近斷層地震對隔震橋梁的影響南二高嘉南大圳北幹線一號排水橋案例研究第二結構部工程師蔡孟豪第二結構部經理葉銘煌顧問張國鎮摘要由於近斷層地震通常具有較長週期的脈衝震波，對結構物的危害往往會比相同規模的遠域地震為大，尤其是在近十年來國內外的幾個大地震發生後，近斷層效應的影響更是受到重視。本文以南二高嘉南大圳北幹線一號排水橋為研究案例，利用現地試驗結果與量測的地震反應，建立其分析模型，以探討近斷層效應對此隔震橋梁的影響。研究結果顯示，近斷層效應的影響與脈衝震波形式、週期、貢獻量、地表加速度大小以及隔震裝置的非線性程度有關。當脈衝震波週期接近隔震橋梁振動週期時，近斷層效應最為嚴重。同時，當隔震裝置進入高度非線性範圍後，近斷層效應將不會再隨地表加速度增加而放大。所以，假设能確保隔震裝置於設計地震時已進入高度非線性範圍，則可在設計階段計及隔震橋梁的近斷層效應影響。此外，藉由加裝阻尼器提高支承系統的阻尼比，得以有效地降低近斷層效應的影響。一、前言從早期南部第二高速公路的部份橋梁，到1999年921集集地震後遭到破壞的一些公路橋梁重建，隔震技術在國內橋梁工程的應用已將近十年。尤其在921集集地震後，隨著隔、減震技術的推廣，最近亦開始有廠辦大樓與醫院等建築物，採用基礎隔震作為其抗震的選擇。位在南二高白河新化段的嘉南大圳北幹線一號排水橋，為國內首次應用隔震技術的橋梁之一[1]。在該隔震橋梁完工之初，即曾經進行現地微振試驗、強迫振動試驗與自由振動試驗，以瞭解該隔震橋梁的實際動力特徵以及其在常態載重與中、小地震下的反應[2]。而在現地試驗完成後，中央氣象局在該橋梁工址附近與橋體裝設加速度感測計，以隨時記錄該隔震橋梁的實際地震反應。該隔震橋梁雖然經歷過921集集地震，然而所呈現的地震反應較小，並無法明顯看出隔震的效益。隨後，同年的10月22日，在嘉義市西北方2.5公里處發生規模6.4的地震，從所量測到的地震反應記錄，則明顯呈現出該橋梁的隔震效益[3]，證實隔震裝置能有效降低地震力的輸入。此外1994年美國加州洛杉磯北嶺地震與1995年日本阪神地震的經驗亦證實，應用隔震裝置可以有效的減低地震的危害，確保人身、財產的安全與結構物的震後功能性[4]。雖然已有許多證據顯示隔震裝置可以有效降低橋梁的地震力，然而目前尚無實測記錄驗證隔震橋梁在近斷層(Near-fault)地震下的行為。由於近斷層地震具有高地表最大速度(PGV)與最大加速度(PGA)比值、顯著的脈衝(Pul...
