應用多項式摩擦單擺支承於橋梁之設計

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姓名

王濬暉(Chung-Whui Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

應用多項式摩擦單擺支承於橋梁之設計

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摘要(中)

傳統摩擦單擺支承(Friction Pendulum System)其隔震週期為定值，在具長週期脈衝特性之近域地震下易與震波產生共振反應，折損其隔震效用；為了改善此缺點，發展出一具變頻特性之新型摩擦單擺支承：多項式摩擦單擺支承(Polynomial Friction Pendulum Isolator，PFPI)，其滑動曲面為一六次方多項式函數，利用支承回復勁度遞減之軟化段降低結構加速度反應，及利用支承回復勁度遞增之硬化段抑制結構位移反應。經研究已證實PFPI可發揮其變頻特性，於近遠域地震中皆可發揮良好的隔震效用。
過去研究採用最佳化搜尋流程：混合式搜尋法(PSO-SA)，尋找PFPI之最佳支承參數，隨著搜尋流程訂定之目標函數的不同，搜尋出之支承最佳參數有相當大的變化，輸入不同震波亦會搜尋出不同的最佳支承參數，使設計者在實際設計時難以進行。本研究嘗試將PFPI隔震橋樑設計與台灣現行公路橋梁耐震設計規範作結合，設計者可根據場址條件查閱公路橋梁耐震設計規範，遵循一簡單的流程進行PFPI隔震橋梁支承設計，最後並比較使用此流程設計出之隔震橋梁與無隔震橋梁於地震下之反應。結果顯示經由此一流程設計出之PFPI隔震橋梁亦可有效發揮良好隔震效果。
關鍵詞：變曲率隔震支承、變頻隔震支承、公路橋梁耐震設計規範。

摘要(英)

Since the isolated period of traditional Friction Pendulum System (FPS) is a constant. The potency of FPS will reduce by getting resonated from near-field earthquake with long period of impulse. To improve this defect, a new kind of various-frequencies seismic isolator call Polynomial Friction Pendulum Isolator (PFPI) has been developed. The sliding surface of PFPI is defined by a sixth-order polynomial function. The restoring force processes a softening phase and a hardening phase. The restoring stiffness is decreasing in softening phase to mitigate the acceleration response, and the restoring stiffness is increasing in hardening phase to reduce the displacement response. It has been proven that PFPI can reduce the response of structure efficiently both in far-field and near-field earthquake
The parameters of PFPI are developed by a hybrid PSO-SA procedure (Particle Swarm Optimization, PSO and Simulated Annealing, SA ) in fore research. It is hard to use for designer in realistic since the optimal parameters is various by setting the different object function in optimal procedure or inputting different ground motions. This study is trying to combine the design of PFPI bridges with the current Seismic Design Provisions and Commentary for Highway Bridge code in Taiwan. Designers can follow a simple process to design the bridge with PFPI according to the local site condition. Finally, compare the response of the PFPI bridges designed by this simple procedure to the non-isolated bridges. The results show that the PFPI bridges designed by this simple procedure can also reduce the seismic response effectively

Keywords: variable-curvature seismic isolator, various frequencies seismic isolator, Seismic Design Provisions and Commentary for Highway Bridge.

關鍵字(中)

★ 變曲率隔震支承
★ 變頻隔震支承
★ 公路橋梁耐震設計規範

關鍵字(英)

★ Variable-curvature seismic isolator
★ Various frequencies seismic isolator
★ Seismic Design Provisions and Commentary for Highway Bridge

論文目次

目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究內容 5
第二章　多項式摩擦單擺支承 7
2.1 支承力學行為 7
2.2 曲盤曲面函數特性 10
第三章　多項式摩擦單擺支承設計 15
3.1 前言 15
3.2 PFPI設計流程-設計地震力部份 16
3.3 PFPI設計流程-最大考量地震力部份 19
3.4 PFPI設計流程-曲盤曲面設計部份 22

第四章　多項式摩擦單擺支承之曲盤曲面設計 35
4.1 人造震波 35
4.2 目標橋梁 36
4.3 應用人造震波於PFPI曲面函數設計 36
4.3.1 參數於動力靜力分析誤差之影響 37
4.3.2參數與於動力靜力分析誤差之影響 38
4.4 決定 PFPI起始勁度係數 39
4.5 PFPI曲盤性能轉換點 40
4.6 小結 42
第五章驗證PFPI靜力設計流程隔震效能 73
5.1 輸入震波 73
5.2 PFPI隔震橋梁設計 73
5.3 分析與結果討論 74
5.4 算例 75
第六章　結論與建議 103
6.1 結論 103
6.2 建議及未來研究方向 104
參考文獻 105

表目錄
表3-1 耐震設計規範-活動支承之摩擦係數 25
表4-1 台灣地區災害地震列表 43
表4-2 目標橋梁結構性質 43
表4-3-1 選用之原始震波與場址條件 1022_CHY095_EW 43
表4-3-2 選用之原始震波與場址條件 921_TCU068_EW 44
表4-3-3 選用之原始震波與場址條件 921_NSK_EW 44
表4-3-4 選用之原始震波與場址條件 1226_KAU_EW 44
表4-4 台灣26分區之、值 45
表5-1-1 台灣地區災害地震列表 80
表5-1-2 輸入震波詳細資料 80
表5-2 震波場址條件 80
表5-3-1 隔震前後比較 921_TCU068_EW震波 82
表5-3-2 隔震前後比較 921_TCU045_NS 震波 83
表5-3-3 隔震前後比較 1022_CHY036_EW震波 83
表5-3-4 隔震前後比較 331_ILA055_EW 震波 84
表5-3-5 隔震前後比較 0401_TTN006_NS 震波 84

圖目錄
圖2-1 滑動摩擦支承示意圖 14
圖2-2 滑動摩擦支承之自由體圖 14
圖2-3 支承回復力曲線示意圖 14
圖3-1-1 PFPI支承遲滯迴圈 26
圖3-1-2 五跨連續高架橋 27
圖3-1-3 「橋面板-支承-橋墩」系統 28
圖3-1-4 PFPI支承設計流程圖 28
圖3-2 隔震基本概念 30
圖3-3-1 設計地震力支承割線勁度 30
圖3-3-2 最大考量地震力支承割線勁度 31
圖3-3-3 最大考量地震下支承勁度 31
圖3-3-4 支承遲滯迴圈面積 32
圖3-3-5 支承遲滯迴圈面積等效平行四邊形 32
圖3-4 五項參數PFPI曲面函數 33
圖4-3-1 1022_CHY095_EW人造震波 46
圖4-3-1-1 、與關係圖 47
圖4-3-1-3 、與關係圖 48
圖4-3-1-5 、與關係圖 49
圖4-3-2 921_TCU068_EW人造震波 50
圖4-3-2-1 、與關係圖 51
圖4-3-2-2 、與關係圖 52
圖4-3-2-3 、與關係圖 53
圖4-3-3 921_NSK_EW人造震波 54
圖4-3-3-1 、與關係圖 55
圖4-3-3-2 、與關係圖 56
圖4-3-3-3 、與關係圖 57
圖4-3-4 1226_KAU_EW人造震波 58
圖4-3-4-1 、與關係圖 59
圖4-3-4-2 、與關係圖 60
圖4-3-4-3 、與關係圖 61
圖4-3-5 arti_1022_CHY095_EW 、與關係圖 62
圖4-3-6 arti_921_TCU068_EW 、與關係圖 63
圖4-3-7 arti_921_NSK_EW 、與關係圖 64
圖4-3-8 arti_1226_KAU_EW 、與關係圖 65
圖4-4 全台灣各分區震波取樣 66
圖5-2 輸入震波 85
圖5-3-1 輸入震波：921_TCU068_NS 86
圖5-3-2 輸入震波：921_TCU045_NS 89
圖5-3-3 輸入震波：1022_CHY036_EW 92
圖5-3-4 輸入震波：331_ILA005_EW 95
圖5-3-5 輸入震波：0401_TTN006_NS 98
圖5-3-6 各震波加速度反應譜 101

參考文獻

參考文獻
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莊玟珊 “PSO–SA 混合搜尋法與其他結構最佳化設計之應用”，國立中央大學土木工程學系碩士論文(2007) ，指導教授：莊德興。
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指導教授

李姿瑩(Tzu-Ying Lee)

審核日期

2015-1-20

推文