麥寮之PC樁進行承載力之可靠度分析。主要有兩個主題:(1)使用一階可靠度法來分析基樁在不同承載力推估公式時,其安全係數與破壞機率的關係。(2)載重阻抗係數設計法(LRFD)於基樁設計之應用,並對阻抗折減因子及載重因子之值做初步的建議。
研究結論包括:(1)基樁可靠度分析結果:場鑄樁與PC樁之可靠度分析結果,皆屬於安全之設計。(2)安全係數之建議值:不論何種推估方法由於Chin氏詮釋法之詮釋結果會有高估之現象,故其建議安全係數皆相對較低。(3)參數變異性:樁徑、修正係數、貫入試驗N值對於場鑄樁會有所影響,而土壤單位重、不排水剪力強度、有效摩擦角並無明顯之影響。樁徑、不排水剪力強度、修正係數、貫入試驗N值對於PC樁樁會有所影響,而土壤單位重、有效摩擦角並無明顯之影響。(4)阻抗折減因子及載重因子之值做初步的建議:於四種推估方法中,阻抗係數及活載重係數均隨著載重比增加而增加,而靜載重係數則隨著增加而些微降低,方法A及方法B分別為 =1.011~1.122及 =1.021~1.099;而 =1.057~1.519及 =1.054~1.575; =0.225~0.490及 =0.290~0.491。而PC樁之載重及阻抗因子,方法C及方法D之分別為 =1.021~1.097及 =1.021~1.095;而 =1.058~1.502及 =1.054~1.492; =0.298~0.463及 =0.248~0.436
英文摘要 In this study, a reliability approach,the First Order Reliability Method (FORM), is used to analyze the reliability of the ultimate capacity of cast-in-place piles in Taipei basin and driven piles in Me-Liao . Two tasks conducted in this study are:(1)using the First Order Reliability Method (FORM) to analyze the relationship between the safety factor and the probability of overestimation ,(2)application of the Load and Resistant Factor Design(LRFD)method on pile design, and some preliminary suggestions are made on the value of resistance reduction factor and load factors.
Major conclusions are drawn as follows:(1)the analytical results of pile: the analytical results of cast-in-place piles in Taipei basin and driven piles in Me-Liao is over conservative design.(2)suggestions of the safety factor: whatever formulas for pile capacity estimation is studied, the results of Interpretation Method for Chin is overhigh, so suggestions of the safety factor is lower.(3)the variation of parameter: Pile diameter、revision factor and SPT-N value had some effect for cast-in-place piles . Unit weigh、undrained shear strength and effective friction angle had no effect distinctly for cast-in-place piles. Pile diameter、undrained shear strength、revision factor and SPT-N value had some effect for driven piles . Unit weight and effective friction angle had no effect distinctly for driven piles.(4)some preliminary suggestions are made on the value of resistance reduction factor and load factors: for using four kinds of formulas for pile capacity estimation, resistance factor and live load factors will increase when the ratio of live load to dead load is increased, and resistance factor and dead load factors will reduce when the ratio of live load to dead load is increased.Method A and method B are =1.011~1.122 and =1.021~1.099; =1.057~1.519 and =1.054~1.575; =0.225~0.490 and =0.290~0.491. Method C and method D for the Load and Resistant Factor of the driven piles are =1.021~1.097 and =1.021~1.095; =1.058~1.502 and =1.054~1.492; =0.298~0.463 and =0.248~0.436.
論文目次 中文摘要 一
英文摘要 二
本文目錄 I
表目錄 IV
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 研究背景 5
2-1 前言 5
2-2 樁基礎設計發展背景 7
2-3 基樁行為之影響要素 10
2-4 場鑄樁及打擊式PC樁極限承載力評估 12
2-4-1 靜力學公式推估基樁極限承載力 12
2-4-2 貫入試驗經驗法推估基樁極限承載力 19
2-4-3 打樁公式推估基樁極限承載力 22
2-4-4 現地樁載重試驗推估樁之極限承載力 23
2-5 現地基樁靜載重試驗詮釋方法 26
2-5-1 靜載重試驗極限承載力詮釋方法 27
2-5-2 詮釋法比較與選用 31
2-6 可靠度理論在基樁設計之應用 33
2-6-1 基本統計概念 33
2-6-2 可靠度基本理論 34
2-6-3 一階可靠度法(FORM) 37

第三章 場鑄樁極限承載力之可靠度分析 41
3-1 一階可靠度法(FORM)之分析 41
3-1-1 承載力推估公式之選定 41
3-1-2 性能函數之建立 46
3-1-3 設計參數分佈模式 48
3-1-4 程式分析流程 48
3-2 台北盆地案例分析 54
3-2-1 基地基本資料 67
3-2-2 試樁資料 75
3-3 分析結果與討論 83
3-3-1 可靠度分析結果 83
3-3-2 安全係數之建議值 86
3-3-3 參數變異性之探討 89

第四章 打擊式PC樁極限承載力之可靠度分析 119
4-1 一階可靠度法(FORM)之分析 119
4-2 雲林麥寮六輕廠案例分析 125
4-2-1 基地基本資料 125
4-2-2 試樁資料 133
4-2-3 設計參數分佈模式與統計值 137
4-3 分析結果與討論 143
4-3-1 可靠度分析結果 143
4-3-2 安全係數之建議值 146
4-3-3 參數變異性之探討 149

第五章 載重及阻抗因子設計(LRFD) 167
5-1 土壤阻抗效應 168
5-2 基樁載重效應 170
5-2-1 靜載重效應 170
5-2-2 活載重效應 171
5-3 載重阻抗因子設計 172
5-3-1 性能函數之建立 172
5-3-2 設計參數分佈模式 173
5-3-3 程式分析流程 174
5-4 結果與討論 177
5-4-1 台北盆地案例分析 177
5-4-2 雲林麥寮六輕廠案例分析 180

第六章 結論與建議 183
6-1 結論 183
6-2 展望與建議 186

參考文獻 187

表 目 錄

表2-1 基樁採用靜力學法設計時樁身摩擦阻力之建議公式 17
表2-2 基樁採用靜力學法設計時樁底支承力之建議公式 18
表2-3 基樁採用現場貫入試驗N值設計時樁身摩擦阻力之建議公式
20
表2-4 基樁採用現場貫入試驗N值設計時樁底支承力之建議公式
21
表2-5 依貫入試驗值推估之基樁最大表面摩擦力及端點極限承載力 22
表2-6 本文所提及之詮釋法及所屬分類 30
表3-1 摩擦力參數 43
表3-2 支承力因數 44
表3-3 場鑄樁極限承載力之理論推估公式 46
表3-4 台北盆地之土壤工程特性 59
表3-5 淡水河區域淡二區﹝T1﹞之一般指數性質 60
表3-6 淡水河區域淡二區﹝T2﹞之一般指數性質 61
表3-7 淡水河區域淡二區﹝T2﹞之力學性質結果 62
表3-8 淡2區﹝T2﹞第四次層力學性質之線性迴歸分析結果 63
表3-9 基隆河區域基1區﹝K1﹞之一般指數性質 64
表3-10 基隆河區域基1區﹝K1﹞之力學性質結果 65
表3-11 基1區﹝K1﹞第四次層力學性質之線性迴歸分析結果 66
表3-12 成功新村簡化土層參數表 67
表3-13 中正紀念堂簡化土層參數表 68
表3-14 國家音樂廳簡化土層參數表 68
表3-15 國家劇院簡化土層參數表 69
表3-16 興安國宅簡化土層參數表 70
表3-17 板橋基地簡化土層參數表 70
表3-18 新光人壽信義區C1住宅大樓簡化土層參數表 71
表3-19 新光三越信義二館簡化土層參數表 72
表3-20 和宇寬頻內湖網際網路資訊中心機房簡化土層參數表 72
表3-21 宏盛帝寶簡化土層參數表 73
表3-22 遠東百貨板橋購物中心基地簡化土層參數表 73
表3-23 北市十二號公園基地簡化土層參數表 74
表3-24 潤泰中崙車站多目標功能開發案簡化土層參數表 75
表3-25 試樁之基本資料 76
表3-26 以Davisson 氏及 Chin 氏試樁詮釋法所得之極限承載力值 77
表3-27 推估方法A及推估方法B所得之基樁極限承載力值 78
表3-28 推估方法A及兩種詮釋法所得之修正係數 80
表3-29 推估方法B及兩種詮釋法所得之修正係數 81
表3-30 以兩種推估方法及兩種詮釋法所得之修正係數統計值 82
表3-31 以兩種推估方法及兩種詮釋法所得之可靠度指數與破壞機率 85
表3-32 以兩種推估方法及兩種詮釋法所建議之FS 87
表4-1 側向土壓力係數K 121
表4-2 支承力因數 122
表4-3 打擊式PC樁極限承載力之理論推估公式 124
表4-4 各試樁所對應之簡化土層參數表 128
表4-5 麥寮六輕廠區之土壤參數統計值 132
表4-6 試樁之基本資料 134
表4-7 以Davisson 氏及 Chin 氏試樁詮釋法所得之極限承載力值 136
表4-8 推估方法C及推估方法D所得之基樁極限承載力值 138
表4-9 推估方法C及兩種詮釋法所得之修正係數 140
表4-10 推估方法D及兩種詮釋法所得之修正係數 141
表4-11 以兩種推估方法及兩種詮釋法所得之修正係數統計值 142
表4-12 以兩種推估方法及兩種詮釋法所得之可靠度指數與破壞機率 145
表4-13 以兩種推估方法及兩種詮釋法所建議之FS 147
表5-1 ANSI A58 規範之載重統計值 170
表5-2 不同載重組合下建議之目標可靠度指數 172
表5-3 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 177
表5-4 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 178
表5-5 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 178
表5-6 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 179
表5-7 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 180
表5-8 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 181
表5-9 以推估方法D及Davisson氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 181
表5-10 以推估方法D及Chin氏詮釋法所得之阻抗係數及載重係數 182







































圖 目 錄

圖1-1 研究分析流程 4
圖2-1 深基礎之設計和施工流程圖 11
圖2-2 與土壤摩擦角之關係
15
圖2-3 、 與土壤摩擦角之關係
16
圖2-4 試樁曲線之基本型式 26
圖2-5 Davisson 法求極限承載力 28
圖2-6 Fuller & Hoy及Butler & Hoy法求極限承載力 29
圖2-7 Chin氏法求極限承載力 30
圖2-8 各種不同方法求得極限承載力之比較 31
圖2-9 可靠度指數 的數學定義
36
圖2-10 破壞機率 與可靠度指數 之關係圖
37
圖2-11 在標準常態空間中的一階可靠度分析示意圖 39
圖3-1 變數 之平均值Mean、標準偏差StDev、變異係數COV示意圖
49
圖3-2 各變數間之相關係數矩陣R示意圖 49
圖3-3 各變數間之等值常態分佈參數 及 示意圖
50
圖3-4 輸入公式之指令示意圖 51
圖3-5 建立相關公式之儲存格示意圖 51
圖3-6 初始輸入值之輸入示意圖 52
圖3-7 進行最小化求解 示意圖
52
圖3-8 求取破壞機率 示意圖
53
圖3-9 台北盆地組成物質柱狀圖 55
圖3-10 台北盆地地層與地下水大略劃分表 57
圖3-11 台北市地層分區結果圖 58
圖3-12 方法A之可靠度指數β與建議FS對應趨勢分析圖 88
圖3-13 方法B之可靠度指數β與建議FS對應趨勢分析圖 88
圖3-14 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 90
圖3-15 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 90
圖3-16 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 91
圖3-17 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 91
圖3-18 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 92
圖3-19 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 93
圖3-20 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 94
圖3-21 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 94
圖3-22 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 95
圖3-23 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 96
圖3-24 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 97
圖3-25 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 97
圖3-26 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 99
圖3-27 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 99
圖3-28 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 100
圖3-29 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 100
圖3-30 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 101
圖3-31 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 102
圖3-32 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 102
圖3-33 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 103
圖3-34 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 104
圖3-35 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 104
圖3-36 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 105
圖3-37 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 105
圖3-38 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 107
圖3-39 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 107
圖3-40 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 108
圖3-41 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 108
圖3-42 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 109
圖3-43 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 110
圖3-44 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 111
圖3-45 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 111
圖3-46 以推估方法B及Davisson氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 112
圖3-47 以推估方法B及Chin氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 113
圖3-48 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 114
圖3-49 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 115
圖3-50 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 116
圖3-51 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 116
圖3-52 以推估方法A及Davisson氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 117
圖3-53 以推估方法A及Chin氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 118
圖4-1 方法C之可靠度指數β與建議FS對應趨勢分析圖 148
圖4-2 方法D之可靠度指數β與建議FS對應趨勢分析圖 148
圖4-3 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 150
圖4-4 以推估方法D及Davisson氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 150
圖4-5 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 151
圖4-6 以推估方法D及Chin氏詮釋法所得之樁徑變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 151
圖4-7 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 152
圖4-8 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之土壤單位重 變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 153
圖4-9 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 154
圖4-10 以推估方法D及Davisson氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 154
圖4-11 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 155
圖4-12 以推估方法D及Chin氏詮釋法所得之不排水剪力強度變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 155
圖4-13 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 157
圖4-14 以推估方法D及Davisson氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 157
圖4-15 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 158
圖4-16 以推估方法D及Chin氏詮釋法所得之修正係數 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 158
圖4-17 以推估方法D及Davisson氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 159
圖4-18 以推估方法D及Chin氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 160
圖4-19 以推估方法D及Davisson氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 161
圖4-20 以推估方法D及Chin氏詮釋法所得之貫入試驗 值變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 161
圖4-21 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 163
圖4-22 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 163
圖4-23 以推估方法C及Davisson氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 164
圖4-24 以推估方法C及Chin氏詮釋法所得之有效摩擦角變異性對安全係數與破壞機率關係影響圖 165

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