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■ 針對4.2節中有下列問題詢問?
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發表時間:
2008/03/26 10:22
發表人:林伯勳
文章發表次數: 5
文章回覆次數: 4
針對4.2節中有下列問題詢問:(1)DBGM、OBGM設計水庫是有否恰當(回歸期100年與25年)?
                                                   (2)建築技術規則設計地震回歸期為475年?



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回應時間:
2008/03/27 08:53
回應人: 林伯勳
文章發表次數: 5
文章回覆次數: 4

    筆者: 中興顧問社大地工程研究中心 鄭錦桐 林伯勳

         「地震」一詞應修改為「強地動」較為適合,地震(Earthquake)與地動(Ground motion)為兩種不同物理量。地震是地球內部某一部份突然發生急速激烈之變動,因而產生彈性波向各方傳播,引起地面震動的現象。地動則是地震發生後在某地點引發震動之定量描述。地動大小不僅與地震規模有關,亦與震源距離、波傳路徑及場址地質有關。依據「經濟部水庫安全評估地質與地震評估規範(草案)(1996),常見於水庫地震評估報告中,其定義設計基準地震(Design Basis earthquake, DBE):為蓄水庫在經濟壽齡內,造成壩址可能遭遇一次地動值之地震,以100年再現周期地動值之地震作為設計基準地震;設計基準地動(Design Basis Ground Motion, DBGM):為對應設計基準地震之壩址尖峰地表加速度值;運轉基準地震(Operating Basis Earthquake, OBE):為蓄水庫在經濟壽命年限內可能遭遇一次以上地動值之地震,以發生25年再現周期地動值之地震作為運轉基準地震;運轉基準地動(Operating Basis Ground Motion, OBGM):為對應運轉基準地震之壩址尖峰地表加速度值。

         引用上述設計標準應用時,常容易造成誤解並導致設計不當。經濟部水利署於2007年訂定「蓄水、引水建造物檢查及安全評估技術規範草案」已修正為DBEOBE涵蓋DBGMOBGM之定義,不再採用DBGMOBGM等名詞,以免混淆,其修改定義如下:設計基準地震(DBE),訂為950年再現周期(50年內超越機率5%)之地動值。係指水庫壩體於遭受此一地動時,允許發生日後可予修護之損壞,但不能產生重大之變位或變形,壩體上之主要設施須保持正常操作之功能;運轉基準地震(OBE):訂為475年再現周期(50年內超越機率10%)之地動值。水庫在此地震下,一切重要設施均應保持其功能,不容有任何損壞。

設計地震評析中要估算者為地震於工()址引致之地動大小,而非地震本身基於卜桑模式假設(Cornell, 1968),若以水庫生命週期(t )50年計算之,結構物遭受強地動為回歸期為475(亦即v=1/475),其超越機率(p )達至百分之十,其計算方式如下:
         P=1-e-vt=1-e-(1/475x50)=0.1=10%
 
       一般結構物僅適用於建築技術規範,並不能直接應用於重大工程結構物,應依據其結構性能及重要性來考量設計之保守度,但至少應維持於一般結構物設計水準以上,亦即設計地震回歸期應至少超過475年。因此在說明設計強地動時,吾人必須先瞭解並釐清地震與強地動回歸期所對應之物理意義。地震之回歸期對應是規模值(M);地動之回歸期對應為PGA值。對於水庫而言,主要則是考量設計PGA值,依此進行結構應力分析,最後繪製結構細部設計圖。根據Gutenberg-Richter(1954)提出規模(M)與年發生次數(N)關係式如下:
 
     Log(N)=a-bM
 
           若將設計地震之回歸期(其倒數為年發生次數)代入上式,所求得為設計地震規模。而設計強地動值,則是依據設計場址距震源的位置及震源規模值配合適合地震衰減式(其為規模與距離之函數),所求得為設計PGA值。
若依據「經濟部水庫安全評估地質與地震評估規範(草案)(1996)以水庫生命週期(t)100年計算之,,結構物遭受強地動為回歸期(1/v),考量DBGMOBGM分別為10025年,其超越機率( P)計算方式如下:
DBGM回歸期:100
        P=1-e-vt=1-e-(1/100x100)=0.63=63%
OBGM回歸期:25
     P=1-e-vt=1-e-(1/25x100)=0.98=98%
 

       以上述標準進行設計水庫,其結果顯然並不合理,係表示其生命週基期內,至少發生一次大於設計強地動值以上機率介於63%98%,對於結構設計偏不保守,而結構體受損率增加且易造成結構性破壞。

      筆者建議採用「經濟部蓄水、引水建造物檢查及安全評估技術規範(草案)(2007)規定,其定義DBE訂為475年或950年再現週期之地動值,OBE訂為237年再現週期之地動值,惟該作業規定亦言明,基於經濟及風險考慮,容許變更DBEOBE之再現週期。考量台灣地區重要結構物設計地震參數訂定實務及官方耐震設計相關規範,DBGM訂為950年再現周期之地動值,OBGM訂為475年再現周期之地動值。故超越機率可修正如下:

DBGM回歸期:950
      P=1-e-vt=1-e-(1/950x100)=0.10=10%
OBGM回歸期:475
     P=1-e-vt=1-e-(1/475x100)=0.18=18%
 



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