橋梁多支承輸入近斷層強地動極限破壞分析

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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

參考文獻

[1] 劉光晏 (2009)，「921集集地震橋梁震害線上史料館簡介」，《檔案季刊》第八卷第三期，第132-143頁。
[2] 曾榮川、張英發、吳淑珍、游明益、邱益成 (2011)，「大跨徑曲線鋼橋之設計與施工 — 國道1號五股楊梅段拓寬工程C901及C904A標」，中華技術89，財團法人中華顧問工程司。
[3] 趙書賢、簡文郁、吳俊霖、張毓文、劉勛仁、張宛婷 (2014)，「近斷層場址設計地震歷時製作」，中華民國第十二屆結構工程研討會暨第二屆地震工程研討會，Paper No. 1125。
[4] Shahi, S., and Baker, J. W. (2011). “An empirically calibrated framework for including the effects of near-fault directivity in probabilistic seismic hazard analysis.” Bulletin of the Seismological Society of America, 101(2), 742-755.
[5] 蔡益超、范川江 (1990)，「橋梁地震動力分析 — 多支承輸入與隔震效應之研究」，中華民國第十四屆全國力學會議，民國七十九年十二月。
[6] 蔡益超、彭知行、劉敬德 (1992)，「多支承輸入橋梁地震動力分析」，行政院國家科委員會防災科技研究報告81-31號。
[7] Hao, H. (1998), “A Parametric Study of the Required Seating Length for Bridge during Earthquake,” Earthquake Engineering and structural Dynamics, Vol.27, pp.91-103.
[8] Jankowski, R., Wilde, K. and Fujino, Y.(2000), “Reduction of Pounding
Effects in Elevated Bridges during Earthquakes,” Earthquake Engineering
and Structural Dynamics, Vol.29, pp.195-212.
[9] Zanardo, G., Hao, H. and Modena, C. (2002), “Seismic Response of Multi-Span Simply Supported Bridges to a Spatially Varying Earthquake Ground Motion,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics,
Vol.31, pp.1325-1345.
[10] 蔡孟豪、葉銘煌、張國鎮 (2002)，「近斷層地震對隔震橋梁的影響 — 南二高嘉南大圳北幹線一號排水橋案例研究」，中華技術55，財團法人中華顧問工程司。
[11] Bi, K., Hao, H. and Chouw, N. (2010), “Require Separation Distance between Decks and at Abutments of a Bridge crossing a Canyon Site to Avoid Seismic Pounding,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.39, pp.303-323.
[12] Bi, K., Hao, H. and Chouw, N. (2010), “Influence of Ground Motion Spatial Variation, Site Condition and SSI on the Required Separation Distances of Bridge Structures to Avoid Seismic Pounding,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics , Wiley Online Library.
[13] Ting, E. C., Shih, C. and Wang, Y. K.(2004), “Fundamentals of a Vector Form Intrinsic Finite Element: Part I. Basic Procedure and a Plane Frame Element,” Journal of Mechanics, Vol.20, No.2, pp.113-122.
[14] 李姿瑩、陳柏宏、王仁佐 (2008)，「含非線性阻尼裝置隔震橋梁之向量式有限元素分析」，中華民國第九屆結構工程研討會，民國97年8月22-24日，高雄，台灣，。
[15] 李姿瑩、張烜瑜 (2008)，「具坡度橋面橋梁之碰撞效應研究」，中華民國第九屆結構工程研討會，民國97年8月22-24日，高雄，台灣。
[16] 陳柏宏、李姿瑩、王仁佐 (2007)，「含防止落橋裝置隔震橋梁之向量式有限元分析」，中華民國力學學會第三十一屆全國力學會議，高雄，台灣，民國96年12月21-22日。
[17] Lee, T.-Y., Wong, P.L. and Wang, R.Z. (2010), “Dynamic Behavior of Seismic-Excited Bridges in Ultimate States,” CD-ROM Proceedings of 9th U.S. National and 10th Canadian Conference on Earthquake Engineering, Toronto, Canada, July 25-29.
[18] 李姿瑩、陳開天、蘇俊全 (2010)，「隔震橋梁碰撞效應分析」，中華民國第十屆結構工程研討會，民國99年12月1-3日，桃園，台灣。
[19] 陳怡文 (2013)，「考量斷層錯動與塑鉸破壞之橋梁極限分析」，國立中央大學土木工程學研究所碩士論文，李姿瑩。
[20] Huang, C. T. and S. S. Chen (2000), “Near-field characteristics and engineering implications of the 1999 Chi-Chi earthquake,” Earthq. Eng. Eng. Seis., 2, 23-41.
[21] 鄭世楠、葉永田、徐明同、張建興、辛在勤 (1998)，台灣地區十大地震災害地震圖集的整理與製造，第七屆台灣地區地球物理研討會論文集，第309-318頁。
[22] 黃慶東 (2000)，「近斷層地震地動特性與震譜特性之探討」，結構工程，第15卷，第2期，第91-113頁。
[23] Hall, J. F., Heaton, T. H., Halling, M. W. and Wald, D. J. (1995), “Near-source Ground Motion and Its Effects on Flexible Buildings”, Earthquake Spectra, Vol. 2.
[24] Heaton, T. H., Hall, J. F., Wald, D. J. and Halling, M. W. (1995), “Response of High-rise and Base-isolated Buildings to a Hypothetical Mw 7.0 Blind Thrust Earthquake”, Science, Vol. 267.
[25] Iwan. W. D. (1997), “Drift Spectrum : Measure of Demand for Earthquake Ground Motions”, Journal of Structural Engineering, Vol. 123, No. 4.
[26] Huang, C. T. and Iwan, W. D. (1998), “The Shear-Drift Demand Spectrum : Implications for Earthquake Resistant Design”, Proceedings of the 6th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Seattle, Washington.
[27] 交通部公路總局第二區養護工程處 (2002)，「921集集大地震：公路重要橋梁復建設計與施工」。
[28] Chang, F. K., and Krinitzsky, E. L. 1977. “State-of-the-Art for Assessing Earthquake Hazards in the United States, Duration Spectral Content, and Predominant Period of Strong Motion Earthquake Records from Western United States” Corps of Engineers, Waterways Experiment Station, Misc. Paper S-73-1, Report 8, P. O. Box 631, Vicksburg, MS 39180, 58 pp., 1 Appendix.
[29] Xia-odong Chen (1995), “Near-Field Ground Motion from the Landers Earthquake”, EERL 95-02, Earthquake Engineering Research Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena.
[30] Richer, Charles Francis (1958), “Elementary Seismology,” W.H. Freeman and Company, Inc., San Francisco and London.
[31] Heaton, Thomas H., and Stephen H. Hartzell(1988), “Earthquake Ground Motions,” Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 16:121-145.
[32] 大崎順彥 (2008)，「地震動的譜分析入門」，地震出版社，北京。
[33] Iwan, W. D. (1984), “Characteristics of Digital Strong Motion Accelerographs,” Proceedings of International Workshop on Earthquake Engineering, Shanghai, China, March 27-31, Vol.Ⅰ,pp. A-19.
[34] Iwan, W. D., A. Moser and Chia-yen Peng (1985), “Some Observations on Strong Motion Earthquake Measurement Using a Digital Accelerograph,” Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 75, No. 5, pp. 1225-1246.
[35] 馬國鳳 (2002)，「集集大地震破裂行為」，台灣之活動斷層與地震災害研究會論文集。
[36] 張國震等 (1999)，「921集集大地震全面勘災精簡報告」報告編號NCREE-99-033，頁7。
[37] 日本道路協會 (2002)，「道路橋示方書同解說─耐震設計篇」，丸善株式會社，東京。
[38] Watanabe, G. and Kawashima, K. (2004), “Numerical Simulation of Pounding of Bridge Decks,” 13th World Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 884 (CD-ROM), Vancouver, B.C., Canada.
[39] 交通部 (2008)，“公路橋梁耐震設計規範”，台北，台灣。

指導教授

莊德興

審核日期

2016-1-28

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