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研究生: 黃登綱
Huang, Deng-Gang
論文名稱: 橋梁功能性支承系統於斷層近域之耐震性能
Seismic Performance of Bridge with Functional Bearing System subjected to Near-fault Earthquake
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: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 154
中文關鍵詞: 功能性支承系統開關轉換機制庫倫摩擦雙線性彈塑性近斷層地震
外文關鍵詞: Functional bearing system, On-off switching mechanism, Coulomb’s friction, Bilinear elastoplastic, Near-fault earthquake
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  • 本研究採用狀態空間法結合開關轉換機制提出橋梁含功能性支承且考慮雙線性彈塑性橋柱之位移解析流程,希望透過提出的方法探討公路橋梁於近斷層地震作用下的反應,以了解支承摩擦與橋梁受力之間的交互關係。分析模式是將橋梁系統簡化為雙自由度系統,特點在於考慮橡膠支承墊於黏著與滑動狀態間、橋柱於彈性與塑性狀態間之非線性變化過程,並有效分離支承剪力變形量與滑動位移量,並透過SAP2000驗證提出方法之合理性。
    本研究主要針對橡膠支承墊摩擦係數、橡膠支承墊彈性剪力模數、橋柱高度與最大地表加速度進行參數分析,分析結果主要探討橡膠支承墊最大位移、橡膠支承墊殘留位移、橋柱剪力、橋柱殘留位移、橋柱韌性需求與橋柱塑性轉角。分析結果顯示,橡膠支承墊摩擦係數對整體橋梁反應影響最大,當摩擦係數較低時,有支承墊滑動位移過大造成落橋的事件發生;當摩擦係數較高時,向下傳遞的摩擦力過大導致橋柱降伏,甚至面臨拆除或補強,也有超過公路橋梁耐震設計規範所規定韌性容量值的案例發生。本研究成果可提供公路橋梁耐震設計規範修訂活動端支承與橋柱之參考依據,檢討防落長度、橋柱設計剪力與橋柱韌性需求值等。

    In this study, a state-space based analytical method combined with on-off switching mechanism is presented to predict the displacement demand for a bridge with functional bearing system and bilinear elastoplastic pier. It is mainly discussed the relationship between the demand of unseating length and shear force of pier while the bridge undergoes near-fault earthquakes.
    A simplified two degree-of-freedom system was adopted to account for the sticking and sliding states of the rubber bearing, and the elastic and plastic states of the pier, and effectively separate the shear deformation and sliding displacement. The accuracy and rationality of this method were successfully verified by SAP2000.
    Five major parameters including the friction coefficient of rubber bearing, the shear modulus of elasticity of rubber bearing, the height of pier and the peak ground acceleration are selected for parameter study to investigate the seismic performance of the bridge under near-fault earthquakes. In the future, demand of both unseating length and shear force of pier could be further investigated by the result of this parameter study.

    摘要 I 誌謝 V 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究內容 3 第二章 橋梁震害探討與功能性支承系統發展 4 2.1 地震災害回顧與經驗學習 4 2.1.1 1994年美國北嶺地震 4 2.1.2 1995年日本阪神地震 4 2.1.3 1999年台灣集集地震 5 2.1.4 2008年中國汶川地震 6 2.1.5 2016年台灣美濃地震 7 2.2 橋梁震害模式討論 7 2.3 功能性支承系統概念與發展 8 第三章 簡化雙自由度模型模擬橋梁系統 26 3.1 橋梁含功能性支承之簡化雙自由度模型 26 3.1.1 庫倫完美乾摩擦(Coulomb's perfect dry friction)模型 26 3.1.2 含功能性支承之橋梁簡化雙自由度模型[39] 27 3.1.2.1 以狀態空間(state-space)表示橋梁模型 29 3.1.2.2 兩相(two-phase)支承系統 30 3.1.2.3 增量分析(incremental analysis)之計算步驟 32 3.1.2.3.1 黏著相(關相)單元(sticking-phase module) 32 3.1.2.3.2 滑動相(開相)單元(sliding-phase module) 33 3.1.2.3.3 支承回拉單元(bearing-pull-back module) 34 3.1.2.3.4 支承加應變條件(bearing straining condition) 35 3.1.2.4 兩相支承系統完整計算流程 36 3.2 橋梁含雙線性彈塑性橋柱之簡化雙自由度模型 37 3.2.1 雙線性彈塑性(blinear elastoplastic)模型 37 3.2.2 含雙線性彈塑性橋柱之橋梁簡化雙自由度模型 39 3.2.2.1 以狀態空間(state-space)表示橋梁模型 40 3.2.2.2 兩相(two-phase)橋柱系統 41 3.2.2.3 增量分析(incremental analysis)之計算步驟 43 3.2.2.3.1 彈性相(關相)單元(elastic-phase module) 44 3.2.2.3.2 塑性相(開相)單元(plastic-phase module) 45 3.2.2.3.3 橋柱回拉單元(pier-pull-back module) 46 3.2.2.3.4 橋柱加應變條件(pier straining condition) 47 3.2.2.4 兩相橋柱系統完整計算流程 47 3.3 橋梁含功能性支承且雙線性彈塑性橋柱之簡化雙自由度模型 49 3.3.1 含功能性支承且雙線性彈塑性橋柱之橋梁簡化雙自由度模型 49 3.3.1.1 狀態空間(state-space)表示 51 3.3.1.2 四相(four-phase)橋梁系統 53 3.3.1.3 增量分析(incremental analysis)之計算步驟 57 3.3.1.3.1 彈性黏著相(關關相)單元(elastic-sticking-phase module) 58 3.3.1.3.2 彈性滑動相(關開相)單元(elastic-sliding-phase module) 59 3.3.1.3.3 塑性黏著相(開關相)單元(plastic-sticking-phase module) 60 3.3.1.3.4 塑性滑動相(開開相)單元(plastic-sliding-phase module) 61 3.3.1.3.5 支承回拉單元(bearing-pull-back module) 62 3.3.1.3.6 橋柱回拉單元(pier-pull-back module) 63 3.3.1.3.7 支承加應變條件(bearing straining condition) 64 3.3.1.3.8 橋柱加應變條件(pier straining condition) 65 3.3.1.4 完整計算流程 66 第四章 參數分析 75 4.1 以SAP2000驗證雙自由度多相橋梁系統 76 4.2 參數分析 77 4.2.1 支承墊摩擦係數 80 4.2.2 支承墊剪力模數 81 4.2.3 橋柱高度 82 4.2.4 最大地表加速度 83 第五章 結論與建議 149 5.1 結論 149 5.2 建議 150 參考文獻 151

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    下載圖示 校內:2023-08-31公開
    校外:2025-01-01公開
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