¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜3. 盤式支承置換為隔震支承（2／2）
發布機關：交通部高速公路局
版本／性質：111年7月；耐震補強工程案例
原始來源：官方出版頁 ｜ 官方原始PDF
使用提醒：本件為111年7月出版的耐震補強案例資料，非通用設計或施工規範；各專題的地震需求、地質條件、材料數值及施工限制須連同原工程背景閱讀。
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-以M37G 標國3 烏山頭高架橋、M81 標國8 1k~3k高架橋為例
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經耐震評估結果顯示，高架橋(西向)、(東向)1k+622~3k+837 之 A1-P5、P20-P25、P25-P30、 P35-P40、P40-P45 及 P51-A2 均有整體橋墩強度韌性不足現象，P22、P23 及 P54 則有橋柱局部 韌性超過容許值之問題。因本橋採用 76 年公路橋梁設計規範進行設計，原橋設計水平地震力僅 為靜重 13.2%，耐震性能評估結果所有支承系統強度不足，部分基樁承載力及樁體鋼筋不足。因 多屬於全橋通案性問題，遂採隔震補強方案以降低橋柱、支承及基礎地震需求(kh 水平橫力係數 約可降至 0.30)。補強工法為拆除既有盤式支承並新增鉛心橡膠支承墊，輔以橋墩處加設鋼板止 震裝置作為防落設施。另為避免橋台處伸縮縫於等級 I 地震即產生損傷，橋台處建議為單向隔 震並增設橫向 RC 止震塊。經查本橋包含橋寬漸變段(P30~P35)，研判不利於隔震配置，故全橋 U1~U6 單元以及 U8~U11 單元採用隔震補強，如圖 13、14，其中隔震前後之基本振動週期變化， 整理如表 2 所示。 圖 12 國 8 1k+622~3k+837 高架橋標準斷面 LRB 支承 圖 13 [U1-U6]單元隔震橋梁分析模型 LRB 支承 圖 14 [U8-U11]單元隔震橋梁分析模型 3-6
¶ 原檔第34頁
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表 2 U2&U9 單元隔震橋梁基本振動週期 縱向 橫向 ξ system 振動單元 (系統等效阻尼比) 原結構(sec) 隔震後(sec) 原結構(sec) 隔震後(sec) U2 0.793 1.408 0.636 1.438 0.2 U9 0.806 1.397 0.630 1.411 0.2 綜整各單元分析結果，隔震前後柱底剪力分布變化(如圖 15~18 所示)，原設計固定端(鉸接 端)橋墩，如 U2 單元 P7、P8 橋墩，橋軸向水平力降幅約 50%(如圖 15、17 所示)，原活動端橋 墩則因更換為 LRB 支承後，亦開始分擔地震力。另觀察橋梁橫向柱底剪力分布情形(如圖 16、 18 所示)，由於連續隔震單元箱梁內增設鋼製連桿，使得原伸縮縫處之 LRB 在橫向地震時能夠 產生位移發揮消能效益，橋墩均仍在彈性範圍內，因柱底力量大幅降低，基礎皆不需補強。因 隔震單元前後兩端需增設橋橫向位移限制裝置，使得此處之 LRB 受到拘束無法產生變形消能， 在正常情況下地震力分布會呈現前後兩端集中之現象(如圖 8、10)，但因本橋前後兩端為橋台處， 考慮更換隔震支承後須更換伸縮縫而引致交維問題，經評估後前後兩端隔震墊採特殊設計並搭 配非線性黏滯性阻尼器控制行車向位移，且前後兩端柱底皆未發生塑性鉸、行車向位移也能有 效控制。 縱向柱底剪力 橫向柱底剪力 600.0 600.0 原結構 隔震後 原結構 隔震後 500.0 500.0 400.0 400.0 f f n n o o t t 300.0 300.0 力 力 剪 剪 200.0 200.0 100.0 100.0 0.0 0.0 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P5 P6 P7 P8 P9 P10 圖 15 U2 隔震前後橋軸向柱底剪力分布 圖 16 U2 隔震前後橋橫向柱底剪力分布 縱向柱底剪力 橫向柱底剪力 700.0 600.0 原結構 隔震後 原結構 隔震後 600.0 500.0 500.0 400.0 f f n 400.0 n o o t t 300.0 力 力 300.0 剪 剪 200.0 200.0 100.0 100.0 0.0 0.0 P40 P41 P42 P43 P44 P45 P40 P41 P42 P43 P44 P45 圖 17 U9 隔震前後橋軸向柱底剪力分布 圖 18 U9 隔震前後橋橫向柱底剪力分布 3-7
¶ 原檔第35頁
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五、結論 M37G 標國道 3 號烏山頭高架橋由於既有橋墩水平勁度高，經採隔震補強方案後，振動週 期得以延至長週期段，並經由 LRB 遲滯消能作用增加系統阻尼，使結構系統地震力降低，另外， 全部橋墩更換為 LRB 後，兼具地震力分散效果，多數橋墩均可保持在彈性範圍內，有效縮減基 礎補強規模。 M81 標國道 8 號 1k~3k 高架橋，墩柱高約 5~6m 且平均，橋下支承空間足夠，故非常適合 隔震支承，經隔震補強評估後，因既有橋墩水平勁度高，振動週期得以延至長週期段，並經由 LRB 遲滯消能作用增加系統阻尼，使結構系統地震力降低，多數橋墩均仍在彈性範圍內，因柱 底力量大幅降低，基礎皆不需補強，有效減少補強經費，並避免大面積開挖影響平面道路。 參考文獻 1. 黃震興、張國鎮，「橋梁使用鉛心橡膠支承墊之設計指引」，公路橋梁耐震設計規範之補充研 究，交通部國道新建工程局研究報告 087，pp7-1~7-35，臺北，1997。 2. 黃炳勳、陳新之、陳炳宏，戚樹人、蘇進國，「橋梁隔震系統應用於軟弱地盤之研究探討」， 第十屆中華民國結構工程研討會，論文 No.181，2010。 3. 交通部，「公路橋梁耐震設計規範」，民國 108 年 1 月。 4. 張國鎮、黃震興、蘇晴茂、李森枬，「結構消能減震控制及隔震設計(第三版)」，2014。 5. 蘇進國、戚樹人、陳炳宏、陳新之、黃炳勳，「多單元連續高架橋之隔震系統案例分析與探 討」，第十一屆中華民國結構工程研討會暨第一屆地震工程研討會，論文 No.5-7，2012。 6. 陳韋丞、陳國隆、羅財怡、卓忠陽、林裕家、戚樹人、陳炳宏、黃炳勳，「國道橋梁應用隔 減震支承系統耐震補強之案例分析與探討」，第十四屆中華民國結構工程及第四屆地震工程 研討會，論文 No.14006，2018。 3-8
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