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研究生: 黃鎮齊
Huang, Chen-Chi
論文名稱: 斷層近域多跨橋梁之位移設計法
Displacement-Based Design of Multi-Span Bridge considering Near-Fault Earthquake Effect
指導教授: 劉光晏
Liu, Kuang-Yen
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 202
中文關鍵詞: 斷層近域橋梁位移設計法位移放大係數
外文關鍵詞: Displacement-based design, Displacement Amplification Factor, Near-fault Earthquake
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  • 本文旨在進行多跨橋梁之位移設計法研究,當中對於非線性位移反應評估採用位移放大係數,作彈性最大位移與非彈性最大位移間之轉換。以大量國內集集大地震為主之歷時紀錄進行單自由度非線性動力歷時分析,其中含近斷層地震共142筆與遠域斷層地震1775筆歷時資料。並對分析資料進行回歸分析,分別得適用於近斷層震區與一般震區之位移放大係數公式。並以全橋之非線性動力歷時分析驗證由單自由度系統所分析之位移放大係數於多自由度橋梁系統有效可用。另外,採用一規則3跨橋梁例與一不規則4跨橋梁例進行位移設計法試算。並在相同之設計基準下與強度設計法比較,同時以非線性動力歷時分析驗證所設計目標位移之合理性。最後對工程設計參數進行檢討,以本文回歸之位移放大係數與現行規範強度折減因子轉換得之等效位移放大係數,評估非彈性設計位移反應譜之準確性;以等降伏強度係數評估真實之設計地震力。

    This paper aims to study the displacement design method of multi-span bridges. In the nonlinear displacement response evaluation, the displacement amplification factor is used to convert between the maximum elastic displacement and the inelastic maximum displacement. The single-degree-of-freedom nonlinear time history analysis is carried out with a large number of earthquake records, including 142 near-fault seismic records and 1775 far-fault seismic records. The regression analysis of the analysis data is applied to the displacement amplification factor formula of the near fault zone and the general zone. The nonlinear dynamic analysis of the full bridge is used to verify that the analyzed displacement amplification factor is effectively available in the multi-degree-of-freedom bridge system. In addition, a rule 3 cross-bridge example and an irregular 4 cross-bridge example are used for trial calculation of the displacement-base design method. And compared with the force-based design method under the same design level, the rationality of the designed target displacement is verified by nonlinear dynamic analysis. Finally, the engineering design parameters are reviewed.

    誌謝 I 摘要 II Abstract III 目錄 VII 圖目錄 XI 表目錄 XV 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 3 1.3 研究方法 3 第2章 文獻回顧 5 2.1 橋梁受近斷層地震之影響 5 2.2 位移設計法 6 2.2.1 替代結構 7 2.2.2 單自由度橋柱位移設計 8 2.2.3 多自由度橋梁系統位移設計 9 2.2.4 橋梁系統垂直行車向位移設計 13 2.3 位移係數法 15 2.4 位移放大係數 16 2.4.1 位移放大係數既有公式 17 第3章 位移放大係數參數研究 23 3.1 地震加速度歷時資料 23 3.1.1 歷時資料來源 23 3.1.2 速度脈衝訊號 23 3.1.3 地盤分類 24 3.1.4 斷層類型 25 3.1.5 歷時資料分組 26 3.2 地震加速度歷時資料整理 27 3.3 單自由度之非線性動力歷時分析 28 3.3.1 遲滯迴圈模型 28 3.3.2 分析工具 29 3.3.3 等位移韌性位移放大係數反應譜建立 30 3.3.4 破壞指數 34 第4章 位移放大係數參數研究結果 37 4.1 斷層近域分析結果 37 4.1.1 參數1-訊號處理 37 4.1.2 參數2-歷時紀錄方向 40 4.1.3 參數3-遲滯迴圈模型 42 4.1.4 參數4-測站組數 42 4.1.5 小結 45 4.2 遠域斷層分析結果 46 4.2.1 第一至第三類地盤 46 4.2.2 其他地盤分類 58 4.2.3 遠域斷層分析結果綜合比較 61 4.3 回歸分析 63 4.3.1 適用於鄰近斷層區域之位移放大係數 63 4.3.2 適用於遠域斷層之位移放大係數 66 4.4 結果比較 69 4.4.1 近斷層與遠域斷層 69 4.4.2 建議公式 72 第5章 位移放大係數於多自由度系統應用與驗證 74 5.1 驗證方法與案例說明 74 5.2 分析流程 77 5.2.1 非線性動力歷時分析 77 5.2.2 側推分析求取降伏位移與位移韌性 80 5.2.3 轉換至等效SDOF系統 83 5.2.4 位移放大係數譜 87 5.3 分析結果與比較 88 5.4 小結 89 第6章 橋梁位移設計法 90 6.1 橋梁位移設計法流程 90 6.2 位移設計法試算 95 6.2.1 案例說明 95 6.2.2 案例1計算-近斷層工址 97 6.2.3 案例2計算-近斷層工址 107 6.2.4 案例1計算-一般工址 118 6.2.5 案例2計算-一般工址 126 6.3 強度設計法試算 135 6.3.1 設計流程 135 6.3.2 案例1計算 140 6.3.3 案例2計算 143 6.3.4 位移韌性需求 146 6.4 設計結果比較 150 6.4.1 位移設計法與強度設計法 150 6.4.2 位移設計法近斷層工址與一般工址 150 6.5 動力歷時分析比對 153 6.5.1 人造地震歷時紀錄 153 6.5.2 塑鉸設定 158 6.5.3 分析結果 161 6.6 設計參數檢討 163 6.6.1 非彈性設計位移反應譜 164 6.6.2 等降伏強度係數比較 169 6.6.3 小結 178 第7章 結論與建議 179 7.1 結論 179 7.2 建議 181 參考文獻 182 附錄 A.1

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