國內之相關試驗

在國內研究方面，有高雄第一科技大學鄭錦銅教授針對搖擺橋柱自由振動行 為進行之理論分析與試驗研究【31】，其考量之試體模型示意圖繪於圖 2. 14，如 圖所示，該研究之搖擺界面為柱底而非基礎底，且柱中心配置預力鋼鍵以提供回 復力，研究參數包含柱底之搖擺界面材料（鋼或硬塑膠材料）、橋柱斷面幾何形狀

（圓形或矩形）、預力鋼鍵面積、橋柱高寬比等。交通大學王彥博教授則進行A 架 形式高橋墩之搖擺機制隔震研究，其研究內容也包括理論分析模擬與試驗，其試 驗模型配置圖與相片列於圖 2. 15。如圖所示，其研究對象為雙柱高橋墩之搖擺振 動性能，進行之動態試驗包含自由搖擺振動試驗與振動台試驗，振動台試驗採用 之歷時為1940 年 El Centro 地震。試驗模型為 2 m 高 1 : 50 之縮尺 A 架模型，模擬 原為100 m 之鋼筋混凝土高橋墩(高寬比 10)，試體材料為鋼管。其理論分析與實驗 研究結果均證實搖擺機制對於高橋墩耐震性能之貢獻。

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圖 2. 14 鄭錦銅教授【32】之自由振動實驗模型

圖 2. 15 王彥博教授【33】之實驗模型配置與相片

2.8 小結

目前文獻上美國與日本之實驗研究均只針對小尺寸試體進行研究，也未將鋼 筋混凝土橋柱本身之韌性與柔性納入考量。以美國文獻【27】與日本文獻【28】

之實驗為例，兩者均為振動台實驗，但文獻【27】採用之歷時加速度偏小，而文 獻【28】之鋼橋柱設計強度高，故其在實驗過程中仍維持彈性，兩者皆無法由實 驗中了解搖擺機制與橋柱非線性變形之關係。事實上對於既有橋梁之補強設計，

若想將直接基礎搖擺機制所能提供之消能與降低地震需求等優點納入考量，一定 得先對韌性不足之橋柱直接基礎搖擺行為進行研究。此外，文獻【27】和文獻【30】

都提供一相當重要的訊息，即雙向地震反應並非單向地震反應之簡單相加，而是 具加成效果，這是將來在進行規範修訂時須特別注意之事項。美國方面所進行實 驗之另一特色為UC Davis 在離心機所進行之實驗，該實驗雖然也是針對小試體進 行研究，然而藉由離心機改變重力加速度可以降低尺寸效應之影響，不過其研究

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重點主要在土壤之模擬與土壤之沉陷問題，至於橋柱本身之變形則完全沒有考 慮。在數值分析模型方面，採用非線性Winkler foundation 模擬基礎-土壤互制力幾 乎已是共識，惟經與實驗分析結果之比對發現，Winkler foundation 模擬結果之好 壞與土壤彈簧性質之選取息息相關，而實驗中採用橡膠墊模擬土壤，其對應之實 際彈簧性質以及其與真實土壤性質之對應關係仍尚待進一步之研究。數值分析之 另一重點為橋柱之模擬，大部分之文獻因未考量橋柱之韌性與柔性，所以橋柱之 模擬相對簡化，也未考量其非線性行為，只有文獻【30】將橋柱非線性納入分析 中，並以纖維元素模擬塑鉸。至於在國內研究方面，文獻【31～33】等均已證實 搖擺機制對橋梁耐震之貢獻，惟其研究對象均非本研究之鋼筋混凝土橋柱直接基 礎。

綜上所述，目前美國與日本在直接基礎搖擺機制之行為研究上已有初步成 果，並提供相關實驗技術與分析模型可供參考，惟尚有很多問題仍待釐清，如老 舊橋梁補強案例中常見之韌性不足試體之搖擺耐震行為，小尺寸實驗之尺寸效應 影響，完整之參數分析研究等。故本論文將分兩大對象進行研究，包括針對依現 行規範設計之新建橋梁直接基礎搖擺機制，以及韌性或強度不足之既有老舊橋梁 之直接基礎搖擺機制，並分別配合大尺寸模型之實驗與非線性數值模擬分析模型 之開發，探討直接基礎搖擺機制可提供之韌性需求與地震需求降低。最後依實驗 結果修正數值分析模型，以數值分析模型進行參數分析，以作為修正相關規範與 評估手冊之依據。

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