研究內容
無凝聚性土壤中樁基礎受軸向反覆拉力之行為研究
我國近年積極發展再生能源，經濟部能源局規劃於2030年完成開發3GW之離岸風場總裝置容量，離岸風力發電機開發成本中，風機支承結構之花費占總成本約1/5以上，且肩負離岸風機之安全性及穩定性，因此基礎支承結構的設計與分析為開發離岸風場的重要關鍵。多樁基礎型式之樁徑較小，為我國之海事工程施工能量較可自主施工之基礎型式之一。由於離岸風機需長期承受風力及波浪之週期性側向作用力，當側向載重經上部結構傳遞至多樁基礎之下部結構時，將對基樁產生軸向作用力，並且具有週期性特性。當多樁基礎受反覆軸向拉力及壓力時，基樁之受力變形行為會造成基礎傾斜，當基礎傾斜角度超過風機運轉容許傾斜角度(0.5°)時，將影響風機運轉之穩定性。
樁基礎受軸向反覆拉力下之受力行為，由於樁土間之交互關係並未明確，且現有現地樁載重試驗十分稀少，因此，目前於工程界並無明確之評估方法，現有較常用於評估分析方法為收集樁載重試驗成果所繪製之穩定性關係圖(Stability diagram)或稱互制關係圖(Interaction diagram)。於穩定性關係圖中，僅能得到樁基礎受反覆載重比條件下之容許作用力次數，樁基礎之尺寸條件無法納入考量，且無法得到樁基礎受反覆載重下之極限拉拔力及樁身位移量。 本研究針對樁基礎受軸向拉力之受力行為進行研究，應用Abdel-Rahman & Achmus (2011)提出利用有限元素法數值模型分析，考量樁-土系統之互制關係，將土壤受反覆作用下之體應變導入數值模型中，針對不同樁基礎尺寸及受不同反覆拉力條件比下之受力變形行為，藉此得到樁基礎受反覆拉力下之極限拉拔力及樁身位移量。
本研究利用數值模型分析樁基礎受反覆拉力下之行為反應，總共進行9組樁基礎尺寸分別受6組反覆拉力條件之受力行為分析。反覆拉力條件包含反覆拉力振幅比及平均反覆拉力比。根據分析結果顯示，反覆拉力振幅比越大，極限拉拔力隨反覆作用力次數衰減幅度越顯著(圖1)。相較於反覆拉力振幅比，當平均反覆拉力比增加時，極限拉拔力及樁身位移量隨反覆作用次數之變化幅度較小。
圖1 反覆作用力次數與極限拉拔力比之關係圖(D=3 m; L=30 m)
期刊文章
| • | Wang, Y.-K., Chai, J.-F., Chang, Y.-W., Huang, T.-Y. and Kuo, Y.-S. (2016). “Development of seismic demand for Chang-Bin offshore wind farm in Taiwan strait,” Energies, 9(12), 1036. (SCI, IF: 2.262, subject category: ENERGY & FUELS, Ranking: 45 / 92=48.9%) |
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| • | 郭玉樹、王昱凱、黃迪瑩、蔡潔忞、許惠婷、曾姿郡、林啓聖 (2016). “離岸風電海域大地工程技術-設計地震反應譜對離岸風機基礎設計之影響,” 中國工程師學會「工程」會刊89卷02期, pp.39-51. |
| • | 郭玉樹、黃迪瑩、曾姿郡、林啓聖 (2014). “離岸風機套管式基礎地工設計考量,” 海洋及水下科技季刊, 103年12月號, Vol. 24, No. 4, pp.25-32. |
| • | 郭玉樹、吳明珠、何玉玲、曾姿郡、黃迪瑩、蔡潔忞、曾韋禎 (2013). “德國離岸風電學術與產業交流經驗分享,” 風電月刊, 2013年11月號, pp.11-17. |
研討會文章
| • | Kuo, Y.-S., Abdel-Rahman, K., Wu, K.-T., Huang, T.-Y. and Achmus, M. (2014). “Suitability of a Pile Group Foundation for an Offshore Wind Turbine,” Proceedings of the 24th International Ocean and Polar Engineering Conference, Busan, Korea, Vol. 1, pp.222-226. (EI) |
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| • | Lin, W.-C., Huang, T.-Y., Tseng, W.-C., Kuo, Y.-S., Ho, Y.-L., Tsai, B. (2012). “Revision and application of the p-y curves to monopile foundations in cohesionless soil,”The 6th Chinese-German Joint Symposium, Keelung, Taiwan, pp.589-596. |
| • | 郭玉樹、練詠莊、蘇峰堅、黃迪瑩 (2013). “離岸風機群樁平台基礎受側向力之變形行為初步研究,” 2013 SIMULIA Regional User Meeting, 台北. |
| • | 練詠莊、黃迪瑩、曾韋禎、何玉玲、郭玉樹 (2012). “離岸風機單樁基礎側向變形分析— p-y 曲線法,” 第34屆海洋工程研討會, 台南, pp. 863-868. |
| • | 郭玉樹、蘇峰堅、黃迪瑩(2012).“離岸風力發電機群樁基礎受側向載重變形分析,” SLMULIA Regional User Meeting. |
畢業論文
| • | 黃迪瑩 (2014)，「無凝聚性土壤中樁基礎受軸向反覆拉力下之行為反應」，碩士論文，國立成功大學水利及海洋工程所，台南。 |
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