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論文中文名稱:以結構可靠度為基準之橋梁耐震能力評估及最佳化設計 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Reliability-based Seismic Assessment and Optimum Design of Bridges [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:102
出版年度:103
中文姓名:黃郁絜
英文姓名:Yu-Jie Huang
研究生學號:101428001
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2014-07-04
論文頁數:149
指導教授中文名:宋裕祺
口試委員中文名:蔡益超;張國鎮
中文關鍵詞:可靠度分析最佳化側推分析
英文關鍵詞:Structural reliabilityOptimizationPushover Analysis
論文中文摘要:台灣位處地震頻繁地帶,使得橋梁常因地震而造成損毀,此種情況與自然界所發生之隨機現象有著密切之關係,本身即具不確定性之特徵,致使橋梁分析時必須考量許多不確定性。爰此,可靠度分析對橋梁可能產生失效機率做量化之分析,使工程師能較精確掌握橋梁之失效機率或風險。
本研究蒐集國內外學者所進行之鋼筋混凝土柱試體側推實驗,根據SERCB for Bridge2012程式計算各塑鉸特性,並藉由SAP2000內建之側推分析(Pushover Analysis)功能求得該單柱試體之容量曲線(Capacity Curve)及容量震譜(Capacity Spectrum),且假設單柱試體工址,進而推估該單柱試體之耐震性能。為瞭解耐震性能於理論分析與實驗之準確性,以分析為基準求得與實驗之比值,進行統計分析,獲取結構容量(Structural Capacity)之標準差。此外,並以地震危害度分析資料,求取各回歸期所對應之最大地表加速度(PGA),進而統計分析地震需求(Seismic Demand)之標準差。進而利用橋梁側推分析所得之耐震性能曲線,透過前述結構容量統計分析求得平均值進行轉換,採為結構容量之平均值。
藉由上述成果,本研究進行以可靠度為基準的兩大議題:(1)以三座既有橋梁為對象,分析其可靠度指標;(2)研擬一套以遺傳演算法結合SERCB程式及可靠度指標應用於橋梁斷面最佳化分析,以求得新設橋梁既具有經濟性兼安全之斷面配筋。本研究所得成果冀能供為工程師之參考。
論文英文摘要:The existing bridges in Taiwan are inevitably threatened by earthquake shock. How to study failure probability of the bridges is important. Conventional seismic design of bridge by deterministic analysis is unable to consider the uncertainties in both seismic demand and structural capacity. Developing the reliability-based seismic assessment and design of bridges revealing the failure probability corresponding to various earthquake level is the core of this thesis.
Twenty-seven experimental results of cyclic loading test of reinforced concrete column were served as the statistical study of pushover analysis conducted by software of SERCB for Bridge 2012 associated with SAP2000. Accordingly, the variance of structural capacity determined by analysis is able to be calculated. On the other hand, statistical analyses of seismic hazard curves at different sites were performed to find variance of seismic demands with respect to different earthquake levels.
According to the above study, this thesis carried out two main reliability-based applications to bridges. The first one is to propose a realistic approach to evaluate the reliability indices as well as failure probabilities of the existing bridges corresponding to three earthquake levels. The second one is to develop an GA-based optimal design method of the bridge pier with the reliability index prescribed. The results obtained show that the proposed method can fulfill the reliability-based seismic assessment and optimum design of bridges.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究重點 1
1.3 論文組織與架構 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 結構可靠度之應用 5
2.3 國際規範於結構可靠度指標之訂定 11
2.3.1 ISO13822 11
2.3.2 ISO 2394:1998 12
2.3.3 JCSS2001 13
2.3.4 EN1990:2002 14
2.3.5 GB/T50283-1999 15
2.3.6 日本 16
2.4 小結 16
第三章 結構可靠度基本理論與應用 19
3.1 前言 19
3.2 結構可靠度概述 19
3.3 結構之極限狀態 20
3.3.1 承載能力極限狀態 21
3.3.2 正常使用極限狀態 21
3.3.3 破壞-安全極限狀態 22
3.4 結構可靠度與失效機率 22
3.4.1 載重-抵抗力分布干涉理論 23
3.4.2 基本隨機變量轉換 28
3.5 結構可靠性指標β 32
3.5.1 可靠度指標β之物理意義 32
3.5.2 可靠度指標β之幾何意義 34
3.6 小結 36
第四章 遺傳演算法 37
4.1 前言 37
4.2 遺傳演算法概述 37
4.3 遺傳演算法各階段演算要點 40
4.3.1 編碼方式 40
4.3.2 適應度函數 41
4.3.3 選擇 44
4.3.4 交配 46
4.3.5 突變 49
4.4 遺傳演算法之重要控制參數 52
4.5 遺傳演算法於無束制條件之最佳化應用 53
4.6 小結 56
第五章 地震載重與結構耐震能力之統計分析 57
5.1 前言 57
5.2 地震危害度於橋梁可靠度分析概論(Q) 57
5.2.1 機率法地震危害度分析(PSHA) 57
5.2.2 地震之最大可能機率密度函數 58
5.2.3 30年、475年、2500年回歸期對應之平均值、標準差及變異係數 59
5.3 鋼筋混凝土橋墩之容量曲線、容量震譜及耐震性能曲線驗證 62
5.3.1 日本鋼筋混凝土橋墩之試驗比對 62
5.3.2 台灣鋼筋混凝土橋墩之試驗比對 79
5.4 鋼筋混凝土橋墩試驗資料統計於橋梁可靠度分析應用(R) 111
5.5 小結 116
第六章 結構可靠度分析於既有橋梁耐震評估與新建橋梁耐震最佳化設計之應用 117
6.1 前言 117
6.2 國際可靠度指標之轉換 117
6.3 可靠度指標於既有橋梁耐震評估之運用 119
6.3.1 案例一 119
6.3.2 案例二 123
6.3.3 案例三 128
6.3.4 可靠度指標制定 132
6.4 結構可靠度分析於新建橋梁耐震之最佳化設計 132
6.4.1 鋼筋混凝土橋墩之最佳化設計變數 132
6.4.2 設計目標與設計結果之評估 132
6.4.3 鋼筋混凝土橋墩最佳化設計之限制條件與目標函數 133
6.4.4 遺傳演算法要點 133
6.4.5 案例分析 134
6.5 小結 142
第七章 結論與建議 143
7.1 結論 143
7.2 建議 144
參考文獻 147
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