臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
過去一般咸認地震引起之垂直向分量較水平向分量小，但隨地震記錄器廣泛設置與通訊科技日益發達，近年於數個主要地震中，皆記錄到顯著之垂直向地震。例如：在1994年，美國芮氏規模6.6的北嶺地震；1995年，日本芮氏規模6.9的阪神地震，皆有與水平向相當之垂直向地震，乃至1999年台灣發生芮氏規模7.3的921集集地震，亦可發現在接近震央位置的區域垂直向地表加速度是相當顯著的。由於，在921集集地震中，可發現部分測站測得的地震，含有較高頻的能量。因此，對於含有較高頻能量的地震發生時，其對橋樑的可能產生之影響，值得吾人進一步探討。
一般而言，垂直地表的頻率內涵所顯現的主要能量區相較於同地點之水平地震者發生於較高頻的頻率區。因此，顯著垂直地震的發生同時也隱含發生高頻分量地震的可能性變大。本研究目的主要在探討高頻地震作用下，橋樑結構之線性反應。所探討的因素，包括高頻地震對橋面加速度和橋柱受力之影響。研究所使用的地震資料為921集集地震和調整其時間間隔所產生的(虛擬)較高頻地震。同時為了解模擬之高頻反應是否合理，本研究以連續解和不連續解有限元素相互比較分析結果。最後，本論文選擇一實際橋樑進行模擬，以期了解高頻地震對實際尺寸橋樑可能之潛在影響。

Abstract
In the past, people thought the vertical components of ground motion are relatively small in relation to the horizontal components of the ground motion. In 921 chi-chi earthquake, some ground motion records showed significant amount of wave energy within the high-frequency region. Therefore the effect of the high-frequency earthquake on the bridge responses may not be negligible. Normally, the vertical components of ground motion contain more high-frequency components than the corresponding horizontal records. Bridges are structures which might be vulnerable to vertical components due to its relatively low stiffness in the vertical vibrations. As a result, the possibility of potential damages of bridges caused by significant earthquakes becomes higher when the frequency contents of the earthquake contain significant amount of energy within high frequency region.
This study investigates linearly seismic responses of bridge structures under high-frequency earthquakes. The earthquake data used in the study are the records of chi-chi earthquake and its high-frequency counterpart obtained by adjusting time step, and specific velocity pulses. To understand whether it is reasonable to use a traditional FEM software to study the seismic response of structures under the action of earthquakes, the analytic solution based on continuous formulation is compared to those obtained by SAP2000.

目錄
第一章 研究動機與目的 ………………………………………………….1
1-1 研究動機 ………………………………………………………..…..1
1-2 研究方法與目的 ………………………………………………..…..3
1-3 研究內容 …….…………………………………………………..….3
第二章 文獻回顧 ………………………………………………….............4
第三章 程式分析之理論背景及說明 …………………………….............8
3-1 有限元素動力平衡方程式 …………………………………….…...8
3-2 桿件波傳理論 ……………………………………………………...12
3-3 程式說明 …………………………………………………………...14
3-3.1 SAP2000程式 …………………………………………………14
3-3.2連續解程式 ……………………………………………………15
第四章 地震特性 …………………………………………………………23
4-1 具顯著垂直分量之災難型地震介紹 ……………………..............23
4-2 地表運動特性簡述 ………………………………………..............24
4-3 地震能量 ……………………………………………………….….25
4-4 地動特性之分析 …………………………………………..............26
第五章 參數研究 ……………………………………………………...…35
5-1 不連續解與連續解之比較 ……………………………...………...35
5-1.1 脈衝歷時作用下之數值結果 ...……………………………....35
5-1.2 真實及人工921地震作用下之數值……....………………….44
5-1.3 簡單構架數值解之比較 ..…………………………………….50
5-2 地震對橋樑加速度反應之影響 …………………………..............54
5-2-1 柱頂最大反應 ………………………………………………..54
5-2.1.1改變橋樑長 ……………………………………………..55
5-2.1.2 改變橋柱長 …………………………………………….55
5-2.2 中跨之最大反應 ……………………………………………..60
5-2.2.1改變橋樑長 ……………………………………………..60
5-2.2.2改變橋柱長 ……………………………………………..62
5-2.3 樑1/4處之最大反應 ………………………………………...64
5-2.3.1改變橋樑長……………………………………………....65
5-2.3.2改變橋柱長……………………………………………....67
5-3 不同橋樑之頻率能量研究 ……………………………………….70
5-3.1柱頂之水平向最大反應比較………………………………….70
5-3.2中跨之垂直向最大反應比較………………………………….79
5-3.3樑1/4處之最大垂直向反應比較…………………………….87
第六章 實例分析 ………………………………………………………..96
6-1 橋樑形式介紹 …………………………………………………….96
6-2 數值分析方式 ……………………………………………………97
6-3 橋面加速度反應分析 ……………………………………………98
6-4 橋樑桿件受力分析 ……………………………………………...101
6-4.1 下部結構之受力分析 ………………………………………101
6-4.2 高頻地震作用下橋樑受力增加情形 ……………………....104
6-5 七跨對稱橋樑之頻率能量分析 ……………………………….105
第七章 結論 ..………………………………….……………………...108
參考文獻 ………………………………………………………………..110

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