張國鎮臺灣大學：土木工程學研究所廖垣銓Liao, Yuen-ChuanYuen-ChuanLiao2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50538在台灣橋梁工程中合成橡膠支承墊被廣泛地使用於支承系統，與國外不同的是大部分施工方式並沒有將支承墊上下端部與橋梁構造固定，這樣的邊界條件使橡膠支承墊具有滑動的可能性。在台灣集集大地震中部分使用橡膠支承墊為支承系統之橋梁產生了支承墊嚴重滑移的現象，但在這些橋梁中大部分的橋柱損害情形反而卻很輕微，這意味著支承墊的滑動可能可以減緩地震力的輸入。 為了進一步瞭解橡膠支承墊對於橋梁整體在地震力作用下的影響，本文設計了雙跨縮尺橋梁試體並使用橡膠支承墊為支承系統，經由真實地震力的試驗來探討地震力傳遞的路徑，並研究橡膠支承墊對於降低地震力輸入的效果。 最後藉由結構數值分析軟體模擬實驗結果，並進一步針對不同的支承系統束制條件進行模擬預測，藉此可比較討論支承束制形式不同時對於橋梁在地震作用下反應的影響。目錄 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究內容 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 橡膠支承墊之構造與性質 5 2.2 橡膠支承墊之力學行為 7 2.2.1 垂直勁度 7 2.2.2 水平勁度 8 2.3 橡膠支承墊之摩擦行為 9 2.4 縮尺單跨振動台試驗 12 2.5 小結 12 第三章 雙跨縮尺橋梁模型試體設計 13 3.1 縮尺原理與概念 13 3.2 橋梁原型 14 3.3 縮尺模型試體設計與製作 14 3.3.1 剛架式橋墩設計 15 3.3.2 橡膠支承墊尺寸 16 3.3.3 上部結構與載重設計 16 3.3.4 試體製作 17 第四章 縮尺雙跨橋梁之振動台試驗 18 4.1 試驗方法 18 4.2 試驗配置 19 4.3 試驗規劃 20 4.4 試驗結果 21 4.4.1 試體反應主要頻率與週期 22 4.4.2 柱底最大應變 23 4.4.3 柱底最大剪力 25 4.4.4 同瞬間之柱底剪力與上部結構慣性力 26 4.4.5 摩擦係數 31 4.4.6 橋梁整體加速度比較 33 4.4.7 碰撞對橋梁的影響 33 第五章 雙跨縮尺橋梁數值分析模擬 35 5.1 建立數值分析模型 35 5.2 橋面板加速度歷時比較 36 5.3 橋面板位移歷時比較 37 5.4 支承墊傳力與變形 37 5.5 柱底最大剪力比較 41 5.6 支承墊滑動對於橋梁的影響 43 第六章 結論與展望 45 參考文獻 47 表目錄 表3.1.1 原結構與縮尺模型在物理與幾何特性上的比例關係 50 表3.3.1 原型與縮尺模型尺寸關係 51 表4.4.1 EL Centro RB組歷時X向反算摩擦係數 51 表4.4.2 EL Centro RB組歷時Y向反算摩擦係數 52 表4.4.3 EL Centro PTFE組歷時X向反算摩擦係數 52 表4.4.4 EL Centro PTFE組歷時Y向反算摩擦係數 52 表4.4.5 KOBE RB組歷時X向反算摩擦係數 53 表4.4.6 KOBE RB組歷時Y向反算摩擦係數 53 表4.4.7 KOBE PTFE組歷時X向反算摩擦係數 54 表4.4.8 KOBE PTFE組歷時Y向反算摩擦係數 54 表4.4.9 TCU06 RB組歷時X向反算摩擦係數 55 表4.4.10 TCU068 RB組歷時Y向反算摩擦係數 55 表4.4.11 TCU068 PTFE組歷時X向反算摩擦係數 56 表4.4.12 TCU068 PTFE組歷時Y向反算摩擦係數 56 表5.1.1 規範所建議之剪力彈性模數 56 表5.4.1 EL Centro RB組歷時X向傳遞力與剪力比較 57 表5.4.2 EL Centro PTFE組歷時X向傳遞力與剪力比較 58 表5.4.3 KOBE RB組歷時X向傳遞力與剪力比較 59 表5.4.4 KOBE PTFE組歷時X向傳遞力與剪力比較 60 表5.4.5 TCU068 RB組歷時X向傳遞力與剪力比較 61 表5.4.6 TCU068 PTFE組歷時X向傳遞力與剪力比較 62 表5.4.7 EL Centro RB組歷時X向支承墊相對位移 62 表5.4.8 EL Centro PTFE組歷時X向支承墊相對位移 63 表5.4.9 KOBE RB組歷時X向支承墊相對位移 63 表5.4.10 KOBE PTFE組歷時X向支承墊相對位移 64 表5.4.11 TCU068 RB組歷時X向支承墊相對位移 64 表5.4.12 TCU068 PTFE組歷時X向支承墊相對位移 65 圖目錄 圖2.1.1 橡膠支承墊構造示意圖 66 圖2.1.2 橡膠支承墊的優點[連福橡膠公司產品目錄] 66 圖2.1.3 橡膠支承墊尺寸示意圖 67 圖2.3.1 正向力與摩擦係數之關係 67 圖2.3.2 三種摩擦基材在相同滑動速度下之摩擦係數比較 68 圖2.3.3初始迴圈摩擦力跳躍現象 68 圖2.3.4單跨橋梁振動台試驗柱底最大應變關係圖 69 圖3.2.1橋梁原型上部結購設計圖 69 圖3.2.2橋梁原型下部結購設計圖 70 圖3.3.1縮尺橋梁鋼柱尺寸設計圖 70 圖3.3.2縮尺橋梁鋼柱加勁板尺寸設計圖 71 圖3.3.3縮尺橋梁帽梁尺寸設計圖 71 圖3.3.4外側帽樑外伸鋼板尺寸圖 72 圖3.3.5內側帽樑外伸鋼板尺寸圖 72 圖3.3.6 橡膠支承墊尺寸圖 73 圖3.3.7上部結構尺寸設計圖 73 圖3.3.8上部結構鋼筋配置圖 74 圖3.3.9外加載重配置圖 74 圖4.2.1 試體配置縱向圖 75 圖4.2.2 試體配置橫向圖 75 圖4.2.3 試體前側儀器配置示意圖 76 圖4.2.4 試體後側儀器配置示意圖 76 圖4.3.1 RB與RB-PTFE組合配置示意圖 77 圖4.4.1 white noise X向100gal主頻轉換結果 77 圖4.4.2 EL Centro 100gal主頻轉換結果 78 圖4.4.3 white noise Y向100gal主頻轉換結果 78 圖4.4.4 EL Centro Y向100gal主頻轉換結果 79 圖4.4.5 EL CENTRO RB組歷時X向PGA與柱底最大應變關係 79 圖4.4.6 EL CENTRO RB組歷時Y向PGA與柱底最大應變關係 80 圖4.4.7 EL CENTRO PTFE組歷時X向PGA與柱底最大應變關係 80 圖4.4.8 EL CENTRO PTFE組歷時Y向PGA與柱底最大應變關係 81 圖4.4.9 KOBE RB組歷時X向PGA與柱底最大應變關係 81 圖4.4.10 KOBE RB組歷時Y向PGA與柱底最大應變關係 82 圖4.4.11 KOBE PTFE組歷時X向PGA與柱底最大應變關係 82 圖4.4.12 KOBE PTFE組歷時Y向PGA與柱底最大應變關係 83 圖4.4.13 TCU068 RB組歷時X向PGA與柱底最大應變關係 83 圖4.4.14 TCU068 RB組歷時Y向PGA與柱底最大應變關係 84 圖4.4.15 TCU068 PTFE組歷時X向PGA與柱底最大應變關係 84 圖4.4.16 TCU068 PTFE組歷時Y向PGA與柱底最大應變關係 85 圖4.4.17 EL Centro RB組歷時X向PGA與柱底最大剪力關係 85 圖4.4.18 EL Centro RB組歷時Y向PGA與柱底最大剪力關係 86 圖4.4.19 EL Centro PTFE組歷時X向PGA與柱底最大剪力關係 86 圖4.4.20 EL Centro PTFE組歷時Y向PGA與柱底最大剪力關係 87 圖4.4.21 KOBE RB組歷時X向PGA與柱底最大剪力關係 87 圖4.4.22 KOBE RB組歷時Y向PGA與柱底最大剪力關係 88 圖4.4.23 KOBE PTFE組歷時X向PGA與柱底最大剪力關係 88 圖4.4.24 KOBE PTFE組歷時Y向PGA與柱底最大剪力關係 89 圖4.4.25 TCU RB組歷時X向PGA與柱底最大剪力關係 89 圖4.4.26 TCU RB組歷時Y向PGA與柱底最大剪力關係 90 圖4.4.27 TCU PTFE組歷時X向PGA與柱底最大剪力關係 90 圖4.4.28 TCU PTFE組歷時Y向PGA與柱底最大剪力關係 91 圖4.4.29 橋梁模型力量傳遞關係圖 91 圖4.4.30 EL Centro RB組歷時X向上構慣性力與柱底剪力比較 92 圖4.4.31 EL Centro RB組歷時Y向上構慣性力與柱底剪力比較 92 圖4.4.32 EL Centro PTFE組歷時X向上構慣性力與柱底剪力比較 93 圖4.4.33 EL Centro PTFE組歷時Y向上構慣性力與柱底剪力比較 93 圖4.4.34 KOBE RB組歷時X向上構慣性力與柱底剪力比較 94 圖4.4.35 KOBE RB組歷時Y向上構慣性力與柱底剪力比較 94 圖4.4.36 KOBE PTFE組歷時X向上構慣性力與柱底剪力比較 95 圖4.4.37 KOBE PTFE組歷時Y向上構慣性力與柱底剪力比較 95 圖4.4.38 TCU068 RB組歷時X向上構慣性力與柱底剪力比較 96 圖4.4.39 TCU068 RB組歷時Y向上構慣性力與柱底剪力比較 96 圖4.4.40 TCU068 PTFE組歷時X向上構慣性力與柱底剪力比較 97 圖4.4.41 TCU068 PTFE組歷時Y向上構慣性力與柱底剪力比較 97 圖4.4.42 EL Centro RB組歷時X向南側柱剪力上下限比較 98 圖4.4.43 EL Centro RB組歷時X向中側柱剪力上下限比較 98 圖4.4.44 EL Centro RB組歷時X向北側柱剪力上下限比較 99 圖4.4.45 EL Centro PTFE組歷時X向南側柱剪力上下限比較 99 圖4.4.46 EL Centro PTFE組歷時X向中側柱剪力上下限比較 100 圖4.4.47 EL Centro PTFE組歷時X向北側柱剪力上下限比較 100 圖4.4.48 KOBE RB組歷時X向南側柱剪力上下限比較 101 圖4.4.49 KOBE RB組歷時X向中側柱剪力上下限比較 101 圖4.4.50 KOBE RB組歷時X向北側柱剪力上下限比較 102 圖4.4.51 KOBE PTFE組歷時X向南側柱剪力上下限比較 102 圖4.4.52 KOBE PTFE組歷時X向中側柱剪力上下限比較 103 圖4.4.53 KOBE PTFE組歷時X向北側柱剪力上下限比較 103 圖4.4.54 TCU068 RB組歷時X向南側柱剪力上下限比較 104 圖4.4.55 TCU068 RB組歷時X向中側柱剪力上下限比較 104 圖4.4.56 TCU068 RB組歷時X向北側柱剪力上下限比較 105 圖4.4.57 TCU068 PTFE組歷時X向南側柱剪力上下限比較 105 圖4.4.58 TCU068 PTFE組歷時X向中側柱剪力上下限比較 106 圖4.4.59 TCU068 PTFE組歷時X向北側柱剪力上下限比較 106 圖4.4.60 地表、帽梁與橋面板加速度比較 107 圖4.4.61 發生碰撞時地表、外側帽梁與橋面板加速度比較放大圖 107 圖4.4.62 碰撞時兩跨上部結構速度歷時放大圖 108 圖4.4.63 碰撞時兩跨上部結構位移歷時放大圖 108 圖4.4.64 碰撞時中側柱應變歷時放大圖 109 圖4.4.65 碰撞時南側柱應變歷時放大圖 109 圖4.4.66 碰撞時北側柱應變歷時放大圖 110 圖5.1.1橡膠支承墊性質設定 111 圖5.1.2 數值模型圖 112 圖5.1.3 數值模型圖 112 圖5.2.1 EL Centro RB組歷時X向0.1G橋面板加速度歷時比較 113 圖5.2.2 EL Centro RB組歷時X向0.4G橋面板加速度歷時比較 113 圖5.2.3 EL Centro RB組歷時X向0.7G橋面板加速度歷時比較 113 圖5.2.4 EL Centro PTFE組歷時X向0.1G橋面板加速度歷時比較 114 圖5.2.5 EL Centro PTFE組歷時X向0.4G橋面板加速度歷時比較 114 圖5.2.6 EL Centro PTFE組歷時X向0.7G橋面板加速度歷時比較 114 圖5.2.7 EL Centro RB組歷時Y向0.1G橋面板加速度歷時比較 115 圖5.2.8 EL Centro RB組歷時Y向0.3G橋面板加速度歷時比較 115 圖5.2.9 EL Centro PTFE組歷時Y向0.1G橋面板加速度歷時比較 115 圖5.2.10 EL Centro PTFE組歷時Y向0.3G橋面板加速度歷時比較 116 圖5.2.11 KOBE RB組歷時X向0.1G橋面板加速度歷時比較 116 圖5.2.12 KOBE RB組歷時X向0.4G橋面板加速度歷時比較 116 圖5.2.13 KOBE RB組歷時X向0.7G橋面板加速度歷時比較 117 圖5.2.14 KOBE PTFE組歷時X向0.1G橋面板加速度歷時比較 117 圖5.2.15 KOBE PTFE組歷時X向0.4G橋面板加速度歷時比較 117 圖5.2.16 KOBE PTFE組歷時X向0.7G橋面板加速度歷時比較 118 圖5.2.17 KOBE RB組歷時Y向0.1G橋面板加速度歷時比較 118 圖5.2.18 KOBE RB組歷時Y向0.3G橋面板加速度歷時比較 118 圖5.2.19 KOBE PTFE組歷時Y向0.1G橋面板加速度歷時比較 119 圖5.2.20 KOBE PTFE組歷時Y向0.3G橋面板加速度歷時比較 119 圖5.2.21 TCU068 RB組歷時X向0.1G橋面板加速度歷時比較 119 圖5.2.22 TCU068 RB組歷時X向0.4G橋面板加速度歷時比較 120 圖5.2.23 TCU068 RB組歷時X向0.7G橋面板加速度歷時比較 120 圖5.2.24 TCU068 PTFE組歷時X向0.1G橋面板加速度歷時比較 120 圖5.2.25 TCU068 PTFE組歷時X向0.3G橋面板加速度歷時比較 121 圖5.2.26 TCU068 PTFE組歷時X向0.5G橋面板加速度歷時比較 121 圖5.2.27 TCU068 RB組歷時Y向0.1G橋面板加速度歷時比較 121 圖5.2.28 TCU068 RB組歷時Y向0.2G橋面板加速度歷時比較 122 圖5.2.29 TCU068 PTFE組歷時Y向0.1G橋面板加速度歷時比較 122 圖5.2.30 TCU068 PTFE組歷時Y向0.2G橋面板加速度歷時比較 122 圖5.2.31 KOBE RB組歷時X向0.7G橋面板碰撞加速度放大圖 123 圖5.2.32 KOBE PTFE組歷時X向0.7G橋面板碰撞加速度放大圖 123 圖5.3.1 EL Centro RB組歷時X向0.1G橋面板位移歷時比較 123 圖5.3.2 EL Centro RB組歷時X向0.4G橋面板位移歷時比較 124 圖5.3.3 EL Centro RB組歷時X向0.7G橋面板位移歷時比較 124 圖5.3.4 EL Centro PTFE組歷時X向0.1G橋面板位移歷時比較 124 圖5.3.5 EL Centro PTFE組歷時X向0.4G橋面板位移歷時比較 125 圖5.3.6 EL Centro PTFE組歷時X向0.7G橋面板位移歷時比較 125 圖5.3.7 EL Centro RB組歷時Y向0.1G橋面板位移歷時比較 125 圖5.3.8 EL Centro RB組歷時Y向0.3G橋面板位移歷時比較 126 圖5.3.9 EL Centro PTFE組歷時Y向0.1G橋面板位移歷時比較 126 圖5.3.10 EL Centro PTFE組歷時Y向0.3G橋面板位移歷時比較 126 圖5.3.11 KOBE RB組歷時X向0.1G橋面板位移歷時比較 127 圖5.3.12 KOBE RB組歷時X向0.4G橋面板位移歷時比較 127 圖5.3.13 KOBE RB組歷時X向0.7G橋面板位移歷時比較 127 圖5.3.14 KOBE PTFE組歷時X向0.1G橋面板位移歷時比較 128 圖5.3.15 KOBE PTFE組歷時X向0.4G橋面板位移歷時比較 128 圖5.3.16 KOBE PTFE組歷時X向0.7G橋面板位移歷時比較 128 圖5.3.17 KOBE RB組歷時Y向0.1G橋面板位移歷時比較 129 圖5.3.18 KOBE RB組歷時Y向0.3G橋面板位移歷時比較 129 圖5.3.19 KOBE PTFE組歷時Y向0.1G橋面板位移歷時比較 129 圖5.3.20 KOBE PTFE組歷時Y向0.3G橋面板位移歷時比較 130 圖5.3.21 TCU068 RB組歷時X向0.1G橋面板位移歷時比較 130 圖5.3.22 TCU068 RB組歷時X向0.4G橋面板位移歷時比較 130 圖5.3.23 TCU068 RB組歷時X向0.7G橋面板位移歷時比較 131 圖5.3.24 TCU068 PTFE組歷時X向0.1G橋面板位移歷時比較 131 圖5.3.25 TCU068 PTFE組歷時X向0.3G橋面板位移歷時比較 131 圖5.3.26 TCU068 PTFE組歷時X向0.5G橋面板位移歷時比較 132 圖5.3.27 TCU068 RB組歷時Y向0.1G橋面板位移歷時比較 132 圖5.3.28 TCU068 RB組歷時Y向0.2G橋面板位移歷時比較 132 圖5.3.29 TCU068 PTFE組歷時Y向0.1G橋面板位移歷時比較 133 圖5.3.30 TCU068 PTFE組歷時Y向0.2G橋面板位移歷時比較 133 圖5.4.1支承墊傳力與柱底剪力之關係圖 133 圖5.5.1 EL Centro RB組歷時X向南側柱最大柱底剪力比較 134 圖5.5.2 EL Centro RB組歷時X向中側柱最大柱底剪力比較 134 圖5.5.3 EL Centro RB組歷時X向北側柱最大柱底剪力比較 135 圖5.5.4 EL Centro RB組歷時Y向南側柱最大柱底剪力比較 135 圖5.5.5 EL Centro RB組歷時Y向中側柱最大柱底剪力比較 136 圖5.5.6 EL Centro RB組歷時Y向北側柱最大柱底剪力比較 136 圖5.5.7 EL Centro PTFE組歷時X向南側柱最大柱底剪力比較 137 圖5.5.8 EL Centro PTFE組歷時X向中側柱最大柱底剪力比較 137 圖5.5.9 EL Centro PTFE組歷時X向北側柱最大柱底剪力比較 138 圖5.5.10 EL Centro PTFE組歷時Y向南側柱最大柱底剪力比較 138 圖5.5.11 EL Centro PTFE組歷時Y向中側柱最大柱底剪力比較 139 圖5.5.12 EL Centro PTFE組歷時Y向北側柱最大柱底剪力比較 139 圖5.5.13 KOBE RB組歷時X向南側柱最大柱底剪力比較 140 圖5.5.14 KOBE RB組歷時X向中側柱最大柱底剪力比較 140 圖5.5.15 KOBE RB組歷時X向北側柱最大柱底剪力比較 141 圖5.5.16 KOBE RB組歷時Y向南側柱最大柱底剪力比較 141 圖5.5.17 KOBE RB組歷時Y向中側柱最大柱底剪力比較 142 圖5.5.18 KOBE RB組歷時Y向北側柱最大柱底剪力比較 142 圖5.5.19 KOBE PTFE組歷時X向南側柱最大柱底剪力比較 143 圖5.5.20 KOBE PTFE組歷時X向中側柱最大柱底剪力比較 143 圖5.5.21 KOBE PTFE組歷時X向北側柱最大柱底剪力比較 144 圖5.5.22 KOBE PTFE組歷時Y向南側柱最大柱底剪力比較 144 圖5.5.23 KOBE PTFE組歷時Y向中側柱最大柱底剪力比較 145 圖5.5.24 KOBE PTFE組歷時Y向北側柱最大柱底剪力比較 145 圖5.5.25 TCU068 RB組歷時X向南側柱最大柱底剪力比較 146 圖5.5.26 TCU068 RB組歷時X向中側柱最大柱底剪力比較 146 圖5.5.27 TCU068 RB組歷時X向北側柱最大柱底剪力比較 147 圖5.5.28 TCU068 RB組歷時Y向南側柱最大柱底剪力比較 147 圖5.5.29 TCU068 RB組歷時Y向中側柱最大柱底剪力比較 148 圖5.5.30 TCU068 RB組歷時Y向北側柱最大柱底剪力比較 148 圖5.5.31 TCU068 PTFE組歷時X向南側柱最大柱底剪力比較 149 圖5.5.32 TCU068 PTFE組歷時X向中側柱最大柱底剪力比較 149 圖5.5.33 TCU068 PTFE組歷時X向北側柱最大柱底剪力比較 150 圖5.5.34 TCU068 PTFE組歷時Y向南側柱最大柱底剪力比較 150 圖5.5.35 TCU068 PTFE組歷時Y向中側柱最大柱底剪力比較 151 圖5.5.36 TCU068 PTFE組歷時Y向北側柱最大柱底剪力比較 151 圖5.5.37 EL Centro RB組歷時X向加速度反應譜 152 圖5.5.38 TCU068 RB組歷時Y向加速度反應譜 152 圖5.6.1 EL Centro RB組歷時上部結構最大加速度模擬比較 153 圖5.6.2 EL Centro PTFE組歷時上部結構最大加速度模擬比較 153 圖5.6.3 KOBE RB組歷時上部結構最大加速度模擬比較 154 圖5.6.4 KOBE PTFE組歷時上部結構最大加速度模擬比較 154 圖5.6.5 TCU068 RB組歷時上部結構最大加速度模擬比較 155 圖5.6.6 TCU068 PTFE組歷時上部結構最大加速度模擬比較 155 圖5.6.7 EL Centro RB組歷時上部結構最大相對位移模擬比較 156 圖5.6.8 EL Centro PTFE組歷時上部結構最大相對位移模擬比較 156 圖5.6.9 KOBE RB組歷時上部結構最大相對位移模擬比較 157 圖5.6.10 KOBE PTFE組歷時上部結構最大相對位移模擬比較 157 圖5.6.11 TCU068 RB組歷時上部結構最大相對位移模擬比較 158 圖5.6.12 TCU068 PTFE組歷時上部結構最大相對位移模擬比較 158 照片目錄 照片3.3.1上構鋼筋綁紮 159 照片3.3.2上構混凝土澆置 159 照片3.3.3橡膠支承墊外觀 160 照片3.3.4鋼柱組立 160 照片3.3.5無收縮水泥砂漿灌置 161 照片4.2.1 試體配置全景 161 照片4.2.2 試體配置側照 162 照片4.4.1 支承墊上側永久位移 162 照片4.4.2 支承墊下側永久位移 163 照片4.4.3 RB表面刮痕 163 照片4.4.4 RB-PTFE表面刮痕 164 照片4.4.5 無收縮水泥砂漿表面的橡膠摩擦痕跡 164 照片4.4.6 無收縮水泥砂漿表面的橡膠摩擦痕跡 1653009125 bytesapplication/pdfen-US橋梁震動台試驗雙跨縮尺橋樑橡膠支承墊bridgeshaking table teststhe scale-down two spans simple supported bridgerubber 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