¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜5. 既有隔震橋梁之耐震補強（1／4）
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。
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。
案例資料總目錄 ｜ 橋梁構件、檢測與維修 ｜ 高速公路局工程規範與技術資料
-以國3 嘉南大圳北幹一號排水橋為例
閱讀提醒：本專題討論近斷層脈衝與既有隔震橋振動週期接近時的位移放大，不能僅以延長週期推論補強效果。
頁內索引：原檔第43頁 ｜ 原檔第44頁 ｜ 原檔第45頁 ｜ 原檔第46頁 ｜ 原檔第47頁 ｜ 原檔第48頁
¶ 原檔第43頁
原檔可擷取文字（公式、圖內標註與表格欄位請對照上方原版面）
既有隔震橋梁之耐震補強 -以國 3 嘉南大圳北幹一號排水橋為例
¶ 原檔第44頁
原檔可擷取文字（公式、圖內標註與表格欄位請對照上方原版面）
既有隔震橋梁之耐震補強 -以國 3 嘉南大圳北幹一號排水橋為例 摘 要 由於鄰近活動斷層之地震，通常具有較長週期的脈衝震波，隔震橋亦具有較長振動週期特 性，位於鄰近活動斷層之既有隔震橋，在近斷層地震波作用下，可能造成共振現象，產生超出 原設計預期之較大變位。 本文以位在國 3 白河新化段的嘉南大圳北幹線一號排水橋為研究案例，利用隔震支承原型 試驗結果，建立隔震橋梁分析模型，以探討一般遠域地震及近域地震對此隔震橋梁的影響與可 行補強方法。分析結果顯示，因耐震規範地震力的改變，在一般遠域地震下，隔震支承即可能 超出原設計位移量，而在近域地震下，當脈衝震波週期接近隔震橋梁振動週期時，位移將更加 放大。經檢討研究，該橋之耐震補強方法，採用保留既有隔震支承，加裝液態黏滯性阻尼器， 增加整體橋梁系統阻尼，以降低隔震支承位移反應。 關鍵字：橋梁耐震補強、隔震支承 一、前言 隨著隔震技術的發展推廣，國內部分橋梁開始採用隔震支承作為其抗震的選擇[1]，從早期 第二高速公路的部分橋梁，到民國 88 年 921 集集地震後遭到破壞的一些公路橋梁重建，隔震技 術在國內橋梁工程的應用已將近三十年，嘉南大圳北幹線一號排水橋即為早期採用隔震支承之 橋梁。隨著近年耐震規範對地震力的調整與經濟部中央地質調查所公告第一類活動斷層的增 加，工址地震力考量條件已不同於當年設計條件[2]，使得本座橋梁如今已成為鄰近活動斷層之 既有隔震橋。該橋在近斷層地震波作用下，可能產生超出原設計預期之較大變位，需對其耐震 性能進行評估，及研討補強對策。 國 3 白河新化段的嘉南大圳北幹線一號排水橋為鄰近六甲斷層之既有隔震橋，由於鄰近活 動斷層之地震具顯著的速度脈衝震波與瞬間能量輸入等特性，對結構物所造成的危害，往往比 一般同規模的遠域地震嚴重。此外，由於鄰近活動斷層之地震通常具有較長週期的脈衝震波， 隔震橋亦具有較長振動週期特性，在近斷層地震波作用下，可能造成共振現象。本文以嘉南大 圳北幹線一號排水橋為研究案例，利用隔震支承原型試驗結果，建立隔震橋梁分析模型，採用 人造地震歷時與（等級 II 與等級 III 地震）設計反應譜擬合(Spectral Matching)作為遠域地震。另 2 外，由近斷層資料庫，選取標準為地表加速度 250cm/sec 以上、相同斷層性質(逆斷層)、測站距 斷層 1000 公尺內、剪力波速 V30(約為 290m/s)與橋址相近地震紀錄，並將地震最大地表加速度 (PGA)縮放至與地震有效最大地表加速度(EPA)一致作為近域地震(等級 III 地震)，分別探討遠域 5-1
¶ 原檔第45頁
原檔可擷取文字（公式、圖內標註與表格欄位請對照上方原版面）
地震及近域地震對此隔震橋梁的影響與補強策略。 二、橋梁現況與基本特性 2.1 橋梁基本資料 嘉南大圳北幹線一號排水橋位於臺南市柳營區國道 3 號里程 322k+182 處，全長 145 公尺。 橋面南北雙向分離，由連續預力混凝土箱形梁結構單元構成，跨徑配置為 40+65+40 公尺，每一 單向橋淨寬為 16.1 公尺採 3 車道配置，以平衡懸臂工法施工，梁深變化從 1.9m 至 3.7m，相關 平立面參見圖 1~圖 4。 圖 1 嘉南大圳北幹線一號排水橋平面圖 圖 2 嘉南大圳北幹線一號排水橋立面圖 圖 3 嘉南大圳北幹線一號排水橋斷面圖 5-2
¶ 原檔第46頁
原檔可擷取文字（公式、圖內標註與表格欄位請對照上方原版面）
(a)橋墩基礎平面圖 (b)橋台基礎平面圖 圖 4 嘉南大圳北幹線一號排水橋基礎平面圖 本座橋梁支承系統採部分雙向隔震，於 P1 、P2 橋墩採用鉛心橡膠支承(Lead-rubber bearing, LRB)，參見圖 5，並設置剪力鋼棒裝置以限制位移，並允許雙向 14 公分位移，於 A1、A2 橋台 則採用人造橡膠支承墊，亦設置剪力鋼棒裝置，允許軸向 13 公分位移但限制橫向位移，參見圖 6。橋墩為實心矩型墩柱，P1 柱高為 8.1 公尺，P2 柱高為 5.7 公尺；橋台 A1、A2 及橋墩 P1、 P2 均採直徑 120cm 場鑄 RC 樁基礎，基樁長度分別為 38、38、35、30 公尺。本橋橋址距六甲 斷層約 850m，原設計採用設計規範為交通部 76 年頒布之「公路橋梁設計規範」，橋軸向設計水 平震力係數 Kh 為 0.13，橋橫向水平設計震力係數為 0.18(相當地表加速度約 0.23g[3])，橋梁現 況參見圖 7。 (a) 鉛心橡膠支承立面 (b) 鉛心橡膠支承平面 圖5 鉛心橡膠支承平立面 5-3
¶ 原檔第47頁
原檔可擷取文字（公式、圖內標註與表格欄位請對照上方原版面）
(a)橋墩剪力鋼棒裝置 (b)橋台剪力鋼棒裝置 圖6 剪力鋼棒裝置平面圖 (a) 工址位置 (b) 全橋現況 (c) 橋墩鉛心橡膠支承與剪力鋼棒 圖 7 嘉南大圳北幹線一號排水橋 2.2 隔震支承參數 依據竣工圖，本橋鉛心橡膠支承設計參數如下: 1. DL：918 ton DL+LL: 1082 ton 2. 地震側向力：137.4 ton 位移:12.5 cm 3. 非地震側向力： 31.5 ton 位移:0.6 cm 4. 等效勁度(Keff) ：1100 ton/m 5. 遲滯迴圈面積(EDC) ：17.9 ton-m 圖 8 雙線性遲滯迴圈(竣工圖) 5-4
¶ 原檔第48頁
原檔可擷取文字（公式、圖內標註與表格欄位請對照上方原版面）
另參考本橋 LRB 支承於安裝前先進行相關試驗結果[4]，其相關原型試驗與結果列於表 1、 表 2，隔震支承原設計位移為 12.5cm，惟依據原型試驗結果能達到 1.5 倍設計位移且保持穩定。 表 1 鉛心橡膠支承墊原型測試內容[4] Bearing Type 4 Test Vertical Load(ton) Displacement Frequency(Hz) No. Of Cycle 備註 1 1082(DL+LL) ±4.4mm 0.362 21 常態載重試驗 2a 918(DL) ±31.2mm 0.077 4 不同變形之特性試驗 2b 918(DL) ±62.5mm 0.038 4 不同變形之特性試驗 2c 918(DL) ±93.8mm 0.025 4 不同變形之特性試驗 2d 918(DL) ±125.0mm 0.019 4 不同變形之特性試驗 2e 918(DL) ±156.2mm 0.015 4 不同變形之特性試驗 3 918(DL) ±125.0mm 0.019 11 性能穩定實驗 4a 1107(DL+LL+EQ) ±187.5mm 0.013 4 隔震器穩定度實驗 4b 729(DL+LL+EQ) ±187.5mm 0.013 4 隔震器穩定度實驗 表 2 鉛心橡膠支承墊原型測試內容[4] Bearing Type 4 Shear Load Shear Displacement EDC Keff Qd kr G Damp Test Average Average Measure Required Measure Required Error 2 ton-cm (ton-cm) (ton) (ton/cm) (kgf/cm ) (%) (ton) (ton) (cm) (cm) (%) 1 36.6 31.5 0.47 - - 24 78.749 16.9 41.382 42.26 22.7 2a 84.1 - 3.2 3.1 1.6 430 26.525 44.4 12.531 12.8 25.6 2b 115.8 - 6.3 6.3 1 1199 18.337 53.4 9.883 10.09 26.1 2c 130.3 - 9.4 9.4 -0.2 1888 13.921 54.4 8.116 8.29 24.6 2d 148.4 - 12.6 12.5 0.6 2553 11.802 51.6 7.701 7.86 21.8 2e 166.1 - 15.6 15.6 -0.4 3151 10.679 49.5 7.494 7.65 19.4 3 143 - 12.5 12.5 0.3 2381 11.406 47.8 7.597 7.76 21.1 4a 188.6 - 18.8 18.8 0.1 3866 10.053 49.2 7.43 7.59 17.4 4b 177.7 - 18.7 18.8 -0.1 4032 9.487 55.6 6.517 6.65 19.3 三、耐震評估與補強策略 本座橋梁為隔震橋並鄰近活動斷層，在地震力作用下會產生較為複雜的動態反應行為，因 此使用 SAP2000 進行非線性動力歷時分析，其耐震能力評估則主要依據「既有公路橋梁耐震評 2 估與補強設計規範(草案)」[5]辦理。分析模型(本文以北上線為例)墩柱混凝土強度 280kgf/cm ， 2 2 鋼筋強度 19φ(含)以上採高拉力鋼筋(fy=4200kgf/cm )，16φ以下鋼筋(fy=2800kgf/cm )。 橋柱配筋 斷面如圖 9，塑性鉸特性相關考量設定如圖 10 所示，基礎採用等值線性彈簧模擬，計算方式係 5-5
上一頁：4. 固接橋墩置換為隔震支承（2／2） ｜ 下一頁：5. 既有隔震橋梁之耐震補強（2／4）