國際航海協會港灣構造物耐震設計準則

國際航海協會(INA)之港灣構造物耐震設計準則(Seismic Design Guidelines for Port Structures)將碼頭構造物依重要性分為四個等級 (S,A,B,C)，設計地震力分為兩個等級(Level 1,Level 2)，而性能水準依 結 構 損 害 程 度 及 功 能 喪 失 程 度 分 為 四 個 等 級 (Degree I, Degree II ,Degree III ,Degree IV)，該規範性能目標之詳細定義內容如下所述。

5.4.1 性能目標

等級一地震力作用下，等級 S、A、B 需保持第 I 等級的損害程度，

等級 C 需保持第Ⅱ等級的損害程度。等級二地震力作用下，等級 S 需 保持第 I 等級的損害程度，等級 A 需保持第Ⅱ等級的損害程度，等級 B 需保持第Ⅲ等級的損害程度，等級 C 需保持第Ⅳ等級的損害程度。

表 5-30 INA 各等級耐震構造物之性能目標

性能水準

地震力 第Ⅰ級 第Ⅱ級 第Ⅲ級 第Ⅳ級

等級一 Level 1

(50%50) S、A、B C 等級二 Level 2

(10%50) S A B C

5.4.1.1 重要度分類

國際航海協會所建議之重要性等級分為 S、A、B 與 C 四級如下表：

表 5-31 INA 國際航海協會構造物等級

構造物等級 構造物特性

S

1.地震後嚴重威脅人身安全 2.地震後需維持其使用功能 3.儲放危險性物質之構造物 4.地震後重創當地社經活動

A 具有 S 等級 1-4 項可能性，但不如其嚴重，或地震後難以修 復還原者

B 除 S、A、C 等級以外者 C 容易修復者

5.4.1.2 地震等級

在性能設計規範中，設計地震之定義和相對應的可接受程度的結 構損壞，必須明確界定。通常採用兩個級別的地震作設計地震，其定 義如下 ：

等級一為 50%50(約 75 年回歸期)之地震力。

等級二為 10%50(約 475 年回歸期) 之地震力。

5.4.1.3 性能水準

等 級 二 地 震 力 之 考 量 對 於 地 震 出 現 中 高 頻 率 (moderate-high seismicity) 之 震 區 較 重 要 ， 而 對 於 地 震 出 現 頻 率 較 低 之 震 區 (low seismicity)，因等級一之地震力太小，故採用等級二之設計地震力與對 應之性能要求進行設計。[INA 2001]除了對構造物在等級一地震力作用 下之性能提出要求以外，在等級二地震力作用下，對應第Ⅰ~Ⅱ~Ⅲ~Ⅳ 級性能水準之 S~A~B~C 級耐震設施。

表 5-32 INA 各級性能水準之描述

性能水準 結構損害與營運功能喪失情形

第Ⅰ等級 輕微或無損傷，很少或沒有影響其功能

第Ⅱ等級 可控制的損害，短期失去其功能

第Ⅲ等級 幾乎崩潰，長期或完全喪失其功能

第Ⅳ等級 結構物完全毀壞，完全無法營運

5.4.2 性能標準

國際航海協會「重力式」、「棧橋式」及「板樁式」碼頭之各性 能水準的可接受標準值規定下：

表 5-33 INA 重力式碼頭性能可接受標準

性能水準

參數 第Ⅰ級 第Ⅱ級 第Ⅲ級 第Ⅳ級

壁體 正規化水平位移 d/H <1.5% 或 d<30cm 1.5%~5% 5%~10% >10%

向海側傾斜角 <3^o 3^o~5^o 5^o~8^o >8^o

岸肩 (Apron)

不均勻沉陷量 3cm~10cm N/A N/A N/A 岸肩與後線陸地之沉

陷差 30cm~70cm N/A N/A N/A 向海側傾斜角 <2^o~3^o N/A N/A N/A

表 5-34 INA 棧橋式碼頭性能可接受標準

5.4.3 土壤液化

定義液化潛能（安全係數）

max maxL

F_L R ，如果F_L<1.0 時，認定為土 壤可能會液化。地震應力比

'

max max

c

L _  是藉由現地反應分析來計算求得。

Rmax為現地抗液化能力。

max為最大剪應力。

c'

 為有效圍壓。

整治方案對液化可分為兩大類：

1. 改善土壤液化的可能性減少。

2. 結構設計，以減少因液化造成的損失。

這兩種方法可以進一步細分。

土壤改良技術旨在：

1. 提高土壤結構的性能以抵抗地震搖晃。

2. 增加損耗率超額孔隙水壓力。

3. 組合 a）和 b）。

同樣，結構解決方案可分為：

1. 加強結構上的強度和勁度。

2. 藉由結構上的改良來有效減少液化發生。

一旦策略已經確定，常見的做法是選擇一個方法，然後再比較不 同解決方案的具體項目之優勢和劣勢。

通常需要採用兩個或兩個以上的改良方法，效果才會有效。而液 化的解決辦法有(1)壓實； (2)孔隙水壓力消散； (3)膠結作用和凝固；

(4)替換； (5)降低地下水位； (6)剪應變抑制； (7)預載； (8)結構的補 救措施。

液化整治

5.4.4 分析方法

將分析碼頭結構物之耐震行為之方法由簡到繁分為簡 化分析 (Simplified Analysis) 、簡化動力分析(Simplified Dynamic Analysis)以及 動力分析(Dynamic Analysis)三類，選用這三種不同複雜等級之分析方 法，除了與性能等級以及地震危害等級之高低相關以外，還與設計階 段屬於初步設計還是最終設計相關，以下表所示。

表 5-36 INA 各類分析法之應用時機

設計階段

分析方法 初步設計 最終設計

簡化分析 特定、A 級、B 級、C 級

Level 1 地震力 Level 2 地震力 特定、A 級、B 級、C 級 C 級 簡化動力分析 特定、A 級、B

級、C 級

Level 1 地震力 Level 2 地震力 特定、A 級、B 級、C 級 B 級、C 級

動力分析 特定、A 級、B 級、C 級

Level 1 地震力 Level 2 地震力 特定、A 級、B 級、C 級 特定、A 級、

B 級、C 級

簡便方法即是不經由複雜的分析計算，而由簡便分析之結果近似 反應結構之真實行為，對於較低耐震等級(例如 C 級)之結構，此類分析 法可適用於初步設計與最終設計階段，可應用於等級一與等級二地震 下之性能評估；對於等級較高者(例如 B 級、A 級與 S 級)，可用在初步 設計階段或等級一地震力下之服務使用性功能之評析。

簡便動力分析方法比簡便分析法較複雜，對 B 級及 B 級以下之耐 震結構，可適用於初步設計與最終設計階段，可應用於等級一與等級 二地震下之性能評估；對於等級較高者(例如 A 級與 S 級)，可應用在 初步設計階段或等級一地震力下之服務使用性功能之評析。動力分析 方法為三類分析方法中之最複雜者，可適用於包括具有較高耐震等級 (例如 A 級與 S 級)在內之各級耐震結構物之初步設計與最終設計階

段，可應用於等級一與等級二地震下之性能評估。

可接受的損害 : I 輕微或無損傷 II 可控制的損害 III 幾乎崩潰 IV 結構物完全毀壞

地震等級:

Level 1 (L1) Level 2 (L2)

性能等級 S,A,B,C

分析類型 1.簡便分析 2.簡便動力分析 3.動力分析

輸入:

地震動 土力工程條件 提出的設計或現有的結構

分析

修改斷面 或土壤改良 是否滿足損害標準

性能評估結束 輸出:

位移 應力 液化潛能 損害標準

否

是

圖 5.14 INA 耐震性能評估的流程圖