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研究生:黃景林
論文名稱:地震引發局部化變形對橋梁局部損壞之影響
論文名稱(外文):Influence of Earthquake Induced Localizations of Deformations on the Local Damagesof Bridges
指導教授:許澤善許澤善引用關係
口試委員:吳瑞龍林志森
口試日期:2014-07-12
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木工程學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:地震地動局部化變形剪裂帶橋梁耐震設計
外文關鍵詞:earthquakeground motionlocalizations of deformationsshear bandingseismic design specifications of bridges
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由於岩石力學與斷層力學之跨領域學術結合,岩石沿斷層面滑移之力學機制與效應越來越明確;在此一情況下,越來越多的實際案例證明大地震中除地動會危害橋梁外,局部化變形存在的範圍亦會造成耐震設計橋梁之破壞。
有鑑於此,本研究狀況區分為耐震設計規範頒布前與頒布後興建之橋梁,而在每一狀況下分別選擇日本311東北大地震災區不受海嘯影響之橋梁各三座進行研究。研究結果顯示只要地震中排除剪裂帶錯動之影響,即使是耐震設計規範頒布前之橋梁亦未在大地震出現明顯破壞現象;反之,地震中一旦未排除剪裂帶錯動之影響,即使是耐震設計規範頒布後之橋梁亦在大地震出現明顯破壞現象。
藉由斷層擴展之力學機制得知活動斷層滑移時會圍繞著活動斷層出現各種不同的剪裂構造;由於快速剪裂過程中岩石會出現體積膨脹現象,而體積快速膨脹會使岩石脆性破裂程度增加,因而會直接破壞橋梁基礎或間接造成相鄰兩橋墩基礎之水平及垂直錯動,進而使橋梁各構件因局部化變形而出現脆性破裂的剪裂帶,事實證明這就是耐震設計規範頒布後一些橋梁減震構件在大地震破壞之主要原因。
藉由本論文所發現橋梁在大地震中破壞之實際原因後,作者建議未來的橋梁耐震規範能將局部化變形衍生的剪裂帶錯動納入考量,藉以避免符合耐震規範之河床深槽彎區段上之橋梁仍普遍在大地震中破壞。
The interdisciplinary academic integration of rock mechanics and fault mechanics has made the mechanism and effect of rock slipping along the fault plane more and more clarified. Under such circumstances, it has been proven in more and more practical cases that, in addition to the bridge damage caused by ground motions during earthquakes, the area of localizations of deformations will also lead to damages to bridges with seismic resistant designs.
In view of the above, bridges constructed both before and after the promulgation of seismic design specifications of bridges have studied in this research. In each case, three bridges in the disaster area of 311 earthquake in Northeastern Japan which were not affected by the tsunami have selected. Results from this dissertation indicate that, as long as the influence of shear banding is excluded, even bridges before the promulgation of seismic design specifications did not show any obvious damage during a severe earthquake. On the contrary, if the influence of shear banding is not excluded during a huge earthquake, even bridges after the promulgation of seismic design specifications showed obvious damages during the major earthquake.
It has been shown by the mechanism of fault propagation that the slipping of active fault will lead to various fractures associated to brittle shears surrounding the active fault, and the rapid shearing fracture process will trigger the volume expansion of rock. This will then increase the degree of brittle fracture of rock, which will directly damage the bridge foundation or indirectly cause horizontal and vertical relative movements for the foundations of each two adjacent piers, thus leading to shear planes of brittle fractures among various components of bridges due to localizations of deformations. These facts have proven to be the main cause of damages to vibration reducing components of some bridges during a severe earthquake after the promulgation of seismic design specifications of bridges.
With the discovery of the actual reason leading to bridge damage during a major earthquake in this dissertation, the author has suggested that future bridge seismic design specifications should take into consideration the shear banding caused by localizations of deformations in order to avoid widespread damages to the bridges (which are in compliance with seismic design specifications) over curved incised riverbed during a major earthquake.
摘 要 …………………………………………………………………………………………………………………….i
Abstract …………………………………………………………………………………………………………………..iii
誌 謝 …………………………………………………………………………………………………………………….v
目 錄 ……………………………………………………………………………………………………………………vi
表目錄 ……………………………………………………………………………………………………………………ix
圖目錄 …………………………………………………………………………………………………………………….x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2研究目的 4
1.3研究步驟 5
第二章 文獻回顧 7
2.1 大地震中橋梁破壞型式 7
2.1.1上部結構 7
2.1.2下部結構 13
2.2 台灣921集集大地震中之橋梁破壞 20
2.2.1 埤豐橋 20
2.2.2石圍橋 20
2.2.3 烏溪橋 21
2.2.4 炎峰橋 22
2.2.5 桶頭橋 26
2.3斷層與剪裂構造 27
2.4 朗金條件下之剪裂帶 29
2.5斷層或剪裂帶造成的地形特徵 30
2.6 剪裂帶理論模式及數值模擬分析 32
2.7剪裂帶辨識方法與辨識程序 34
第三章 研究內容與研究方法 35
3.1 地理位置 35
3.1.1 閖上大橋 35
3.1.2 寶堰車道橋及步道橋 36
3.1.3 天王橋 36
3.1.4 仙台東部道路路橋P52 37
3.1.5 城前大橋 37
3.1.6 東松島大橋 37
3.2 地震條件 37
3.3各橋梁鄰近地區之位移速度向量分佈圖 39
3.3.1 閖上大橋 42
3.3.2 寶堰車道橋及步道橋 43
3.3.3天王橋 44
3.3.4仙台東部道路路橋P52 45
3.3.5城前大橋 46
3.3.6 東松島大橋 47
3.4 各橋梁及鄰近地區之衛星影像圖 48
3.4.1 閖上大橋 48
3.4.2 寶堰車道橋及步道橋 49
3.4.3 天王橋 50
3.4.4仙台東部道路路橋P52 51
3.4.5城前大橋 52
3.4.6 東松島大橋 53
3.5剪裂帶之辨識 54
3.5.1藉由位移速度向量圖 54
3.5.2藉由衛星影像圖 54
3.6 日本311東北大地震中各橋梁出現之破壞現象 54
3.6.1 閖上大橋 54
3.6.2 寶堰車道橋及步道橋 56
3.6.3天王橋 59
3.6.4仙台東部道路路橋P52 60
3.6.5城前大橋 63
3.6.6東松島大橋 64
3.8 大地震中橋梁局部破壞與局部化變形之關係探討 65
第四章 研究結果之比較與討論 66
4.1 藉由位移速度向量分佈圖之剪裂帶辨識結果 66
4.1.1 閖上大橋 66
4.1.2 寶堰車道橋及步道橋 67
4.1.3 天王橋 68
4.1.4 仙台東部道路路橋P52 69
4.1.5 城前大橋 70
4.1.6東松島大橋 71
4.2 藉由衛星影像圖之剪裂帶辨識結果 72
4.2.1 閖上大橋 72
4.2.2 寶堰車道橋及步道橋 73
4.2.3 天王橋 74
4.2.4 仙台東部道路路橋P52 75
4.2.5 城前大橋 76
4.2.6東松島大橋 77
4.3 大地震中局部化變形有關橋梁破壞機制之探討結果 78
4.3.1 閖上大橋 78
4.3.2 寶堰車道橋及步道橋 78
4.3.3 天王橋 79
4.3.4 仙台東部道路路橋P52 80
4.3.5 城前大橋 81
4.3.6東松島大橋 82
4.4橋梁地震模擬分析程序之探討 83
第五章 結論與建議 85
參考文獻 89
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http://www.youtube.com/watch?v=OOpZZ-aIcJVc
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[18] Google Earth, 網址:http://www.google.com/earth/index.html
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[21] Madabhushi,G., Knappett,J. and Haigt, S., Design of Pile Foundations in Liquefiable Soils, Imperial College Press, 2010.
[22] Whiteny, C. H., Earth Pressures and Retaining Walls, New York,1957。
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