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moea_joint_essay 102年 [土木] 大地工程學、結構設計

第 一 題

📖 題組:
有一地下室開挖,利用鋼板樁作為擋土壁體,如【圖 3】所示,已知土層之單位重 γ = 17 kN/m³,抗剪角φ = 35°及凝聚力 c=0,橫撐之平面中心距為 3m。假設板樁在橫撐 B 處為鉸接點。試求:
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

繪出側向土壓力包絡線。(請依據 Peck 建議方式)(5 分)
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沙土開挖支撐使用 Peck 視土壓力圖 (Apparent Earth Pressure diagram)。

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依據 Peck 的砂土視土壓力建議,均勻側向壓力為 0.65 × Ka × γ × H。計算出此數值並繪出矩形土壓力分布。

小題 (二)

橫撐 A、B 及 C 處之載重大小。(5 分)
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將側向土壓力視為梁的分布載重,利用鉸接條件及力平衡解出各橫撐的反力。

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  1. 將連續梁在鉸接點 B 處拆解為上下兩半。
  2. 對上半段及下半段分別利用力矩平衡與力平衡,解出支承 A、B_upper、B_lower 及 C 處反力。
  3. B 處總載重即為 B_upper + B_lower。

小題 (三)

若鋼板樁(擋土壁體)之容許撓曲應力σall=170 MN/m²,其斷面模數為何?(5 分)
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從彎矩圖中求出最大彎矩 M_max,再由 S = M_max / σ_all 求斷面模數。

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  1. 繪製鋼板樁的剪力與彎矩圖,找出絕對值最大的彎矩 M_max。
  2. 利用斷面模數公式 S = M_max / σ_all 即可計算出所需之斷面模數 S。

小題 (四)

若橫檔鋼材之容許撓曲應力σall=150 MN/m²,B 處橫檔之斷面模數為何?(5 分)
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計算橫檔承受的彎矩,橫檔視為多跨連續梁或簡單梁(依支撐跨度而定),求出彎矩後再算斷面模數。

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  1. 取 B 處橫檔所受的均布線載重(即 B 處每單位長度的反力)。
  2. 假設橫檔在跨距 L=3m 為簡支梁或連續梁,計算其最大彎矩 M = (wL²)/8 或依連續梁公式計算。
  3. 依 S = M_max / 150 MN/m²,求得 B 處橫檔所需之斷面模數。
📝 砂土開挖視土壓力
💡 使用 Peck 經驗公式計算多階橫撐開挖的矩形視土壓力分佈。
  • 判斷土層性質:本題為砂土,適用 Peck 砂土包絡線
  • 計算主動土壓力係數 Ka:需依據內摩擦角 φ 求解
  • 壓力強度計算:砂土為 0.65 × Ka × γ × H
  • 圖形繪製:砂土之 Peck 包絡線呈現「矩形」分佈
🧠 記憶技巧:砂土 Peck 六五折,全區矩形壓力值
⚠️ 常見陷阱:最常誤用 Rankine 的三角形分佈。注意 Peck 視土壓力是為了橫撐設計而簡化的矩形或梯形經驗分佈。
黏土視土壓力包絡線 橫撐荷重計算 開挖支撐之穩定性分析

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