¶ 公路橋梁耐震設計規範-第一章 總 則
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第一章 總 則C1.1 適用範圍本規範僅適用於跨度150 公尺以下之一般性新建橋梁。特殊性橋梁如吊橋、
斜張橋及活動橋等,本規範並不適用,但規範中與橋型和跨度無關之規定,如等級I 地震水平譜加速度係數
、等級II 地震水平譜加速度係數地震水平譜加速度係數,a IIIS、工址放大係數等,應可參考使用。本規範不適用於跨越活動斷層之橋梁設計。以現有的橋梁耐震技術仍難以確保跨越活動斷層橋梁之安全性,對於此類橋梁,仍宜採廣域之防災策略,如增加道路路網的通行餘裕度及建立迅速復舊之防災體制因應。
C1.2 耐震設計基本要求耐震設計之基本原則為在等級II 地震作用下,橋梁能維持其應有的性能,即在等級II 地震作用下,允許橋梁產生可修復的損傷,因為在等級II 地震時若仍限制橋梁須保持彈性,殊不經濟,因此容許橋梁在一些特定位置產生塑性變形,但限制其容許值,藉以消散地震能量,並降低橋梁所受之地震力,惟產生塑性變形的位置最好在可檢視之處或容易修補的地方,以方便震後之修復。其他額外考量為在等級I 地震作用下,為避免常需修補之麻煩,所以要求橋梁保持在彈性限度內,使地震過後,橋梁結構沒有損壞,因此而有設計總橫力下限值之訂定;及在等級III 地震作用下,為避免造成嚴重的人命、財產損失,則要求橋梁不得產生落橋或崩塌。
C1.3 振動單元茲舉一例說明橋梁沿縱向與橫向振動單元的取法,縱向係指橋軸向;橫向係指垂直於橋軸向。如圖C1-1 所示之橋梁為四柱三跨連續梁橋梁,在A、B 位置上設置伸縮縫,橋梁繼續往左、右延伸。
就縱向而言,中間兩柱上為固定支承,兩邊柱上為活動支承。因活動支承不會傳遞地震力,故以縱向承受地震力而言,上部結構的梁與中間兩柱構成一振動
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公路橋梁耐震設計規範解說52單元,兩邊柱另外視為兩個振動單元,兩邊柱應考慮活動支承產生的摩擦力,並將其視為地震力作分析設計。就橫向而言,四根柱頂均為固定支承,因此以橫向承受地震力而言,上部結構的梁與四根柱子形成一個振動單元,即將圖C1-1 所示的橋體整個視為一振動單元。
曲橋時,縱向之定義一般為沿兩端支承連線之方向;斜橋時,可取行車方向為縱向或與橋台垂直方向為縱向,在分析時應同時考慮此兩種方式,而以分析所得之最大值作為設計之參考。
C1.4 基面基面為耐震設計用地盤面之簡稱,係指地震輸入橋體的水平面,其上之橋體即為本規範所訂的振動單元。通常此基面訂在橋柱直接基礎下緣、樁基礎之基礎板下緣或沉箱上緣。事實上橋體結構在基面下尚有土壤或基礎(如基樁或沉箱),因此要考慮其下土壤或土壤與基樁或沉箱的互制作用,得到基面的等值基礎勁度,納入基面以上的橋體一起作分析。
若於地震時土層產生液化,則會喪失其傳遞地震波至橋體的能力及支承的能力,此時應視該土層不存在,而將基面降低至液化土層的下方。當然屆時有一部分基礎構造(如基樁),會變為振動單元的一部分,而此時的等值基礎勁度必須根據降低後基面以下的構造特性去分析。
橋梁因沖刷或淤積,其基面會改變,設計時最好對基面可能的位置均檢核其安全性。關於沖刷影響之考量,在設計地震時,除須考慮河床長期的沖刷外,局部沖刷部份,不必考慮最大洪水位之沖刷,但須考慮常水位之沖刷及最大洪水位沖刷後之回淤。因沖刷與地震機率不同,原不應將其最大值相疊加。在台灣結構物受外力綜合影響之風險以及其因子未能確立前,暫以局部沖刷值之一半考慮地震之影響。
C1.5 耐震分析方法以規則橋梁而言,按第二章靜力分析方法求得之設計總橫力與地震力之分布已頗為準確。但對不規則性橋梁而言,其動力特性較為複雜,所以應根據動力分析結果方可求得較準確之地震力與地震力之分布,故規定不規則性橋梁除靜力分
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第一章 總 則53析方法外,應另用較精確的動力分析法作分析。
C1.6 韌性設計橋梁結構若設計成在等級II 地震發生時,其行為仍保持彈性反應,殊不經濟,故本規範容許在等級II 地震發生時,橋梁產生塑鉸,並具有良好的韌性,控制橋梁引致的地震力不增加,同時有較大的變形能力而不崩塌。上述橋梁的韌性行為須藉構材細部韌性設計來達成。因本規範制定設計地震力時,已考慮橋梁具有韌性,而將設計地震力加以折減,因此構材之設計應符合韌性設計要求,否則橋梁的耐震能力會偏低,在很小的地震地表加速度下就可能會產生破壞。
如因細部韌性設計不易施工,而擬採用較不具韌性的細部設計時,則必須進行韌性容量之分析,即依實際韌性容量換算容許韌性比,以求得較大的設計地震力作分析設計。
C1.7 隔震與消能設計本規範所涵蓋之隔震系統包含垂直作用力承載系統、低水平勁度系統與阻尼消能系統。此系統於地震力作用時可提供適當的水平柔性以延長結構週期,降低水平地震力;阻尼器或消能系統可以提供適當的阻尼以控制橋梁因週期延長所可能導致的位移增加;此外亦須提供最起碼勁度,以控制橋梁在煞車力與風力等水平力作用下產生之位移。隔震系統之隔震概念與傳統耐震設計有所不同,故其分析與設計方法須依循第七章之相關規定。
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公路橋梁耐震設計規範解說54