¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜11. 基礎耐震評估考量基礎阻尼常數折減係數CD
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M38FZ 標國10 號高雄環線高架(二)橋為例
閱讀提醒：本專題摘要及結論明列：高速公路原則不考慮基礎阻尼常數折減係數CD；受空間、交通或重大管線限制而無法補強者，須經整體評估及同意後方可採用，並非可直接套用2/3。
頁內索引：原檔第110頁 ｜ 原檔第111頁 ｜ 原檔第112頁 ｜ 原檔第113頁 ｜ 原檔第114頁 ｜ 原檔第115頁 ｜ 原檔第116頁 ｜ 原檔第117頁 ｜ 原檔第118頁
¶ 原檔第110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）
依地質特性考量之補強對策
¶ 原檔第111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）
基礎耐震評估考量基礎阻尼常數折減係數 CD -以 M38FZ 標國 10 號高雄環線高架(二)橋為例
¶ 原檔第112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）
基礎耐震評估考量基礎阻尼常數折減係數 CD -以 M38FZ 標國 10 號高雄環線高架(二)橋為例 摘 要 高速公路屬於生命線救災道路，為避免震後橋梁產生過大變形及易於巡檢，原則不考慮基 礎阻尼常數折減係數 CD 值，惟基礎補強因受限空間、交通及重大管線等議題無法進行補強者， 經同意後方可採用基礎阻尼折減，據以降低基礎結構檢核之需求。基礎系統經側推分析得非線 性側推曲線，依「公路橋梁耐震評估與補強設計規範」對於等級 II 及等級 III 地震，若基礎之降 伏譜加速度 SayF 小於由柱底傳來之耐震檢核設計譜加速度 SacF 且橋基為深基礎型式如樁基礎、 沉箱(井式)基礎及地下連續壁基礎等時，據以檢核基礎結構塑性率與變位之設計譜加速度 SacF 取為柱底傳遞至基礎之地震水平譜加速度，但不必大於對應等級地震之地震水平譜加速度係數 (Sa,II 或 Sa,III)乘以基礎阻尼常數折減係數 CD 值，並與橋柱底產生塑鉸時之作用力比較並取小值， 以及基礎板之慣性力亦乘以 CD 值，據以降低基礎結構檢核之需求。其中基礎阻尼常數折減係數 CD 值參照日本道路協會「道路橋示方書-耐震設計編」平成 8 年版(1996 年)至今平成 29 年版(2017 年)，考量深基礎於大地震作用時，由於埋置深度較深，可期待其往側向地盤振動能量耗散，以 及基礎系統於側推曲線所訂定之降伏點前期間，基礎構件發生塑性化及地盤阻抗之非線性行為 所引起之能量吸收，訂定基礎阻尼常數折減係數 CD 值為 2/3，據以降低基礎結構檢核之需求。 關鍵字：橋梁耐震補強、基礎補強、基礎阻尼。 一、橋梁基本資料 1.1 M38FZ 標國道 10 號高雄環線高架(二)橋 M38FZ 標國 10 高架(二)橋於 89 年 3 月完工，橋址位於高雄市仁武區，起訖里程為 2k+423~7k+979，其中以第 15 單元(橋墩 P123~P129)為例，其跨徑配置為 2@39m+43m+3@39m， 全長 238m，橋梁立面配置圖詳圖 1。 圖 1 國 10 高架(二)橋第 15 單元立面配置圖 11-1
¶ 原檔第113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）
1.2 橋址地震力考量 依據交通部 108 年版「公路橋梁耐震設計規範」及 110 年版「公路橋梁耐震評估與補強設 計規範」，國 10 高架(二)橋範圍(高雄市仁武區)之地震微分區屬第三類地盤，並近旗山斷層，且 𝐼𝐼 𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼 須依「公路橋梁耐震設計規範」第二章之規定計算水平譜加速度，𝑆 、𝑆 、𝑆 及𝑆 分別為 0.80、 𝑆 1 𝑆 1 0.45、1.00 及 0.55，NA,II、Nv,II、NA,III 及 Nv,III 分別為 1.08、1.09、1.09 及 1.16。 二、橋梁耐震能力評估 2.1 橋梁整體耐震能力評估及補強 本計畫依據民國 110 年「公路橋梁耐震評估與補強設計規範」進行橋單元耐震能力評估， 以第 15 單元(橋墩 P123~P129)為例進行分析與探討。依據橋梁竣工圖，採 SAP2000 商用軟體建 模並執行側推分析法(Pushover Method)，以檢核橋梁結構之耐震能力。橋梁單元進行側推分析 後，其耐震性能區分為等級 I 地震 SP1、等級 II 地震 SP2 和等級 III 地震 SP3。依據耐震補 強規範規定，重要橋梁和一般橋梁須進行等級 II 地震之檢核；本計畫橋梁均為國道重要橋梁， 對於發生災害時具緊急救災的功能，若在地震中損壞，對區域交通路網、震後緊急救災與經濟 發展，將可能會造成大規模的衝擊，因此，本計畫國道橋梁亦須進行等級 III 地震之檢核。 國 10 高架(二)橋，經評估後其縱向整體耐震能力不足，等級 II 及等級 III 地震之耐震能力 C/D 值分別為 0.84 及 0.81，需進行補強，如圖 2 所示。 研析本橋梁單元整體耐震能力不足之主因，主要為新頒耐震規範中新增旗山斷層，造成地 震力需求增加，導致縱向容許韌性比與耐震能力不足。因此，採橋柱鋼筋混凝土包覆方式進行 圍束補強，補強後可符合規範規定之等級 II 和等級 III 地震力檢核，如圖 3 所示。 圖 2 國 10 高架(二)橋單元縱向補強前耐震能力評估結果 11-2
¶ 原檔第114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）
圖 3 國 10 高架(二) 橋單元縱向於橋柱圍束補強後耐震能力評估結果 2.2 M38FZ 標國 10 高架(二)橋樁基礎耐震能力評估 本計畫依據民國 110 年「公路橋梁耐震評估與補強設計規範」進行基礎耐震能力評估，以 P127 橋墩基礎為例進行分析與探討。 P127 橋墩為鉸接端，下部結構採單柱式 RC 截角矩型橋墩，長寬為 2.2m×2.2m，鋼筋比約 為 1.08%，墩柱高約 8m。基礎採用樁基礎，基樁直徑為 120cm 場鑄基樁，基樁長度為 35.5m， 基樁配筋為 24-29ψ。其配置如圖 4 所示。 圖 4 P127 橋墩基礎配置 2.2.1 橋墩樁基礎耐震能力評估 P127 橋墩樁基礎分析時，於基樁樁頭最大彎矩範圍設定連續塑鉸並進行基礎側推分析，如 11-3
¶ 原檔第115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）
圖 5 所示。將其評估結果利用等能量原理將彈性地震力之三角形面積轉換為非彈性位移，如圖 6 所示。依據 110 年耐震補強規範表 C4-3 中於等級 II 及等級 III 地震之場鑄基樁容許塑性率為 3.0 及 6.0，經由基礎側推分析得其等級 II 及等級 III 地震之容許塑性率(μ)分別為 5.11 > 3.0 及 7.68 > 6.0，結果皆為 N.G.；另依據耐震補強規範 C4.4.7 節基礎頂部容許傾斜量為 0.02rad.，評 估結果等級 II 及等級 III 之基礎頂轉角分別為 0.0204 > 0.02 及 0.032 > 0.02，結果亦皆為 N.G.。 評估結果如表 1 所示。 圖 5 基樁樁頭範圍設定連續塑鉸 圖 6 力-位移圖利用等能量原理轉換結果 11-4
¶ 原檔第116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）
表 1 評估結果 容許塑性率(μ) 基礎頂轉角 等級II地震 5.11>3.0 (N.G.) 0.0204>0.02 (N.G.) 等級III地震 7.68>6.0 (N.G.) 0.032>0.02 (N.G.) 2.2.2 考量基礎阻尼進行基礎耐震能力評估 有關基礎阻尼常數折減係數 CD 值係參照日本道路協會「道路橋示方書-耐震設計編」平成 8 年版(1996 年)至今平成 29 年版(2017 年) 之相關規定，若基礎降伏強度小於橋柱底產生塑鉸作 用力，於大地震作用時基樁會優先發生塑鉸進入基礎塑性容量之情況下(如圖 8)，考量深基礎於 大地震作用時，由於埋置深度較深，可期待其往側向之地盤振動能量耗散，以及基礎系統於側 推曲線所訂定之降伏點前期間，基礎構件發生塑性化及地盤阻抗非線性行為所引起之能量吸收， 訂定基礎阻尼常數折減係數 CD 值為 2/3，據以降低基礎結構檢核之需求，詳圖 7 及圖 8 所示。 地震力分配 側力-位移圖 圖 7 基礎降伏強度大於橋柱底產生塑鉸之地震作用力 11-5
¶ 原檔第117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）
地震力分配 側力-位移圖 圖 8 基礎降伏強度小於橋柱底產生塑鉸之地震作用力 因 P127 橋墩基礎側推曲線已進入基礎系統之塑性容量，可考量基礎系統降伏點前期間之地 盤振動能量耗散，將彈性地震力 VII、VIII 乘以基礎阻尼常數折減係數 CD 值 2/3 進行基礎側推分 析，並與橋柱底產生塑鉸時之作用力比較並取小值，以及基礎板之地表水平譜加速度作用力亦 乘以 CD 值折減，並將其評估結果利用等能量原理將彈性地震力之三角型面積轉換為非彈性位移， 如圖 9 所示。透過評估成果進而求得其等級 II 及等級 III 之容許塑性率(μ)分別為 2.59 < 3.0 及 3.8 < 6.0，結果皆為符合容許值；另等級 II 及等級 III 之基礎頂轉角分別為 0.011 < 0.02(rad)及 0.016 < 0.02(rad)，結果亦皆為符合容許值。評估結果如表 2 所示。 圖 9 考慮基礎阻尼之力-位移圖利用等能量原理轉換結果 11-6
¶ 原檔第118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）
表 2 考慮基礎阻尼之評估結果 容許塑性率(μ) 基礎頂轉角 等級II地震 2.59<3.0 (OK) 0.011<0.02 (OK) 等級III地震 3.80<6.0 (OK) 0.016<0.02 (OK) 三、 結論 國 10 高架(二)橋下有多條重大管線經過，且位於交通流量大之都會區，進行基礎補強施工 不易，故「公路橋梁耐震評估與補強設計規範」參考日本道路協會「道路橋示方書-耐震設計編」 之基礎阻尼相關規定，於大地震作用時基樁會優先發生塑鉸進入基礎塑性容量之情況下，考量 橋基若為深基礎型式者，大地震作用時基礎系統於降伏點前的期間向側方地盤於振動能量之耗 散、基礎主體及地盤阻抗之非線性而訂定基礎阻尼常數折減係數 CD 值為 2/3，將 CD 值乘以柱底 傳遞至基礎之等級 II 及等級 III 地震水平譜加速度作用力，並與橋柱底產生塑鉸時之作用力比較 並取小值，以及基礎板之地表水平譜加速度作用力亦乘以 CD 值折減，據以檢核基礎結構容量、 基礎塑性率與基礎頂面旋轉角變位。 高速公路屬於生命線救災道路，為避免震後橋梁產生過大變形及易於巡檢，原則不考慮基 礎阻尼常數折減係數 CD 值，惟基礎補強因受限空間、交通及重大管線等議題無法進行補強者， 可經由考量評估整體各因素後同意採用基礎阻尼折減，據以降低基礎結構檢核之需求。 參考文獻 1. 交通部，「公路橋梁耐震設計規範」，民國108年1月。 2. 交通部，「公路橋梁耐震評估與補強設計規範」，民國110年3月。 3. 交通部，「公路橋梁設計規範」，民國109年1月。 4. 日本道路協會，2017，「道路橋示方書‧V 耐震設計編」平成29年。(日文)。 11-7
上一頁：10. 直接基礎置換為樁基礎 ｜ 下一頁：12. 跨斷層補強考量（1／2）