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系統識別號 U0026-2906202010111900
論文名稱(中文) 不規則橋梁機率式耐震與倒塌風險評估之研究
論文名稱(英文) Probabilistic Assessment of Seismic Performance and Collapse Risk for Irregularly Bridge
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生(中文) 呂依涵
研究生(英文) Yi-Han Lu
學號 N66074027
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 218頁
口試委員 指導教授-劉光晏
口試委員-張國鎮
口試委員-盧煉元
口試委員-曾榮川
口試委員-彭康瑜
中文關鍵字 土壤結構互制  沖刷裸露  群樁效應  土壤彈簧  不規則橋梁  機率式倒塌評估  側推分析 
英文關鍵字 Scouring Effect  Soil Spring  Group Pile Effect  Probabilistic Assessment Method  Collapse Risk Analysis  Incremental Dynamic Analysis  Nonlinear Time History Analysis  Static Pushover Analysis 
學科別分類
中文摘要 本研究探討群樁基礎之不規則橋梁受沖刷導致基礎裸露後之整體耐震性能與倒塌機率評估。首先利用前人群樁基礎單柱結構之雙軸向大型振動台試驗結果與日本規範提出之土壤彈簧法進行比較,其中包含日本道路橋示方書等價剛性法、日本道路橋示方書非線性法與日本鐵道構造物非線性法,接著進一步與前人採用等值線性土壤彈簧與美國石油協會(API)之分析結果比較,選出一較佳之土壤彈簧方式,用在四跨全橋模型之群樁基礎模擬樁土互制效應。此四跨全橋模型則用來進行不同橋柱基礎裸露位置對全橋之耐震性能與機率式倒塌分析評估,利用前人建立之結構物機率式倒塌評估流程,進行相關參數修改與流程簡化,分析方式採增量動力分析,透過比對不同裸露位置案例之破壞位置、構件韌性容量與不同等級地震對應之破壞機率進行比較與探討,並與靜力側推分析進行耐震性能評估比較。
結果顯示在綜合考量時間成本與結果準確度下,API土壤彈簧法是配合增量動力分析較佳之樁土互制模擬方式;當裸露位置發生在勁度差異較大之短柱樁基礎時,對整體耐震性能有明顯降低之影響;不規則橋梁採用均佈力側推並配合多觀測點容量譜轉換方式,其結構反應有較動力分析低估之情形。
英文摘要 This study investigates the seismic performance and collapse risk of a group pile foundation irregularly bridge after scouring. To choose a comparatively good soil spring method, this study first compare three different method from JRA and RTRI, equivalent linear spring method and API method. Then use API soil spring method to build a group pile foundation, four-span bridge models, and use probabilistic assessment to discuss the seismic performance due to different scouring places. This methodology was presented by previous researcher and mostly focus on buildings. In this study, the procedure was simplified and target to bridges. For numerical analysis, this study uses SAP2000 to do incremental dynamic analysis (IDA). Afterward, based on the result, also establish fragility curve considering IO, LS, and CP performance. To discuss more about irregular bridge, this study also uses pushover analysis to evaluate the seismic performance of bridge after scouring.
The result shows the first yielding point for group pile will appear at the top of the pile. Second, Seismic performance for the bridge will have the greatest influence when scouring was taken place at the pier which has the biggest stiffness difference compare to its nearby pier. Last but not least, pushover analysis for irregularly bridge may underestimate its reaction compare to nonlinear time history analysis. All in all, this simplified probabilistic procedure can be used as a reference for future seismic performance evaluation for bridges.
論文目次 摘要 I
致謝 V
目錄 VI
表目錄 X
圖目錄 XV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與研究目的 1
1.3研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1土壤彈簧相關研究 4
2.1.1 土壤剪力波速相關研究 4
2.1.2 單樁裸露振動台實驗與分析 6
2.1.3 群樁反覆側推實驗與分析 6
2.1.4 群樁裸露振動台實驗與分析 7
2.2 土壤彈簧法-日本道路橋示方書(JRA) 8
2.2.1 JRA-等價剛性側向土壤彈簧 9
2.2.2 JRA-非線性側向土壤彈簧 11
2.3土壤彈簧法-日本鐵道構造物規範(RTRI) 13
2.3.1 RTRI-非線性側向土壤彈簧 13
2.4 土壤彈簧法-美國石油協會規範(API) 15
2.5 倒塌機率相關研究 16
2.5.1 倒塌分析與準則背景 16
2.5.2 中高樓結構機率式倒塌評估法之應用 16
2.5.3 橋梁倒塌相關文獻 17
2.6 橋梁側推分析相關研究 18
2.6.1勁度不規則側推分析 18
2.6.2 考慮沖刷之樁基礎橋梁側推 19
2.7橋梁靜態側推耐震性能評估 19
2.7.1 容量譜曲線轉換方式 19
2.7.2 等能量原則雙線性化 20
2.7.3 譜位移與有效最大地表加速度計算 21
2.7.4 耐震性能檢核規定 23
第三章 群樁基礎受沖刷裸露模型振動台實驗案例分析 43
3.1振動台實驗規劃 43
3.1.1 試體材料與尺寸 43
3.1.2 試驗組別 44
3.1.3 輸入地震歷時 44
3.2 數值分析組數 44
3.3數值模型之建立 44
3.3.1 日本道路橋示方書等價剛性土壤彈簧建立 45
3.3.2 日本道路橋示方書非線性土壤彈簧建立 46
3.3.3 日本鐵道構造物非線性土壤彈簧建立 46
3.4純模型與加彈簧後數值模型與實驗結構之比較 47
3.4.1 無砂土純模型識別結果與數值模型週期比較 47
3.4.2 實驗週期與數值模型週期比較 47
3.5 結果歷時比較 48
3.5.1 質量塊位移與加速度結果 48
3.5.2 基礎版位移與加速度結果 48
3.6 結果極值總比較 48
3.6.1 質量塊位移與加速度極值 49
3.6.2 基礎版位移與加速度極值 49
3.6.3 樁基礎剖面最大應變 50
3.7 小結 51
第四章 機率式倒塌評估法於橋梁之應用 138
4.1 前言 138
4.2 歷時震波挑選與縮放 138
4.3 訂定破壞準則 140
4.4 增量動力分析 140
4.5 建立易損曲線 141
4.6 倒塌容量性能指標 143
第五章 裸露群樁橋梁耐震性能及倒塌風險評估 150
5.1 前言 150
5.2.1數值模型建立 150
5.2.1 橋梁數值模型 150
5.2.2 美國石油協會側向土壤彈簧建立 151
5.2.3 群樁塑鉸設定 151
5.2.4 分析組數 152
5.2.5 勁度估算 152
5.3 地震歷時之選取 154
5.3.1 目標反應譜 154
5.3.2 挑選地震歷時 155
5.3.3 地震歷時之縮放 155
5.4 破壞準則 155
5.5 增量動力分析結果 156
5.5.1 全無裸露案例-0D 156
5.5.2 P2柱之樁裸露3倍樁徑-P2-3D 156
5.5.3 P3柱之樁裸露3倍樁徑-P3-3D 157
5.5.4 0D、P2-3D、P3-3D Cases比較 157
5.6側推分析結果 159
5.6.1全無裸露案例-0D 159
5.6.2 P2柱之樁裸露3倍樁徑-P2-3D 159
5.6.3 P3柱之樁裸露3倍樁徑-P3-3D 160
5.6.4 側推曲線勁度比較 160
5.7 增量動力分析與側推分析之比較 160
5.8 小結 161
第六章 結果與建議 213
6.1 結論 213
6.1.1 土壤彈簧法比較-日本規範 213
6.1.2 土壤彈簧法比較-JRA、API、台灣等值線性土壤彈簧 213
6.1.3 不規則橋梁機率式倒塌與側推分析結果 214
6.2 建議 215
參考文獻 216
參考文獻 [1] 邱煌傑,「花蓮大比例尺模型地震試驗之地盤振動反應分析」,台灣大學土木工程學研究所碩士論文,民國85年。
[2] Luna, R. and H. Jadi. “Determination of Dynamic Soil Properties Using Geophysical Methods.” Proceedings of the First International Conference on the Application of Geophysical and NDT Methodologies to Transportation Facilities and Infrastructure, St. Louis, MO, pp. 1-3, 2000.
[3] 賴姿妤,「樁基礎沖刷橋梁模型之振動台試驗研究」,台灣大學土木工程學研究所碩士論文,民國100年6月。
[4] 鄧爵明,「靜態側向反覆荷載下單柱式橋墩與群樁裸露基礎之研究」,台灣大學土木工程學研究所碩士論文,民國106年7月。
[5] 陳正鴻,「樁基礎沖刷橋梁模型之振動台實驗分析研究」,台灣大學土木工程學研究所碩士論文,民國105年6月。
[6] 蔡益超,張荻薇,黃震興,周功台,張國鎮,宋裕祺,「公路橋梁耐震設計規範之補充研究」,交通部台灣區國道新建工程局,民國86年4月。
[7] 蔡旻諺,「應用等值線性土壤彈簧於基礎沖刷橋梁之實驗驗證」,成功大學土木工程學系碩士論文,民國107年6月。
[8] 張榮泰,「群樁基礎裸露橋柱之振動台試驗研究」,台灣科技大學營建工程系碩士論文,民國107年7月。
[9] 謝瑋桓,「中高樓建築機率式耐震與倒塌風險評估之研究」,成功大學土木工程學系碩士論文,民國106年7月。
[10] FEMA P-58 “Seismic performance assessment of buildings.” Federal Emergency Management Agency, 2012.
[11] 道路橋示方書.同解說下部構造篇,平成29年11月
[12] Seed HB, Idriss IM. “Soil Moduli and Damping Factors for Dynamic Response Analysis.” Report No. EERC 75-29, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, California 1970.
[13] 日本鉄道構造物等設計標準.同解說,基礎結構物篇,平成24年1月。
[14] 紀貞耀,「群樁基礎裸露橋梁於近斷層地震作用之振動台實驗與分析研究」,國立成功大學土木工程學研究所碩士論文,民國108年7月。
[15] American Petroleum Institute(API). “Recommended practice for planning, designing, and constructing fixed offshore platforms-work-ing stress design.” RP 2A-WSD, Washington, DC, 2000
[16] California Amendments to AASHTO LRFD Bridge Design Specifications - fourth edition, Page 10.84A.
[17] 公路橋梁耐震評估與補強設計規範草案,交通部高速公路局,民國107年6月。
[18] Baker J.W. ,”Efficient analytical fragility function fitting using dynamic structural analysis.” Earthquake Spectra,31(1):579-599,2015
[19] J.-S. Chiou, H.-H. Yang. and C.-H. Chen, “Use of Plastic Hinge Model in Nonlinear Pushover Analysis of a Pile,” Geotech. Geoenviron.Eng,2009.
[20] 近斷層設計基準地震與斷層錯動量評估-期末報告初稿,美商同棪國際工程顧問股份有限公司台灣分公司,財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心,中華民國105年11月15日
[21] S.T.Song(2005).”Limit State Analysis and Performance Assessment of Fixed-Head Concrete Piles under Lateral Loading” ,Ph.D.Thesis,University of California at Davis。
[22] 黃仲偉,洪曉慧,廖皓荏,陳常麒,「勁度不規則橋梁側推分析與耐震評估」,中國土木水利工程學刊,第二十六卷,第四期,民國103年。
[23] 莊哲宜,「考慮沖刷之樁基礎橋梁耐震評估」,中原大學土木工程學系碩士學位論文,民國104年7月
[24] CSI Knowledge Base,Pile lateral support base on P-y Curves (Soil-structure interaction)http://wiki.csiamerica.com/,June,2019.
[25] 楊景朗,「橋梁倒塌潛勢定量評估-增量動力分析法」,國立中央大學土木工程學系碩士論文,民國104年6月
[26] Vamvastsikos, D. and Cornell, C.A. (2002) ”Incremental dynamic analysis” , Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol.31 , Issue.3,pp.491-514
[27] Ibarra L. F., Krawinkler H. (2005) “Global collapse of frame structure under seismic excitations.” , The John A. Blume Earthquake Engineering Research Center, Department of Civil Engineering, Stanford University, Stanford, Report No.152
[28] 馮世平,沈聚敏「鋼筋混凝土框架結構的地震倒塌反應」,地震工程與工程震動1989,Vol.9(1):67~78
[29] 杜修力,尹之潛,李小軍「RC框架結構地震倒塌反應分析」,哈爾濱建築工程學院學報,1992,Vol.25(3):34~47
[30] 劉文鋒,姜健「結構的穩定性與倒塌準則」,工程力學增刊,1998:627~637
[31] 彭成明,「地震作用下高墩橋梁抗倒塌性能研究」,同濟大學工學碩士學位論文,2008年3月。
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2020-07-14起公開。
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