中空橋柱災後修復之耐震試驗研究

 

研究生姓名： 楊智雄

指導教授：           鄭錦銅

完成日期：      2001年6月

 

摘要

在近代橋樑系統耐震設計中，橋柱是以「弱柱強樑」的原則設計，因此橋柱極易在地震的侵襲之下而受到損壞。損壞型態不一，常見的如撓曲失敗、剪力失敗及搭接握裹失敗等原因。本研究主要的目的是希望能夠在以不改變橋樑「弱柱強樑」原則下，並不要求彎矩修復率達到百分之百，但需提高橋柱韌性，不足之強度則考慮以隔震消能的方式來減低地震力需求﹔並且考量修復材料性質，務求達到快速修復的目標。修復的工法中，塑鉸區損壞的主筋是以經設計的啞鈴形替代鋼棒接續修復之，再使用具高流動性的無收縮混凝土填替已受損的混凝土，最後使用不同設計厚度的FRP包覆，以提供橋柱因撓曲、剪力及握裹失敗所引致不足的橫向圍束應力及剪力強度。

實驗結果顯示，其中表現較好的為原始橋柱為撓剪破壞試體，經修復後為撓曲控制之韌性破壞，此外，該修復試體的變形容量較原始試體提高了50﹪以上，然而在極限強度的表現上，因混凝土內層受損所產生的裂縫修復困難，故未達預期目標。對於原始橋柱為撓曲失敗的試體，在經替代鋼棒、無收縮混凝土及FRP包覆修復後，彎矩修復率達75﹪，但因塑鉸區外之撓曲裂縫甚多未予修復，使起始勁度降低許多。而原始橋柱為握裹失敗橋柱，經以FRP包覆修復後，仍因主筋搭接長度不足並未改變其破壞模式，但修復橋柱的變形容量相對地提高許多。在耐震評估結果方面，UB-COLA軟體對撓曲行為之控制、能量法評估搭接橋柱握裹強度衰退及Priestley Model對原始橋柱之剪力評估和Seible Model對碳纖包覆橋柱的剪力評估皆可大致預測橋柱之耐震行為。