博碩士論文 101322104 詳細資訊




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姓名 李季蓉(Ji-Rong Lee)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 橋梁多支承輸入近斷層強地動極限破壞分析
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摘要(中) 目前橋梁耐震設計分析時,通常由假設各橋墩支承之輸入地表運動相同以簡化分析與設計,然而現代橋梁工程已朝向長大橋梁技術發展,對於大跨徑橋梁或多跨徑橋梁,各橋墩支承之地表運動實際上有延滯時差之情形。向量式有限元素為一新近發展之結構分析方法,相較於傳統有限元素方法,其對於有大變形、大變位或剛體運動之問題,能以更簡易之運算方式分析。本研究以極限破壞分析方式,採用向量式有限元素模擬不同支承型式多跨徑橋梁於大地震時極限破壞狀態,同時考量上部結構間之碰撞,探討多跨徑橋梁於多支承輸入地表運動下其動力反應與破壞模式之差異。
本研究以一座十五跨簡支橋梁及三座五跨隔震連續橋梁為分析對象,以四個重要的近斷層強烈震波進行地震波速參數分析,數值分析結果顯示,剛性支承簡支橋考慮多支承輸入時,不僅影響落橋跨數,亦影響其支承破壞順序,且多支承輸入之橋面板落橋數明顯高於同步輸入之落橋數。隔震支承連續橋考量多支承輸入時,除落橋跨數外,亦改變其發生落橋之原因,但多支承輸入之橋梁崩塌情況較同步輸入崩塌情況嚴重。本研究成果顯示多跨度橋梁於強烈地震下,動力分析若採用同步地表運動輸入方法,無法模擬橋梁真實之動力行為,因此建議多跨度橋梁設計分析時,應採用多支承輸入,避免設計偏於不保守或過度保守之設計。
摘要(英) The analysis and design of conventional bridges to withstand seismic ground motions is based on the assumption that the ground motions over the entire foundation of the bridge are the same. However, the effects of temporal variation of earthquake ground motion do not be negligible for multiple-supp-orted bridges, and the excitation becomes a multiple-support excitation. The Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) is a new computational method
and has the superior in managing the engineering problems with material non-linearity, discontinuity, large deformation and arbitrary rigid body motions of deformable bodies. In this study, VFIFE is adopted to analyze and compare the
ultimate situation of the studied bridges with multiple-support excitation to uniform excitation.
Two types of bridges, a fifiteen-span simply-supported bridge and a conti-nuous-span bridge with high-damping-rubber isolators are input four near-field
ground motions to analyzed. Althrough numerical simulation of two bridges with uniform excitation or multiple-support excitation, the results show that the
number of unseating decks of the simple-supported bridge with multiple-support excitation is larger than with uniform excitation. The continuous isolated bridge is subjected to multiple-support excitation, the number of unseating decks and thecollapse type are different from uniform excitation. But the collapse situation with multiple-support excitation is more than uniform excitation. The analysis
indicates that the results of multiple-support excitation are different from the uniform excitation, and suggests using multiple-support excitation for the analy-
sis and design of multiple-supported bridge.
關鍵字(中) ★ 近斷層地震
★ 多支承輸入
★ 橋梁極限狀態
★ 動力分析
★ 向量式有限元素法
★ 落橋
★ 防落裝置
關鍵字(英) ★ near-field ground motion
★ multiple-support excitation
★ ultimate state of bridge
★ dynamic analysis
★ Vector Form Intrinsic Finite Element
★ unseating decks
★ unseating prevention devices
論文目次 摘 要……………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………II
致 謝…………………………………………………………………………III
目 錄……………………………………………………………………………IV
表 目 錄…………………………………………………………………VIII
圖 目 錄……………………………………………………………………X
第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的……………………………………………………1
1.2 近斷層橋梁結構物…………………………………………………1
1.2.1 橋梁震害………………………………………………………1
1.2.2 實際地震記錄與設計地震………………………………………3
1.2.3 橋梁多支承輸入進斷層強地動地表運動記錄…………………6
1.3 文獻回顧……………………………………………………………7
1.4 論文架構……………………………………………………………10
第二章 近斷層強地動地表運動資料……………………………………13
2.1 近斷層強地動與結構物反應之間的關係…………………………13
2.2 近斷層的強地動特性……………………………………………14
2.3 地震資料的誤差來源………………………………………………16
2.4地震資料的修正方法………………………………………………18
2.4.1 數位微波濾波器……………………………………………19
2.4.2基線修正法…………………………………………………21
2.4.3分段低階多項式基線修正法…………………………………23
第三章 向量式有限元素法……………………………………………………………39
3.1 結構離散模式………………………………………………………40
3.2 質點運動方程………………………………………………………40
3.3 運動軌跡離散化…………………………………………………42
3.4 變形與內力計算……………………………………………………43
3.5 運動方程的計算程序………………………………………………53
第四章 特殊元素與橋梁極限狀態模擬…………………………………60
4.1 特殊元素……………………………………………………………60
4.1.1 線性彈簧元素…………………………………………………62
4.1.2 雙線性彈簧元素………………………………………………63
4.1.3 具可開孔塑性彈簧元素………………………………………63
4.2 地表位移輸入法……………………………………………………65
4.3 橋梁極限狀態模擬…………………………………………………66
4.3.1 支承破壞模擬…………………………………………………67
4.3.2 平面滑動摩擦分析……………………………………………68
4.3.3 構件斷裂模擬………………………………………………72
第五章 近域震波特性與橋梁數值模型…………………………………78
5.1 重要近域震波特性……………………………………78
5.1.1 美國北嶺地震……………………………………………………79
5.1.2 日本阪神大地震………………………………………………80
5.1.3 台灣集集大地震………………………………………………82
5.1.4 近域震波的比較………………………………………………85
5.2 橋梁數值模型………………………………………………………86
5.2.1 目標橋梁與數值分析模型…………………………………86
5.2.2 上部結構模擬………………………………………………87
5.2.3 下部結構模擬………………………………………………88
5.2.4 支承系統模擬………………………………………………89
5.2.5 防止落橋裝置模擬…………………………………………91
第六章 橋梁數值分析……………………………………………………102
6.1 多支承輸入地表位移歷時之建立………………………………102
6.2 參數研究………………………………………………………103
6.2.1 美國北嶺地震動力歷時分析結果……………………………104
6.2.2 日本阪神大地震動力歷時分析結果…………………………106
6.2.3 台灣集集大地震動力歷時分析結果…………………………108
6.3 動力歷時分析結果比較……………………………………………112
第七章 結論與未來展望…………………………………………………148
7.1 結論………………………………………………………………148
7.2 未來展望…………………………………………………………150
參考文獻……………………………………………………………………151
附圖………………………………………………………………………156
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指導教授 莊德興 審核日期 2016-1-28
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