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所謂港灣構造物之性能設計,簡單而言,即設計時不僅考慮構造 物之安全,更考慮其性能之發揮,構造物之安全與材料及荷重之特性 有關,性能之發揮與其整體性能之可靠度有關,以目前之設計法而言,

大多是在能確保所要之安全係數下決定構造物之尺寸,但卻未明確說 明在設計條件或超過此以上之條件發生時,構造物是否還具備原有之 性能,或其性能還具有多少之可靠度等之問題,以現行之設計法將無 法回答。有鑒於美國、歐洲、日本等國已經著手於性能設計之研究,

而國內也已著手推動橋梁及建築物之耐震性能設計,故本研究也考慮 將構造物性能設計應用在港灣構造物,俾提升國內港灣工程技術之水 準,使我國與國際上之工程技術接軌。

6.1 結論

1. 本報告第三章之圓筒式碼頭設計例,係以第二章之設計流程進行分 析檢核,依本研究建議之可接受標準,可順利完成設計,證實本研 究建立之性能設計流程可行性。

2. 由圓筒式碼頭示範例設計過程,可得到下列設計要點:

(1) 圓筒式碼頭對於其背填土及內填料之材料與特性影響甚大,因此 圓筒式碼頭設計時,對於背填土及內填料之材料之動力特性要求 需特別注意,由 4.4 節可以發現背填土及內填料之材料發生液化 之控制相當重要,係設計時之重要考量。

(2) 初步設計以簡化分析法進行設計,此法亦為驗證檢核分析之方 法,除可使初步假設之參數及尺寸的失敗機率降低,更可增加使 用者對分析方法的熟悉度,對工程師在分析及檢核的過程中,亦 大量減少選擇眾多分析方法之複雜程度。

(3) 圓筒式碼頭示範例係假設以 B 級碼頭做設計,因此等級 I 地震性

能檢核採用擬靜力分析法(簡化分析),等級ⅡI 地震性能檢核採用 滑動塊體法(簡化動力分析)與非線性歷時分析法(動力分析)以滿 足設計要求,在本設計例中,修改國際航海協會制定之圓筒式各 等級碼頭所對應的耐震性能要求於等級Ⅲ地震下並無檢核標 準,此舉係為簡化檢核之複雜度,因耐震性能等級定性規定中,

等級Ⅲ地震下碼頭構造物已損壞無法使用,因此無須再檢核以提 高設計效率。

(4) 本研究之耐震性能分析方法雖以國際航海協會所訂定之基準為 主要參考依據,但為使分析方法之適用性更完善、更本土化,本 研究已將國內設計基準之方法與其相結合。

3. 碼頭耐震性能設計手冊部分

(1) 本設計手冊訂定港灣碼頭構造物耐震性能設計目標、耐震性能規 定與耐震性能驗證方法等,建立圓筒式碼頭之耐震性能設計程 序,並經由設計示範例規劃,選定適當且具代表性的設計條件,

以進行重力式碼頭、板樁式碼頭、圓筒式碼頭及棧橋式碼頭的耐 震性能設計案例實作,結合上述成果編撰「碼頭耐震性能設計手 冊」。

(2) 本手冊為與實務港灣構造物耐震設計法令結合,故蒐集國內主要 從事相關業務之工程設計單位,如宇泰工程顧問、中興工程顧 問、台灣世曦工程顧問及浩海工程顧問等提供之相關意見,並與 手冊進行整合。

(3) 本手冊修改各重要度等級之碼頭特性表之特性敘述並增加建議 適用碼頭構造物,以及修改性能等級分為三個等級,分別對使用 性、修復性與安全性有定性規定,量化之後建立可接受標準,並 且依照碼頭特性列出性能參數,作為檢核設計時之參考。此舉能 有效的簡化檢核之複雜度,並提升設計效率。

6.2 建議

1. 圓筒式碼頭之結構在非線性動力分析時需考慮土壤-結構互制的非 線性動力行為及複雜之土壤材料力學行為。在地震作用時,鋼板樁 後方之背填土壤和圓筒內填料是否液化及其液化之程度對於碼頭之 耐震性能影響相當地大,因此圓筒式碼頭非線性動力分析於土壤材 料力學行為模擬應考慮有效應力和孔隙水壓力之受震時力學行為,

有效應力分析法係較能符合實際情形之分析方法。唯本研究孔隙水 壓力激發模式係採用 FLAC2D程式內嵌之 Finn 模式,Finn 模式對 於臺灣地區不同土層材料之適宜性建議後續可進行更詳細之研究探 討。

2. 圓筒式碼頭之有效應力分析需輸入合理且適宜之參數,在調查、規 劃、初步設計與詳細設計階段時,受限於分析參數之可取得性,對 於分析結果可能會有影響,對於動力分析之參數決定,建議後續可 進行參數研究以建立更完善之參數選用原則,達到分析結果更具一 致之代表性。

3. 本研究於非線性動力分析採用 FLAC2D程式,FLAC2D程式係假設圓 筒式碼頭內地層與幾何形狀為二維分佈,同時碼頭在沿海線軸方向 無明顯之地層與幾何變化,故分析時僅考慮圓筒式碼頭受震時之二 維平面應變之等效力學行為。然而對於非二維分佈地層或碼頭之幾 何三維空間變化深入探討時,則建議需採用三維程式(諸如 FLAC3D 等)進行分析。

4. 本研究中各類碼頭之性能可接受標準多沿用國際航海學會訂定之,

而此一數據結果是否能完全套用至國內基準並適時反應各型式之破 壞行為,尚值得作進一步之探討,後續應建置適用於台灣本土化標 準之資料庫。

5. 碼頭於簡化動力分析及動力分析時需使用地震歷時曲線,但目前無 統一規定及作法,建議未來可依港灣結構物之工址特性,由公單位 制訂出完善且統一之地震歷時曲線以供分析使用。

6.3 成果效益與應用情形

1. 在施政上,本研究成果可提供交通部未來修訂碼頭設計基準之參考。

2. 在實務上,本研究成果可提昇國內產官學研界之相關設計與研究水 準,以因應技術發展及國際化之需求。

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