主 管 單 位 : 交通部運輸研究所港灣技術研究中心 計 畫 主 持 人 : 賴瑞應
合 作 單 位 : 國立臺灣海洋大學計算與模擬中心 計 畫 主 持 人 : 顧承宇
協 同 主 持 人 : 張景鐘
計 畫 參 與 人 : 曾韋緐、陳明鈺、余孟勳、蔡勇賢
港灣構造物耐震性能設計架構之研究(3/4)
Study on Performance-Based Seismic Design Framework of Port Structures (3/4)
計畫主旨 研究成果
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 造物在其使用年限中的性能受到地震、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使 用年限之經濟性，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 之性能是一項重要的研究課題 。
本研究以2001年國際航海協會提出之 港灣構造物設計規範為依據，研究範圍為 板樁式碼頭之設計。
依業主對構造物的建造目的選擇性能要求
性能要求 地震等級:等級I地震等級II地震
等級III地震 性能等級:完好無損小修可用
生命安全結構崩塌
性能規定 地震等級:明確的地震回歸期定義
地震公式計算 性能等級:性能可接受標準
(1)構造物系統規劃 (2)土壤液化評估 (等級一地震下工址土壤不可液化)
系統規劃與液化評估 結果是否接受
初步設計 尺寸細部設計
驗證分析 採用適當的驗證分析方法分析 各等級設計地震作用下構造物之內力、變形、沉陷
再檢核確保其小於或等於 性能可接受標準
滿足可接受標準 若超過可接受標準
變更設計後再驗證分析
設計完成 否
是
第 一 階 段 設 計
第 二 階 段 驗 證 依業主對構造物的建造目的選擇性能要求
性能要求 地震等級:等級I地震等級II地震
等級III地震 性能等級:完好無損小修可用
生命安全結構崩塌
性能規定 地震等級:明確的地震回歸期定義
地震公式計算 性能等級:性能可接受標準
(1)構造物系統規劃 (2)土壤液化評估 (等級一地震下工址土壤不可液化)
系統規劃與液化評估 結果是否接受 系統規劃與液化評估
結果是否接受
初步設計 尺寸細部設計
驗證分析 採用適當的驗證分析方法分析 各等級設計地震作用下構造物之內力、變形、沉陷
再檢核確保其小於或等於 性能可接受標準
驗證分析 採用適當的驗證分析方法分析 各等級設計地震作用下構造物之內力、變形、沉陷
再檢核確保其小於或等於 性能可接受標準
滿足可接受標準 若超過可接受標準
變更設計後再驗證分析
設計完成 否
是
第 一 階 段 設 計
第 二 階 段 驗 證
海側 陸側
動態水壓力 被動土壓力
殘留水壓力
主動土壓力 動態水壓力
背填土壤未液化 動態水壓力
錨碇力
板樁埋入深度
Demb(m) 5.9 海側土層高程 (m) -15 海水單位重rw
(tf/m3) 1.03 殘留水位至樁底 高Hsub(m) 21.9
板樁深度高程
(m) -20.9 殘留水位 (m) +1.07
碼頭超載重
w(tf/m2) 1.5 板樁與土壤間之 摩擦角δ(deg) 15
Acceleration
Velocity
Time, t
Time, t
t0 tm
t0 tm
1
1 2 1 2 2
2 2 2
N A AT N A A V A N N V
mg W Shear Force
Relative Velocity
t XQ
t XG A
at
m a Ft
m a Ft
t a vt At v AT V
FLAC (Version 5.00) LEGEND 22-Nov-13 23:14 step 1072933 Flow Time 8.0863E+07 Dynamic Time 4.0000E+01 -2.446E+01 <x< 6.468E+01 -6.565E+01 <y< 2.348E+01 X-displacement contours -1.75E+00 -1.50E+00 -1.25E+00 -1.00E+00 -7.50E-01 -5.00E-01 -2.50E-01 0.00E+00 Contour interval= 2.50E-01
-6.000 -5.000 -4.000 -3.000 -2.000 -1.000 0.000 1.000 2.000 (*10^1)
-1.500 -0.500 0.500 1.500 2.500 3.500 4.500 5.500
(*10^1) JOB TITLE : .
板樁式碼頭其背填土的材料與特性對碼頭之 耐震能力影響甚大，故於碼頭設計時，對於 背填土壤之動力特性需特別注意，尤其是背 填土壤液化之控制，係設計時之重要考量。
初步設計以簡化分析法進行設計，此驗證檢 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之過 程，亦減少選擇眾多分析方法之複雜程度。
本計畫以板樁式碼頭為設計示範例，依據公 共工程會性能設計架構規定之三等級地震力 配合國際航海協會之港灣構造物耐震性能設 計規範，設計與檢核過程均能順暢無礙，顯 示未來港灣構造物耐震性能設計基準可參考 國際航海協會之耐震性能設計規範修訂。
板樁式碼頭其背填土的材料與特性對碼頭之 耐震能力影響甚大，故於碼頭設計時，對於 背填土壤之動力特性需特別注意，尤其是背 填土壤液化之控制，係設計時之重要考量。
初步設計以簡化分析法進行設計，此驗證檢 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之過 程，亦減少選擇眾多分析方法之複雜程度。
本計畫以板樁式碼頭為設計示範例，依據公 共工程會性能設計架構規定之三等級地震力 配合國際航海協會之港灣構造物耐震性能設 計規範，設計與檢核過程均能順暢無礙，顯 示未來港灣構造物耐震性能設計基準可參考 國際航海協會之耐震性能設計規範修訂。
依據 99 年度交通部年度施政目標中第 十項、提升研發量能，並就主管法規進 行檢討訂修，以推動法規鬆綁為基礎。
在順應國際潮流，並參照公共工程委員 會所提出之公共工程性能設計準則架構 下，對港灣構造物耐震設計之性能化進 行研究，期能提升港灣構造物耐震設計 方面之技術，並研擬出港灣構造物之耐 震性能設計架構，提供未來制訂性能設 計基準之參考。
