田堯彰臺灣大學：土木工程學研究所翁新鈞2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50631隔震元件使用與技術發展從70年代至今已二十餘年，現今釵h建築物裝設隔震元件，用以減小結構物受到地震力的作用，本研究利用1999年10月2日嘉義大地震時，於台南縣南二高嘉南大圳北幹線一號橋上所蒐集到動力反應資料，進行該隔震橋梁系識別的分析，並建立一座隔震橋梁模型。 本文旨在提出一參數識別法，以識別出結構參數。在識別模型建立的過程中，假設橋面板為剛性，橋柱及樁基礎之力學行為為線性模式。隔震裝置分別考慮人造橡膠支承墊和鉛心橡膠支承墊，其中上部結構藉由人造橡膠支承墊與橋台隔離，橡膠支承墊分析上以線性彈簧模擬其水平勁度，並考慮橋台部分所提供的阻尼效應，而橋柱與上部結構間藉由鉛心橡膠支承墊做為隔震裝置，分析上以遲滯-雙線性模型模擬之，待模型與運動方程式建立後，再根據輸出誤差法，將輸出值與其理論值間的平方差最小化，以求得最佳化的結構參數值。利用這些參數值可反求結構各部分的歷時反應，與實際量測的歷時反應比較，進而驗證識別過程和橋梁模型的可靠性與正確性。目 錄 誌謝………………………………………….…………………一 摘要……………………………………….……………………二 目錄………………………………….…………………………三 表目錄………………………………………………………….六 圖目錄…………………………………………………………七 第一章 緒論……………………...…………………………..1 1.1 研究目的與背景………………………………….........1 1.2 文獻回顧…………….………………………..…….….2 1.3 本文內容…………………………………………...…..5 第二章 隔震原理與土壤互制簡介....………….……......7 2.1 橋梁隔震原理………………………………...………..7 2.2 人造橡膠支承墊………………………………….……9 2.3 鉛心橡膠支承墊………………………….……..…....10 2.4 隔震橋梁設計特點………….………..……….……....12 2.5 基礎分析簡介…………………………………............14 2.5.1 目前相關設計規範……... …………………...15 2.5.2 基礎分析方法…………………………..…….18 第三章 系統識別理論分析過程....….…………..……..19 3.1 前言…………………………………….......................19 3.2 運動方程式之建立…………………………………...20 3.3 遲滯-雙線性模型………………………….................23 3.4 系統識別理論….……………………………..………26 3.5 數值範例……….……………………………..………29 3.5.1 識別過程…..………………………….............29 3.5.2 結論……………………………………………31 第四章 隔震橋梁實例分析……………………..…..…..33 4.1 前言…………………………..………….……...........33 4.2 橋梁資料……………………………………………...34 4.3 實例橋梁識別……………………………...…………34 4.3.1 識別過程………………………………………34 4.3.2 結論………………….………………………37 第五章 結論….………………..………...…………………39 參考文獻…………………………………….………………...42 附表…………………………………………………………….47 附圖…………………………………………………………….51 附錄……………………………………………………...……..84 表 目 錄 表 3.1 樁帽與橋柱參數及人造橡膠支承墊識別資料……...47 表 3.2 鉛心橡膠支承墊參數識別資料…………….…..........47 表 3.3 數值範例歷時誤差指標…...…………………….…...47 表 4.1 人造橡膠支承墊之機械性質………………..….........48 表 4.2 鉛心橡膠支承墊之機械性質.......................................48 表 4.3 橋柱斷面性質...............................................................48 表 4.4 樁基礎與橋柱參數識別資料.......................................49 表 4.5 鉛心橡膠支承墊與人造橡膠支承墊參數識別資料...49 表 4.6 樁帽誤差指標比較圖……………...............................50 表 4.7 橋柱誤差指標比較圖...................................................50 表 4.8 上部結構誤差指標比較圖...........................................50 圖 目 錄 圖2.1 理想化加速度反應譜………………………................51 圖2.2 理想化位移反應譜……………………………………51 圖2.3 增加阻尼之加速度反應譜變化圖……………………52 圖2.4 增加阻尼之位移反應譜變化圖………………………52 圖2.5 理想化遲滯迴圈………………………………………53 圖2.6 鉛心橡膠支承墊示意圖…………………….…….…..53 圖2.7 理想化的LRB遲滯－雙線性模型………….…………54圖2.8 溫克基礎示意圖………………………….….………..55 圖3.1 未含隔震系統反應示意圖…………………………....56 圖3.2 含隔震系統反應示意圖……………………….….......56 圖3.3 隔震橋梁分析模型…….………………...……............57 圖3.4 隔震橋梁動力模擬圖………………………...….........57 圖3.5 樁帽動力平衡示意圖….…………………..….…........58 圖3.6 橋柱頂動力平衡示意圖………………………………58 圖3.7 上部結構動力平衡示意圖……………………………58 圖3.8 遲滯反應及背骨曲線圖……………..………………..59 圖3.9 模擬雙線性之背骨曲線示意圖………………….…...59 圖3.10 樁基礎示意圖…….………………………………….60 圖3.11 樁基礎土層資料…………….…………………….....60 圖3.12 樁帽的回復力反應…………………….….…………61 圖3.13 橋柱的回復力反應……………….………..…….…..61 圖3.14 鉛心橡膠支承墊的非線性回復力反應…………..…62 圖3.15 總誤差值與橋柱勁度之識別關係圖(循環一)…..…62 圖3.16 總誤差值與橋柱阻尼係數之識別關係圖(循環一)..63 圖3.17 總誤差值與模擬橋台阻尼係數之識別關係圖(循環一) ………………………………………………………..63 圖3.18 總誤差值與橡膠支承墊水平勁度之識別係圖(循環一) ………………………………………………………..64 圖3.19 總誤差值與橋柱勁度之識別關係圖(二)……….….64 圖3.20 總誤差值與橋柱阻尼係數之識別係圖(循環二)…....65 圖3.21 總誤差值與模擬橋台阻尼係數之識別關係圖(循環二) ………………………………………………………..65 圖3.22 總誤差值與橡膠支承墊水平勁度之識別係圖(循環二) ……………………………………………………..…66 圖3.23 樁帽之識別與量測加速度歷時比較圖………….….66 圖3.24 樁帽之識別與量測速度歷時比較圖..…..……….….67 圖3.25 樁帽之識別與量測位移歷時比較圖……...………...67 圖3.26 橋柱之識別與量測加速度歷時比較圖..........….…...68 圖3.27 橋柱之識別與量測速度歷時比較圖………..……....68 圖3.28 橋柱之識別與量測位移歷時比較圖..…..………......69 圖3.29 橋面板之識別與量測加速度歷時比較圖..…..……..69 圖3.30 橋面板之識別與量測速度歷時比較圖……………..70 圖3.31 橋面板之識別與量測位移歷時比較圖……………..70 圖3.32 樁帽之識別與量測加速度反應之頻率域比較圖…..71 圖3.33 橋柱之識別與量測加速度反應之頻率域比較圖…..71 圖3.34 橋面板之識別與量測加速度反應之頻率域比較圖… ………………………………………………………..72 圖4.1 南二高嘉南大圳北幹線一號橋上的強震儀裝置圖…73 圖4.2 總誤差值與橋柱勁度之識別關係圖(循環一)……....73 圖4.3 總誤差值與橋柱阻尼係數之識別關係圖(循環一)…. 74 圖4.4 總誤差值與橋柱勁度之識別關係圖(循環二)……....74 圖4.5 總誤差值與橋柱阻尼係數之識別關係圖(循環二)…75 圖4.6 總誤差值與模擬橋台阻尼係數之識別關係圖………75 圖4.7 總誤差值與橡膠支承墊水平勁度之識別關係圖……76 圖4.8 總誤差值與樁帽等值勁度之識別關係圖………..…..76 圖4.9 總誤差值與樁帽等值阻尼係數之識別關係圖……....77 圖4.10 樁帽之識別與量測加速度歷時比較圖………….….77 圖4.11 樁帽之識別與量測速度歷時比較圖….……..…..….78 圖4.12 樁帽之識別與量測位移歷時比較圖……….……….78 圖4.13 橋柱之識別與量測加速度歷時比較圖…….….……79 圖4.14 橋柱之識別與量測速度歷時比較圖………..……....79 圖4.15 橋柱之識別與量測位移歷時比較圖…….………….80 圖4.16 橋面板之識別與量測加速度歷時比較圖………......80 圖4.17 橋面板之識別與量測速度歷時比較圖………..........81 圖4.18 橋面板之識別與量測位移歷時比較圖…...……...…81 圖4.19 樁帽量測與識別加速度反應之頻率域比較圖……..82 圖4.20 橋柱量測與識別加速度反應之頻率域比較圖..……82 圖4.21 橋量測與識別加速度反應之頻率域比較圖……..…83en-US系統識別隔震橋梁鉛心橡膠支承墊Parametric IdentificationIsolated BridgeLead-thesis