含功能性支承橋梁位移設計法之研究

本論文旨在研提以功能性支承系統做為橋梁耐震設計與補強的位移設計流程。所謂功能性支承系統,係指採用橡膠支承墊做為支承系統之橋梁,賦予橡膠支承墊在強震下可產生滑動摩擦機制以消散地震能量,並使用位移限制裝置限制滑動位移,允許其損壞避免傳遞過大地震力至下部結構,且需提供防止落橋裝置與足夠之防落長度確保不落橋。將橋梁破壞引導至支承摩擦滑動的概念可有效降低下部結構的受力反應與地震力需求,是一種較為經濟的補強與設計方式。有鑑於過去橋梁工程實務設計階段多將橡膠支承視為附屬結構,對於探討橡膠支承墊摩擦係數的的相關文獻付之厥如,本研究試著歸納出可能影響橡膠支承墊摩擦係數之影響因子,然後進行有系統之試驗,建立泛用橡膠支承墊摩擦係數公式,確實掌握橡膠支承墊的摩擦滑動行為。本研究採用複合阻尼比原理發展一雙自由度等效線性系統,計算橋梁含功能性支承系統之受震反應。根據位移設計法概念,由橡膠支承摩擦滑動試驗成果推導等效勁度與等效阻尼比,做為替代結構之基本參數,藉此以彈性位移反應譜迭代分析支承摩擦滑動後橋梁結構最大反應。此外,本研究再以一縮尺單跨橋梁試體進行振動台試驗,並與非線性動力分析方法進行驗證。分析結果顯示,本研究所發展之評估方法,搭配前揭泛用公式計算之橡膠支承墊摩擦係數做為輸入參數,可有效且快速地預測地震作用下橋梁支承摩擦滑動後之位移需求。最後本研究結合橋梁性能設計之概念,研議功能性支承之定義及其耐震性能水準與性能目標,訂定功能性支承各元件之結構行為與損壞機制,以控制各元件功能之啟動序列,並結合前述位移設計流程,研提含功能性支承橋梁耐震設計與補強方法。本論文所得之研究成果冀望能符合提升台灣橋梁耐震能力之所需,且能符合節能減碳的時勢潮流,並達成降低政府財政負擔的目標。

作者:盧智宏