¶ 公路橋梁耐震評估與補強設計規範－第五章 結構系統與防落系統補強設計 C5.1 結構系統補強
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92第五章 結構系統與防落系統補強設計C5.1 結構系統補強為提昇整體橋梁系統之耐震性能或降低地震力需求，橋梁耐震補強工程可依下列原則進行結構系統補強：
（1）上部結構連續化、輕量化。
（2）延長結構物週期、並提高橋梁系統整體阻尼比。
（3）改善支承系統性能，減少下部結構補強需求。
C5.1.1 慣性力分散工法橋梁結構因地震引致慣性力作用於結構體中，一般而言地震力由配置固定支承端之少數橋柱所承受，可能造成較嚴重的破壞。為改善此現象，變更支承系統或配置適當裝置，則可使地震力均勻分散至所有橋墩柱，降低橋柱地震力需求與損壞情形。
當橋梁位處較堅硬之地盤、下部結構之基本振動週期短且上部結構為多跨連續或多跨鉸接版連續時，若施工性允許，得將原支承更換為上下錨錠式橡膠支承墊，以平均分散地震力至所有橋墩柱。橡膠支承墊之分析模式可參考第5.3.3 節之規定，包含軸向勁度、水平勁度與撓曲勁度等，地震力作用下橡膠支承墊之剪應變量不得大於250%。橡膠支承墊應錨錠於大梁底及橋柱頂之支承墊塊，並確保錨錠裝置所提供之剪力強度，大於橡膠支承墊產生剪力破壞之強度。
採用多點固定式支承之設計，或於可動支承端裝設可消能之增設變位限制裝置，亦為慣性力分散工法可行方案之ㄧ。補強工法示意如圖C5-1 所示。
C5.1.2 隔震補強工法當橋梁位處較堅硬之地盤、下部結構之基本振動週期短且上部結構為多跨連續或多跨鉸接版連續時，可將原支承更換為隔震支承墊，以延長基本振動週期，降低傳遞至下部結構之地震力。如有下列情形則應避免使用隔震支承墊：（1）工址依現行「公路橋梁耐震設計規範」判定為極軟弱之土層或可能液化之砂土層者；
（2）下部結構勁度較小或基本振動週期較長者；（3）支承可能產生上揚力者；
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（4）工址地盤土壤軟弱，可能發生橋梁與地盤共振情形者。
隔震補強依據現行「公路橋梁耐震設計規範」[C5.1]之規定，進行隔震支承墊之設計與檢核。如橋梁橫向存在耐震能力不足之疑慮，宜考慮使用雙向隔震設計，一般而言以橋軸向之單向隔震為主。隔震補強示意如圖C5-2 所示。
C5.1.3 消能減震補強工法減震補強依據現行「公路橋梁耐震設計規範」[C5.1]之規定，進行消能系統之設計與檢核。消能元件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。減震補強示意如圖C5-3 所示。
C5.1.4 功能性支承系統補強工法功能性支承系統之概念係源自於921 集集大地震中部分橋梁的損壞經驗。當支承產生滑動後產生隔震的效果，降低傳遞至下部結構之慣性力，因此下部結構受損輕微。補強工法示意如圖C5-4 所示。
功能性支承系統各元件功能及設置方式如下：
(1) 橡膠支承墊能夠在等級II 地震(含)以上地震作用下，可發揮摩擦滑動機制消散地震能量。
(2) 位移限制裝置主要功能在於將支承摩擦滑動位移限制在容許範圍內，並控制上部結構碰撞該裝置後傳遞至下部結構之慣性力，避免橋柱產生嚴重損壞。該裝置不可影響在常態載重下因溫度變化、乾縮、潛變及載重引致之支承移動或旋轉功能，且不可妨礙支承檢查及維護作業，其設置方式可參考第C5.2 節。
(3) 增設防止落橋裝置主要功能在於當位移限制裝置發生破壞後，避免上部結構發生不可預期之過大位移，以致產生落橋的情況。該裝置不可影響常態載重下因溫度變化、乾縮、潛變及載重引致之支承移動或旋轉功能，且不可妨礙支承檢查及維護作業，其設置方式可參考第C5.2 節。
(4) 防落長度
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94防落長度為防止上部結構在劇烈地震中掉落之最後防線，梁端防落長度須符合第6.2 節最小梁端防落長度之規定，防落長度不足者須加長防落長度，其設置方式可參考第6.2 節。
C5.2 防落系統補強C5.2.1 防落長度有關地震作用所引致梁端與橋墩頂部之最大相對變位Riu 之計算，其計算方式可採用非線性靜力分析方法，說明如下：
依第5.5.1 節進行橋梁結構之靜態側推分析，求得容量曲線上橋墩頂部對應於相應等級地震時之非線性最大變位，此最大變位即為Riu 。
C5.2.2 防止落橋措施對於落橋有疑慮之橋梁其補強方案目前國內外較常採用之方案為下列三種：
（1）加長防落長度對於防落長度不足的RC 橋墩可於帽梁側面採混凝土擴座或鋼托架方式增長防落長度，混凝土擴座型式可以植筋方式施作RC 托架或以PC 鋼棒固定預鑄混凝土塊，混凝土可用高流動性之自充填混凝土以增加施工性，若採鋼製托架則以錨碇螺栓固定。鋼橋墩則可以現場銲接方式或是高拉力螺栓將鋼製托架固定於帽梁，增長防落長度，如圖C5-5 所示。
A、混凝土擴座之設計：原則採橋墩帽梁橫向全長增設(I) 擴座尺寸：
最小擴寬量應符合鋼筋伸展之需求及施工性，通常最少30cm，支撐最小高度h 應如圖C5-6 所示，鋼筋或錨栓之埋深應能發展鋼筋或錨栓至其設計強度，最上層位置距頂端15～20cm。
(II) 擴座分析檢核：
增設擴座應檢核錨筋之拉力、剪力及混凝土面壓應力，擴座之荷重應能承受各支承之靜載重反力dR ，其作用點為擴座之邊緣，檢核混凝土面壓應力其有效承載寬度B 為支承寬度b 加擴座最小高度h ，如圖C5-7 所示。
B、鋼製托架之設計：
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(I) 鋼製拖架尺寸：
鋼製托架最小橫向長度為支承寬度b 加2 倍的支承邊端距離S ，最小擴寬量應符合施工性，最小高度h 必須大於支承邊端距離S ，鋼鈑最小厚度為22mm，間隔20～30cm 設置加勁肋鈑，如圖C5-8 所示。
(II) 分析檢核：
鋼製托架承受之載重及作用力點與混凝土擴座相同，應檢核錨碇螺栓之剪力及拉力。
（2）增設增設防止落橋裝置係一種加長梁端防落長度的結構，若下部結構或支承遭受破壞，以及上下部結構間發生無法預期的巨大相對變位，則該相對變位在達到梁端防落長度之前，使能發揮功能的結構。增設防止落橋裝置包括：（1）連接上部結構與下部結構之結構、（2）在上部結構及下部結構設置突出的結構、（3）將兩系列之上部相互連接之結構。具體的結構包括：利用預力鋼材或錨桿等連接上部結構與下部結構之結構、在下部結構的頂部或上部結構設置突出或防止落橋之結構、以及利用預力鋼材等將兩跨徑間之上部結構相互連接之結構等。地震時上下部結構若發生無法預期之相對變位時，可避免變位超過梁端防落長度之設施。增設防止落橋裝置不得因上部結構的溫度變化或活載重，束制支承的移動或旋轉功能，且不構成支承檢查補修等維護管理的障礙。一般常用者為(i)混凝土或鋼製止震塊、(ii)防落拉桿，如圖C5-9 至圖C5-10 所示 。
一般而言，防震拉桿多作為防止落橋設施使用，但止震塊之功能則須視其與大梁間距判斷。
A、止震塊之設計：
止震塊可設於帽梁上方或側面，對於RC 橋墩可以植筋方式施作RC 止震塊或是以化學錨栓將鋼製止震塊固定於帽梁。鋼橋墩通常採用鋼製止震塊，並以現場銲接方式或是高拉力螺栓固定於帽梁。止震塊與上部結構接觸面應設置緩衝材（如橡膠墊）以緩衝地震時之衝擊力。
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新設止震塊採植筋澆置混凝土施工，以上部結構支承靜載重反力
R 之1.5 倍為外力需求作用於止震塊，即
V。止震塊依98 年版「公路橋梁設計規範」
[C5.2]第7.2.5 節剪力摩擦鋼筋之規定設計。
B、防震拉桿、拉環之設計於相臨上部結構間增設防震拉桿或上下結構以防落設施連結，限制橋梁之變位，防止落橋之發生。新設防震拉桿，以上部結構支承靜載重反力dR 之1.5倍為需求，依下式計算：
d≥其中，，代表防震拉桿每根鋼棒的設計力；
¶ 1.5 d
nR，代表新設防震拉桿數量；
dR 為上部結構支承靜載重反力。
yσ為防震拉桿降伏應力；
A 為防震拉桿所需斷面積。
增設防止落橋裝置可移動量不得超過下式：
（3）設置位移限制裝置係指落橋防制系統中，具有輔助支承及抵抗地震慣性力的目的，支承受損時，也可避免上下結構間，發生嚴重相對變位的結構。一般可分為與支承結合之構件、混凝土或鋼製止震塊或剪力鋼棒等裝置。
增設變位限制裝置之設計強度，參考日本道路橋示方書·耐震設計編[C5.3]之建議，可取為,3Sa I 及3 倍靜載支承反力。增設變位限制裝置安裝的位置，應能使增設變位限制裝置的設計地震力確實傳達至上下部結構。增設變位限制裝置之間隙量，必須在支承損傷時，使增設變位限制裝置迅速發揮功能，以免上下部結構的相對變形量過大，因此間隙量應與支承在中度地震的變形能力同等大小，再加上施工的餘裕量，在正負方向約各1.5cm 較為適當。此外，增設變位限制裝置因多設置於支承附近，不得因上部結構的溫度變化或活載重，束制支承的移動或旋轉功能，且不構成支承檢查補修等維護管理的障礙。