臺灣博碩士論文加值系統

臺灣位於環太平洋地震帶，經常性地震之發生常對港灣構造物造成損傷，因
此，與地震相關之研究一直是相當熱門地研究課題。自1992 年起，美國、日本
及歐洲等先進國家已逐手進行耐震性能設計之研究，並將性能設計之理念逐步應
用於各個不同領域，因此，如何考量構造物整個壽命期之經濟性，據以提出合理
的耐震設計，以使所設計之港灣構造物能滿足預期之安全係重要之研究課題。本
研究以2001 年國際航海協會提出之港灣構造物耐震設計準則為依循之基礎，探
討性能設計之理念應用於港灣構造物之可行性，碼頭結構物耐震行為之分析則分
別考慮簡化分析、簡化動力分析以及動力分析三種方法。其中於動力分析部分利
用FLAC 作為研究工具分別進行重力式與板樁式碼頭之性能設計研究，孔隙水壓
激發模式則考慮Mohr-Coulomb 模式再加入Finn 模式。
研究結果顯示受地震力作用時，板樁與沉箱後方之背填土是否液化及其液化
之程度範圍對於重力沉箱式碼頭與板樁式碼頭之耐震性能評估的影響甚大。應用
案例之分析成果顯示，重力式碼頭之性能設計案例，可符合其重要度所對應之性
能目標及可接受標準。而板樁式碼頭之性能設計案例，其破壞位移量之檢核僅針
對第I 等級進行量化之規定，其它等級位移量之檢核有量化的必要性。本研究相
較於前人研究中，不但加入了性能設計之思維，並以較為複雜之動力分析進行設
計檢核，期望提供後續港灣構造物性能設計之參考。

Since Taiwan is situated in the circum-pacific seismic zone, earthquakes are
frequently occurred and cause damages to port structures. Studies related to the
seismic design to reduce the seismic hazards becomes an important issue. After 1992,
several countries including U. S. A., Japan, and European countries have initiated the
studies of seismic performance design. It is also important to incorporate the seismic
performance design into port structures. In this study, we investigate the seismic
performance design method on port structures including gravity type and sheet pile
type wharfs based on the Seismic Design Guidelines for Port Structures of
International Navigation Association in 2001. Three different methods including the
simplified method, the simplified dynamic method, and the dynamic method are
adopted. In addition, the Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC) is adopted as
the main program for the dynamic analyis in which the Mohr-Coulomb model and
Finn model are used to simulate the excess pore water pressure.
Results obtained show that the liquefaction of the backfill sand plays a crucial
role for the stability of gravity type and sheet pile type of wharfs during the dynamic
analyis. Application examples demonstrate that the seismic performance-based design
can be applied to port structures such as gravity type and sheet pile type wharfs.
However, quantitive data for evaluating the failure displacement are still not enough
to practical design check. It may need further studies on how to evaluate the damage
criteria for failure displacement. Anyhow, the study has successfully conducted the
seismic performance-based design on gravity type and sheet pile type wharfs. It is
expected that the study results could be a useful reference for the seismic
performance-based design for port structures in the future.

摘要..... ................................................ I
ABSTRACT................................................ III
目錄...................................................... V
圖目..................................................... IX
表目錄.................................................. XIII
第一章 緒論................................................ 1
1.1 前言.................................................. 1
1.2 研究動機與目的.......................................... 8
1.3 研究內容............................................... 9
第二章 文獻回顧.............................................11
2.1 國內外性能設計之發展.................................... 11
2.2 重力式碼頭與板樁式碼頭之相關研究........................... 13
2.3 碼頭結構形式.......................................... 14
2.3.1 重力式碼頭.......................................... 14
2.3.2 板樁式碼頭.......................................... 17
2.3.3 棧橋式碼頭.......................................... 18
第三章 碼頭耐震性能設計流程.................................. 21
3.1 耐震性能設計之概念...................................... 21
3.2 耐震性能設計架構與流程................................... 22
3.2.1 第一階段設計......................................... 23
3.2.2 第二階段驗證......................................... 34
3.3 重力式碼頭第一階段設計....................................35
3.3.1 設計範例基本條件...................................... 35
3.3.2 建立性能可接受標準.................................... 36
3.3.3 土壤液化評估......................................... 38
3.3.4 初步設計............................................ 40
3.4 重力式碼頭第二階段驗證................................... 40
3.4.1 簡化分析法.......................................... 41
3.4.2 簡化動力分析法....................................... 49
3.4.3 動力分析法.......................................... 53
3.5 板樁式碼頭第一階段設計................................... 54
3.5.1 設計範例基本條件..................................... 54
3.5.2 建立性能可接受標準.................................... 55
3.5.3 土壤液化評估......................................... 58
3.5.4 初步設計............................................ 60
3.6 板樁式碼頭第二階段檢核................................... 60
3.6.1 簡化分析法.......................................... 60
3.6.2 簡化動力分析法....................................... 64
3.6.3 動力分析法.......................................... 65
第四章 研究方法............................................ 67
4.1 FLAC 程式概述 ............ ........................... 67
4.2 FLAC 程式運算流程 ..................................... 67
4.3 特殊功能.............................................. 68
4.3.1 界面元素(interface) ................................ 68
4.3.2 地下水模式(groundwater flow)........................ 69
4.3.3 動力分析(dynamic analysis) ......................... 69
4.3.4 Finn 模式 ......................................... 72
4.4 碼頭分析流程........................................... 73
第五章 重力式碼頭設計案例................................... 75
5.1 碼頭概述.............................................. 75
5.1.1 設計目標........................................... 75
5.1.2 設計材料條件......................................... 75
5.1.3 設計地震........................................... 75
5.2 耐震性能要求與規定...................................... 76
5.2.1 性能要求............................................ 76
5.2.2 性能規定............................................ 76
5.3 構造物系統規劃......................................... 78
5.4 土壤液化評估.......................................... 79
5.5 初步設計............................................. 82
5.5.1 地震力係數計算...................................... 82
5.5.2 沉箱設計斷面及材料參數................................ 83
5.5.3 安全性檢核.......................................... 84
5.6 動力分析之驗證分析...................................... 86
5.6.1 人造地震製作......................................... 86
5.6.2 動力分析分析流程...................................... 90
5.7 重力式碼頭設計結果說明................................. 104
第六章 板樁式碼頭設計案例.................................. 105
6.1 碼頭概述............................................. 105
6.1.1 設計目標.......................................... 105
6.1.2 自然條件.......................................... 105
6.1.3 設計材料條件....................................... 105
6.1.4 設計地震........................................... 106
6.2 耐震性能要求與規定.................................... 106
6.2.1 性能要求.......................................... 106
6.2.2 性能規定.......................................... 106
6.3 構造物系統規劃....................................... 109
6.4 土壤液化評估......................................... 109
6.5 初步設計............................................ 111
6.5.1 地震力係數計算..................................... 111
6.5.2 安全性檢核........................................ 112
6.6 動力分析之驗證分析................................... 116
6.6.1 人造地震製作....................................... 117
6.6.2 動力分析分析流程.................................... 121
6.7 板樁式碼頭設計結果說明................................. 135
第七章 結論與建議......................................... 137
7.1 結論................................................ 137
7.2 建議................................................ 138
參考文獻................................................ 139

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