橋梁耐震補強鉛心橡膠支承概述

孫忠邦  技師

因『公路橋梁耐震設計規範』從76年以後經過了幾次的變革，橋梁地震力總體提高，現有橋梁使用舊規範設計者，多需進行耐震補強。

耐震補強可以分為橋梁支承系統改良及下構補強兩種，下構補強多以鋼管樁或基樁，進行增樁及擴基方式施做。

橋梁支承系統的改良，其中之一作法是，原來橋柱上的盤式支承更換為「鉛心橡膠支承」，屬於隔震做法，這個做法可以降低地震力，使下構有機會不用補強。隔震：結構底部透過隔震機制與地表隔開，間接增加阻尼比；減震：結構物外加阻尼，底部未與地表隔開；地表加速度傳遞路徑：地表->墩柱->橋梁->墩柱->地表。

因質量多集中於橋梁處，地震力大多是由橋梁結構造成，又因鉛心支承，將原本的橋隔成2個結構，所以探討阻尼比及週期對地震力影響時，可以暫且忽略墩柱結構。經過公式推導，地震力會隨「阻尼比」及「週期」增加而降低。

原本橋柱上是盤式支承的情形時，可以將橋梁及墩柱，視為一個結構物。換成鉛心支承後，因為橋梁及墩柱開始有了相對位移，所以拆成了兩個結構物。其實，是拿原本盤式支承的橋梁墩柱結構，與鉛心支承橋梁結構來比，地震力會隨「阻尼比」及「週期」增加而降低。(橋墩質量較小，地震力忽略不計為前提)

因鉛心支承有非彈性消能機制（挫曲消能），所以地表加速度通過鉛心支承後，一定會被消能，間接造成橋梁「阻尼比」及「週期」增加，於是盤式支承換成鉛心支承後，能降低地震力的原理就說明清楚了。鉛心支承消能的能量大小在於遲滯迴圈的大小，透過實驗反覆加載(超過線彈性範圍)，可以得到遲滯迴圈。

建築物耐震設計規範第九章及公路橋梁耐震設計規範第七章，都有說明鉛心支承設計原理，大致上就是先假定一個設計位移及週期，透過迭代的方式求解。鉛心支承的構造大概有鉛心、鋼板、橡膠墊以及其他固定件。

構件的功能如下:1.鉛心:主要結構物，抗剪能力強，受側向地震力造成角變形，利用挫曲行為消能，組成遲滯迴圈。2.鋼片:因鉛心承重能力差，受軸力會造成挫曲及膨脹，所以要用鋼片套住束制，並代替鉛心承重。3.橡膠墊:鋼片會與鉛心一起位移，造成鋼片間相對位移，所以鋼片與鋼片之間會放置橡膠墊，減少磨耗。4.鉛心橡膠支承，僅由幾個簡單的構件配成設計提供的參數，要如何配置才能達到需求，就是製造商的機密了。