研究緣起

臺灣位於環太平洋地震帶，加上海島型之氣候與海象條件，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、1999 年臺灣 921 集集大地震以及 2011 年東日本大地 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。

一般碼頭結構物可分為四大類，分別為板樁式碼頭、重力式碼頭、

棧橋式碼頭及其他形式之碼頭。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，使得港灣功能完全癱瘓，而其損失與復原工 作所需費用與時間則難以估計。就板樁式碼頭而言，容易引致嚴重的 地震災害，原因可能為：(1)錨碇板樁被動土壓區土壤液化，使錨碇板 樁產生傾斜、位移或斷裂，岸肩土壤液化、下陷(2)板樁背填區、主動 土壓區土壤液化，使板樁產生傾斜、位移或斷裂(3)因錨碇板樁或板樁 破壞使拉桿鬆垮或斷裂(4)因土壤液化，使岸肩產生龜裂或下陷。而 2011 年東日本的 311 地震，小名浜港 3 號碼頭之鋼板樁式碼頭的岸壁法線 向海側位移約達一百六十公分(如圖 1.1)，陸、海側軌道間之舖面板下 線約三十公分(如圖 1.2)，陸側軌道後側約有一公尺左右之高低差(如圖 1.3）、後線大面積液化(如圖 1.4)、地面設備軌道彎曲變形（如圖 1.5）。

而鋼板樁式碼頭破壞機制推定為鋼板樁式碼頭承受超過設計值以上地 震荷重作用，伴隨背後土壤液化，後土壓力又大增，因此造成鋼板樁 往海側傾斜之現象，其破壞機制如圖 1.6 所示。

圖 1.1 東日本大地震(碼頭的岸壁法線向海側位移)

圖 1.2 東日本大地震(陸海側軌道間岸間下陷)

圖 1.3 東日本大地震(後側地盤差異沉陷)

圖 1.4 東日本大地震(大面積土壤液化)

圖 1.5 東日本大地震(機械設備軌道彎曲變形)

圖 1.6 東日本大地震(鋼板樁式碼頭破壞機制)

「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 構造物之預估性能目標，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，交通 部運輸研究所港灣技術研究中心(簡稱「運研所」)也考慮將構造物耐震 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。

過去數十年來，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」^[29]，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。

為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 畫已執行至第三期，第一期計畫已針對各類碼頭結構之性能目標、性 能可接受標準及驗證方法作詳細之探討與說明，並做出明確之定義，

而第二期則已建立棧橋式碼頭與重力式碼頭之設計例實作，以驗證第

一期計畫成果之可行性，第三期將接續第二期之設計例實作之建立，

針對板樁式碼頭作耐震性能設計實例探討，以驗證第一期計畫成果之 可行性，並將前兩期所得之研究成果，逐步探討現行碼頭設計基準之 研修。