¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜1. 框架式橋柱之連梁補強（1／2）
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M38D1 標國3 五號高架橋及M12 標國1 圓山橋為例
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改變結構系統之補強對策
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框架式橋柱之連梁補強 -以 M38D1 標國 3 五號高架橋及 M12 標國 1 圓山橋為例
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框架式橋柱之連梁補強 -以 M38D1 標國 3 五號高架橋及 M12 標國 1 圓山橋為例 摘 要 橋梁耐震補強有針對不同構件的補強，基礎則為普遍須補強的構件之一，而基礎構造補強 通常所費不貲，因此耐震補強設計應儘量避免額外增加基礎的地震需求，以達到基礎不需補強 之目標。若基礎補強為不可避免時，則應考慮強度、承載力及介面之力量傳遞。另外，也有針 對不宜開挖補強等的連梁設計，以降低上構傳遞至基礎的力量，達到不開挖之目的。本案五號 高架橋(瑪陵橋)即是因其橋址位於地質敏感區且多斜坡，不宜開挖。橋墩連梁能有效降低墩柱 傳至基礎之力量，降低原基礎之需求，進而達到不開挖之目的。 關鍵字：橋梁耐震補強、連梁補強 一、連梁補強概述 多柱式高橋墩採用增設連梁(Link Beam)補強，可達到下列 3 個補強效果： 1. 提升勁度，減少側移量：增設連梁後，由於改變柱彎矩分配，可提升整體門架墩柱側向 強度，並減少彈性位移，同時亦可考慮使連梁兩端或其上下方橋柱產生塑鉸，增加消能 機制。惟須同時檢核橋柱剪力強度及潛在塑鉸區圍束條件，避免導致短柱效應，發生柱 剪力破懷或塑鉸轉角過大，必要時須配合橋柱包覆補強，如圖 1(a)。 2. 降低帽梁內力：當帽梁或梁柱接頭區所受橫向地震力超過其容量時，使用連梁連接橋 柱，透過提高連梁高度配置，能有效降低帽梁或梁柱接頭區受力至其耐震容量以下，強 迫塑性鉸發生於橋柱而非帽梁，以達到耐震補強目的，如圖 1 (b)。當橋柱於連梁與帽 梁間高度較小時，帽梁及此段橋柱所受彎矩將變小。一般而言，帽梁與橋柱的質量均小 於上部結構質量，橋柱將受均勻剪力 Vcol，當橋柱彎矩容量為 Mci，帽梁所受彎矩則為 𝑀 ×ℎ 𝑐𝑖 1 。 ℎ 2 3. 降低基礎內力：與前述原理相同，當基礎耐震能力不足時，亦可適度降低連梁高度配 置，能有效降低基礎受力至其耐震容量以下，以達到耐震補強目的，如圖 1 (c)。惟降 低連梁配置，除上述考量因素外，另須考慮覆土深度、潛在塑鉸區圍束條件及橋下通行 淨高需求等條件。 1-1
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圖 1(a)、1(b)、1(c) 利用連接梁改善橫向地震反應 二、橋梁基本資料 2.1 M38D1 標五號高架橋及 M12 標圓山橋 M38D1 標國道 3 號五號高架橋於 90 年 5 月竣工，橋址位於基隆市七堵區，其南下線跨徑： 北引橋 4@20+主橋 145+南引橋 6@20=345m，北上線跨徑：北引橋 9@20+主橋 145+南引橋 6@20=445 公尺。其中主橋跨越瑪東野溪之山谷，引橋均落於山崩地滑地質敏感帶與斜坡之上。 橋梁示意如圖 2。 1-2
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圖 2 M38D1 標國 3 五號高架橋 圓山橋南(STA. 23k+877)為 6 跨預力混凝土箱形梁橋，跨徑配置為 43+118+2@142.5+150+75， 全長共計 671m，跨越基隆河，詳圖 3。 S E D C B A N 圖 3 第 M12 標國 1 圓山橋 2.2 工址地震力考量 依據交通部 108 年部頒「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」，M38D1 標國道 3 號五號高架橋(基隆市七堵區)之地震微分區屬第一類地盤，依「公 𝐼𝐼 𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼 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 0.60、0.30、 𝑆 1 𝑆 1 0.80 及 0.45。 圓山橋部分屬於「第一期工程」，當時評估依據係採 89 年版「公路橋梁耐震設計規範」，圓 山橋橋址係屬地震乙區，工址水平加速度係數為 0.23g。 1-3
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三、M38D1 標五號高架橋及 M12 標圓山橋基礎耐震能力 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， 採 SAP2000 商用軟體建模並執行側推分析法(Pushover Method)，檢核橋梁結構之耐震能力，並 以側推分析得到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 所對 應之墩底力量評估基礎之彎矩、剪力強度及穩定性。M38D1 標五號高架橋之基礎型式為井式基 礎和直接基礎，示意如圖 4。 圖 4 五號高架橋基礎示意圖 經評估後，其中直基部分 PN5-6、PN5-13、PS5-2、PS5-9 之彎矩強度不足，因此需要進行 擴基補強，以增加基礎的彎矩容量。然而該處屬於地質敏感區且多斜坡(圖 5)，因此不宜開挖補 強。橋墩連梁能有效降低墩柱傳至基礎之力量，降低原基礎之需求，進而達到不開挖之目的。 1-4
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圖 5 五號高架橋山崩地滑區域示意圖 經評估圓山橋橋墩 N 橫向位移之容量/需求比(C/D)小於 1.0，且橋柱屬剪力破壞模式，需進 行橋墩補強，另橋墩 N 基礎耐震能力亦有不足情形。 四、耐震補強工程設計 4.1 橋墩連梁補強 當基礎所受橫向地震力超過其容量時，使用連接梁(Link Beam)連接橋柱時，彎矩將再次重 新分配，上構傳遞至連梁柱接頭時，彎矩將分配給連梁後，減少柱下端之彎矩，故能有效降低 基礎受力。當橋柱於連接梁與基礎間高度越小時，帽梁及此段橋柱所受彎矩將變小。一般而言， 𝑀 ×ℎ 𝑐𝑖 1 橋柱的質量均小於上部結構質量，橋柱將受均勻剪力，基礎所受彎矩則為 ，Mci 為橋柱彎 ℎ 2 矩容量，如圖 6 所示。 1-5
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