¶ 高速公路耐震補強工程具特殊性之補強案例資料｜6. 利用液態黏滯性阻尼器之補強（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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-以國3 頭前溪河川橋為例
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利用液態黏滯性阻尼器之補強 -以國 3 頭前溪河川橋為例
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利用液態黏滯性阻尼器之補強 -以國 3 頭前溪河川橋為例 摘 要 部分多跨橋梁為有效發揮預力效果及避免溫度造成墩柱額外受力，故有少數支承為固定； 其餘支承均為縱向活動之配置，惟於震時僅少數固定支承承受地震力，除有其支承強度不符現 行耐震性能外，更有整體耐震能力不足情形。 一般補強方式可於活動支承處增設「地震力分散裝置」，以分擔地震力，惟原活動端墩柱 及基礎不承受縱向地震力，耐震能力有限，若直接承受額外之縱向地震力恐有另須進行墩柱包 覆或基礎補強之情形，反而增加補強規模。為避免上述情形，則可於活動端增設「液態黏滯性 阻尼器」以增加整體結構阻尼，除使整體耐震能力提昇外，傳遞至活動端之地震力亦可下降， 避免額外之基礎補強。 關鍵字：橋梁耐震補強、液態黏滯性阻尼 一、頭前溪河川橋基本資料 國道 3 號頭前溪河川橋位於新 竹縣竹東鎮，橫跨頭前溪兩岸，全長 796.8 公尺，曲率半徑 2,500 公尺，南 北雙向分離，每一單向橋寬為 16.35 公尺採 3 車道配置，分別由 7 孔及 11 孔連續預力混凝土箱形梁結構單元所 組成，為配合芎林堤防及內灣線鐵 路，標準跨徑 46.5 公尺，為國內首座 自歐洲引進「節塊推進工法(Incremental Launching Method)」設計與施工之高速公路橋梁(採推進 方式)，俟推進作業完成及連續二次預力施拉完成後，將臨時性滑動支承更換為永久性之盤式支 承(Pot Bearing)。下部結構採中空菱形墩柱設計，最高達 32.9 公尺，樁基礎採全套管斜樁(1:8)， 樁徑分為 120 及 150cm 兩種。為考慮溪流夾帶卵石、流木等衝擊橋柱壁體而影響橋梁安全，故 變更設計於中空柱內增設 60 公分厚之水平隔板及 45 公分填角，箍筋亦配合修正以加強橋柱韌 性。 2 由設計圖及相關資料，本橋設計水平震力係數 Kh 為 0.135，橋墩混凝土強度 280kgf/cm ， 2 2 鋼筋強度 32ψ(含)以上採高拉力鋼筋(fy=4,200kgf/cm )，29ψ以下鋼筋 fy=2,800kgf/cm 。本橋之 6-1
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結構平面、立面及斷面圖請參見圖 1~3。 圖 1 頭前溪橋平面圖 圖 2 頭前溪橋立面圖 圖 3 頭前溪橋標準斷面圖 二、耐震補強策略 此橋單元 1 (N01、S01)為 7 跨連續之預力混凝土箱形梁橋，其中僅 P3~P5 共 3 墩為縱向束 制，其餘均為縱向活動支承，依橋梁耐震能力非線性側推評估結果，其軸向強度韌性不足(詳圖 4)，需進行耐震補強。 針對橋梁強度韌性不足部分，原則採橋墩混凝土包覆補強，以增加橋墩之剪力強度及韌 性，惟未包覆前橋墩破壞模式為撓剪破壞(SFAY)，包覆後所提昇之韌性仍無法滿足性能需求， 針對此一狀況，一般可於活動端增設「地震力分散裝置」，將縱向地震力傳遞至活動端橋墩，以 6-2
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增加橋梁整體耐震能力。惟於原設計階段；活動端並不承受地震力，若將縱向地震力傳遞至活 動端橋墩恐有另須進行墩柱包覆或基礎補強之情形，反而增加補強規模。 故本案係於 P1、P2 及 P6 增設「液態黏滯性阻尼器」(詳見圖 7、8)，相較於「地震力分散 裝置」，利用液態黏滯性阻尼器除可將地震力傳遞至活動端外，亦可透過阻尼器增加橋梁整體阻 尼，以降低橋梁所受之地震力。 圖 4 頭前溪河川橋第 1 單元縱向橋度韌性評估成果 補強後之分析方法係採非線性動力歷時分析，考量地盤種類、震度及事件，選取 3 組地震 歷時紀錄，分別為 921 地震紀錄-TCU094、TCU026 ；331 地震紀錄-TCU024(詳表 1)，將測站 地震歷時資料與規範地震力擬合後，製作人造地震進行分析與評估，彈性反應譜擬合等級 III 反 應譜結果如圖 5 所示(以 TCU094 測站等級 III 地震為例)。 圖 5 TCU094 二重國小測站擬合成果示意圖 本橋所採用之黏滯性阻尼器共計 12 組(P1、P2 及 P6 墩頂各 4 組)，等效阻尼比為 25%， 0.4 阻尼係數為 6.66tf-(sec/mm) ，阻尼指數為 0.4，最大設計力為 115.52tf，最大衝程為 217.1mm。 經過補強後，P3~P5 橋墩柱底彎矩減少約 6~39%(詳表 2)，除 P3 橋墩會進入部分非線性塑 6-3
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鉸外，其餘橋墩仍位於線性範圍(詳圖 6)，故補強後橋墩塑鉸可符合耐震性能，而增設阻尼器之 活動端橋墩及基礎亦符合耐震性能，不會導致增設阻尼器而需要增加基礎補強情形。 表 1 本案選用人造地震測站表 最大地表加速度(gal) 站 碼 站 名 站 址 東西向 南北向 垂直向 TCU094 二重國小 新竹縣竹東鎮二重里光明路 32 號 70.81 -88.38 38.92 TCU026 芎林國小 新竹縣芎林鄉文山路 288 號 -116.04 -89.44 -56.28 TCU024 竹東國小 新竹縣竹東鎮康寧街 1 號 138.33 -135.35 50.29 表 2 補強後柱底彎矩彙整表 橋墩柱底彎矩(tf-m) P1(D) P2(D) P3 P4 P5 P6(D) P7 原始結構 2599.66 3460.04 17970.45 17218.26 18133.95 9513.53 12675.16 柱包覆及 TCU024 6484.83 7529.19 16914.24 15634.93 14214.31 10857.20 12662.84 增設 Damper 減少百分比 -- -- 6% 9% 22% -- -- 原始結構 2563.54 3800.84 17596.26 16032.50 16186.80 695.74 12095.53 柱包覆及 TCU026 5755.73 6292.20 14631.16 10825.24 9838.39 7829.09 12171.06 增設 Damper 減少百分比 -- -- 17% 32% 39% -- -- 原始結構 3190.76 3272.54 17140.46 15800.08 14853.22 7671.47 13101.17 柱包覆及 TCU094 6295.48 6872.93 15767.79 12208.08 11122.41 7977.90 13183.54 增設 Damper 減少百分比 -- -- 8% 23% 25% -- -- 圖 6 增設阻尼器後橋墩塑鉸發展示意圖 6-4
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