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研究生: 姚涵
Yao, Han
論文名稱: 減隔震橋梁考慮近場地震動及土壤結構互制效應之探討-以大陸2020规范及台灣2019規範為例
Study on the Seismic Isolation Bridge Considering Near-fault and Soil Structure Interaction – A Case Study Based on China 2020 and Taiwan 2019 Seismic Design Specification
指導教授: 劉光晏
Liu, Kuang-Yen
共同指導教授: 葉愛君
Ye, Ai-Jun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 100
中文關鍵詞: 土壤彈簧互制減隔震近斷層地震橋梁抗震
外文關鍵詞: Soil Spring Interaction, Seismic Isolation, Near Fault Earthquake, Bridge Seismic Resistance
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  • 大陸的抗震規範中不允許基礎的屈服,若在必要時允許支座的破壞與橋墩的屈服,但這與台灣允許橋墩及基樁地震下可以屈服的設計理念不同,本研究以大陸《公路橋梁抗震設計規範》與台灣《公路橋梁耐震設計規範》為基礎,探討同一個案例橋梁在減隔震設計下之土壤結構互制的區別,並考慮到近斷層地震下橋梁結構的反應。
    本研究以大陸同福高架橋為研究案例,利用大陸規範對其進行抗震設計,得出橋梁在大陸規範地震下的反應數據,隨後比較在同一地震動輸入下,保持其他因素基本不變的情況下,改變土壤彈簧的設定,通過SAP2000來分析該工況下橋梁下部結構的特性;最後保持上述土壤彈簧不變,將原先案例大陸的E1、E2地震動改為與其回歸週期相近的台灣等級Ⅰ與等級Ⅲ下的一般地震與近斷層地震,通過程式輸出之構件反應結果將三類情況進行比較。
    結果顯示,在大陸E1的地震輸入下,全橋的下部結構保持彈性,但由於彈性反應的傳遞規律可知在E2的地震反應下,下部結構不滿足抗震設計需求,因此根據設計要求制定了抗震對策,並對支座進行了改善與優化,進行了抗震性能驗算。在減隔震設計下,配筋率为0.5%、直径2.4m单桩和配筋率为0.43%、直径2.8m单桩皆保持彈性,滿足抗震設計要求。
    將案例橋梁中大陸規範設計之線性土壤彈簧改變為台灣規範設計之非線性土壤彈簧後,在保證其他條件不變的情況下,橋梁總體的剛度有所降低,常規體系下彈性構件的能力需求比有所提高,並且在採用減隔震措施後,全橋保持彈性,同樣也滿足橋梁設計要求。
    在換成台灣一般地震與近斷地震後,同樣採用台灣非線性土壤彈簧設定,常規體系下等級Ⅰ與等級Ⅲ的橋梁墩樁皆有一定程度的屈服,其中等級Ⅲ下的橋梁無法滿足設計要求同時在安全上存在極大風險,在減隔震體系下,雖然屈服情況有所改善,但依舊存在墩樁的屈服現象,不符合抗震設計要求,需要進一步的分析與探討。

    In this study, the Tongfu Bridge was used as a research case, and the seismic design of the bridge was carried out using the mainland’s specification, and the response data of the bridge under the earthquake were obtained. Then, under the same ground motion input, other factors were kept basically unchanged, only changing the setting of the soil springs, analyzing the characteristics of the bridge substructure under this working condition through SAP2000; finally, keep the above soil spring unchanged, and changing the E1 and E2 ground motions of the original case to Taiwan level I and level III which are similar to their return period. For general earthquakes and near-fault earthquakes, the three types of cases are compared through the component response results output by the program.
    The result shows that under the earthquake input of E1, the substructure of the full bridge remains elastic, but due to the transmission law of elastic response, it can be known that under the earthquake response of E2, the substructure does not meet the seismic design requirements, so seismic countermeasures are formulated in this case, and the supports need to be improved and optimized. Under the inspection of the whole bridge, it fits the mainland’s design specification.
    After the linear soil spring designed by the China’s specification, in the case bridge is changed to the nonlinear soil spring designed by the Taiwan’s specification, under the condition that other conditions remain unchanged, the overall stiffness of the bridge is reduced, the capacity demand ratio of elastic components under the conventional system is improved, and after the vibration reduction and isolation measures are adopted, the whole bridge remains elastic, which also meets the requirements of bridge design.
    Last but not least, under the conventional system, the bridge pier piles with the input of Taiwan’s ground motion of grade I and grade III, have a certain degree of yield. Under the seismic reduction and isolation system, although the yield situation has been improved, the yielding of pier piles still exists, which does not meet the seismic design requirements, It needs further analysis and discussion.

    摘要 I 誌謝 V 目錄 VI 表目錄 VIII 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1.1. 研究背景 1 1.2. 研究動機與研究目的 1 1.3. 研究內容 2 第二章 文獻回顧 3 2.1. 抗震設防標準—大陸橋梁抗震設計規範 3 2.1.1. 橋梁抗震性能驗算方法 3 2.1.2. 橋梁結構抗震體系 3 2.2. 抗震設防標準—台灣公路橋梁耐震設計規範 4 2.2.1. 橋梁耐震性能驗算方法 4 2.2.2. 土壤彈簧法 5 2.3. 減隔震橋梁相關研究 6 2.4. 土壤彈簧結構互制的相關研究 7 2.5. 近斷地震對橋梁影響的相關研究 7 第三章 抗震性能案例分析 11 3.1. 前言 11 3.2. 橋梁概況 11 3.3. 橋梁空間動力分析模型建立 11 3.3.1. 輸入地震歷時 11 3.3.2. 土壤彈簧的建立 12 3.4. 常規體系橋梁抗震性能分析 13 3.5. 縱橫向減震體系研究及抗震性能驗算 13 3.5.1. 雙曲面球型減隔震支座簡介 14 3.5.2. 雙曲面球型減隔震支座參數優化 15 3.5.3. 抗震體系抗震性能驗算 16 3.5.4. 滿足正常使用要求的支座剪斷力確定 16 3.6. 結論 16 第四章 土壤彈簧互制影響 41 4.1. 數值模型的建立 41 4.1.1. 土壤彈簧計算 41 4.1.2. 土壤彈簧的建立 43 4.2. 結果分析 43 4.2.1. 常規體系E2地震抗震分析 43 4.2.2. 減隔震體系E2地震抗震分析 44 4.3. 結果比較 44 4.4. 結論 44 第五章 近斷層地震與一般地震對於案例橋梁之影響 54 5.1. 前言 54 5.2. 地震动输入 54 5.3. 一般地震和近斷層地震對常規體系的影響 54 5.3.1. 等級Ⅰ常規體系耐震分析 54 5.3.2. 等級Ⅲ常規體系耐震分析 55 5.4. 一般地震和近斷層地震對減隔震體系的影響 55 5.5. 結果比較 55 5.6. 結論 55 第六章 結論與建議 99 6.1. 結論 99 6.2. 建議 99 參考文獻 100

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