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姓名	王俊清(WANG, JYUN-CING)  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性能設計
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摘要(中)	摘 要 多項式摩擦單擺支承(Polynomial Friction Pendulum Isolator，PFPI)為具有多項可變參數之新型摩擦單擺支承，可配合性能設計法訂定合適之性能目標，如於回歸週期為475年之地震下，能降低上部結構加速度；於回歸週期為2500年之地震下，能抑制上部結構位移。 目前PFPI尚未有一套系統性之設計流程，使其難以應用於工程實務，因此，本研究配合台灣公路橋梁耐震設計規範結合性能設計理念，發展性能設計流程，並經廣泛之參數研究，提供設計者可參考使用之參數範圍。為驗証其可行性，本研究橋梁工址選為台中縣石岡鄉進行PFPI隔震橋梁設計，並以人造震波檢核設計是否達到所預定之性能目標，並採相同之設計參數進行FPS(Friction Pendulum System)隔震橋梁設計，比較PFPI與FPS於實際震波之反應，以確認PFPI隔震效益之優劣性。 研究結果顯示，依本研究設計的PFPI確能達到設計者所定之性能目標，且其減震效能較FPS佳。
摘要(英)	ABSTRACT Polynomial Friction Pendulum Isolator (PFPI) is a performance-oriented isolator which is designed to reduce the acceleration response of the superstructure in earthquakes with a return period of 475 year and decrease the displacement of the superstructure in earthquakes with a return period of 2,500 year. Currently there is no systematic design code for PFPI, therefore, it is difficult to implement it on the civil engineering. For the purpose of carrying out PFPI on the civil engineering, this study developed a performance-based design code according to the Seismic Design Specifications for Highway Bridges. In addition, providing the usable parameter range through discussions. For verifying the effectiveness of the designed PFPI procedure, this study used artificial earthquakes to examine whether PFPI will achieve the performance objectives and compare the seismic response of PFPI with that of FPS( Friction Pendulum System ) under the same parameters. The results revealed that the PFPI which designed according to the code of this study does indeed achieve the performance objectives. Moreover, it is even more effective to reduce seismic structural response than FPS.
關鍵字(中)	★ 變曲率隔震支承 ★ 變頻式隔震支承 ★ 摩擦單擺支承 ★ 性能設計	關鍵字(英)
論文目次	目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 目錄 Ⅳ 表目錄 VIII 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1.1研究背景與動機 1 1.2文獻回顧 2 1.2.1近斷層震波特性與其對隔震結構之影響 2 1.2.2變頻式隔震支承 3 1.2.3性能設計(Performance-based design) 5 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多項式摩擦單擺支承之曲面函數及特性 10 第三章 多項式摩擦單擺支承之性能設計 16 3.1傳統隔震器靜力分析流程 16 3.2位移設計法 19 3.3 PFPI性能設計 19 3.3.1 PFPI隔震橋梁之性能目標 19 3.3.2 PFPI性能設計流程 20 第四章 PFPI設計參數探討 36 4.1設計示範例 34 4.2各設計參數與PFPI性能之關係 41 4.2.1隔震橋梁之ㄧ秒週期結構阻尼比修正係數 41 4.2.2設計地震部分選定支等效週期Te1 42 4.2.3最大地震部分選定支等效週期Te2 43 4.2.4正規化初始勁度與設計地震部份之正規化割線勁度 的比值b 45 4.3參數間的相互關係與PFPI性能之關係 46 4.3.1 Te1與Te2之相互關係 47 4.3.2 Te2與b之相互關係 48 4.3.3 Te1與b之相互關係 49 4.4小結 50 第五章 實例設計之PFPI性能探討 87 5.1數值分析方法 87 5.1.1數值分析模型 87 5.1.2 Bouc-Wen遲滯模型 88 5.1.3時間離散之狀態空間運動方程推導 88 5.1.4狀態空間方程分析 91 5.2輸入震波 94 5.2.1實際震波 94 5.2.2人造震波 94 5.3隔震橋梁設計例 95 5.3.1目標橋梁與工址 95 5.3.2 PFPI隔震橋梁設計例 95 5.3.3 FPS隔震橋梁設計例 99 5.4 PFPI性能檢核 101 5.4.1 PFPI之受震反應是否符合性能目標 101 5.4.2 PFPI與FPS性能之比較 102 5.4.3 PFPI與FPS於原使震波下之歷時反應比較 103 5.5小結 103 第六章 結論與建議 121 6.1結論 121 6.2未來研究方向 123 參考文獻 124 附錄A 128 附錄B 135 附錄C 136   表 目 錄 表3-1短週期與ㄧ秒週結構之阻尼比修正係數BS與B1 29 表4-1 PFPI設計參數之物理意義 53 表4-2台中縣石岡鄉場址資料 53 表4-3目標橋梁結構性質 54 表4-4各組Te1之PFPI設計位移與割線勁度 54 表4-5各組Te2之PFPI設計位移與割線勁度 54 表4-6各組b之PFPI設計位移與割線勁度 55 表5-1台中縣石岡鄉工址資料 104 表5-2 PFPI設計參數 104 表5-3 PFPI設計位移與割線勁度 104 表5-4 FPS設計參數、設計位移與割線勁度 104 表5-5 PFPI橋梁受設計地震之最大反應與靜力分析位移 105 表5-6 PFPI橋梁受最大可能地震之最大反應與靜力分析位移 105 表5-7隔震橋梁受TCU068EW之最大反應 106 表5-8隔震橋梁受TCU068NS之最大反應 107   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支承正規化回復力曲線示意圖 15 圖3-1隔震器靜力設計之分析流程 29 圖3-2「橋面板－支承－橋墩」系統 30 圖3-3振動單元簡化數值模型 30 圖3-4 PFPI性能設計流程圖 31 圖3-5設計地震部份之設計流程圖 32 圖3-6最大可能地震部份之設計流程圖 33 圖4-1五垮連續高架橋 56 圖4-2 Te1 = 2.25~2.75之PFPI 57 圖4-3 Te1 = 2.25~2.75( )之PFPI 58 圖4-4 Te1 = 3~3.5之PFPI 59 圖4-5 Te1 = 3~3.5( )之PFPI 60 圖4-6 Te2 = 2.4~2.88之PFPI 61 圖4-7 Te2 = 2.4~2.88( )之PFPI 62 圖4-8 Te2 = 3.12~3.6之PFPI 63 圖4-9 Te2 = 3.12~3.6( )之PFPI 64 圖4-10 b = 0~0.5之PFPI 65 圖4-11 b = 0~0.5( )之PFPI 66 圖4-12 b = 0.75~1.25之PFPI 67 圖4-13 b = 0.75~1.25( )之PFPI 68 圖4-14 b = 1.5~2之PFPI 69 圖4-15 b = 1.5~2( )之PFPI 70 圖4-16 Te1 = 2之PFPI 71 圖4-17 Te1 = 2.5之PFPI 72 圖4-18 Te1 = 3之PFPI 73 圖4-19 Te1 = 3.5之PFPI 74 圖4-20 Te2 = 3( )之PFPI曲盤 75 圖4-21 Te2 = 3.15( .05)之PFPI曲盤 76 圖4-22 Te2 = 3.3( )之PFPI曲盤 77 圖4-23 Te2 = 3.45( )之PFPI曲盤 78 圖4-24 Te2 = 3.6( )之PFPI曲盤 79 圖4-25 Te2 = 3.75( )之PFPI曲盤 80 圖4-26 Te1 = 2之PFPI曲盤 81 圖4-27 Te1 = 2.5之PFPI曲盤 82 圖4-28 Te1 = 3之PFPI曲盤 83 圖4-29 Te1 = 3.5之PFPI曲盤 84 圖4-30 Te1 = 4之PFPI曲盤 85 圖4-31 Te1 = 4( )之PFPI曲盤 86 圖5-1簡化橋梁數學模型 108 圖5-2 橋梁之運動自由體圖 108 圖5-3近斷層震波 109 圖5-4遠域震波 110 圖5-5台中縣石岡鄉譜加速度反應譜 111 圖5-6 Arti_TCU052EW (a)設計地震 (b)最大可能地震 111 圖5-7 Arti_TCU052NS (a)設計地震 (b)最大可能地震 112 圖5-8 Arti_TCU061EW (a)設計地震 (b)最大可能地震 112 圖5-9 Arti_TCU061NS (a)設計地震 (b)最大可能地震 113 圖5-10 Arti_TCU068EW (a)設計地震 (b)最大可能地震 113 圖5-11 Arti_TCU068NS (a)設計地震 (b)最大可能地震 114 圖5-12 Arti_TCU079EW (a)設計地震 (b)最大可能地震 114 圖5-13 Arti_TCU079 NS (a)設計地震 (b)最大可能地震 115 圖5-14 PFPI(a)曲盤型狀 (b)回復力曲線 115 圖5-15 TCU068EW之最大橋面板位移比較圖 116 圖5-16 TCU068EW之最大橋面板加速度比較圖 116 圖5-17 TCU068EW之最大橋墩柱底剪力比較圖 117 圖5-18 TCU068NS之最大橋面板位移比較圖 117 圖5-19 TCU068NS之最大橋面板加速度比較圖 118 圖5-20 TCU068NS之最大橋墩柱底剪力比較圖 118 圖5-21 TCU068EW作用下之橋梁歷時反應 119 圖5-22 TCU068NS作用下之橋梁歷時反應 120 圖A PFPI之遲滯迴圈模型 134
參考文獻	參考文獻 1. Celebi, M. (1996). “Successful performance of a base-isolated hospital building during the 17 January 1994 Northridge earthquake.” The Structural Design of Tall Buildings, 5(2), 95-109. 2. Asher, J. W. and et al. (1997). “Performance of Seismically Isolated Structures in the 1994 Northridge and 1995 Kobe Earthquakes.” Proceedings of Structures Congress XV (ASCE), 1128-1132. 3. Martelli, A. and Forni, M. (1998). “Seismic isolation of civil buildings in Europe.” Progress in Structural Engineering and Materials, 1(3), 286-294. 4. Kelly, J. M. (1998). “Seismic isolation of civil buildings in USA.” Progress in Structural Engineering and Materials, 1(3), 279-285. 5. Fujita, T. (1998). “Seismic isolation of civil buildings in Japan.” Progress in Structural Engineering and Materials, 1( 3), 295-300. 6. Buckle, I. G. and Mayes, R. L. (1990). “Seismic Isolation History, Application, and Performance—A World View.” Earthquake Spectra, 6(2), 161-201. 7. Kelly, J. M. (1986). “Aseismic base isolation: review and bibliography.” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 5(3), 202-216 8. Koh, C. G. and Kelly, J. M. (1988). “A simple mechanical model for elastomeric bearings used in base isolation.” International Journal of Mechanical Sciences, 30(12), 933-943. 9. Naeim, F. and Kelly, J. M. (1999). Design of Seismic Isolated Structures: From Theory to Practice. John Wiley & Sons, inc. 10. 陳志宗 “近斷層地震動的反應特性”，國立台北科技大學土木與防災所碩士論文(2006) 。 11. Liao, W. I., Loh, C. H. and Wan, S. (2000). “Responses of isolated bridges subjected to near-fault ground motions recorded on Chi-Chi earthquake.” International Workshop on Annual Commemoration of Chi-Chi Earthquake, Sep. 18-20, Taipei, 371-380. 12. 張婉妮 “近斷層震波對滑動隔震結構之影響”，高雄第一科技大學營建工程系碩士論文(2001)。 13. Pranesh, M. and Sinha, R. (2000). “VFPI: an isolation device for aseismic design.” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 29(5), 603-627. 14. Lu, L. Y., Shih, M. H. , and Wu, C. Y. (2004). “Near-fault seismic isolation using sliding bearings with variable curvatures.” 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, Canada, No. 3264. 15. 吳政彥 “變曲率滑動隔震結構之實驗與分析”，高雄第一科技大學營建工程系碩士論文(2004)。 16. 王健 “變曲率滑動隔震防制近斷層震波之實驗與分析”，高雄第一科技大學營建工程系碩士論文(2006) 17. 董佩宜 “應用多項式摩擦單擺支承之隔震橋梁研究”，國立中央大學土木系碩士論文(2010)。 18. 方嬿甄 “考慮垂值效應之多項式摩擦單擺支承之分析與設計”，國立中央大學土木系碩士論文(2011)。 19. Lu, L. Y., Lee, T. Y., and Yeh, S. W. (2011). “Theory and experimental study for sliding isolators with variable curvature.” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, published on-line, DOI: 10.1002/eqe.1106. 20. Lu, L. Y., Lee, T. Y., Juang, S. Y., and Yeh, S. W. (2013). “Polynomial friction pendulum isolators (PFPIs) for building floor isolation: An experimental and theoretical study.” Engineering Structures, No.56, pp.970-982. 21. 王濬暉 “應用多項式摩擦單擺支承於橋梁之設計”，國立中央大學土木系碩士論文(2015)。 22. Ahmed Ghobarah (2001). “Performance-based design in earthquake engineering: state of development.” Engineering Structures, No.23, pp.878-884. 23. Bertero, R.D. and Bertero, V.V. (2002). “Performance-based seismic engineering: the need for reliable conceptual comprehensive approach.” Earthquake engineering and structural dynamics, No.31, pp.627-652. 24. Calvi, G. M. and Pavese, A. (1997). “Conceptual design of isolation systems for bridge structures.” Journal of earthquake engineering, vol.1, No.1, pp.193-218. 25. Jara, M. and Casas, J.R. (2006). “A direct displacement-based method for the seismic design of bridges on bi-linear isolation devices.” Engineering Structures, No.28, pp.869-879. 26. 柯乃嘉 “應用位移設計法於雙層隔震橋之研究”，國立中央大學土木系碩士論文(2010)。 27. 盧煉元、鍾立來、蔡諄昶、王亮偉(2015)“滑動式隔震技術概論-以性能為導向之隔震設計法”，2015年結構隔減震設計與施工研討會，5月22日，台南巿。 28. Bouc, R. (1967). “Forced vibrations of mechanical systems with hysteresis.” Proceedings of the Fourth Conference on Non-Linear Oscillations, Prague, Czechoslovakia, 315. 29. Wen, Y. K. (1976). “Method for random vibration of hysteretic systems.” Journal of Engineering Mechanics Division, ASCE, 102(2), 249-263.
指導教授	李姿瑩	審核日期	2016-4-21
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