類 別 : 土 木 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 大 地 工 程 學 2 . 結 構 設 計

大地工程學、結構設計 第 1 頁，共 4 頁 【請翻頁繼續作答】

經濟部所屬事業機構 102 年新進職員甄試試題

類 別 : 土 木 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 大 地 工 程 學 2 . 結 構 設 計

注 意 事 項

1.本試題共 4 頁(A3 紙 1 張)。

2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。

3.本試題分 6 大題，每題配分於題目後標明，共 100 分。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答，不提供額外之答案卷，作答時須論述或詳列解答過程，於本試題 或其他紙張作答者不予計分。

4.本試題採雙面印刷，請注意正、背面試題。

5.考試結束前離場者，試題須隨答案卷繳回，俟該節考試結束後，始得至原試場索取。

6.考試時間：120 分鐘。

一、已知地下水位觀測井 A、B、C 平面配置及各井水頭如【圖 1】所示，土壤滲透係數 k = 0.2 cm/sec 。試求：

(一)水力坡降 i。（5 分）

(二) 滲流方向。（5 分）

(三) 每單位寬度之流量。（5 分）

【圖1】

A

B

C

^140m

61m

510m 235m

3.5m EL.122.92 m

透水層 EL.120.51 m

EL.122.03 m

大地工程學、結構設計 第 2 頁，共 4 頁

二、已知土層剖面如【圖 2】所示，假設毛細上升至地下水位上 4 m，試繪出σ、u和

σ '

隨深 度變化圖：（15 分）

4m

4m

4m

乾 砂

Gs=2.66 ; e=0.6

砂;毛細上升區

S=60% ; Gs=2.71 ; e=0.75

黏 土

Gs=2.72 ; ω =0.75 地 下 水位

【圖 2】

三、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/m

³

，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：

(一) 繪出側向土壓力包絡線。（請依據 Peck 建議方式）（5 分）

(二) 橫撐 A、B 及 C 處之載重大小。（5 分）

(三) 若鋼板樁(擋土壁體)之容許撓曲應力σ =170 MN/m

_all

²，其斷面模數為何？（5 分）

(四) 若橫檔鋼材之容許撓曲應力σ =150 MN/m

_all

²，B 處橫檔之斷面模數為何？（5 分）

【圖 3】

1m

2m

2m

1.5m

A

B

C

砂土

=

γ 17 kN/m

³

= φ 35°

c=0 3.5m

橫檔

橫撐 板樁

0.5

e

黏土;毛細上升區

0.95

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四、如【圖4】所示之 T 形 R.C.樑，樑長 L=4 m，斷面 b=80 cm ，b

w

=35 cm，h=65 cm，d=60 cm ，h

f

=12 cm，除自重外，樑中央點有集中活重 P=10t 作用。採用之材料性質為

f _c ^'

=210 kg/cm

²

，f

y

=2800 kg/cm

²

，試設計樑固定端所需之抗彎鋼筋量。（15 分）

2m

hf 4m bw

b

P h

As

【圖 4】

五、有一結構系統由兩根相同之橫箍柱和一根簡支樑所組成如【圖 5-1】所示，而其橫箍柱之 斷面如【圖5-2】所示。若不計桿件自重，且材料性質為

f _c ^'

= 210 kg/cm²，f

y

= 4200 kg/cm²

，E

s

= 2.04×10

⁶

kg/cm

²

，試回答下列問題：

(一)試以純軸力狀態、平衡狀況及純樑狀態等三點，簡化為折線方式求 P

n

－M

n

交互影響曲 線(Inteaction Curve)。（10 分）

(二)若樑之最大使用活重 L ( maximum service live load ) 是由短柱之最大允許軸力強度所控 制，試問在此最大活重 L 之作用下，樑左端之滾支承至多可以偏離柱中心線幾公分？

（5 分） ( 提示：使用 P

n

－M

n

圖 )

CL

roller hinge

C L L

C L

25cm 25cm

CL

30cm

6.5cm 6.5cm

50cm 6.5cm

6.5cm

#8,d

^b

=2.54cm , A

^b

=5.07cm

²

C L

【圖 5-1】 【圖 5-2】

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六、有一平面結構(如【圖 6】所示)承受水平風力，假設各節點為鉸接，其斜撐桿件係由單角 鋼所組成，單角鋼尺寸為

L 120 × 120 × 8 ( mm )

、A

g

= 18.76 cm²，使用鋼材為 A36(F

y

=4200 kg/cm²；F

u

=4200 kg/cm²)，單角鋼之端點螺拴孔直徑為 23mm。假設單角鋼之端點連接板與 高拉力螺栓有足夠強度，試根據容許應力設計法(ASD)回答下列問題：

(一)試求該斜撐桿件所能承擔之最大容許拉力(T)。（10 分）

(二)試求該平面結構所能承擔之最大水平風力(W)，假設該平面結構之設計係由斜撐桿件 所控制。（10 分）

T 60

120 50

100 100

6m

8m

L 12 0x 12 0x 8

W

T

6m

【圖 6】

附註：根據容許應力設計法(ASD)

有效斷面積A

e

= UA

n

，其中U 為折減係數，A

n

為淨斷面積，本題假設U=0.85。

塊狀剪力(Block Shear) 作用於剪力面上之容許剪應力 F

v

= 0.3 F^u。 單位：mm

單角鋼端點鑽孔位置示意圖