根據前章收斂性分析之結果,在第五章中,模型將以 400/12.5 為 基準來討論正方型沉埋對剛性基礎阻抗矩陣之影響。因此部份並無解 析解可以比對,故對值之收斂需要特別注意。另外,由於前章中已建 立大量的模型與解析解比對,而分析之結果亦有相當之精度,故才可 假設後續部份(即正方型沉埋剛性基礎)之模型為正確、可信的,才能 再作此後續部份之分析與討論。
另外,由於耦合方向之反應複雜,且在物理上難以解釋,而在前 章收斂性分析時所得之結果僅只有趨勢相同,值的精確度並不高,誤 差較大,故論文在此部分並不予以討論耦合方向之值。
以下將分成兩小節以作討論,第一部分先討論其收斂性,第二部 分才討論沉埋對剛性基礎之影響。
5-1 收斂性探討
為探討值的收斂性,故論文在此部分將 5Hz 處定為分界,然後 在 1-5Hz 的部分,以 400/12.5 的模型跟 500/12.5 模型的結果比較;而 在 5-10Hz 的部份,則以 300/6.25 的模型跟 400/12.5 與 200/6.25 模型 的結果比較,以此作出收斂性之探討。而在圖中線段之表示說明如
之模型與 5-10Hz 時為 300/6.25 之模型所組成之一條線,200/6.25 之 模型為第三條線,其只有 5-10Hz 之數值。如圖 5-1 至 5-15 中之線段。
而根據結果顯示,雖然在前章中提到,分析結果之精確度是以元 素大小控制,模型尺寸較不重要,僅需要在低頻時考慮的內容,可是 在有沉埋的模型中,可清楚的看出模型尺寸對高頻的分析佔有不可忽 略之影響。所以,即使是在高頻,亦不可選擇使用太小之模型尺寸,
在此案例中至少須取到 300m,即在前章收斂性分析中,低頻分析時 所須選取的最小合理模型尺寸,亦是案例開始時所假設剪力波速後得 到之最大波長。
在 1-5Hz 時,400/12.5 模型與 Model-1 模型比較,其結果相當吻 合,其差值皆可在 10%以內,故可知分析結果在低頻時已達收斂。
而在 5Hz 處的收斂性探討中可看出,扭轉方向所得到之結果最 好,若不考慮模型尺寸 200/6.25 較不可信之值外,平均之差值只有約 1%,如圖 5-4、5-9、5-14、5-19 中之(a)所示。此部分可能是因為剛 性基礎為正方形,兩邊對稱之緣故,所以在扭轉方向上之收斂性才能 得到如此良好之結果。
但在垂直方向上之收斂性最差,以模型為 200/6.25 時來看,其差 值在沉埋 12.5m 時為 16%,如圖 5-2(a);25m 時 24%,如圖 5-7(a);
37.5m 時為 48%,如圖 5-12(a);50m 時為 43%,如圖 5-17(a);比起
扭轉方向同樣在 200/6.25 模型時,沉埋 12.5m 時僅為 2%,如圖 5-4(a);
25m 時 9%,如圖 5-9(a);37.5m 時為 16%,如圖 5-14(a);50m 時為 23%之值,如圖 5-19(a)所示,還要高出許多。而其水平方向在 200/6.25 模型時,沉埋 12.5m 時僅為 3%,如圖 5-1(a);25m 時 22%,如圖 5-6(a);
37.5m 時為 38%,如圖 5-11(a);50m 時為 2%,如圖 5-16(a)。而翻轉 方向在 200/6.25 模型時,沉埋 12.5m 時僅為 2%,如圖 5-3(a);25m 時 14%,如圖 5-8(a);37.5m 時為 17%,如圖 5-13(a);50m 時為 20%,
如圖 5-18(a)。
前為 200/6.25 模型與 Model-1 中之 300/6.25 之模型比較;但若以 400/12.5 之模型與 200/6.25 和 Model-1 中之 300/6.25 比較的話,選取 較大之模型尺寸分析所得之結果,如模型尺寸為 300(150*300*150m) 來分析,則因模型尺寸不足(模型尺寸為 100*200*100m 時),在不同 沉埋深度時所造成之誤差,若以垂直方向為例,其平均之差值為 42%,但在模型尺寸為 300(150*300*150m)時,則可立刻降至 20%至 30%之間。由此可知,模型尺寸對其分析結果之影響甚巨,不容忽視。
由上述結果可知,分析模型所取之模型尺寸對沉埋剛性基礎有所 影響,如取太小的話(100*200*100m 之模型尺寸),對分析出來之結 果會有上下跳躍之影響,收斂性較差;但模型尺寸若取得較為合理之 時(如 150*300*150m 之模型尺寸),則此影響程度將會銳減。但其原
因除可能是模型尺寸選取的不適當外,亦可能是此有限元素程式內部 的問題,但真正的原因為何,則需要透過此程式來分析更多、各種的 其他案例,或是透過更強的資源,作更詳細的收斂性分析才能得知。
至於虛部的部分,因其結果與前章所討論出來之結論相同,在 5Hz 時之平均差值皆可維持在 10%以內,如圖 5-1 至 5-20 之(b)所示,
故在此並不特別加以說明。
5-2 沉埋對正方型剛性基礎之影響
在此部分,將以 400/12.5 之模型來看,其在高頻部分之值,與前 章之討論結果相同,亦有變大之趨勢,此原因為元素大小切割得不夠 細之故,故可以 300/6.25 之模型作更精確之分析,得到較為可信之結 果。而比較兩者之結果,其討論如下。
從沉埋 12.5、25、37.5、50m 的結果,可看出沉埋對剛性基礎阻 抗矩陣之影響,在低頻時,沉埋深皆能有效的提高勁度,以扭力方向 提高最多,在 1Hz 時,依沉埋 12.5、25、37.5、50m 的順序,其勁度 分別提高了 1.76、2.27、2.75、3.2 倍,如圖 5-24;翻轉方向次之,其 勁度分別提高了 1.47、1.91、2.48、3.17 倍,如圖 5-23;水平方向再 次之,其勁度分別提高了 1.35、1.57、1.74、1.87 倍,如圖 5-21;而 垂直方向較少,其勁度只分別提高了 1.15、1.26、1.36、1.47 倍,如
圖 5-22;耦合部分可參考圖 5-25 所示。
但結果亦顯示出,在水平方向時,沉埋的越深,其所提供之勁度 也有消減越快之現象,在高頻時,甚至有可能出現負值,反而減少結 構之勁度。
最後,可取模型 400/12.5 的 1-5Hz 之值,與 Model-1 中之 300/6.25 模型的 5-10Hz 之值相連,以得到用有限元素程式 ABAQUS【1】所 建立之正方型沉埋剛性基礎,在各沉埋深度下(12.5、25、37.5、50m) 所求得之阻抗矩陣的解。