2011年2月7日 星期一

土壤彈簧

現代橋梁設計的基礎就是力學,藉由可分析的力學模型模擬真實世界的橋梁,或者儘量讓真實世界的橋梁近似理想化的力學模型,然後工程師可以假定設計是安全的。
結構本身常以beam element來模擬,給定支承條件(bearing或BoundaryConditions),施加載重後進行分析設計。這樣的模式已實證可行,而且不停發展,從線彈性擴展至非線性。但是理論有極限,特別是碰上"土壤"時。
當結構連接至土壤時,如何模擬土壤? 也可以換個方式問: 如何適當的反應結構與土壤之間的關係?

如何模擬,要先問我們關心甚麼?如果我關心土壤的反應,則要確切模擬土壤元素;如果我關心的是結構本身,那麼對於土壤,可以採用簡化的假設滿足設計目的即可。
最簡化的情形,就是橋墩下直接固接(rigid),6個自由度都固定。合理嗎?這要工程師判斷,但是耐震規範不建議這樣做。
比較沒那麼簡化的情形是用"等值彈簧"模擬。配合基礎型式有不同方式定義彈簧,道路橋示方書(日),ATC-40(美),都有提供相關資料。