本研究發展非凝聚性土層中固定樁頭單樁位移韌性容量之評估公式，以供從事樁基礎耐震韌性設計之所需。評估公式係以一理想模型推導樁位移韌性與樁-土系統參數間之關係。理想模型考量一具雙線性彎矩-曲率撓曲性質之半無限長樁，埋置於地盤勁度隨深度線性增加之溫克土壤中。公式參數包括樁斷面之過強度比、曲率韌性容量以及土壤非線性效應修正因子。將此公式進一步與凝聚性土層條件下所得之公式相比較，比較結果發現：二類土層所得之評估公式形式相似，對於線性土壤的情況，樁位移韌性容量為樁斷面曲率韌性容量與過強度比之函數，與地盤反力模數值大小無關，在相同之樁斷面參數下，樁在非凝聚性土層中之位移韌性容量大於在凝聚性土層之位移韌性容量；對於非線性土壤的情況，非凝聚性土壤情況下（API砂土p-y模式）之土壤非線性效應修正因子，較凝聚性土壤情況下（Matlock黏土p-y模式）所得者為小。整體而言，樁在非凝聚性土層中之位移韌性容量較大。

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。

加勁擋土結構在1980 年代後期引進台灣，自此加勁材料及各式加勁結 構蓬勃發展。台灣屬於地震頻繁地區，結構物設計須考慮地震作用下之安 全性，若要將耐震性能設計觀念應用於土堤耐震設計，則有必要掌握土堤 結構在不同等級地震作用下之變形性，以及影響其動態行為的相關參數。 本研究利用離心模型試驗研究加勁土堤動態反應，改變不同加勁材強 度、加勁材長度及加勁間距，變化土堤坡度及高度，探討不同幾何條件與 加勁材料配置下，在不同強度振動力作用下，加勁土堤加速度與變形性之 差異。 研究結果顯示： 1. 模擬現地4m 高的加勁土堤試驗結果顯示土堤顯著頻率在10Hz 左右，8m 高的加勁土堤試驗中，土堤顯著頻率約在5.7Hz，改變加勁間距、加勁 長度及土堤坡度對土堤顯著頻率影響不大。模擬現地12m 高加勁土堤的 試驗顯著頻率為4.5Hz，顯示加勁土堤顯著頻率與高度有明確的相關性。 2. 少數1Hz 振動事件中的加速度變化會呈現縮小反應，縮小反應與土堤大 量變形有關。 3. 8m 高的加勁土堤試驗中，加勁材強度112kN/m 及62.5kN/m 的試驗結果 顯示加勁土堤耐震性能均十分良好。 4. 由8m 高加勁土堤內部斷裂破壞連線可知，斷裂位置與坡面水平距離最 遠的加勁材大多位於土堤頂部，破壞面類似圓弧破壞。 5. 由試驗後破壞土堤回收的加勁材可知，土堤底部往上約0.2~.03H 的加勁 材伸長量最大。

本研究利用模型試驗配合數值分析，探討樁斷面撓曲降伏對側向荷載樁反應及其試驗p-y曲線分析之影響，並檢驗以分佈塑鉸模式模擬側向荷載樁非彈性反應之適用性。模型試驗為一模型鋁樁樁頭受到側向荷載，包含二階段試驗，分別為小位移與大位移荷載試驗，可藉以觀察樁斷面撓曲降伏現象對側向荷載樁樁體受力分佈與樁周土壤反力分佈之影響。第一階段試驗，樁頭側位移小，此時樁體保持彈性；第二階段試驗，樁頭受承受更大之側向位移，此時樁體產生非彈性之撓曲變形。為得到模型樁斷面實際之非線性撓曲特性，本研究亦進行了撓曲試驗求取模型樁斷面之彎矩-曲率關係。比較兩組樁側向荷載試驗結果，發現在樁降伏前，最大彎矩深度因土壤非線性效應，隨樁頭側位移增加而加深；當樁降伏後，最大彎矩深度變化變小，其塑性區隨荷載增加向上與向下擴展。此外，本研究亦發現當分析本試驗資料以求取此模型樁-土系統之土壤p-y曲線時，須採用正確之非線性斷面撓曲性質方可得到合理之p-y曲線。最後，本研究亦利用分佈塑鉸模式來模擬此模型試驗，分析結果顯示分佈塑鉸模式可有效模擬樁降伏後之非彈性反應及其塑性區之發展。

基樁在受側向荷載時，其荷載形式常為反覆荷載，如地震、波浪等所 引致之側向力。以往側向荷載樁行為之研究多著重於樁受單向荷載之行 為，而較少針對樁在反覆荷載下之行為，尤其是反覆荷載下之遲滯反應。 基此，本研究進行一系列模型鋁樁單循環側向加卸載試驗，利用所量得之 樁頭受力-位移關係來瞭解樁之側向非線性遲滯反應。模型樁設置有應變 計，透過應變計所量測的應變資料，進一步分析荷載過程中之樁身反應， 並建立其樁身土壤反力-位移關係（即p-y 曲線）。研究顯示，無論在樁頭側 推曲線或是p-y 曲線，曲線軌跡所形成之遲滯圈顯示加卸載過程中土壤提供 相當程度之阻尼效應。本研究並針對試驗所得之p-y 曲線，歸納出該試驗土 壤之地盤反力模數與位移和覆土深度之關係，且梅新規則可以有效模擬p-y 曲線之遲滯軌跡。

近年來，地震與洪水所造成之複合式害，嚴重影響台灣橋梁的安 全。既有橋梁之耐震與耐洪能力，由於尺度與地質條件關係，研究人 員甚難於實驗室中以縮尺實驗方式忠實呈現，據以檢核其安全性。 2010 年10 月恰逢交通部公路總局於宜蘭縣大同鄉啟用新牛鬥橋，舊 牛鬥橋預定拆除，國家地震工程研究中心獲悉舊牛鬥橋可作為現地橋 梁工程研究的機會，經評估結構系統與實驗技術可行性，遂向公路總 局、經濟部第一河川局、宜蘭縣政府等主管機關提送實驗計畫並獲準 同意，另獲得國家實驗研究院研究經費支援，使本次現地橋梁耐震性 能實驗得以圓滿完成。本計畫主要包括：(1)P3 橋墩標竿試體耐震實 驗、(2)P4 橋墩基礎沖刷裸露耐震實驗、(3)P2 橋墩設計地震擬動態實 驗、（4）P5 橋墩沉箱測推實驗、（5）現地大地試驗等。本實驗於2010 年9 月初開始規劃，至2010 年12 月19 日完成，執行期間本中心與 台灣大學、成功大學、交通大學、中央大學、台北科技大學、雲林科 技大學、朝陽科技大學等10 多位教授和20 餘名研究生共同合作，實 驗成果預計對橋梁的土壤結構互制行為、橋梁基礎沖刷裸露後之耐震 能力、地震與基礎掏空的複合機制、光學監測在橋梁之應用，將可提 供更多的實驗資料與橋梁分析模式，有助於檢討橋梁受多重災害之耐 震與耐洪行為，提供未來橋梁耐震設計規範、耐震評估補強準則修訂 之參考。

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。

本研究利用SAP2000程式進行固定樁頭單樁韌性容量之參數分析，以探討影響基樁樁頭位移韌性容量之顯著因子。分析時所採用之參數包括：軸向力、樁徑、縱向鋼筋量與土層勁度。模擬樁-土系統時採用溫克基礎梁模式，並考量樁材及土壤非線性效應。在所探討的參數中，軸向力、樁徑及鋼筋量會直接影響樁斷面之彎矩-曲率關係。對所選定之各參數值進行一連串側推分析，探討樁頭位移韌性容量與斷面曲率容量、斷面過強度比（斷面極限彎矩/降伏彎矩之比值）間的關係。分析結果發現基樁位移韌性容量與斷面過強度比之間成正相關，顯示出斷面之過強度比為影響基樁樁頭位移韌性容量之顯著因子。另一方面，對於相同過強度比斷面之基樁，土層勁度與強度愈高之土層，基樁之位移韌性容量愈小，惟相較於斷面之過強度比，土層勁度對樁的位移韌性容量影響較小。

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。