研究緣起

臺灣位於環太平洋地震帶，加上海島性之氣候與海象條件，使得 臺灣之港灣構造物在其壽命中的安全性受到地震、海潮流、波浪、海 嘯、土壤液化、鹽分腐蝕等之影響，因此，如何考量構造物整個壽命 期之經濟性，據以提出合理的耐震設計規範，以使所設計之構造物能 滿足預期之安全度一直是目前熱門的研究課題，特別是過去之十年 內，全球發生了多次強烈地震，如 1994 年美國加州北嶺地震、1995 年日本神戶地震以及 1999 年臺灣 921 集集大地震等，均導致人員傷 亡、房屋、橋梁、道路、大壩、港口、非結構構件及設備等的倒塌與 破壞，迫使先進國家之工程界針對現行耐震設計規範重新加以檢討，

以確保構造物能之性能滿足使用、運作、安全、經濟等目標。

針對港灣地區，過去曾發生了許多擋土設施受震破壞之案例，而 且，通常是沿著碼頭法線同時發生（長達數十或是數百公尺），因此 造成港灣功能完全癱瘓，而其損失與復原工作所需費用與時間則難以 估計。關於港灣擋土結構容易引致嚴重的地震災害，原因可能為：(1) 側向土壓力的增加；(2)水側水壓力的減少；(3)背填土壤的強度喪失或 是液化。而 1995 年日本的神戶地震，重力式沈箱碼頭的滑動位移平均 達 3 公尺之多，外傾角約 4 度(如圖 1.1、圖 1.2)。至於臺灣地區，於 1999 年遭受集集地震之災害，造成臺中港受損，引致臺中港區之重力 式沈箱碼頭最大外傾位移量高達 170 公分（圖 1.3），以及碼頭後方區 域土壤液化(圖 1.4)；另外，臺中港倉儲輸送設備也因回填砂發生土壤 液化而產生嚴重下陷及傾斜（圖 1.5）。

圖 1.1 神戶地震重力式沉箱碼頭側移滑動破壞

圖 1.2 神戶地震沉箱側移引起起重機柱腳降伏彎曲

圖 1.3 集集地震臺中港沉箱碼頭沉陷

圖 1.4 集集地震臺中港土壤液化引起破壞

圖 1.5 集集地震臺中港倉儲輸送設備因土壤液化產生嚴重下陷傾斜

「性能工程(Performance-Based Engineering)」是一種全新的工程 觀念，它包含工程構造物之設計、施工、維護及監測的全過程，以滿 足構造物之預估性能要求，其目的在使構造物之設計及施工，均能保 證在各種規模的荷載作用時，它們的性能特性可滿足業主和社會之各 種安全、經濟、文化、歷史需求，且對構造物整個壽命期之性能特性 具有一定的可靠性。「性能地震工程」(Performance-Based Earthquake Engineering 簡稱 PBEE)是「性能工程」之一支，著重於構造物之整體 系統、結構和非結構構件以及附屬設備之耐震性能，並以構造物之耐 震性能和經濟性(包括設計費、建造費、維護費及可能之損失和修復費 用)為主要設計目標，鑒於美國、日本等國對於性能設計已有相當之研 究成果，而臺灣也已著手推動橋梁及建築物之耐震性能設計法，本所 也考慮將耐震性能設計方法應用在港灣構造物，俾提升國內之港灣工 程技術水準，使本國與國際上之工程技術接軌，以便將來進一步建立 臺灣之港灣構造物耐震性能設計規範，使國內之港灣工程界採用合理 之工程設計，故擬與國內具港灣研究、設計實務經驗之相關研究機構、

顧問公司合作研究，以使本研究之成果能落實及充分應用於國內之港 灣工程界。

過去十數年來，性能設計理念已是國際工程界研訂技術規範的重 要議題，發展至今，美國、歐洲與日本皆已採用其精神與內涵，納為 編訂技術規範之基本架構；為順應此國際潮流，行政院公共工程委員 會自民國 97 年開始推動國內公共工程設計規範性能設計化之研究，已 於 98 年 6 月完成適用於國內之「公共工程性能設計準則」^[28]，可為未 來國內公共工程相關設計規範朝性能化發展所依循。

要使港灣結構之耐震設計朝性能化發展，除重新檢討現行基準耐 震設計相關內容外，亦應對耐震性能設計之架構進行完整研究，並研 擬配套之設計分析方法，才能使新訂的設計基準確實可行。目前本計 畫已執行至第二期，第一期計畫已針對各類碼頭結構之性能要求、性 能規定及驗證方法作詳細之探討與說明，並做出明確之定義，因此第 二期將進入設計例實作之階段，以驗證第一期計畫成果之可行性，未 來可將設計例實作結果反饋進行規範修訂。