臺灣博碩士論文加值系統

摘要


本研究先介紹脊背橋之外型及構造，再概述其相關設計規範及分析流程，最後再以一實際案例加以說明，並將所得之結果進行討論。本研究主要利用TANGO及SAP2000進行靜力及動力分析，討論脊背橋受不同組合載重影響下，其內力及位移等變化量，再加以檢核是否符合規範要求，以確保橋梁之安全性。

Abstract


This study based on introducing the feature and the structure of Extra-dosed bridges demonstrated with the design specification requirements and selection analysis, and then illustrated with a real case.The main purposes of the work aimed at the static and dynamic analyses by the package TANGO and SAP2000, then discussed the internal forces and deformations of the Extra-dosed bridges under different load combinations. And finally the data were used to comply with the specification requirements to ensure the security of the bridges.

目錄
中文摘要………………………………………………………………I
英文摘要………………………………………………………………II
致謝……………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………IV
圖目錄……………………………………………………………… VIII
表目錄…………………………………………………………………XV
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 前言………………………………………………………1
1.2 研究動機與方法…………………………………………1
1.3 脊背橋的發展概況………………………………………1
第二章 脊背橋導論……………………………………………………6
2.1 前言………………………………………………………6
2.2 脊背橋之構造特…………………………………………6
2.2.1 脊背橋之構造概…………………………………6
2.2.2 脊背橋與斜張橋之比較…………………………7
2.3 主塔………………………………………………………9
2.3.1 主塔型式…………………………………………10
2.3.2 主塔之材料………………………………………13
2.3.3 主塔之錨碇構造…………………………………14
2.4 主梁………………………………………………………17
2.4.1 預力鋼腱之配置…………………………………17
2.4.2 支承系統型式……………………………………18
2.4.3 主梁之材料………………………………………21
2.4.4 主梁之錨碇構造…………………………………23
2.5 外置鋼腱系統……………………………………………24
2.5.1 索面型式…………………………………………25
2.5.2 鋼腱種類…………………………………………27
第三章 脊背橋之設計…………………………………………………31
3.1 設計程序…………………………………………………31
3.2 設計規範…………………………………………………32
3.3 設計載重…………………………………………………33
第四章 脊背橋之分析流程……………………………………………42
4.1 結構分析…………………………………………………42
4.1.1 建立模型…………………………………………42
4.1.2 近似分析…………………………………………42
4.1.3 精確分析…………………………………………42
4.1.4 應力及穩定性分析………………………………43
4.2 分析程式…………………………………………………43
4.2.1 TANGO……………………………………………43
4.2.2 SAP2000…………………………………………．44
4.3 分析流程…………………………………………………45
4.3.1 靜力分析流程……………………………………45
4.3.2 動力分析流程……………………………………46
第五章 脊背橋之靜力與動力分析……………………………………47
5.1 案例簡介…………………………………………………47
5.2 結構分析資料……………………………………………49
5.2.1 節點資料…………………………………………49
5.2.2 斷面資料…………………………………………51
5.3 自然振動頻率……………………………………………61
5.4 分析之重要參數…………………………………………62
5.4.1 主梁預力鋼腱所需考慮之參數…………………62
5.4.2 載重資料…………………………………………63
5.4.3 反應譜輸入………………………………………63
5.4.4 載重組合…………………………………………65
5.5 案例分析…………………………………………………66
5.5.1 初形分析及包絡線………………………………66
5.5.2 主梁受部份均佈載重影響………………………74
5.5.3 風作用於塔及墩上，對主梁之影響……………82
5.5.4 主梁受組合載重一之影響………………………86
5.5.5 主梁受地震力影響………………………………92
5.5.6 主梁受組合載重二之影響……………………．101
5.6分析與檢核………………………………………………110
第六章 結論與建議…………………………………………………．124
參考文獻………………………………………………………………127
圖目錄
圖1.1 小田原港橋………………………………………………………3
圖1.2 森尼伯格(Sunniberg)橋…………………………………………4
圖1.3 愛蘭交流道聯絡道南港溪橋……………………………………5
圖2.1.1 北港媽祖大橋……………………………………………… 11
圖2.1.2 北港媽祖大橋夜景………………………………………… 11
圖2.2 日本栗東橋…………………………………………………… 12
圖2.3 左圖為三角錐形，右圖為金字塔形……………………………12
圖2.4.1 固定端之示意圖…………………………………………… 14
圖2.4.2 固定端完工之示意圖……………………………………… 14
圖2.5.1 交錯錨碇之實體圖………………………………………… 16
圖2.5.2 分離錨碇之實體圖………………………………………… 16
圖2.5.3 鞍座錨碇之實體圖………………………………………… 16
圖2.6 預力鋼腱配置之示意圖……………………………………… 17
圖2.7.1 上海市楊浦大橋…………………………………………… 18
圖2.7.2 滑動支承…………………………………………………… 18
圖2.8 大阪天保山大橋……………………………………………… 19
圖2.9 法國布羅托訥(Brotonne)橋……………………………………19
圖2.10.1 鋼構體系示意圖……………………………………………20
圖2.10.2 南投集鹿大橋………………………………………………20
圖2.11 挪威Skarnsundet橋…………………………………………21
圖2.12 橫濱港灣大橋…………………………………………………22
圖2.13.1 南浦大橋(合成式)…………………………………………23
圖2.13.2 高屏溪橋(混合式)…………………………………………23
圖2.14 施力端之示意圖………………………………………………24
圖2.15 豎琴式外置鋼腱(索面)………………………………………25
圖2.16 輻射式索面……………………………………………………26
圖2.17 扇狀式外置鋼腱(索面)………………………………………26
圖2.18 混合式外置鋼腱………………………………………………27
圖2.19 平行鋼棒………………………………………………………28
圖2.20 封閉式鋼纜……………………………………………………28
圖2.21 橋梁鋼絞索……………………………………………………29
圖2.22 平行鋼線………………………………………………………30
圖2.23 半平行鋼線……………………………………………………30
圖2.24 平行鋼絞索……………………………………………………30
圖3.1 AASHTO HS20-44貨車載重………………………………… 34
圖3.2 AASHTO HS20-44車道載重………………………………… 35
圖5.1 橋梁立面圖…………………………………………………… 47
圖5.2 主梁斷面圖…………………………………………………… 48
圖5.3 主塔立面圖…………………………………………………… 48
圖5.4 靜力分析重要節點編號……………………………………… 50
圖5.5 動力分析重要節點編號……………………………………… 50
圖5.6 主梁預力鋼腱示意圖………………………………………… 59
圖5.7 主梁鋼腱施加預力示意圖…………………………………… 61
圖5.8 自然振態之第一振態(頻率1.1723Hz)………………………62
圖5.9 自然振態之第二振態(頻率1.3169Hz)………………………62
圖5.10 自然振態之第三振態(頻率1.7053Hz)…………………… 62
圖5.11 921集集大地震後，用於一般性結構之加速度反應譜………63
圖5.12.1 脊背橋在實務設計上較常使用之X方向加速度反應譜…64
圖5.12.2 脊背橋在實務設計上較常使用之Y方向加速度反應譜…64
圖5.12.3 脊背橋在實務設計上較常使用之Z方向加速度反應譜…65
圖5.13 主梁受靜載重作用之彎矩圖(t-m)………………………… 67
圖5.14 主梁受靜載重及外置預力鋼腱作用之彎矩圖(t-m)……… 68
圖5.15 主梁受靜載重、內置預力鋼腱及外置預力鋼腱作用之彎矩圖
(t-m)…………………………………………………………69
圖5.16 主梁受靜載重、內置預力鋼腱及外置預力鋼腱作用之軸力圖
(t)……………………………………………………………70
圖5.17 主梁受靜載重、內置預力鋼腱及外置預力鋼腱作用之剪力圖
(t)……………………………………………………………71
圖5.18 主梁受靜載重、內置預力鋼腱及外置預力鋼腱作用之垂直變
位圖(m)………………………………………………………72
圖5.18 車輛移動活載作用下主梁之彎矩包絡線圖(t-m)………… 73
圖5.19 車輛移動活載及靜載重作用下主梁之彎矩包絡線圖
(t-m)…………………………………………………………74
圖5.20 均佈載重左側不對稱擺設示意圖……………………………75
圖5.21 均佈載重左側不對稱擺設主梁軸力圖(t)………………… 75
圖5.22 均佈載重左側不對稱擺設主梁剪力圖(t)………………… 76
圖5.23 均佈載重左側不對稱擺設主梁彎矩圖(t-m)……………… 77
圖5.24 主梁受靜載重、內置預力鋼腱及外置預力鋼腱作用之垂直變
位圖(m)………………………………………………………78
圖5.25 均佈載重右側不對稱擺設示意圖……………………………78
圖5.26 均佈載重右側不對稱擺設主梁軸力圖(t)………………… 79
圖5.27 均佈載重右側不對稱擺設主梁剪力圖(t)………………… 80
圖5.28 均佈載重右側不對稱擺設主梁彎矩圖(t)………………… 81
圖5.29 主梁受靜載重、內置預力鋼腱及外置預力鋼腱作用之垂直變
位圖(m)………………………………………………………82
圖5.30 風力作用於塔及墩上之示意圖………………………………83
圖5.31 風力作用下之主梁軸力圖(t)……………………………… 83
圖5.32 風力作用下之主梁剪力圖(t)……………………………… 84
圖5.33 風力作用下之主梁彎矩圖(t)……………………………… 85
圖5.34 風力作用下之主梁垂直變位圖(m)………………………… 86
圖5.35 主梁左側受均佈載重及風力作用於塔及墩之示意圖………86
圖5.36 主梁左側受均佈載重及風力作用於塔及墩之主梁軸力圖
(t)……………………………………………………………87
圖5.37 主梁左側受均佈載重及風力作用於塔及墩之主梁剪力圖
(t)……………………………………………………………88
圖5.38 主梁左側受均佈載重及風力作用於塔及墩之主梁彎矩圖
(t-m)…………………………………………………………89
圖5.39 主梁右側受均佈載重及風力作用於塔墩之示意圖…………89
圖5.40 主梁右側受均佈載重及風力作用於塔及墩之主梁軸力圖
(t)……………………………………………………………90
圖5.41 主梁右側受均佈載重及風力作用於塔及墩之主梁剪力圖
(t)……………………………………………………………91
圖5.42 主梁右側受均佈載重及風力作用於塔及墩之主梁彎矩圖
(t-m)…………………………………………………………92
圖 5.43 組合一之地震力作用於主梁之軸力圖(t)…………………93
圖 5.44 組合一之地震力作用於主梁之剪力圖(t)…………………94
圖 5.45 組合一之地震力作用於主梁之彎矩圖(t-m)………………95
圖 5.46 組合二之地震力作用於主梁之軸力圖(t)…………………96
圖 5.47 組合二之地震力作用於主梁之剪力圖(t)…………………97
圖 5.48 組合二之地震力作用於主梁之彎矩圖(t-m)………………98
圖 5.49 組合三之地震力作用於主梁之軸力圖(t)…………………99
圖 5.50 組合三之地震力作用於主梁之剪力圖(t)……………… 100
圖 5.51 組合三之地震力作用於主梁之彎矩圖(t-m)…………… 101
圖 5.52 靜載重加組合一之地震力作用於主梁之軸力圖(t)…… 102
圖 5.53 靜載重加組合一之地震力作用下主梁之剪力圖(t)…… 103
圖 5.54 靜載重加組合一之地震力作用下主梁之彎矩圖(t-m)… 104
圖 5.55 靜載重加組合二之地震力作用下主梁之軸力圖(t)…… 105
圖 5.56 靜載重加組合二之地震力作用下主梁之剪力圖(t)…… 106
圖 5.57 靜載重加組合二之地震力作用下主梁之彎矩圖(t-m)… 107
圖 5.58 靜載重加組合三之地震力作用下主梁之軸力圖(t)…… 108
圖 5.59 靜載重加組合三之地震力作用下主梁之剪力圖(t)…… 109
圖 5.60 靜載重加組合三之地震力作用下主梁之彎矩圖(t-m)… 110
圖5.61 初形分析主梁之正應力圖………………………………… 111
圖5.62 組合載重一(均佈於左跨)主梁之正應力圖……………… 112
圖5.63 組合載重一(均佈於右跨)主梁之正應力圖……………… 113
圖5.64 組合載重二(組合一) 主梁之正應力圖……………………114
圖5.65 組合載重二(組合二) 主梁之正應力圖……………………115
圖5.66 組合載重二(組合三) 主梁之正應力圖……………………116
圖5.67 初形分析主梁結構計算之剪力與節塊剪力強度之比值圖
………………………………………………………………117
圖5.68 組合載重一(均佈於左跨)主梁結構計算之剪力與節塊剪力強
度之比值圖…………………………………………………118
圖5.69 組合載重一(均佈於右跨)主梁結構計算之剪力與節塊剪力強
度之比值圖…………………………………………………119
圖5.70 組合載重二(組合一)主梁結構計算之剪力與節塊剪力強度之
比值圖………………………………………………………120
圖5.71 組合載重二(組合二)主梁結構計算之剪力與節塊剪力強度之
比值圖………………………………………………………121
圖5.72 組合載重二(組合二)主梁結構計算之剪力與節塊剪力強度之
比值圖………………………………………………………122
表目錄
表1.1 小田原港橋………………………………………………………3
表1.2 森尼伯格(Sunniberg)橋…………………………………………4
表1.3 愛蘭交流道聯絡道南港溪橋……………………………………5
表2.1 脊背橋與斜張橋之構造概要……………………………………8
表2.2 脊背橋與斜張橋之結構特性……………………………………9
表2.3 脊背橋與斜張橋之主塔型式………………………………… 10
表2.4 脊背橋與斜張橋之主塔材料………………………………… 13
表2.5 脊背橋與斜張橋之錨碇型式………………………………… 14
表2.6 錨碇型式之示意圖…………………………………………… 15
表2.7 脊背橋與斜張橋之支承系統型式…………………………… 18
表2.8 脊背橋與斜張橋之主梁材料………………………………… 21
表2.9 脊背橋與斜張橋之索面型式………………………………… 25
表2.10 脊背橋與斜張橋之鋼腱種類…………………………………27
表3.1 車道數折減因子……………………………………………… 36
表3.2 重組合表……………………………………………………… 40
表5.1 節點數量……………………………………………………… 49
表5.2 靜力之外置鋼腱斷面………………………………………… 51
表5.3 動力之外置鋼腱斷面………………………………………… 51
表5.4 靜力之主梁斷面……………………………………………… 53
表5.5 動力之主梁斷面……………………………………………… 55
表5.6 靜力之橋墩斷面……………………………………………… 56
表5.7 動力之橋墩斷面……………………………………………… 56
表5.8 靜力之橋塔斷面……………………………………………… 57
表5.9 動力之橋塔斷面……………………………………………… 58
表5.10 主梁預力鋼腱斷面……………………………………………59
表5.11 主梁鋼腱所施加預力值………………………………………60

參考文獻
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