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研究生:盧智宏
研究生(外文):Lu, Chih-Hung
論文名稱:橋梁防落裝置耐震行為之研究
指導教授:張國鎮張國鎮引用關係
指導教授(外文):Chang, Kuo-Chun
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:154
中文關鍵詞:支承防落裝置橋梁破壞模式非線性歷時分析需求容量比值功能設計
外文關鍵詞:BearingUnseating Prevention DevicesFailure MechanismNonlinear Time-History AnalysisDemand/Capacity ratioPerformance Base Design
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本論文的主旨在於探討橋梁支承與防落裝置在地震侵襲時的破壞機制與對整體橋梁破壞模式的影響。在過去的震害經驗中落橋為最嚴重的破壞模式,因此工程師便以設置防落裝置的方式來抵抗落橋的發生,在過去的相關研究多為以實驗與數值模擬的方式驗証防落裝置的效果,而較少對支承、防落裝置之於橋梁作整體性的探討。因此,本文首先將對防落裝置的設計邏輯作概念性的介紹,探討新設與既有橋梁防落補強的差異。再者,以省道台14線炎峰橋為進行境況模擬,建立非線性有限元素分析模型模擬921集集地震時的真實反應,並與震後的破壞情況比較以驗證數值模擬的合理性。最後建議一套合理的判斷準則,以容量需求比值的概念探討典型公路橋梁防落裝置的破壞機制與其對整體橋梁系統破壞模式的影響。參數分析則以變更支承與結構系統的方式,同時輔以防落裝置的設計,以此方向探討整體橋梁的耐震能力,冀望能提供國內工程界從事耐震補強與新設橋梁耐震設計之新的思考方向。
The objective of this thesis is to study the influence of the bearing and unseating prevention systems on failure modes of the bridge system due to earthquake excitations. In recent earthquakes, the most severe damage of the bridge is collapse; therefore, bridge engineers used several unseating prevention devices to prevent the loss of support. Many researches have shown the advantage of using unseating prevention devices by experiences and analytical studies, but few were discussed on the whole bridge system. Several different design concepts of unseating prevention devices are first introduced. Then a non-linear finite element model is established to simulate the performance of Yen-Feng Bridge under 921 Taiwan Chi-Chi Earthquake, and the numerical results are compared with the actual damage observed to verify the accuracy of the analytical model. Finally, based on the criteria of Demand/Capacity ratio and the performance-based viewpoint, a discussion on the failure mechanism of unseating prevention system and their influence on failure mode of a typical highway bridge system is made. Parameter studies are also carried out to assess the seismic performance of the bridge with different bearing strength, types of structure and adding unseating prevention system.
第一章 緒 論................................................1
1.1 研究背景與目的.........................................1
1.2 研究內容...............................................2
第二章 文獻回顧..............................................5
2.1 各國橋梁防落裝置之設計方法.............................5
2.1.1 美國橋梁防落裝置之設計方法[1,2]....................6
2.1.1.1 位移限制裝置 (Restrainer) 設計邏輯.............6
2.1.1.2 防落長度之規定.................................7
2.1.2 日本橋梁防落裝置之設計方法.........................8
2.1.2.1 支承與落橋防制系統之定義.......................8
2.1.2.2 落橋防制系統之設計邏輯........................11
2.1.3 國內橋梁防落裝置之設計方法........................12
2.2 橋梁支承與防落裝置之探討..............................14
第三章 921炎峰橋震害探討....................................23
3.1 地理位置與結構系統概述................................23
3.2 橋梁損害概況..........................................24
3.3 建立結構分析模型與境況模擬............................25
3.3.1 上部與下部結構之模擬..............................26
3.3.2 橡膠支承墊之基本性質..............................27
3.3.2.1 橡膠支承墊之材料性質..........................27
3.3.2.2 橡膠支承墊之力學性質..........................29
3.3.3 支承系統之模擬....................................30
3.3.4 止震塊之模擬......................................31
3.4 各構材強度評估準則....................................32
3.4.1 橋柱剪力強度的評估................................32
3.4.2 止震塊剪力強度的評估..............................35
3.4.3 柱頂與帽梁接合處剪力強度的評估....................36
3.5 分析結果..............................................36
3.5.1 檢核各橋柱之剪力..................................36
3.5.2 檢核各橋柱之軸力彎矩歷時..........................37
3.5.3 支承系統..........................................38
3.5.4 止震塊碰撞力......................................39
3.5.5 支承間相對變位....................................39
3.5.6 伸縮縫相對變位....................................40
3.6 小 結................................................40
第四章 含防止落橋裝置橋梁破壞模式之探討.....................63
4.1 前言..................................................63
4.2 橋梁破壞模式之評估....................................64
4.2.1 單柱橋墩破壞模式之決定............................65
4.2.2 雙柱構架式橋墩破壞模式之決定......................67
4.3 建立橋梁結構分析模型..................................69
4.3.1 上部結構之模擬.....................................69
4.3.2 下部結構之模擬.....................................70
4.3.3 支承系統與防落裝置.................................71
4.3.4 防震拉桿的模擬....................................72
4.3.4.1 鋼棒與鋼絞索之材料性質........................72
4.3.4.2 緩衝橡膠墊之材料性質..........................73
4.3.4.3 防震拉桿的力學性質............................73
4.3.5 橋台之模擬........................................74
4.4 破壞模式判別準則......................................75
4.4.1 需求/容量比值 (Demand / Capacity Ratio)...........76
4.4.2 橋柱損壞之判斷準則................................76
4.4.3 橋台破壞之判斷準則................................77
4.4.4 防落裝置破壞之判斷準則............................77
4.4.5 落橋破壞之判斷準則................................77
4.5 橋梁防落裝置之作用順序................................78
4.6 小 結................................................82
第五章 橋梁結構系統之數值模擬與參數研究....................117
5.1 前言.................................................117
5.2 參數之設定...........................................117
5.3 分析結果與討論.......................................119
5.5 小 結...............................................122
第六章 結論與展望..........................................149
6.1 結 論...............................................149
6.2 展 望...............................................150
參考文獻....................................................151
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