¶ 公路橋梁耐震設計規範－第七章 隔震與消能設計
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第七章 隔震與消能設計
7.1 通則
7.1.1 適用範圍本章適用於公路橋梁使用水平隔減震系統之設計。
¶ 7.1.2 隔震設計基本要求
本規範所涵蓋之隔震系統至少須具備下列基本要件：
（1） 在垂直方向上具有足夠的剛性及承載容量來承受上部結構的重量。
（2） 在強震作用下，水平方向具有足夠的柔性以延長橋梁結構週期，隔離地震震波進入橋梁結構，降低水平地震力。
（3） 具有消能裝置以控制橋梁結構因週期延長所可能導致的位移增加。
（4） 須具足夠之水平勁度以抵抗風力。
（5） 須具足夠的回復勁度(recenter stiffness)，使隔震上部結構在經過地震後能夠回復到原來位置。
¶ 7.1.3 其他相關規定
(1) 隔震橋梁之梁端防落長度不得小於8.5 節中規定之梁端防落長度NL 。
(2) 橋梁採隔震設計時，其支承之位移限制裝置或防落橋裝置，應以不影響橋梁正常伸縮及隔震系統之功能為原則。
(3) 橋梁採用隔震設計後，其隔震週期宜大於未採隔震設計時基本振動週期之兩倍以上。
¶ 7.2 分析方法之選擇
隔震橋梁之分析方法可分為靜力分析方法及動力分析方法兩種，屬形狀規則橋梁者可僅進行靜力分析，屬3.1 節所述之橋梁者則應同時進行靜力及動力分析。
¶ 7.3 靜力分析方法
¶ 7.3.1 隔震橋梁之水平設計位移
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公路橋梁耐震設計規範隔震橋梁之水平設計位移
D 依下式計算求得s其中g 為重力加速度；eT 為隔震橋梁於所考慮之振動方向的有效週期，如(7-2)式，且應大於短週期與中長週期之分界
T ，0T 依3.2 節之規定計算；
震水平譜加速度係數，分成一般工址或活動斷層近域及臺北盆地區域二種情況。
橋梁週期T 取隔震橋梁之有效週期eT ：
(1) 一般工址或活動斷層近域：
,1,1IIa IIeSSBT=(7-1b)
(2) 臺北盆地區域0,,1IIII Sa IIeT SB T=(7-1c)
其中0IIT 依第二章定義。
1B 為表3-1 中之阻尼修正係數，與隔震橋梁之等效阻尼比eξ有關。
¶ 7.3.2 隔震橋梁之有效週期與等效阻尼比
(1) 隔震橋梁之有效週期eT 可由下式求得∑=
eeKgWT,2π(7-2)
其中W 為隔震系統所承載之上部結構靜載重；g 為重力加速度；
ieK, 為下部結構與隔震元件串聯所得之有效勁度，依下式表示：
iieffipieffieKKKKK,,,,,+=(7-3)
ipK , =第 i 橋墩之彈性勁度ieffK, =第 i 橋墩上所有隔震元件在設計位移idD , 之有效勁度總和
(2) 第 i 橋墩上隔震元件之等效阻尼比ieq,ξ可依下式計算:
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第七章 隔震與消能設計392,,,,21idieffi
ieqDKEπξ(7-4)
其中idD , 為第 i 橋墩上隔震元件之水平設計位移；
iDE , 為第 i 橋墩上隔震元件於設計位移下的遲滯迴圈總面積。
(3) 隔震橋梁之等效阻尼比eξ可由下式求得∑∑⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+++=iRieffiTieffipieffidieffiRieffiRiTieffiTipieffipieqidieffeKHKKKKKDKKHKKKKKDK,2,,,,,2,,,2,,,,,,,,,2,,1ξξξξξ(7-5)
其中，ieq,ξ為第i 橋墩上隔震元件之等效阻尼比；
ip,ξ為第i 橋墩之固有阻尼比；
iTK , 及iRK, 為第i 橋墩之基礎水平勁度及旋轉勁度；
iT ,ξ及iR,ξ為iTK, 及iRK, 所對應之基礎黏性阻尼比；H 為由柱底至上部結構之質量中心的高度。
除隔震元件外，其餘各結構元件之黏性阻尼比依其所使用之材料不同而異，表7-1 為常用之參考值。
¶ 7.4 相關耐震設計細節
¶ 7.4.1 橋墩與連結構材之設計地震力
隔震橋梁橋墩之水平設計地震力PV 依下式計算:
ybPVVα=(7-6)
其中∑=iidieffbDKV,,為該橋墩上所有隔震元件之設計水平力總合。
隔震元件與上、下部結構間之連結構材的設計降伏強度不得小於該隔震元件所傳遞最大水平力之1.25 倍。
¶ 7.4.2 梁端間隙
隔震橋梁之梁端應留有充分之間隙，以避免主梁與橋台或相鄰兩主梁間之碰撞，其梁端最小應留間隙不得小於下式計算所得之值D+=(主梁與橋台間應留間隙)
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公路橋梁耐震設計規範40
(同一橋墩上之相鄰兩主梁間應留間隙)
其中BS 為梁端最小應留間隙(cm)，如圖7-1 中所示；
sD 為伸縮縫左右兩側兩振動單元質心處位移較大者(cm)；
φc 為調整係數，與相鄰兩主梁的基本振動週期有關，依表7-2 決定。
AL 為上部結構施工誤差所需之梁端間距餘裕量，其值可取
1.5(cm)。
¶ 7.5 動力分析方法
動力分析的方法可分為反應譜分析及非線性歷時分析兩種。反應譜分析法可利用等級II 地震反應譜並考慮隔震設計之等效阻尼比來進行，非線性歷時分析之地表加速度歷時則須由3.4.1 節之等級II 地震反應譜產生。
¶ 7.5.1 反應譜分析法
隔震橋梁進行等級II 地震之反應譜分析時，其輸入水平譜加速度係數為
；
輸入垂直譜加速度係數為，其中,a IIS依3.3 節之規定計算之，式中取代。
Vα依3.5 節之規定。分析流程基本上類似於靜力分析之迭代方法，隔震系統之有效勁度及等效阻尼比可依假設之設計位移估算之。隔震橋梁之振動模態可分隔震振態及非隔震振態兩種。隔震振態所對應之週期較長，其主要變形集中於隔震元件之變形，而其所對應之等效阻尼比可依複合阻尼比概念而得
其中
：第j 振態之等效阻尼比iK：第i 構件之勁度矩陣K：整體系統之勁度矩陣jφ：第j 振態之振態形狀向量()
jiφ：第i 構件在第j 振態所對應自由度之振態形狀向量iξ ：第i 構件之阻尼比，包含隔震元件之等效阻尼比及其他構件之阻尼比。
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第七章 隔震與消能設計根據(7-8)式所得之()jeξ值，可將第j 振態所對應之5%阻尼比彈性反應譜值除以()jeξ所對應之阻尼調整係數(SB 或1B )，以考慮等效阻尼比之效應。
對於非隔震振態，其分析方法可依一般反應譜分析法進行，其阻尼比假設為5%，亦即其阻尼調整係數值為1.0。
反應譜分析計算地震引致構材之彎矩、軸力及剪力，應依2.7 節之規定考慮地震效應之組合。若分析所得之橋梁設計位移小於靜力分析之90%時，須調整至靜力分析所得的90%，其下部結構之水平設計地震力可依7.4 節求得。
¶ 7.5.2 非線性歷時分析
進行非線性歷時分析時，輸入之地震歷時須依3.4.1 節之規定。隔震元件之非線性分析模型需有可信之學理依據，其勁度、降伏機制及遲滯或黏滯行為等需能適切反映隔震元件之力學行為。非線性歷時分析進行檢核時，應同時考量縱向、
橫向以及垂直向均為100%地震歷時效應之組合。
¶ 7.6 隔震元件之實體試驗與性能試驗
¶ 7.6.1 通則
在採用隔震裝置前，須藉實體試驗以確認隔震元件之地震行為是否與原設計相符。實體試驗至少須使用二個與原設計相同型式與尺寸的隔震元件於工程主辦單位認可之實驗室進行試驗，其結果經確認後始得進行製造生產。實體試驗所用的試體不得再使用於建造結構上。在試驗進行時，試體每個迴圈的力和位移皆應予以記錄。若某廠牌之隔震元件，其尺寸、設計參數與設計隔震元件相似，且曾於前五年內依本規範規定項目進行實體試驗，並有竣工實績或完工驗收證明文件，足資證明者，則不需進行實體試驗，但仍應依本規範規定進行性能試驗，且廠商所提供之性能試驗試體之型式、尺寸均應與設計隔震元件需求相符。
¶ 7.6.2 實體試驗
可使用側向位移與垂直載重控制或側向剪應變與垂直壓應力控制，就不同隔震元件之特性進行試驗。實體試驗之項目可分為垂直載重試驗、常態載
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公路橋梁耐震設計規範42重試驗、不同變形之特性試驗、性能穩定性試驗、隔震元件穩定度試驗等。
¶ 7.6.3 性能試驗
在進行安裝之前，各種隔震元件皆須進行性能試驗，以評定其力學特性是否與設計值相同或在容許誤差範圍內。性能試驗可使用側向位移與垂直載重控制或側向剪應變與垂直壓應力控制，就不同隔震元件之特性進行試驗。性能試驗之項目可分為垂直載重試驗、垂直載重及側向位移組合試驗，或壓應力試驗、壓應力及剪應變組合試驗等。
¶ 7.7 消能系統之設計
橋梁除使用隔震設計以外，亦可使用消能系統來降低地震反應。消能系統之分析應包括消能元件之特性及其平面與立面之配置，且應能反映振動頻率、環境及溫度等因素之影響。所有消能元件之力學特性須經試驗驗證與設計參數相符。