地震歷時反應分析

本研究選取翡翠水庫 2002/03/31 地震事件之 SD3 測站加速度歷時資料 (圖 3.2.2-4(a)、表 3.2.2-1)，輸入翡翠水庫 ANSYS 模型，期暸解拱壩在受到 地震力作用時，壩體內部應力之分佈情形及變形狀態。

1. 位移檢核

由圖 4.4.3-1 及圖 4.4.3-2 可知，翡翠水庫壩體受地震作用時，其 186 號 節點(node)(位於壩頂中央位置)之最大之 X 軸方向位移為 19.3mm，最小之 X 軸方向位移為-8.7mm，Y 軸方向位移最大值為 1.4mm，最小值為-0.06mm(圖 4.4.3-3)，由拱壩之壩高為 172m，因此變形相對於壩高僅為 0.01%，故從變 形的角度來看，拱壩結構於地震力作用下，壩體結構安全無虞。

2. 壩底基礎之應力檢核

吾人於動力分析完成後，經檢查壩底基礎附近諸節點之歷時資料，顯示 30 秒附近為應力極值所在，因此擷取第 30 秒時之數據資料，以檢驗壩體基 礎於地震力作用下之受力情形。壩體基礎 X 軸方向承受之反力，以受壓情 形較普遍，最大壓應力為 84.3MPa，Y 方向最大拉應力為 40.0MPa，最大壓 應力為 86.3MPa(圖 4.4.3-4~圖 4.4.3-6)。其結果顯示，壩底基礎於地震力作

用下，其所受之應力可為靜力結果的 5 倍以上，尤以拉應力增幅最大，因此 壩底(基)為拱壩較易產生破壞之區域。同樣地，由於本案分析時未考慮下游 面水壓力之作用及水與壩體結構之互制效應，因此壩底混凝土拉應力分析的 結果有稍大的現象。

3. 壩體應力檢核

一般來說，壩身強度主要檢核其 X 軸方向應力、Y 軸方向應力及 XY 平 面之主應力(座標定義詳圖 4.4.2.2-1)。吾人同樣擷取第 30 秒時之歷時資料進 行分析。壩身 X 軸方向最大壓應力為 0.2MPa，最大拉應力為 0.2MPa(圖 4.4.3-7)；Y 軸方向最大壓應力為 1.74 MPa，最大拉應力為 1.88 MPa(圖 4.4.3-8、圖 4.4.3-9)；XY 平面之主應力(座標詳圖 4.4.2.2-1)之最大壓應力為 0.1MPa，最大拉應力為 1.88MPa(圖 4.4.3-10、圖 4.4.3-11)。其控制因素為 Y 軸方向之應力，即最大壓應力為 1.74 MPa，最大拉應力為 1.88MPa。其結果 顯示，壩體於動力之條件下，其所受之應力較壩底(基)小，惟上述結果係未 考慮動態水壓力作用下所得之結果，未來可將動態水壓力納入分析模型，以 求得壩體更真實之受力情況。

4. 靜力及動力分析結果比較

由上述結果顯示(表 4.4.3-1)，拱壩結構於靜力或地震力作用下，壩底基 礎部份皆是受拉應力最為顯著之處，為拱壩結構較為脆弱的區域，平時或年 度進行安全檢查時可多加留意。由表 4.4.3-1 可知，壩底基礎反力之動態分 析值為靜態分析值 5 倍左右。由於本案分析時未考慮下游面水壓力與上游面 動態水壓力作用之影響，因此壩體真實之應力分佈情形可能與本研究之分析 結果有所差異，未來可將動態水壓力納入 ANSYS 分析模型，以求得壩體更

真實之受力情況，俾便進行更精確之壩體結構安全評估。此外，有關壩體之 混凝土元素可嘗試採用 solid65 進行模擬，且設定混凝土之應力與應變關係，

期使分析所得之應力結果符合混凝土材質之特性。