untitled - 欧昱辰- yu-chen ou - 台大土木系- ntu_civil.pdfVIP

預鑄節塊混凝土橋柱的 地震力折減係數 1 2 3 4 歐昱辰 、蔡木森、王華靖、張國鎮 摘要 預鑄節塊混凝土橋柱由於消能容量顯著低於傳統橋柱，在同地震擾動下，欲達到相同 的韌性需求時，地震力折減係數需較傳統橋柱小。本研究利用單自由度非線性動力分析， 以及36個國內外地震歷時，探討適用於預鑄節塊混凝土橋柱的地震力折減係數。分析過 程中，傳統混凝土橋柱與預鑄節塊橋柱地震行為，分別以 Takeda 遲滯模型以及勁度衰減 自我復位 (SDSC)遲滯模型模擬。研究結果證實，為達相同韌性需求，預鑄節塊橋柱地震力 折減係數需比傳統橋柱的折減係數小。增加消能容量或降低韌性需求，將使預鑄節塊橋柱 的地震力折減係數趨近於傳統橋柱 。根據SDSC模型與 Takeda 模型所得地震力折減係數 的 比例，以及現行規範地震力折減係數的公式，本研究提出預鑄節塊橋柱地震力折減係數 的 建議值。 1國立台灣科技大學營建工程系助理教授 2國立台灣 大學土木工程系博士班學生 3國立台灣大學土木工程系碩士班學生 4國立台灣大學土木工程系教授 1 壹、前言 比起現地澆置的傳統混凝土橋梁工法 ，預鑄節塊混凝土工法有施工迅速及縮短工期的 優點，此外，由於現地施工活動 與時間的 大幅降低，對環境及交通所造成的干擾較少，同 時因預鑄場優良的施工環境，更能確保施工品質。以目前國內混凝土橋梁而言，預鑄節塊 已大量使用於上部結構，但鮮少使用於下部結構，主要原因為對其耐震性能的疑慮。少數 幾個使用於下部結構的例子包括台14線長壽橋與育樂橋，如圖一所示 ，前述橋 梁建於 1980 年代，但由於圍束箍筋用量不符合現行規範，存在混凝土韌性不足的 疑慮，已於 2009 年 6月完成鋼板包覆補強。由於台灣地區老舊橋梁為數眾多，將來勢必有許多更新重建的機 會 ，但這些橋梁多處於交通繁忙的動線上 ，又未來的中橫、南橫及東部等國道公路計畫大 多位處山岳與生態保護區，因此，可降低交通 與環境衝擊的預鑄節塊橋柱便成為台灣未來 橋柱極佳的選擇。 (a)長壽橋 (b)育樂橋 圖一、台 14線長壽橋與育樂橋(攝於2009 年8月) 為了瞭解其在強震區的適用性，王瑞禎等[1]進行預鑄節塊高橋柱的研究，研究結果指 出若僅配置預力鋼腱穿過節塊接頭，雖具優良韌性與自我復位能力，但其消能能力顯著低 於傳統一體澆置橋柱，此種形式的預鑄節塊橋柱在本研究稱為純鋼腱橋柱，添加穿過節塊 接頭的消能鋼棒可增進節塊橋柱的消能能力。Hewes 與Priestley[2]測試底部節塊包覆鋼板 以增進韌性的預鑄節塊橋柱，周中哲與陳鈺智等[3]測試預鑄節塊鋼管填充混凝土橋柱，試 驗結論亦同於王瑞禎等。張國鎮等 [4]與歐昱辰等[5]進行了一系列的預鑄節塊橋柱試驗， 除驗證先前學者對於純鋼腱橋柱的行為的觀察外 見圖二( (a)) ，試驗結果亦顯示透過調整預 力與消能鋼棒對橋柱側向強度貢獻的比例，可達到增進消能且保有小殘餘變形，同時透過 適當的韌性設計細節，橋柱可有優良韌性能力見圖二( (b)) 。 由於預鑄節塊橋柱眾多的優點，因此現正施工中的國道台中生活圈四號大里聯絡道採 用預鑄節塊橋柱的設計。然而因預鑄節塊橋柱消能能力顯著較低之故 ，現行的公路橋梁耐 震設計規範[6]中的地震力折減係數並不適用，為避開此一問題，前述聯絡道橋柱預鑄段採 用保守的彈性設計，週期較短的橋柱使用隔震支承以降低地震力，週期較長的橋柱底部潛 在塑鉸區採用場鑄，使其非線性行為由場鑄段控制。為達到更經濟的設計以及更充分利用 預鑄優點，預鑄節塊橋柱地震力折減係數的研究有其必要性。 2 320 300 200 )