本研究依據第二章所述之設計步驟進行第三章板樁式碼頭耐震性 能案例設計，案例設計之過程中，尚無窒礙難行之處，可順利完成分 析，證實本研究所提之設計流程具可行性，若未來碼頭耐震性能設計 規範採用此設計方式，設計單位參照相同的設計流程，應可順利完成 板樁式碼頭耐震性能設計。
4.1 性能設計與地震等級之對應
本研究對於板樁式碼頭地震力計算公式係完全參照現行規範規 定，根據規範之說明y為構材降伏時與地震力的比值，結構物距第一 個斷面降伏所對應之地震力尚有一段距離，當地震力增加為y倍達Py 後，便開始產生第一個構材降伏斷面，即yPy Pd (Py為降伏地震力；
Pd設計地震力)。非剛性結構物一般取 1.2，鋼筋混凝土構材強度設計法 取 1.65，鋼構材容許應力設計法取 1.70，由於剛性結構物不考慮其斷 面降伏，故y可以取為 1.0。
另外，由本研究前述章節可知地震力分為三個等級，而碼頭重要 度分為四個等級，考慮港灣構造物之使用性、修復性與安全性可分為 四個等級，並依其精神訂定出定性與定量之標準，故可由某一重要度 碼頭找出其在不同地震力下所對應的性能等級，以進行檢核。
4.2 性能規定
本研究設計之板樁式碼頭，其土層設定為普通地盤，在遭受等級 III 地震力作用之下，會產生孔隙水壓激發，有效應力降低的現象產生。
因而，使得貫入土層之剛性板樁構件與土層同步產生位移，致使板樁 難以達到超過韌性容量或應變極限之性能要求。
表 4-1 重力式碼頭性能可接受標準 性能等級
參數 第Ⅰ級 第Ⅱ級 第Ⅲ級 第Ⅳ級
殘 餘 變 位
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 <3o 3o~5o 5o~8o >8o
岸肩
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 <2o~3o N/A N/A N/A 註：d 為壁頂的殘餘水平變位
N/A 為「Not Applicable」，設計時不予檢核。
資料來源：參考文獻 [8]
針對板樁式碼頭在國際航海協會所建議之性能可接受標準，其位 移量檢核僅在性能等級 I 有明確的定量規定，但對於土層強度較為弱之 工址的耐震性能評估上，實屬不易。有鑒於此，考量板樁式碼頭與重 力式碼頭在分析方法上之原理相同，因此，本研究初步建議將重力式 碼頭性能可接受標準 (如表 4-1 所示) 之位移量檢核部分加入考量，作 為性能判斷之依據。
而對於國際航海協會建議之板樁式碼頭屬剛性結構物；位移量可 作為檢核之一部分，但是結構構件之檢核更重要是用以判斷修復性之 參考。性能可接受標準位移量檢核之部分，由於板樁式碼頭性能參數 除結構構件之應力狀態外，尚包括水平位移沉陷、岸肩沉陷與錨碇設 施之沉陷等，現階段雖以重力式碼頭性能可接受標準做為參考，但其 適用性及準確性應略帶保留，未來建議可作大量之實際案例破壞分析 與整合，訂定出精確且適宜之可接受標準，以作為後續設計之參考依 據。
4.3 初步設計之適宜性探討
對於初步設計之部分，本研究第二章所提及之建議為按構造物的 耐震性能要求，先以最低之地震等級進行彈性分析及設計，決定結構 斷面尺寸與細部設計。此種方式無論設計工程師慣用何種舊有設計 法，皆可進行初步設計，因此在碼頭的初步設計方法上是較無限制的。
本研究設計案例為重要度等級 B 之板樁式碼頭，並選用擬靜力之 簡化分析進行初步設計。依據上述之設計原則，以等級 I 之地震力進行 初步分析，結果顯示符合其所規定之要求，可進行設計尺寸之採用。
反之，若選用重要度等級為 S 之碼頭構造物，則須以等級 II 之地震力 進行初步分析，直至符合其所規定之要求，方可停止。
4.4 案例分析方法適宜性探討
本研究針對 B 級板樁式碼頭設計所需之簡化分析、簡化動力分 析、與非線性動力分析進行完整之案例分析(詳第三章)，分析結果顯示 以證明本研究耐震性能設計的可行性。惟分析過程中尚有部分細節值 得後續進行研究及討論，分述如下：
1. 簡化分析法
在等級 I 地震性能驗證檢核時，使用簡化分析法。簡化分析法 根據國際航海協會港灣構造物耐震設計準則，採用基於力平衡概念 的擬靜力分析法，其基本原理係將構造物與承載土壤視為剛體，計 算結構抵抗實際發生之地震具有之耐震安全係數，故分析結果僅只 能獲得安全係數之值，而無法確切得知性能要求所提及之滑動位移 量及傾角，因此，在等級 I 地震性能驗證檢核時，本研究將簡化分 析法結合 Uwabe 在於 1983 年進行多組試驗之結果，再將其結果進 行迴歸分析，以建立位移指標與安全係數之相關性經驗公式。而此 經驗公式之標準偏差偏大，因此，其可信度應略帶保留，但為因應 檢核位移量之性能要求，在無其他更好方法的情況下，此舉是實務 上較為可行之方式。
板樁式碼頭係由 RC 或鋼板樁、拉桿、錨碇設施與回填料等組 成，除依照國際航海協會所提及之安全係數分析計算外，本研究建 議將國內港灣構造物設計基準之鋼板樁最大彎矩、錨碇力、錨碇樁 最大彎矩與貫入深度等檢核與之結合，以提供更為周全之分析計算 方式，並於下節說明之。
2. 簡化動力分析法
在等級 II 地震性能驗證檢核時，所使用之簡化動力方法為滑動塊 分析法，本法依據 Newmark（1965）所提出之永久位移量之分析方 法。其永久位移量之決定係以滑動塊(沿破壞面方向延伸所形成之楔 型塊體)受到地震加速度值超過臨界滑動加速度時，其滑動塊將會產 生永久位移量。因此臨界滑動加速度對此法來說，是相當重要之參 數。然而，臨界加速度值對於土層是否液化及其液化之程度影響相當 地大，意即對於板樁式碼頭來說，其水力回填土之材料將扮演重要的 角色。若材料液化程度很高，則板樁式碼頭破壞程度亦相當大。
而就現階段國際航海協會對板樁式碼頭訂定之性能可接受標 準，位移檢核僅在性能等級 I 有明確的定量規定，雖此一訂定方式 符合性能設計之精神，然而針對分析方法上卻存在其檢核之難處，
亦呼應了 4.1 節之建議的必要性。另外，亦可將滑動塊分析與非線性 動力分析之分析結果進行比較，這樣的方式可提供設計者對於設計 例之破壞行為的掌握。
3. 非線性動力分析法
等級 III 地震性能驗證檢核時，使用非線性動力分析法。本研究 FLAC 程式進行有效應力分析，同時為考量實務上設計可能遭遇之 地層之分層，本研究採用實際鑽探資料進行地層分層，因此分析案 例具有多層不同材料之地層，分析參數值係參考 Kulhawy 與 Mayne 提出之試驗回歸值，而表 3-35 主要為排水之包松比選用參照表，若 需選用不排水之試驗值，即受荷載作用不發生體積變化，則包松比 為 0.5。由於在動態分析時需考慮能量的損失，故必須給定力學阻
尼，FLAC 程式提供多項阻尼以供使用者依據不同條件情況下，選 用合適之阻尼，如遲滯阻尼與雷利阻尼等，分析時可以選用遲滯阻 尼來進行模擬，但其需具備較多之參數輸入及冗長的校準過程，使 用者可視參數之可取得性及時程的掌握予以選用。為簡化工程實務 上之複雜性，本案例分析時採用雷利阻尼(Rayleigh damping)，其包 含質量阻尼和勁度阻尼。臨界阻尼比對於大地工程材料已有建議值 (一般為 2%~5%之間)，然而共振頻率輸入參數之決定，對於實務上 較複雜之土層，其共振頻率之決定仍為不易，未來或許可透過參數 研究的方式訂定出共振頻率值。
4.5 簡化分析與構件檢核之結合
依照國際航海協會的簡化分析計算，可將國內之設計基準之構件 檢核與之結合，其計算詳述如下：
1. 板樁最大彎矩與錨碇力檢核
依據基準之作用於板樁之最大彎矩規定，係假設板樁以拉桿裝 設位置及海底面作為支承之簡支梁，而以海底面以上之土壓力、動 態水壓力及殘留水壓力等為載重計算之，依此即可求得錨碇力、板 樁最大彎矩與發生位置。
依據本研究報 3.6.1 節中，高耐索的錨碇力經由計算可得 36.1 公噸，而其間距為 2 公尺，檢核式如下所示 :
p
A 高耐索間距36.12 t
100.8 t
72.2
( F130T 之高耐索 2 支) OK
另經由 Excel 試算表計算得最大彎矩發生於距離碼頭面 10.2 公 尺處(即高程-7.6 公尺處)。最大彎矩為 190 公噸-公尺小於基準規定之 容許最大彎矩 247(0.6Fyz1.330.6360086101.33)公噸-公尺，表 示通過檢核。
2. 錨碇板樁最大彎矩檢核
其中， Dynamic Time 4.0000E+01 -2.459E+01 <x< 6.445E+01 -6.577E+01 <y< 2.328E+01 X-displacement contours -1.25E-01
Contour interval= 2.50E-02
-6.000
6
Unit:m
圖 4.2 板樁式碼頭等級 I 地震樁頂地震之歷時分析水平位移監測
2. 等級 II 之非線性動力分析結果與滑動塊體法比較
由下表可知，三組非線性歷時分析的最大位移反應平均值，等 級 II 地震之分析結果位移量為 86 cm，其位移量約較滑動塊體法所 得結果低，換言之，若採用非線性歷時分析結果作碼頭性能驗證是 較為嚴格的；而單就結構構件之檢核的分析方法上，目前亦僅能以 非線性動力分析之結果為檢核之依據。
另外，此一分析結果之比較，尚可提供本研究設計案例在簡化 動力分析時，其土層液化百分比的選定上作為參考依據。而在遭受 同一等級地震力之情況下，其破壞位移量並非相同，此一現象顯示，
雖然三組人造地震之尖峰加速度相同，但地震歷時波的特性隱含不 同的能量大小，因而有不同的分析結果產生。
表 4-2 板樁碼頭設計例滑動塊與動力分析之位移反應比較
表 4-2 板樁碼頭設計例滑動塊與動力分析之位移反應比較