台灣時間2016年02月06日凌晨03時57分，於台灣高雄市美濃區（屏東縣政府北偏東方27.4公里）發生一起芮氏規模ML=6.6之地震，引起國內與國際社會的關注。為讓社會各界瞭解本次地震造成的大地工程災害，國家地震工程中心大地工程組於地震發生後，即著手進行相關現地勘查。本次調查現勘地點主要包含台南市新市區三民街與安南區惠安街一帶土壤液化及因液化引致建物下陷傾斜、曾文溪右岸日新堤岸與尖山堤防滑移破壞、台南市大內區南寶高爾夫球場地表破裂、虎頭埤壩頂道路產生裂隙以及東勢埔橋橋台護坡損壞等。除一般之量測與照相記錄外，並進行小型無人飛行系統之空拍作業，以瞭解地震後之大地工程災情。

本研究探討單跨簡支含樁基礎之橋梁受沖刷裸露後之耐震行為，藉由雙砂箱剪力盒與振動台實驗，檢視橋柱與樁基礎之需求容量關係。實驗設計係參考公路橋梁耐震設計規範補充研究完成，提供合理之結構週期與柱、樁彎矩強度比。試體包含Ｉ型加勁鋼梁、U形鋼帽梁、構架式圓形鋼管橋墩、方形鋼基礎版、及鋁製空心圓管樁。支承條件採用橡膠支承模擬鉸接端，滾接端則以滾珠支承模擬。實驗規劃分為固定基礎及基礎裸露兩類，固定基礎者係將鋼基礎版鎖固於振動台面，且其下無樁基礎；基礎裸露者乃將鋁樁鎖固於砂箱剪力盒底部，並以相對密度50%之乾性石英砂逐層蓋覆。實驗主要參數以樁徑之倍數代表沖刷深度，符號系統分別以H、R、D說明鉸接端樁基礎、滾接端樁基礎、及樁徑，共計H0D-R0D、H0D-R3D、H3D-R3D、H3D-R6D、H6D-R6D等5組。輸入地表加速度歷時包含El Centro地震、集集地震TCU076測站及與規範反應譜相符之人造地震歷時，最大地表加速度範圍為100gal至350gal。實驗過程主要紀錄結構及土層之加速度與位移反應，並由樁身與柱底之應變計可間接求得其於振動過程中之彎矩與位移曲線函數，提供需求容量比（D/C ratio）之檢核。 實驗結果顯示，固定基礎之橋柱須能承擔較高的彎矩需求容量比，相較於基礎裸露者為一保守的設計條件。隨樁基礎裸露程度增加，結構顯著週期亦增加，大梁加速度則恰成相反，但大梁位移因與反應譜特性相關而無固定趨勢。相同地震作用下，當樁基礎裸露增加後，樁體最大彎矩發生位置越趨朝樁底方向移動，並非位於樁頂。如根據柱、樁彎矩之需求容量比檢討橋梁安全時，樁體彎矩比值之變化較小，但仍受地震特性影響須個案檢討，惟柱身彎矩比均呈現下降。如根據柱、樁之變形檢討橋梁安全時，橋柱相對位移放大趨勢則較樁明顯，應與基礎裸露後基礎版之旋轉貢獻有關。整體而言，當基礎裸露之橋梁受地震作用時，宜整體檢視柱、樁破壞模式轉移現象，尤以樁體彎矩及橋柱相對位移為檢查重點。 本研究另參考公路橋梁耐震評估與補強準則，建構橋梁分析模型探討含土壤彈簧模型之結構週期。初步結果顯示，無基礎裸露者之分析週期與實驗週期相近，但隨裸露程度增加則不盡理想，未來宜針對土壤性質適度模擬，以期許對全橋受震反應獲得合理與準確的評估。

橋墩受水流沖刷造成之基礎裸露將顯著削弱基礎之承載力，並將因此 造成橋梁之耐洪能力降低。本研究中，針對採用樁基礎之橋梁，提出一套 求取橋梁受水流力作用下性能表現之擬靜力非線性分析程序，其將可應用 於受沖刷橋梁之耐洪能力評估。其中，樁~土系統係採用溫克梁模式模擬， 樁身可能發生之撓曲破壞則採用均佈塑鉸模式來模擬，並以非線性p-y 曲線 之土壤彈簧模擬承載土體之非線性行為。此外，為示範此分析程序，本研 究選定於2009 年莫拉克颱風期間遭巨量洪水沖毀部分橋體之台17 線雙園 大橋作為案例，評估其於不同洪水與沖刷條件下之耐洪性能。由相關分析 結果可藉以推測雙園大橋發生破壞時之可能情境，並證明本研究所採用之 方法能合理評估樁基礎橋梁於受沖刷情況下之耐洪能力。

過河橋梁常因洪水造成基礎局部沖刷，導致橋梁基礎裸露，橋基沖刷 裸露過長，可能造成基礎耐震能力不足或承載力不足，為探討橋梁結構受 沖刷後基礎裸露時之耐震行為，本研究將使用大型雙軸向剪力試驗盒，考 慮上部結構之土壤-結構互制效應，於飽和砂土中建構單柱式橋梁結構考 量基礎裸露之振動台實驗，從實驗之結果，了解飽和砂土中基礎裸露橋梁 之耐震性能評估與穩定性檢核。

本研究探討橋梁受複合式災害，因樁基礎沖刷裸露對耐震性能之影響， 使用大型雙軸向剪力試驗盒，進行單柱橋梁樁基礎沖刷裸露之振動台實驗。 實驗試體採用單柱橋梁、單樁基礎與乾性石英砂質土壤。實驗規劃數組不 同基樁裸露長度之組別，以觀察地震作用下樁基礎於裸露前、後對橋體、 基樁與土壤間之互制行為。實驗結果發現，上部結構位移反應隨基樁裸露 深度增加而增加，加速度則成相反之趨勢；基礎板與土壤之接觸行為明顯 影響上部結構之動態反應；樁身最大彎矩發生位置隨基礎裸露深度而降低， 但均鄰近土壤表面，且反曲點位置也隨之改變。為能有效模擬土壤與基樁 之互制行為，本研究利用SAP2000 分析軟體，參考公路橋梁耐震設計規 範，根據實測土壤剪力波速推求土壤彈簧勁度並依裸露條件適度減化彈簧 數量。數值分析結果顯示，簡化模式可忠實呈現上部結構歷時過程與最大 反應，未來可應用於實際橋梁因樁基礎沖刷裸露之耐震能力評估。

本研究發展凝聚性土層中固定樁頭單樁位移韌性容量之簡易評估公式。簡易公式之基本型式係根據一理想模型推導出樁之位移韌性與樁-土系統參數間之關係。理想模型考量一具雙線性彎矩-曲率性質之半無限長樁，埋置於溫克土壤中。簡易公式型式被進一步修正以考量土壤非線性效應。從簡易公式中可知固定樁頭樁之位移韌性可由樁斷面之過強度比、曲率韌性容量、以及樁-土系統特徵係數表示之。為驗證所發展的公式，本研究進行一系列全模型之非線性側推分析。最後，本研究發展出一組簡易公式，可用來評估在線性與非線性土層中固定樁頭樁之位移韌性容量。

結構系統之振動反應能表現系統自身特性，並可反映邊界條件之變化，故已被廣泛運用於結構系統識別與損傷評估。本年度研究目的在應用振動量測於結構基礎損傷檢測，並建立可信之資料分析流程，定義具代表性之損傷指標，以合理評估結構基礎之損傷程度，並首先應用於橋墩受震破壞與橋墩基礎受沖刷裸露之現象。本中心於2009年，曾進行一系列橋柱試體於剛性基盤與柔性基盤條件下之側向載重試驗，以探討橋柱直接基礎於受震時之搖擺機制與其隔震效益。本研究藉此機會，分別在不同基盤條件試體處於完整與損壞狀態時進行微振量測，藉此瞭解基盤條件與結構損傷對橋柱振動特性之影響。此外，針對台灣常見之橋梁沖刷問題，為探討橋墩基礎裸露所造成橋梁上部結構振動特性之變化，於遭受沖刷問題之台三線汶水橋與台一線溪洲大橋，進行現地橋梁振動量測，並建立橋梁單元數值模型，以進行模態分析與白噪激振反應之動態歷時分析。根據上述之試驗與分析結果，可驗證基於振動量測之結構基礎損傷評估技術，確實屬可行且具實用價值。

在進行結構設計時，經常使用非線性靜力側推分析法來求取結構物之容量曲線，並且採用塑鉸法來模擬梁或柱構材在降伏後之非線性撓曲行為。塑鉸法目前已成功應用在梁-柱系統的分析上，但對於樁-土系統，分析結果卻不盡令人滿意，其主要原因在於基樁的塑鉸位置不易掌握與缺乏合適的塑鉸性質。 為解決此一問題，本研究建議對於樁-土系統應採用分佈塑鉸的方式來模擬樁材之非線性行為，如此可有效掌握塑鉸所發生的位置與範圍。在塑鉸性質的設定上，為使塑鉸降伏後能展現出正確的塑性轉角，本研究修正ATC-40報告中在計算塑鉸性質時所採用的塑性曲率，並以一懸臂梁自由端處受一垂直載重為例來驗證修正模式之正確性。在塑鉸配置上，為省去進行收斂性分析的麻煩，本研究更提出基樁塑性區最小發展範圍的估算公式，根據此範圍可決定合適之塑鉸長度。本研究利用SAP2000程式，以塑鉸考量樁材非線性進行樁-土系統之側推分析，分析結果顯示本研究所提之塑鉸設定方式與ABAQUS分析（直接採用非線性梁元素）所得之樁基礎側推曲線相當接近。

結構物整體的耐震性能，應同時考量上部結構與基礎兩方面的影響。目前有關結構物耐震性能之研究，大部分集中在結構體本身，基礎方面之性能研究相對缺乏。有鑑於此，本研究以樁基礎為對象，利用非線性靜力分析法，探討基樁樁頭受側向力作用下之反應行為，以SAP 2000結構分析軟體建立樁基礎側推分析模型，考量基樁斷面與土壤非線性行為，並以高鐵嘉義太保大型試驗場址單樁側向試驗資料驗證側推分析模式之適用性。此外，本文亦以南投竹山的「地震與生態園區」建築結構為例，分別考量結構基礎為剛性基盤與柔性基樁等情況，以探討土壤與結構互制效應對於結構物整體耐震性能的影響。

本研究計畫乃國家科學委員會委託於南部科學園區內進行之現地振動衰減試驗，係以人工振源激發地盤之振動，於距振源不同距離處量測地盤之振動歷時反應，經由資料處理與分析，以評估南科園區地盤對振波傳遞之衰減參數與土壤阻尼性質，同時並評估小型槽溝之隔震效應。 本研究計畫用共包含兩部分之試驗，第一部分為淺基礎強迫振動試驗，係利用國家地震研究中心之振動產生器為振源，分別進行水平向振動試驗與鉛垂向震動試驗，並於振動產生器停機時，紀錄各測站之振動衰減過程，以估算地盤之阻尼係數；第二部分為重錘落擊試驗，係採用一?12頓之重錘錘擊於淺基礎或地表面上以製造振源，並於重錘落擊試驗時，同時檢測槽溝對振波傳遞之影響，以檢驗槽溝之隔震效應。 根據淺基礎強迫振動試驗之結果，所得之地層衰減係數α值在較低頻率(2~8Hz)時較小，平均約為0.002，且具有較大之變異性，而在較高頻率時，則大致隨頻率之增加而漸增。由兩方向振動試驗之自然衰減曲線所歸納得之土壤阻尼比約皆介於1%~1.2%之範圍內，較由強迫振動試驗之地層衰減係數α值所估計者為小。重錘落擊試驗之顯著頻率範圍約為5~25Hz，分析所得之地層衰減係數α值大致隨頻率之增加呈增加之趨勢，水平徑向與鉛垂方向之地層衰減係數在頻率範圍5~25Hz之間約為0.01至0.02，而水平徑向之地層衰減係數略大於鉛垂方向之地層衰減係數；至於所挖掘之3m深、20m長之槽溝則無法有效地降低其後方30m範圍內之地表振動，尤其是低頻的部分，槽溝存在與否似乎沒有影響。

由交通部以BOT方式委託給台灣高鐵公司興建之高速鐵路工程，計畫中之行車路線將穿越國科會設置於台南縣新市附近之南部科學園區，該園區內預計設置微電子精密機械、半導體與農產生物技術等專業區，專業區內之高科技產業對地盤振動之影響甚為敏感，而高鐵行車行經此地勢必引起地盤振動，其對科學園區廠房之振動影響變成國科會與台灣高鐵公司亟欲解決之問題。 經台灣高鐵公司委託美國ICE公司之研究結果顯示，高鐵行經南科時有顯著之低頻振動，最大值可達68dB左右，此振動值實超出南科園區高科技廠房所能承受之振動標準，因此國科會與台灣高鐵公司雙方約定於八個月內分別研究可行之基礎減振措施，期使高鐵行經南科引致之地盤振動能減至最小，以維高鐵與南科雙方之效益。本研究計畫即接受國科會委託進行高鐵行車引致地盤振動之分析研究。

國家地震工程研究中心宜蘭農工專校新建之七層樓教學大樓內及其基地上裝設有地震觀測儀器，包括強震儀、鋼筋計、水壓計及土壓計等，於地震發生時，可記錄大樓及周圍土壤之地震反應以供地震工程研究之用。 本研究計畫即為配合宜蘭農工教學大樓地震量測研究案所提出之研究計畫，研究內容主要為針對基礎土壤之受震反應及其孔隙水壓之變化。研究計畫共分二期執行，本期計畫係第二年之計畫，主要為利用前期所完成之LQDYN程式，分析宜蘭實驗園區農工教學大樓基地內所埋設之地震儀及孔隙水壓計於民國83年6月5日地震時之振動反應。 宜蘭農工教學大樓之東西兩側共埋設有三組地震儀及六支水壓計，於本次地震時，試驗場址地表之最大地表加速度為40gals，所量得之最大孔隙水壓上升量約為0.02kg/cm2，相當於20cm之水頭變化。利用LQYDN程式分析其地震反應時，首先根據土壤鑽探及試驗資料建立分析模型，以地表下15m處之S12地震加速度記錄當作輸入運動，預測S11位置之地盤振動，分析結果與實測記錄非常接近，顯示LQDYN具有良好之分析功能。但孔隙水壓計所量得之孔隙水壓變化量太小，且各水壓計之間具有相當大之變異性，無法以理論模式作模擬分析。另根據相關性研究，得知在地震波初始到達階段及主要振動期間，孔隙水壓之振盪與垂直向地盤加速度具有良好之相關性。

地震作用時，不同類型之地盤往往具有不同之地震反應，此乃局部土壤對振動的反應效應不一樣所致，為擬訂各地區設計地震時不可忽略的重要因素。不同地盤土層對地震波之放大效應決定於土層之分佈、性質、厚度及地震強度等條件，為一相當複雜的問題，在工程應用上，為簡化問題，大都採用單向度剪力波傳的理論加以分析。本研究針對岩盤上覆一剪力模數隨深度呈線性增加之土層（吉普生土層），以單向度剪力波傳之理論，探討各種不同性質之土層受地震作用之放大效應，評估土層表面相對於基盤面（或岩盤露頭）之尖峰加速度（PGA）放大係數與反應譜 (response spectrum) 放大係數，並與均質土層之放大作用作一比較研究。 綜合本研究分析結果顯示：若以一同厚度之均勻土層去模擬吉普生土層，令其等值剪力模數等於吉普生土層0.6~0.7H深度處之剪力模數時，兩者具有相同之土層基本周期；吉普生土層之PGA放大係數與土層周期之關係以及反應譜放大係數與正規化周期之關係，均與均質土模型具有相同之形式；但若以一等值均質土(等周期）之PGA及反應譜放大效應去模擬吉普生土層之放大效應，則會低估吉普生土層之PGA及反應譜尖峰值，特別是對中長周期的地盤，低估的情形較為嚴重。

在地震力作用下土壤內之孔隙水壓的動態反應分析方面，過去已有許多學者投入研究，其中黃俊鴻（1990）考慮土層在地震力作用下所發展的地盤反應分析程式，由於具備完整之理論分析且可考慮孔隙水壓變化之影響，故依研究所需修改此程式為LQDYN分析程式作為本研究之基本分析程式。 利用LQDYN程式對羅東核能廠模型基址之地震反應所作的孔隙水壓分析結果與水壓記錄之比較，可知孔隙水壓分析結果有高頻含量過多現象以及記錄之間有啟動時間偏差現象等問題的存在，本研究針對高頻含量過多與啟動時間偏差等現象提出合理的解釋與改良的方法，此外，亦採用應力控制形式之骨架曲線模式來改進LQDYN程式，以進行孔隙水壓反應分析。 在高頻含量過多現象方面，於垂直向運動中引入雷利阻尼（Rayleigh damping）；在啟動時間偏差現象，則根據相關性理論加以修正；分析結果顯示可有效抑制高頻含量過多的現象，使分析結果更接近於實測記錄。在應力控制形式之骨架曲線模式方面，則採Ramberg-Osgood模式進行分析，由分析結果與實測記錄之比較顯示，水壓分析結果較採用應變控制形式之骨架曲線模式之水壓消散趨勢更明顯。

振動產生器（Vibration Generator或稱Shaker）係用於結構強迫振動實驗中對模型結構或實體結構施加預先設定之外力（通常為簡諧外力），藉以了解結構動力行為之實驗設備。由於待測結構物本身之勁度大小與質量等不盡相同，放對振動產生器輸出外力與頻率的要求亦不相同。一般於現地實體結構實驗中，因結構的勁度與質量較大，若要結構物達到足以量測之簡諧反應，所需之振動產生器就必須能提供較大之外力，同時又要能符合易於搬運及維修等之現地實驗設備條件。 振動產生器依其外力產生之方式可分為：旋轉偏心質量（rotating eccentric mass）、電動液壓式 (electrohydraulic）、電磁式（electromagnetic） 及擺錘式(pendulum)等。旋轉偏心質量式振動產生器因具有機械構造簡單、出力上限較大、自重與出力比值較小及無需反作用施力點等特性，故已廣泛的應用於許多現地實體結構動力測析試驗中，用以判定現存結構之自然振頻、阻尼比及振形等多項動力特性。國家地震工程研究中心鑑於實體結構動力測析實驗對地震工程研究之重要，特向美國Anco技術公司購置了一組「結構強迫振動實驗系統」，該系統之主要元件為二台旋轉偏心質量式振動產生器，一適用於低頻（0.5~ 10 Hz），另一適用於高頻（0.5~30 Hz）。本文主要目的在介紹此組實驗設備之原理及性能。

1994年1月 17日清晨4時30分（美國當地時間）美國南加州洛杉磯西北方約20哩處之聖費南度盆地（San Fernando Valley）北嶺(Northridge）地區發生芮氏地震儀規模6.6之強烈地震，使得住有300萬人口的聖費南度盆地受了重創。洛杉磯地區密佈如織的高速公路被震得柔腸寸斷，十餘條主要高速公路橋梁結構嚴重受損或塌毀，影響交通甚鉅，其中最令人觸目的是全美最大交通流量之I10州際高速公路及加州南北大動脈15州際高速公路均為之中斷。震央北嶺地區及洛杉磯郊區之廣大範圍，數以千計的公寓住宅辦公大樓及醫院、學校、購物中心等公共建築嚴重受損或倒塌。此次地震造成了55人死亡、 5千餘人受傷及2萬 5千人無家可歸，初估財物損失高達150~300億美元，可能成為美國有史以來財物損失最大之天然災害。 此次地震規模雖不及1906年之舊金山大地震（M＝8.3），及1989年之洛馬普利塔 （Loma Prieta）地震（M＝7.1），但所造成之災害，對社會的衝擊，以及經濟損失，卻是有過之而無不及。地震發生後，由於洛杉磯市政府迅速籌劃指揮，聯邦及州政府之全力支援，市民的自動參與，紅十字會、宗教團體及職業公會等民間公益團體之熱心參加救災工作，使得人員傷亡及財產損失減少到最低程度，災後之重建復舊工作亦能迅速展開，交通運輸與社會秩序得以維持。