臺灣博碩士論文加值系統

本研究嘗試以地震工程性能分析概念評估基樁耐震性能。地工構造物之地震工程性能分析須考量地震、土壤參數、地質構造等變化所可能產生之影響，其評估參數可包括：量測震度、工程需求參數、破壞計量和決策變數。對樁基而言，吾人可依據地震災害機率分析逐項分析上述參數之年超越機率，並依據美國太平洋地震工程研究中心所建議之Framing Equation程序分析特定樁基礎的耐震性能，以滿足設計須求。本研究藉EQWEAP程式探討台北、台中、高雄與宜蘭等四個台灣主要都會區之特定樁基耐震性能，並以近年影響四地之代表性地震為主，藉由各地的地震危害度曲線配合耐震設計規範之中度、設計和最大考量地震所對應的地表最大加速度，並以各地具相似地盤構造的測站紀錄為主進行地震模擬，推求不同地震等級之樁基反應，並以樁頂最大位移為工程需求參數，嘗試建立各地特定樁之不同耐震性能所對應的樁頂位移以及設計參數之影響。
研究結果顯示： (1)台北、台中、高雄與宜蘭四地區之樁基位移危害度結果均有不同，其中宜蘭最高，而台中最小，此結果主要受地層及地震危害度之影響；(2)當改變樁徑、彈性模數、SPT-N與孔隙水壓模式皆會影響樁基位移情形，考量性能設計後影響不如預期，表示性能設計與傳統設計可能有不同結果；(3不同工址的樁基反應明顯不同，除地震因素外，工址地盤較堅硬者，其樁基反應危害小；地盤土層厚度亦將影響結果，分析須視個案而行，同時須檢視破壞計量，以窺全貌；(4) EQWEAP分析程式與PHSA流程相輔使用，確實可得各地之樁基位移危害度曲線。進一步研究可就土壤-樁帽-樁基的互制、材料模式、土壤參數影響等事項加以改善並討論。

This study intends to estimate the seismic performance of piles based on PBEE analysis. The PBEE analysis for geotechnical structures requires the concerns of varying earthquake, soil parameters and geology conditions. It is not only for design purpose, but also for decision making. The valuable parameters can include IM, EDP, DM and DV. One can analyze the probability of annual exceedance for these parameters from PSHA, and discuss the performance of a specific pile foundation based on PEER Framing Equation. This study adopts EQWEAP module to study the seismic performance of a specific pile at four major cities in Taiwan. With the recent representative earthquakes affecting four cities, the medium and design as well as the most concern earthquakes were studied for a certain single pile located in a typical soil profile. The largest pile displacements, selected as EDP , were examined whereas the possible failures were recorded. The maximum pile displacements at different performance levels in these metropolitans were obtained and analyzed to achieve the relationships of the annual rate exceedance and the maxim pile displacements. The influences of the esign factors were discussed. The observation are summarized as follows: (1) The pile displacement hazard in Taichung is the smallest, whereas Yilan has the highest, this is significantly dependent of the seismicity and geological conditions of the site. (2) Enhance the design by increasing the pile diameter and so for may reduce the pile displacement, however the influence in the response hazard curve may not that significant. This reveals clearly the resulting difference between deterministic design and probabilistic design. (3) The seismic hazard of the pile response is dependent of the site conditions, not only the ground stiffness but also the depth of bedrock will affect the results. The analysis must be at project level, and the damage measure of the pile should be taken into account. (4) The EQWEAP analysis is compiled well with the PSHA in this case. Modification of the work can be done with the concerns of soil-cap-pile interactions, material models and the influences of the soil parameters.

中文摘要 I
英文摘要 II
本文目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI

第一章 緒論　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 研究方法與內容 2

第二章 文獻回顧 4
2-1 前言 4
2-2 耐震性能分析 　　 　　　 　　　　 　　　　 6
2-2-1耐震設計原則與目標 6
2-2-2耐震性能分析方法與檢核 13
2-3 樁基地震反應分析 18
2-3-1樁基礎變位分析 18
2-3-2樁基礎地震反應程式分析 24
2-4 台灣地區地震危害度 36

第三章 理論與方法 44
3-1 前言 44
3-2 地震危害機率分析與程序 46
3-3 樁基礎耐震性能分析 56

第四章 台灣地區基樁耐震性能之案例分析　　　　　　　　　　　　　 59
4-1 前言 59
4-2 實際案例簡介與參數說明 60
4-3 台灣地區樁基性能分析 80
4-4 本章小結與討論 104

第五章 台北盆地基樁耐震性能之參數研究 108
5-1 前言 108
5-2 基樁參數研究 109
5-3 土層參數研究 116
5-4 本章小結與討論 121

第六章 結論與建議 　　　　　　　　　　　　　123
6-1 結論 123
6-2 展望與建議 126

參考文獻 126


表 目 錄

表2-1 交通結構物之耐震性能等級I、II、III區分表格
（摘自陳正興等人，2006） 10
表2-2 地震用途群I~III之建物分類 11
表2-3 交通結構物之耐震性能等級和地震再現週期關係
（摘自陳正興等人，2006） 12
表2-4 交通結構物耐震分析方法（摘自陳正興等人，2006） 13
表2-5 交通結構物之耐震性能等級I檢核項目
（摘自陳正興等人，2006） 15
表2-6 交通結構物之耐震性能等級I檢核項目
（摘自陳正興等人，2006） 15
表2-7 樁徑與α、z參數之關係表(摘自張紹綸，2008) 33
表2-8 台灣主要都市再現週期對應之IM地表加速度值 38
表4-1 基樁尺寸及相關參數一覽表 61
表4-2 土層資料一覽表 62
表4-3 台北地區地層資料 62
表4-4 台中地區地層資料 63
表4-5 高雄地區地層資料 63
表4-6 宜蘭地區地層資料 63
表4-7 本研究選用之測站一覽表 70
表4-8 台北地區基樁耐震分析結果 92
表4-8續 台北地區基樁耐震分析結果 93
表4-8續 台北地區基樁耐震分析結果 94
表4-9 台中地區基樁耐震分析結果 95
表4-9續 台中地區基樁耐震分析結果 96
表4-9續 台中地區基樁耐震分析結果 97
表4-10 高雄地區基樁耐震分析結果 98
表4-10續 高雄地區基樁耐震分析結果 99
表4-10續 高雄地區基樁耐震分析結果 100
表4-11 宜蘭地區基樁耐震分析結果 101
表4-11續 宜蘭地區基樁耐震分析結果 102
表4-11續 宜蘭地區基樁耐震分析結果 103
表4-12 台灣主要地區需求與危害曲線建議公式 105
表4-13 台灣主要地區樁頂位移對照表 106
表5-1 改變樁徑之耐震分析結果 112
表5-2 改變E值之耐震分析結果 112
表5-3 改變樁長之耐震分析結果 113
表5-4 改變SPT-N值之耐震分析結果 117
表5-5 改變孔隙水壓模式之耐震分析結果 117
表5-6 基樁參數研究之需求曲線建議公式 121
表5-7 土壤參數研究之需求曲線建議公式 122
圖 目 錄

圖1-1 研究流程圖 3
圖2-1 耐震性能設計之架構圖（重繪自國震中心，2006） 8
圖2-2 性能階段性圖（重繪自日本地盤工學會，2006） 9
圖2-3 結構物性能目標位置圖（重繪自國震中心，2006） 11
圖2-4 耐震性能設計流程圖 17
圖2-5 樁基礎受土壤液化分析流程（重繪自陳正興，2006） 19
圖2-6 土壤液化評估方法之分類（摘自 黃俊鴻，2000） 21
圖2-7 樁基礎耐震性能設計評估流程和可行方法
(改編自陳正興等人，2006) 23
圖2-8 EQWEAP分析程序示意圖 24
圖2-9 側向單樁分析架構平衡示意圖 25
圖2-10 自由場集中質量分解模擬示意圖（摘自張紹綸，2008） 26
圖2-11 地壤受震土壤模數折減與孔隙水壓比之關係圖
（摘自 黃俊鴻等人，2000） 27
圖2-12 孔隙水壓模式完整流程圖 28
圖2-13 基樁波動方程分析流程圖（摘自張紹綸，2008） 31
圖2-14 樁身剛度折減示意圖(摘自張紹綸，2008) 34
圖2-15 EQWEAP與Cyclic 1D孔隙水壓力反應比對
（摘自張紹綸，2008） 35
圖2-16 EQWEAP與ABAQUS土質參數折減地表位移比對
（摘自李漢珽，2008） 35
圖2-17 不同地震危害度曲線比較圖 39
圖2-18 台灣主要都市地震危害度曲線 39
圖2-19 台北地區震源拆解結果（摘自鄭錦桐，2002） 41
圖2-20 台中地區震源拆解結果（摘自鄭錦桐，2002） 41
圖2-21 高雄地區震源拆解結果（摘自鄭錦桐，2002） 43
圖2-22 宜蘭地區震源拆解結果（摘自鄭錦桐，2002） 43
圖3-1 性能分析流程概述（修改自Kramer，2008） 44
圖3-2 地震強度計量(IM)和年超越率(λ)之危害度曲線關係圖
（重繪自Shin，2007） 48
圖3-3 地震震度指標(IM)和工程需求參數(EDP)之需求曲線關係圖
（摘自Kramer，2008） 49
圖3-4 地震震度指標(IM)和超越機率(P)之易損性曲線
（摘自Kramer，2008） 51
圖3-5 工程需求參數(EDP)和年超越率(λ)關係圖
（重繪自Shin，2007） 51
圖3-6 地震震度指標(IM)和工程需求參數指標(EDP)關係條型圖
（摘自Kramer，2008） 52
圖3-7 地震震度指標(IM)和工程需求參數指標(EDP)關係雲狀圖
（摘自Kramer，2008） 53
圖3-8 樁基礎耐震性能設計流程 59
圖4-1 台北地區場址地層剖面圖 64
圖4-2 台中地區場址地層剖面圖 64
圖4-3 高雄地區場址地層剖面圖 65
圖4-4 宜蘭地區場址地層剖面圖 65
圖4-5 台北地區測站地盤反應剪力波速圖（資料來源：中央氣象局） 68
圖4-6 台中地區測站地盤反應剪力波速圖（資料來源：中央氣象局） 68
圖4-7 高雄地區測站地盤反應剪力波速圖（資料來源：中央氣象局） 69
圖4-8 宜蘭地區測站地盤反應剪力波速圖（資料來源：中央氣象局） 69
圖4-9 台北地區測站分佈圖 71
圖4-10 台中地區測站分佈圖 71
圖4-11 高雄地區測站分佈圖 72
圖4-12 宜蘭地區測站分佈圖 72
圖4-13 台北地區各測站921集集地震加速度歷時圖 73
圖4-14 台北地區各測站331宜蘭外海地震加速度歷時圖 74
圖4-15 台中地區各測站921集集地震加速度歷時圖 75
圖4-16 台中地區各測站331宜蘭外海地震加速度歷時圖 76
圖4-17 高雄地區各測站921集集地震加速度歷時圖 77
圖4-18 高雄地區各測站1021嘉義地震加速度歷時圖 78
圖4-19 宜蘭地區各測站921集集地震加速度歷時圖 79
圖4-20 宜蘭地區各測站1021宜蘭外海地震加速度歷時圖 80
圖4-21 台北地區迴歸曲線與原危害度曲線比較圖 82
圖4-22 台北地區之IM-EDP關係圖 82
圖4-23 台北地區樁頂位移之危害度曲線 83
圖4-24 台中地區迴歸曲線與原危害度曲線比較圖 84
圖4-25 台中地區之IM-EDP關係圖 85
圖4-26 台中地區樁頂位移之危害度曲線 86
圖4-27 高雄地區迴歸曲線與原危害度曲線比較圖 87
圖4-28 高雄地區之IM-EDP關係圖 87
圖4-29 高雄地區樁頂位移之危害度曲線 88
圖4-30 高雄地區迴歸曲線與原危害度曲線比較圖 89
圖4-31 宜蘭地區之IM-EDP關係圖 90
圖4-32 宜蘭地區樁頂位移之危害度曲線 91
圖4-33 台灣主要都市危害度曲線比較 104
圖5-1 改變樁徑之IM-EDP關係圖 113
圖5-2 不同樁徑之樁頂位移危害度曲線比較 114
圖5-3 改變彈性模數E值之IM-EDP關係圖 114
圖5-4 改變樁長之IM-EDP關係圖 115
圖5-5 土層各深度之SPT-N值 119
圖5-6 改變SPT-N值之IM-EDP關係圖 119
圖5-7 改變孔隙水壓模式之IM-EDP關係圖 120

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