橋梁耐震補強概述

2023/03/23閱讀時間約 4 分鐘

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  《公路橋梁耐震設計規範》從76年以後經過了幾次的變革,詳細內容表列如下:
  • 76年加入地盤與震區概念。
  • 84年加入韌性設計觀念。
  • 89年因應921地震調整震區劃分。
  • 98年震區劃分改為微分區、加入工址放大係數、加入斷層近域調整因子。
  • 108年修正結構系統韌性容量、修正水平譜加速度係數、總橫力改為等加速度分布。
支承剪力設計地震力需求提高。
墩柱結構設計地震力約提高40%。
基礎結構設計地震力提高約2~3倍。
橋梁耐震補強
  高公局經過可行性評估,認為國道確有補強必要,於是成就了10年橋梁耐震補強計畫,並借用耐震設計規範訂定原則:「小震可修、中震不壞、大震不倒」為口號。
  以108年新版規範進行檢算,墩柱及基礎強度不符規範處,補強方式可分為以下幾種:
  • 增樁擴基:原本基礎為pc樁,增加基樁及鋼管樁數量,搭配基礎擴大及增厚來抵抗增樁造成反力。
  • 支承系統改良:原盤式支承更換為鉛心橡膠支承,以隔震方式來增加橋梁阻尼比,延長震動周期,以降低地震力。
  • 橋墩混凝土包覆:於柱底受彎矩及剪力較大處,進行混凝土擴柱,並進行側推容量分析(C/D),檢核柱斷面是否符合需求。
  • 橋墩鋼板包覆:與橋墩混凝土包覆原理相似,以鋼板對柱體加勁,適用於圓柱。
  • 防落橋機制:增樁擴基墩位增設鋼止震裝置,補足支承剪力不足。鉛心橡膠支承墊柱位除增設鋼止震裝置,亦於單元間設置連接鋼梁,防止單元間側向位移不同步,另原預力吊梁位置增設混凝土止震塊。
基樁適用於河川工地防止沖刷。
鉛心橡膠支承相較於單向活動盤支,可抵傳遞車行方向地震力,故原單向活動盤支墩位可分攤地震力,垂直車行方向因單向活動盤支原本就可以傳遞地震力,故無分攤作用。原單向活動盤支墩位之基樁位置亦設置於車行垂直方向
隔震:結構底部透過隔震機制與地表隔開,間接增加阻尼比。
減震:結構物外加阻尼,底部未與地表隔開。
側推容量分析:以結構分析程式給虛擬模型側向力,看是否符合韌性要求。
因應上述增樁擴基作業,開挖擋土型式分為以下幾種:
  • 鋼板樁:基礎周圍打設鋼板樁,開挖後架設型鋼橫擋及水平支撐。
  • 預壘樁:利用單根鑽頭掘土後放入鋼筋籠灌漿,或採用鑽堡採用小口徑鋼管對接,降低施工需求高度,加勁方式與鋼板樁一致。
  • 預力地錨或對拉:單邊施作擋土支撐時,導致無法以水平支撐施加預力處,可以採預力地錨方法施作。另匝道處可直接洗孔至匝道另一側進行預力對拉。
  • 環形鋼板:類似沉箱方式,將環型鋼片透過開挖沉入地下,應力作用類似隧道,垂直外力轉成鋼板內壓力,環形鋼板變形方式為圓半徑減少,可有效抵抗變形,但因鋼板厚度較薄,開挖容易造成鋼板接合處散掉,成效不彰。
主要結構物及附屬設施應留設足夠間隔:
《公路橋梁耐震設計規範》與《建築物耐震設計規範》,對於地震分級描述內容一樣但字眼不一樣。
《公路橋梁耐震設計規範》地震力分為I、II、III級,分別對應《建築物耐震設計規範》之中小度地震、設計地震、最大考量地震。
中小度地震:回歸期約30年之地震,其50年超越機率約為80%左右。
設計地震:回歸期475年之地震,其50年超越機率約為10%左右。
最大考量地震:回歸期2500年之地震,其50年超越機率約為2%左右。
因結構物生命週期約50年,故以其作為超越標準。
  橋面板伸縮縫等附屬設施留設間隔,以中小度地震力造成位移為計算參數,橋梁單元間與橋台間之留設間隔以設計地震力造成位移為計算參數,鉛心橡膠支承最大位移以最大考量地震力造成位移為計算參數。
  《建築物耐震設計規範》2.16.2節有說明:建築物留設間隔以設計地震力造成位移計算,並考量建築物同時發生最大位移機率,以結構物彈性及韌性參數進行折減。

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