橋梁耐震能力評估–側推分析 .1 結構設計分析軟體(SAP2000)簡介

SAP2000軟體為目前工程界普遍使用之商用結構設計分析軟 體 ， 在 橋 梁 、 建 築 物 、 港 灣 等 土 木 工 程 中 受 到 廣 泛 應 用 。 由 於 SAP2000建立模型較為迅速，並能夠在電腦上直接看出模型的建 立 情 況 ， 此 外 能 加 入 阻 尼 器 、 非 線 性 構 件 等 消 能 裝 置 ， 並 能 在 SAP2000中建立3D模型，以符合實際的受力狀況，也能夠模擬構 件進入非線性時結構體的行為，因此SAP2000軟體已成為眾多工 程師使用的優質工具^[6]。

SAP2000歷經多次改版之後，成為一功能強大之全視窗介面 結構分析軟體，其中也包含非線性元素分析。SAP2000應用基本 的分析模型，於三維空間中建立幾何形狀，如圖2.6所示，並定義 不同的斷面性質如鋼筋混凝土或鋼構材等，再定義該斷面幾何形 狀及材料特性等，接著在結構物上加載各種受力型態，以完成後 續相關靜力、動力、歷時等之分析。完成分析後之結果，可完全 於SAP2000內以圖形顯示，如靜力載重變形、動力變形、剪力、軸 力、彎矩圖、應力分布圖、歷時分析結果等，如圖2.7所示^[7]。

圖 2.6 SAP2000 3D 橋梁模型

圖 2.7 SAP2000 分析畫面 2.4.2 橋梁側推分析流程

橋梁側推分析模式是以SAP2000軟體為平台，以下分為(a)~(e) 五步驟說明^[4]:

(a)建置橋梁有限元素模型

建置橋梁有限元素模型時，須包含所有會影響力學分析之構 件，如橋柱、帽梁、橋面版、支承墊、橋台、樁帽、基礎、隔震 減震元件等，如圖2.8所示，如此才能反映出結構體真實受力行為。

而結構模型建立必須定義好各構件尺寸、材料性質、材料強度等，

以利後續進行力學計算。

(b)匯入塑鉸性質

在進行橋墩柱斷面強度分析時，首先須建立墩柱斷面彎矩與 轉角關係曲線，再依此決定墩柱的破壞模式如剪力破壞、撓曲破 壞、模式撓曲-剪力破壞，最後在SAP2000軟體中設定M3塑性鉸，

如圖2.9所示。

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圖 2.8 橋梁有限元素模型[4]

圖 2.9 塑性鉸設定畫面[4]

(c)建立容量曲線

在SAP2000執行側推分析時，首先以力量控制並施加自重，

進行位移控制之側推分析，當斷面強度用盡時，則視為整體結構 破壞，同時分析中止，依此可建立出橋梁之容量曲線，如圖2.10 所示。

圖 2.10 橋梁容量曲線[4]

(d)建立容量震譜

將橋梁容量曲線轉換成容量震譜輸出Sa-Sd曲線，如圖2.11所 示。

(e)求取Ay與Ac值

最後 根據國內最新公路橋梁耐 震設計 規範(2009)，將側推分 析中所得容量震譜中任一點處譜加速度api，對應最大地表加速度 (PGA)，以得出該橋梁之Ay與Ac值，如圖2.12所示。

結構性能 OUTPUT 耐震需求 (功能績效點反推地表加速度)

彈性地震需求譜

Acy (a ,d )y y c c

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表2-1 橋梁側推分析模式所需參數(續)

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