¶ 公路橋梁耐震評估與補強設計規範-第一章 總 則 1.1 基本原則
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¶ 1 第一章 總 則
¶ 1.1 基本原則
¶ 1.1.1 法令依據
本規範係依據公路法第33 條訂定。
¶ 1.1.2 適用範圍
本規範適用於跨徑150 公尺以下之既有一般性公路橋梁。
跨越斷層橋梁和特殊性橋梁如吊橋、斜張橋、脊背橋、桁架橋、拱橋、混合梁橋(如鋼梁與預力混凝土梁接合)、複合梁橋(如波形鋼腹板複合梁橋)、活動橋等及跨徑超過150 公尺者,應依橋址地形、地質條件、橋梁現況、以往之震害經驗、橋梁之重要性及橋梁工址之實際情況等因素作適當之考量,惟本規範如有仍可適用的部分,亦可參考使用。
¶ 1.1.3 規範內容
本規範主要為提供既有公路橋梁有耐震安全疑慮時,執行耐震能力之初步評估及其篩選排序、耐震能力詳細評估及耐震補強之相關規定。
¶ 1.2 耐震性能目標
¶ 1.2.1 地震等級
目標地震等級分為等級II 地震(約475 年回歸期地震)與等級III 地震(約2500 年回歸期地震)。有關目標地震之定義,詳見第二章規定。
¶ 1.2.2 性能目標
橋梁依其重要性如表1-1 所示分為兩個類別。不同類別橋梁在不同地震等級作用下有不同耐震性能目標。
橋梁耐震性能目標之基本原則如下:
(1) 等級II 地震作用時,橋梁依設計年代及橋梁重要性容許產生不同程度且可修復之損傷,並須防止落橋與避免橋梁崩塌。
(2) 等級III 地震作用時,須防止落橋與避免橋梁崩塌。
¶ 1.2.3 耐震性能檢核規定
橋梁耐震性能以變位為主要檢核項目,以確保橋梁整體結構及局部構材在各
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2種等級地震作用時所引致之變位需求,小於規定之變位量。若分析採用靜力側推分析,須分別檢核整體結構之韌性需求與各構材之韌性需求是否合乎規定。若分析採用非線性動力歷時分析,須檢核各構材之韌性需求是否合乎規定。
耐震性能檢核分等級II 地震檢核和等級III 地震檢核。重要橋梁和一般橋梁須進行等級II 地震檢核;重要橋梁中,對於發生災害時具緊急救災功能的橋梁,或在地震中損壞,對區域交通路網、震後緊急救災與經濟發展,造成大規模衝擊的橋梁,橋梁管理機關可視需要另再進行等級III 地震檢核。
¶ 1.2.3.1 等級II 地震檢核規定
等級II 地震作用時,整體結構系統之譜位移需求
,應小於性能狀態B 所,如圖1-1 所示。譜位移需求d II依第4.6 節規定計算;
依表1-3 決定。
橋墩或基樁單一構材塑鉸區之轉角韌性比
μ 依(1-1a)式計算,應滿足表1-4規定,且其相對位移IIδ 應滿足(1-1b)式規定。
IIIIyθμθ=(1-1a)
0.20
IIDPδ≤(1-1b)
其中,符號定義如下:
IIμ:等級II 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角韌性比。
IIθ:等級II 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角。
yθ:發生於單一構材塑鉸區之降伏轉角。
IIδ:等級II 地震作用時,橋墩或基樁反曲點與最大彎矩處間之相對位移,(cm)。分析採用之反曲點位置可由彈性分析予以決定。
ultM:橋墩或基樁之極限彎矩,依第4.5 節計算,(kgf-cm)。
DP:靜載重作用時,橋墩或基樁之軸力,(kgf)。
¶ 1.2.3.2 等級III 地震檢核規定
等級III 地震作用時,整體結構系統之譜位移需求,應小於性能狀態C所對應之譜位移容量,如圖1-1 所示。譜位移需求,d IIIS依第4.6 節規定計算;
,S依第4.6 節規定計算及表1-3 決定。
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橋墩或基樁單一構材塑鉸區之轉角韌性比
μ依(1-2a)式計算,應滿足表1-4規定,且其相對位移III應滿足(1-2b)式規定。
IIIyθμθ=(1-2a)
0.25
IIIDPδ≤(1-2b)
其中,符號定義如下:
IIIμ:等級III 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角韌性比。
IIIθ:等級III 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角。
yθ:發生於單一構材塑鉸區之降伏轉角。
IIIδ:等級III 地震作用時,橋墩或基樁反曲點與最大彎矩處間之相對位移,(cm)。分析採用之反曲點位置可由彈性分析予以決定。
ultM:橋墩或基樁之極限彎矩,依第4.5 節計算,(kgf-cm)。
DP:靜載重作用時,橋墩或基樁之軸力,(kgf)。
¶ 1.3 耐震能力初步評估原則
耐震能力初步評估係採用簡便、快速之方法,進行橋梁之耐震能力評估後並加以篩選排序,供橋梁進行後續的耐震能力詳細評估之依據。
¶ 1.4 耐震能力詳細評估原則
橋梁耐震能力詳細評估應依據結構構材之材料強度、斷面尺寸與構材設計細節等資料,採用合宜的結構分析方法,求取結構耐震容量,並配合橋梁工址之目標地震需求,建立橋梁耐震性能曲線以作為橋梁耐震能力是否合乎性能要求之判定依據。
¶ 1.5 耐震補強原則與策略
¶ 1.5.1 補強原則
當橋梁判定未滿足1.2 節之耐震性能目標時應進行耐震補強。補強原則包含補強策略擬訂、補強方案比較、補強工法選擇及補強成效評估。
¶ 1.5.2 補強策略
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4橋梁進行耐震補強時宜同時考量耐洪能力、載重能力、耐久性等因素以尋求耐震補強之最大經濟效益。補強進行時所選用之方案與工法應力求與原結構相容並對交通維持產生最少之干擾。
¶ 1.5.2.1 補強方案
耐震補強方案包括(1)防落系統補強或置換、(2)結構系統補強、(3)結構構件補強或置換、(4)地盤改良及(5)其他可信之可行方案。
補強時應依據補強策略選擇上述合適之方案或其組合。
¶ 1.5.2.2 補強工法
橋梁耐震補強工法應考量施工可行性,其主要項目包括上部結構之防落措施、
支承、帽梁、橋柱、基礎、橋台等構件之補強設計方法與細節。
¶ 1.6 符號說明
本規範採用之符號與其意義如下所述:
SB:短週期結構之阻尼比調整係數。2.51B:一秒週期結構之阻尼比調整係數。2.5id:第i 層土層之厚度(m)。2.2aF:反應譜等加速度段之工址地盤放大係數。2.2vF:反應譜等速度段之工址地盤放大係數。2.2H:基面起算下部結構之高度,(m)。5.2.1
:用途係數。2.6:橋梁跨越道路指標。3.4:落橋指標。3.4:強度韌性指標。3.4
:橋梁附掛維生線指標。3.4I:橋寬指標。3.41I:落橋排序指標。3.42I:強度韌性排序指標。3.4L:跨徑,(m)。5.2.1eL:影響梁端防落長度之下部結構間距。5.2.1
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5
:梁端防落長度。5.2.1:最小梁端防落長度,(cm)。5.2.1:橋梁跨越道路之跨徑。3.4:橋梁寬度。3.4
:橋墩或基樁之極限彎矩,依第4.5 節計算,(kgf-cm)。1.2.3.1, 1.2.3.2AN:反應譜等加速度段之斷層近域調整因子。2.3, 2.4iN:由標準貫入試驗所得之第i 層土層之平均N 值。2.2VN:反應譜等速度段之斷層近域調整因子。2.3, 2.4
:靜載重作用時,橋墩或基樁之軸力(kgf)。1.2.3.1, 1.2.3.2r:基礎系統降伏後勁度與降伏前勁度之比值。4.4.6
:結構系統韌性容量。1.1.1
:橋墩之斜角,為橋墩橫向支承的連線與垂直橋軸方向之夾角,(度)。
¶ 5.2.1 acF
:基礎系統耐震檢核之設計譜加速度。4.4.6ayF:基礎系統到達降伏狀態時之譜加速度。4.4.6:極限譜加速度。4.6.1:降伏譜加速度。4.6.1:等級II 地震水平譜加速度係數2.3:性能狀態B 所對應之譜位移容量。1.2.3.1:性能狀態C 所對應之譜位移容量。1.2.3.2:極限譜位移。4.6.1:降伏譜位移。4.6.1:結構系統在地震等級II 下之譜位移需求。1.2.3.1, 4.6.1:結構系統在地震等級III 下之譜位移需求。1.2.3.2, 4.6.1:落橋初評分數。3.4S:落橋初評最高分數。3.4S:強度韌性初評分數。3.4S:強度韌性初評最高分數。3.4
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II
S:工址堅實地盤短週期之等級II 地震水平譜加速度係數。2.3IIISS:工址堅實地盤短週期之等級III 地震水平譜加速度係數。2.4II,1S:工址一秒週期之等級II 地震水平譜加速度係數。2.3III,1S:工址一秒週期之等級III 地震水平譜加速度係數。2.4II S:工址短週期之等級II 地震水平譜加速度係數。2.3,:工址短週期之等級III 地震水平譜加速度係數。2.4II1S:工址堅實地盤一秒週期之等級II 地震水平譜加速度係數。2.3III1S:工址堅實地盤一秒週期之等級III 地震水平譜加速度係數。2.4T:橋梁振動單元在所考慮方向之基本振動週期。2.3II0T:等級II 地震水平譜加速度係數短週期與中長週期的分界。2.3III0T:等級III 地震水平譜加速度係數短週期與中長週期的分界。2.4G
:地震引致相鄰橋墩間表層地盤之水平相對變位,(cm)。5.2.1Ru:等級II地震作用時所引致梁端與橋墩頂部之相對變位。5.2.1u:振動單元i 之最大變位,i =1, 2,(cm)。5.2.1U :有無附掛維生線資訊。3.4S30
:工址地表面下30 公尺內之土層平均剪力波速。2.2V:第i 層土層之平均剪力波速(m/s)。2.2II ,V:橋梁振動單元所引致之總垂直地震力。2.6
:上部結構自重。2.6:下部結構自重。2.6yα:起始降伏地震力放大倍數。2.6IIγ:性能狀態B 之非彈性譜位移與非彈性譜位移容量之比值。1.1.1IIIγ:性能狀態C 之非彈性譜位移與非彈性譜位移容量之比值。1.1.1Frδ:因基礎系統變形上部結構慣性力作用位置之水平反應變位。4.4.6Fyδ:因基礎系統到達降伏狀態時上部結構慣性力作用位置之水平反應變位。4.4.6IIδ:等級II 地震作用時,橋墩或基樁反曲點與最大彎矩處間之相對位移,(cm)。分析採用之反曲點位置可由彈性分析予以決定。1.2.3.1,
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7
4.6.1
δ:等級III 地震作用時,橋墩或基樁反曲點與最大彎矩處間之相對位移,(cm)。分析採用之反曲點位置可由彈性分析予以決定。1.2.3.2,
4.6.1Gε:地盤變位係數,其值隨地盤種類而異。5.2.1ξ:橋梁有效阻尼比。2.5y:發生於單一構材塑鉸區之降伏轉角。1.2.3.1IIθ:等級II 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角。1.3.2.1
θ:等級III 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角。1.3.2.1:基礎系統反應之塑性率。4.4.6II:等級II 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角韌性比。1.2.3.1,
4.6.1IIIμ:等級III 地震作用時,發生於單一構材塑鉸區之轉角韌性比。1.2.3.2,
4.6.1
:彎矩強度折減係數。4.4.8:剪力強度折減係數。4.4.8