¶ 公路橋梁耐震評估與補強設計規範-第一章 總 則 C1.1 基本原則
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31第一章 總 則C1.1 基本原則C1.1.1 法令依據依據106 年1 月4 日修正之公路法第33 條,公路設計、施工、養護及交通工程之各項技術規範,由交通部定之。
C1.1.2 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需另作適當之考量。
私設通路、私人社區或類似通路之橋梁若符合上述條件宜由養護單位依本規範進行評估與補強。
橋梁具有下列情況之ㄧ者,則毋須進行耐震評估與補強:
(1) 臨時便橋。
(2) 已封閉且無跨越通行公路、鐵路或水路航道之橋梁。
橋梁於下列情況下宜重新進行調查檢測與必要之耐震評估:
(1) 天然災害造成橋梁環境之明顯改變時,如基礎嚴重沖刷、土石流等。
(2) 橋梁因老、劣化或車輛超載等因素致使結構耐震性能明顯降低時。
(3) 凡橋梁主管機關指定之標的。
兩側俱為橋台之單跨橋評估與補強時,僅需依第六章之規定針對其防落長度與支承強度進行檢核與補強。
本規範頒布前各機關依921 地震後所頒定之相關規範、準則或研究成果,如98 年「公路橋梁耐震能力評估及補強準則研究成果報告」中「公路橋梁耐震能力評估及補強準則草案」[C1.1]所辦理之設計、評估與補強,除因公路橋梁耐震設計規範修訂或斷層近域效應致地震力需求提高外,得免再依本規範重新評估。
C1.1.3 規範內容耐震能力初步評估之目的在於快速、簡便且保守地篩選耐震能力不足的橋梁加以排序後進行耐震能力詳細評估。耐震能力初步評估提供橋梁強度韌性、落橋
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32檢查表與定性定量評估方式,篩選排序時尚須合併考量橋梁重要性指標等因素。
耐震能力詳細評估須配合現場實際調查檢測、結構體耐震容量之計算,及訂定之耐震需求等綜合判斷橋梁之耐震能力。
耐震補強應根據現場檢測調查與耐震評估結果,釐定橋梁之補強策略、方案與工法。
C1.2 耐震性能目標C1.2.1 地震等級耐震性能目標之地震等級以地震回歸期表示。回歸期之訂定係基於均布危害度分析,考慮工址周圍約200 公里以內過去發生地震之規模、震央、震源深度以及活動斷層之地震規模潛勢,並利用地震水平地表加速度以及結構水平譜加速度,隨距離、地震規模變化之衰減律及其他地體構造等資料,經或然率理論分析而得。
等級II地震定義為其水平譜加速度係數在50 年內被超越之機率為10%之地震,此等級地震之回歸期約為475 年;等級III地震定義為其水平譜加速度係數在50 年內被超越之機率為2%之地震,此等級地震之回歸期約為2500 年。有關工址堅實地盤短週期與一秒週期之水平譜加速度係數,及工址地盤分類,詳見第二章規定。
C1.2.2 性能目標本規範定義之性能目標可視為基本之性能要求,主管機關或設計者可依橋梁重要性、橋齡、橋梁現況與補強經費等因素綜合考量訂定不同之耐震性能目標。
本節所述為不同地震等級下之性能目標,至於橋梁該進行何種等級地震之檢核則依1.2.3 節之規定。
本性能目標亦適用於隔震橋梁。
橋梁依其採用之設計規範年代分為兩類,分別為:
(1) 採用84 年版或其後部頒橋梁耐震設計規範設計之橋梁。
(2) 採用76 年版部頒規範或之前設計之橋梁。
橋梁依其重要性分為兩個類別,其規定依公路之種類、交通狀況、經濟性等因
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素決定,其重要程度之考慮因素,主要有下列數項:
(1) 地震後之救災、復舊工作對該橋梁之依賴程度。
(2) 橋梁受損後對其他結構物或其他設施所造成之影響程度。
(3) 橋梁機能喪失後,有無可替代其機能之構造物或設施。
(4) 橋梁修復所需之時間與費用。
C1.2.3 耐震性能檢核規定為達成第1.2.2 節所預期之耐震性能要求,針對整體結構系統及局部構材之變形,採用定量分析進行橋梁耐震性能檢核。
橋梁之耐震性能檢核,係為確保等級II 地震至等級III 地震所引致之結構變形需求,均小於限定之位移容量。
另規定非彈性譜位移與非彈性譜位移容量,,()
d ud ySS−之比值,如表1-3 所示,用以限制等級II和等級III地震作用下所允許之最大非彈性位移。非彈性位移容量可經由第5.6 節獲得。
相較於一般震區,台北盆地因盆地效應顯著,橋梁結構物反覆變形次數較多,故性能要求較一般震區嚴格,容許非彈性變形程度較小。
等級II及等級III地震之檢核目的,則為確保橋梁具備足夠韌性展現非線性變形與消散能力,相關耐震性能檢核依第五章辦理。單一構材之韌性檢核,為方便計算,以塑鉸區集中塑性鉸之轉角韌性檢核替代。
等級II及等級III地震作用下,橋墩或基樁單一構材之韌性需求,不得大於表1-4 所列之韌性容量。表1-4 係以單柱式橋墩極限韌性容量為6.0;壁式橋墩強軸方向 (撓曲或撓剪破壞)之極限韌性容量為3.0;壁式橋墩強軸方向(剪力破壞)
之極限韌性容量為1.0 當基準,並根據表1-3 之關係推算各工址之韌性容量上限值。舉例而言,工址位於一般震區之重要橋梁,在等級II 地震所允許之
γ為1/2,故對於單柱式橋墩6 1
3.5;壁式橋墩強軸方向(撓曲或撓剪破壞)
()
11 2-/μ≤+×=。同理,如工址為台北盆地時,IIγ為1/3,故對於單柱式橋墩()
16 132-/.
μ≤+×=; 壁式橋墩強軸方向(撓曲或撓剪破壞)
()
13 11 3 1.67-/μ≤+×=。
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34等級II 和等級III 地震亦應進行P −Δ效應檢核,以確保橋梁不會因二次彎矩之不穩定產生破壞。等級II 地震作用時P −Δ效應之穩定指數不得超過0.20;
等級III 地震作用時P −Δ效應之穩定指數不得超過0.25,否則應進行可考慮大變形之幾何非線性動力分析,以確保系統之穩定性。
C1.3 耐震能力初步評估原則如果有大量橋梁須進行耐震評估補強工作,可行的方法是發展一套簡便、快速之方法來進行耐震能力初步評估,其後再配合橋梁重要性指標(含橋寬指標、
橋梁跨越道路指標及附掛維生管線指標)予以加權平均後加以篩選排序,供橋梁後續選擇進行耐震能力詳細評估之依據。耐震能力初步評估詳見第四章之規定。
C1.4 耐震能力詳細評估原則橋梁耐震能力詳細評估務求能夠實際反映橋梁的耐震能力,因此應依據橋梁竣工圖或現地檢測所得之各項紀錄如材料強度、斷面尺寸、鋼筋混凝土構材配筋細節與材料劣化情形(如混凝土中性化、混凝土氯離子含量偏高或鹼骨材效應等),作為構材結構力學之計算基準。橋梁結構模型之建立,應力求幾何形狀、質量分佈、構材斷面性質、支承及土壤與基礎結構互制等之模擬能夠準確。耐震能力詳細評估詳見第五章之規定。
C1.5 耐震補強原則與策略C1.5.1 補強原則本規範補強策略指耐震補強的整體計畫。補強方案指改善耐震性能的思考方向,如提升強度即是一種方案。補強工法指實際用以改善構件性能的技術。補強策略與方案應根據耐震評估與現場檢測調查結果綜合判斷決定,可採用系統改善補強或部分結構補強等來進行,並宜結合維修方便性、使用功能性及美觀等考量。
耐震補強設計應便於施工,並應考慮對日常交通之影響。橋梁進行耐震補強時,其耐震性能需求應詳定於補強設計中。進行補強設計與施工計畫前應進行現地勘查。
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補強作業宜優先考量系統補強或更換支承系統,利用降低地震力傳遞至下部結構為原則,以盡量減少基礎補強。
C1.5.2 補強策略耐震補強的目標在於確保目標地震作用下結構能具有期望之性能表現。對於不同橋齡之新舊橋,本規範之性能目標為只要不發生落橋和橋柱崩塌情況,均允許產生結構之損壞,且舊橋的損壞情況可能比新橋嚴重。
為提供適當的耐震性能,耐震補強工程通常較新建工程複雜也較昂貴。在某些情況,假設忽略間接損失,補強所投入的金額可能遠比震後修復一座未補強的橋梁高出許多。另既有橋梁可能因老、劣化或車輛超載等因素而降低使用性,或減少使用年限,此情況如同橋梁經歷地震一般,亦會增加耐震補強的經費。所以允許不同橋齡與重要性之橋梁具有不同程度之損壞,對所有需補強之橋梁是很重要的。
當補強所需經費過高或有其它原因時,得將拆除重建納入評估。
C1.5.2.1 補強方案
(1) 防落系統補強防落設施補強方案包括:(i)加長防落長度、(ii)增設防止落橋裝置,與(iii)增設變位限制裝置。國內早期橋梁興建時尚無防落設施之相關規範,即使有設置相關防落設施,但尚無法符合目前耐震相關規定,故對於有落橋之虞的橋梁應檢核其防落設施是否足夠,並採取適當的補強措施。
(2) 結構系統補強方案包含慣性力分散、功能性支承系統補強、隔震補強和減震補強等,其目的為提昇整體橋梁系統之耐震性能或降低地震力需求。為提高地震時支承之消能功能,部分橋梁之人造橡膠支承墊可能需考量予以置換為隔減震支承,惟應特別考量其橋墩頂施工空間之施工性及對現有交通維持之影響。利用改變橋單元之鉸接端及活動端,橋墩經由重新調整結構系統,將原本集中於某些橋墩之地震慣性力轉移至其它橋墩或橋台,以降低該橋單元橋墩之地震力,達到以最適當且經濟的方式提昇耐震能力至足夠標準即維修最小化。
(3) 結構構件補強或置換
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36結構桿件補強或置換方案包括:(i)增加強度、(ii)提高韌性。藉由橋柱、帽梁、
基礎等增加構件之強度,與增大構件之變形能力即提高韌性,使橋梁得以抵抗更大之地震。
(4) 地盤改良經土壤液化潛能評估分析後,對於橋梁基礎可能因土壤液化,造成支承力不足,基礎產生沉陷、傾斜、側向流動而破壞,必須選定適宜之補強工法,進行基礎結構補強或地盤改良,以確保橋梁基礎之安全性與穩定性。
(5) 其他可信之可行方案配合材料與技術的改良與發展,其他採用新材料或新工法之補強方案,若經可信之驗證認為有效且施工上可行者,亦可選用。
C1.5.2.2 補強工法近年來,橋梁耐震補強工法不斷推陳出新,針對上部結構、支承、支承墊座、
橋柱、橋塔等,都已發展出諸多可用的工法;甚至包含橋台與基礎亦有不少工法可供參考使用。常見補強工法包括:加長防落長度、增設止震塊、增設防落拉桿、
支承置換、換裝隔震支承、增設消能裝置、簡支梁橋上部結構連續化、橋柱補強、
帽梁補強、基礎增厚、補樁和地盤改良等。