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系統識別號 U0002-1802200803014100
中文論文名稱 多版塊接縫式混凝土鋪面之結構反應分析與驗證
英文論文名稱 Structural Response Analysis and Verification of Multi-Slab Jointed Concrete Pavements
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 96
學期 1
出版年 97
研究生中文姓名 李育昇
研究生英文姓名 Yu-Sheng Lee
學號 693311135
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-01-04
論文頁數 104頁
口試委員 指導教授-李英豪
委員-林志棟
委員-陳茂南
委員-林世泰
中文關鍵字 接縫式混凝土  剛性鋪面  荷重傳遞  溫差  有限元素法  因次分析  迴歸分析 
英文關鍵字 Jointed Concrete Pavement  Rigid Pavement  Load Transfer  Thermal Curling  Finite Element Method  Dimensional Analysis  Regression Analysis 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 論文提要內容:
接縫式混凝土的結構反應的判定是設計及結構估算的上不可或缺的一個步驟。各種使用有限元素法程式ISLAB2000 所建構的類神經網路模式被鋪面設計導覽手冊(NCHRP 1-37A)介紹用來估算臨界應力及撓度。然而使用其原先所使用的設定參數來建立資料庫及進行類神經網路的訓練及測試的話需要耗費龐大的時間及精力。因此,本研究主要目的為發展使用因次分析以及當代迴歸技術的多版塊接縫式混凝土鋪面結構反應的預測程序。
首先為了證明ILSAB2000 程式所得結果之正確性,與知名的ILLI-SLAB有限元素程式使用相同參數、條件來進行一系列的分析,最後由結果得知差異不大。而為了擴展現有邊緣應力預測模式的適用性,本研究多考慮了版尺寸效應、輪軸載重型式、版塊相鄰及溫差效應所造成的影響。並對建立多個小資料庫再個別使用投影追逐迴歸法進行預測後再進行疊加的方式及直接建立大資料然後使用小區域迴歸來直接預測的方式進行比較,以期對舊有預測模式進行改善。
最後為了增加預測的準確度,本研究把許多複雜的預測模式整合成一直接使用迴歸技術的預測模式,如此,可以避免以往使用疊加原理時,可能因為多個預測模式相乘時,每個預測模式的估算誤差也相乘而導致應力估算結果之誤差變大。此外,本研究最後採用I-Miner 軟體來整合,以便使用者更容易進行邊緣應力的預測,並經由幾個實例的運算來證明本應力分析程序的有效性。
英文摘要 Abstract:
Determination of critical structural responses in terms of stresses and deflections in a jointed concrete pavement is essential to mechanistic-based design and structural
evaluation procedures. Various Artificial Neural Networks (ANN) models developed based on the ISLAB2000 finite element (F.E.) model have been utilized to compute critical stresses and deflections in the recommended Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (NCHRP 1-37A). Tremendous amount of time and efforts are often required in generating the databases and conducting network training and testing using original pertinent input
parameters. Thus, the main objective of this study is to develop alternative prediction models for critical structural responses of multi-slab jointed concrete pavements using the principles of dimensional analysis and modern regression techniques.
The applicability of ISLAB2000 program was first validated through a series of factorial F.E. runs by reproducing almost identical results using the well-known ILLI-SLAB F.E. program. To expand the applicability of existing edge stress prediction models, various factors including the effects of finite slab sizes, gear configurations,adjacent slabs, and thermal curling were considered. Many series of F.E. factorial runs over a wide range of pavement designs under edge loading conditions have been conducted.
Accordingly, various prediction models were separately developed using Projection Pursuit Regression (PPR) together with spline regression as well as local regression (LOESS) techniques. Favorable agreements were achieved when comparing the newly developed versus the existing edge stress prediction models.
To increase the prediction accuracy, more complicated models have also been developed for direct prediction using local regression techniques. In such an approach,
the principle of superposition is no longer adopted to avoid possible magnification effects of prediction errors when multiplying two or more prediction models together.
Furthermore, the proposed approach has been implemented in the Insightful Miner software program to facilitate critical edge stress prediction. Several case studies were
provided to illustrate and validate the proposed critical edge stress analysis procedure.
論文目次 目錄
目錄 I
圖目錄 IV
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究內容及步驟 2
1.4 論文之組織架構 3
第二章 文獻回顧 6
2.1剛性鋪面之理論分析 6
2.2有限元素程式之選用 9
2.3因次分析方法與控制參數 11
2.4迴歸技術與類神經網路之應用 13
2.4.1 投影追逐迴歸分析 (PPR) 14
2.4.2 小區域迴歸分析(LOESS) 17
2.4.3 類神經網路(ANN) 18
2.5 後續討論 20
第三章 分析程式之比較與選擇 24
3.1 ISLAB2000有限元素法的使用介紹 24
3.2網格切割方式 30
3.3 ISLAB2000與ILLI-SLAB程式之運算結果比較 31
3.3.1 基本假設與設定 32
3.3.2撓度值結果比較 33
3.3.3 應力值結果比較 38
3.4討論 38
第四章 混凝土鋪面邊緣應力分析與驗證 43
4.1控制參數之驗證 44
4.1.1 受車輪載重單獨作用 46
4.1.2受載重與溫差複合作用 46
4.2資料庫的建立 48
4.2.1載重單獨作用 49
4.2.2載重與溫差複合作用 51
4.3資料庫與舊有預測模式的驗證及比較 54
4.3.1單版載重單獨作用之結果驗證 56
4.3.1.1 單輪載重受尺寸效應影響 56
4.3.1.2 無限版長雙輪載重單獨作用 56
4.3.1.3無限版長多輪軸載重單獨作用 57
4.3.2多版載重單獨作用之結果比較 58
4.3.2.1單輪載重受尺寸效應影響 58
4.3.2.2無限版長多輪軸載重單獨作用 60
4.3.3單輪載重與溫差複合作用之結果比較 62
4.3.3.1 單輪載重受尺寸與溫差效應影響之結果比較 62
4.3.3.2 單輪載重受尺寸、溫差及荷重傳遞效應影響之結果比較 63
4.3.4多輪軸載重與溫差複合作用之結果比較 64
4.4邊緣應力之預估模式建立 67
4.4.1單輪載重 67
4.4.1.1 投影追逐迴歸 67
4.4.1.2 小區域迴歸 68
4.4.2雙輪單軸載重 69
4.4.2.1 投影追逐迴歸 69
4.4.2.2 小區域迴歸 70
4.4.3雙輪雙軸載重 71
4.4.3.1 投影追逐迴歸 71
4.4.3.2 小區域迴歸 71
4.4.4雙輪三軸載重 72
4.4.4.1 投影追逐迴歸 72
4.4.4.2 小區域迴歸 73
4.5撓度資料庫與模式之建立 76
4.6結果討論 79
第五章 邊緣應力預測程序之建立與應用 80
5.1 I-Miner資料採礦軟體介紹 80
5.2預測程序之建立 81
5.3案例驗證 89
第六章 結論與建議 91
6.1結論 91
6.2建議 92
附錄A ILLISLAB與ISLAB2000在各載重位置結構反應迴歸之結果 94
參考文獻 101

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 5
圖2-1利用調整因子計算接縫式混凝土鋪面版之流程 16
圖2-2 LOESS 小區域Kd-tree 18
圖3-1 ISLAB2000操作介面 25
圖3-2 網格切割設定 25
圖3-3 設定輪軸載重型式及作用位置 26
圖3-4 多版塊時版塊接縫的輸入設定 26
圖3-5 鋪面版與路基基礎與溫差的設定 27
圖3-6 ISLAB2000主程式轉換出來的輸入檔格式 28
圖3-7 ISLAB2000輸出檔所得的分析結果 28
圖3-8 ISLAB2000主應力展示圖 29
圖3-9 ISLAB2000撓度展示圖 29
圖3-10 圓形荷重在不同位置的示意圖 30
圖3-11 不同位置轉換成方形荷重示意圖 30
圖3-12 單輪載重在角隅、邊緣、中央時之撓度值比較 34
圖3-13雙輪單軸載重在角隅、邊緣、中央時之撓度值比較 35
圖3-14雙輪雙軸載重在角隅、邊緣、中央時之撓度值比較 36
圖3-15雙輪三軸載重在角隅、邊緣、中央時之撓度值比較 37
圖3-16單輪載重在角隅、邊緣、中央時之應力值比較 39
圖3-17雙輪單軸載重在角隅、邊緣、中央時之應力值比較 40
圖3-18雙輪雙軸載重在角隅、邊緣、中央時之應力值比較 41
圖3-19雙輪三軸載重在角隅、邊緣、中央時之應力值比較 42
圖4- 1網格切割方式 44
圖4-2本研究採用之座標系統 45
圖4-3 各輪軸型式位置示意圖 51
圖4-4 有限尺寸單版單輪載重單獨作用結果比較 56
圖4-5 單版無限版長時雙輪載重單獨作用結果比較 57
圖4-6 無限版長時單版雙輪雙軸載重單獨作用結果比較 58
圖4-7 無限版長時單版雙輪三軸載重單獨作用結果比較 58
圖4-8 受尺寸效應影響之多版塊單輪載重單獨作用結果比較 60
圖4-9 無限版長時多版塊雙輪載重單獨作用結果比較 61
圖4-10無限版長時多版塊雙輪雙軸載重單獨作用結果比較 62
圖4-11無限版長時多版塊雙輪三軸載重單獨作用結果比較 62
圖4-12受尺寸效應影響下單版單輪載重與溫差複合作用 64
圖4-13有限尺寸下多版單輪載重與溫差複合作用 64
圖4-14 無限版長時單版雙輪載重與溫差複合作用 65
圖4-15 無限版長時多版雙輪載重與溫差複合作用 65
圖4-16 無限版長時單版雙輪雙軸載重與溫差複合作用 66
圖4-17 無限版長時多版雙輪雙軸載重與溫差複合作用 66
圖4-18 無限版長時單版雙輪三軸載重與溫差複合作用 67
圖4-19 無限版長時多版雙輪三軸載重與溫差複合作用 67
圖4-20邊緣有限版長單輪載重應力比預測之結果 69
圖4-21邊緣無限版雙輪雙軸載重應力比預測之結果 70
圖4-22邊緣無限版長雙輪雙軸載重應力比預測之結果 72
圖4-23邊緣無限版雙輪三軸載重應力比預測之結果 74
圖4-24 單輪載重投影圖(載重單獨作用) 74
圖4-25 雙輪單軸投影圖(載重單獨作用) 75
圖4-26 雙輪雙軸投影圖(載重單獨作用) 75
圖4-27 雙輪三軸投影圖(載重單獨作用) 76
圖4-28 各載重位置擷取撓度值的方向 77
圖4-29 邊緣無限版長單輪載重撓度比預測之結果 78
圖5-1資料採礦流程 80
圖5-2 資料輸入界面 82
圖5-3 預測應力值輸出界面 82
圖5-4 I-Miner預測模式成果展示圖 83
圖5-5 雙輪雙軸預測模式之執行流程圖 83
圖5-6 檔案讀入界面 84
圖5-7 尺寸效應預估式輸入 85
圖5-8 修正因子與預測應力 85
圖5-9 預測結果所得之邊緣應力值 88
圖5-10 I-Miner 執行鈕 88

表目錄
表 2-1 舊有預測模式………………………………………………………………21
表 4-1 控制參數的驗證(載重單獨作用) ……………………………………47
表 4-2 控制參數的驗證 (載重與溫差複合作用) …………………………… 48
表 4-3 各輪軸型態所需的控制參數(載重單獨作用)………………………… 51
表 4-4 各輪軸型態所需的控制參數(載重與溫差複合作用作用) ……………59
表4-5 邊緣有限版長單輪載重應力比小區域迴歸之結果……………………… 68
表4-6 邊緣無限版雙輪單軸載重應力比小區域迴歸之結果…………………… 70
表4-7 邊緣無限版雙輪雙軸應力比小區域迴歸之結果………………………… 72
表4-8 邊緣無限版雙輪三軸載重應力比小區域迴歸之結果…………………… 73
表 5-1 寫入語言內容……………………………………………………………… 86
表 5-2 程序預測與有限元素程式分析求得之應力值…………………………… 90
參考文獻 參考文獻
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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2011-02-18公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2013-02-18起公開。


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