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研究生: 黃昱菱
Huang, Yu-Ling
論文名稱: 核電廠場址井下陣列地盤反應分析與圍阻體結構健康診斷研究
Structural Health Diagnosis of CTMT Buildings Based on Site Response Analysis of Down Hole Array Data
指導教授: 朱世禹
Chu, Shih-Yu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 359
中文關鍵詞: 核電廠圍阻體土壤 -結構互制健康診斷系統識別井下陣列場址效應地盤反應分析STRATA等值線性法
外文關鍵詞: Containment building in nuclear power plant, Soil–structure interaction effect, Structural health monitoring, System identification, Site response analysis
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  • 環太平洋地震帶包含全球 90%的地震活動外,全球 75%的火山也分布於此地帶, 臺灣 、 日本、琉球、菲律賓 等國家頻繁受地震影響,其造成之災害使國家經濟損失,人民生命受威脅,在 2011年 3月 11日於日本東部近海發生規模 9.0最大震度為 7之大地震,並引致海嘯導致大範圍交通、通訊、能源均癱瘓,其中對人類最嚴重之威脅的是造成核能電廠設備嚴重受損,除了電力無法供應之外,亦造成核輻射外洩,然而臺灣 擁有四座核能發電廠, 維護其結構 安全 是至關重要,台灣電力公司除了在圍阻體裝設地震儀之外,各場址亦建立井下地震儀震列,透過實際地震事件測資料,可針對核能電廠結構安全進行評估,在地震發生後可進行結構之健康診斷評 估,並且利用井下陣列量測資料可探討場址效應以及土壤 -結構互制之行為,本研究以建立 PWR電廠兩座圍阻體之完整健康履歷為目標,除了利用 結構量測資料 探討搖擺效應 接著同時 藉由 井下量測分析 核電廠 基地 之場址效應 以及利用地盤反應分 析程式 找出周圍 土壤 之模型 ,再 透過 圍阻體與井下測站之比較, 觀察 較大尺度大地與結構物之互動行為,最後透過不同識別模型之假設,探討受土壤 -結構互制效應影響之識別結果 建立兩座圍阻體 完整之健康履歷,以 供 未來 耐震補強之依據 。

    On March 11, 2011, an earthquake with a magnitude of 9.0 and a maximum magnitude of 7 occurred off the coast of eastern Japan, resulting in a tsunami that caused serious disasters. The serious damage to nuclear power plant equipment is the most serious threat to human beings. In addition to being unable to supply electricity, it also caused nuclear radiation leakage. However, Taiwan has four nuclear power plants, and maintaining structural safety is important. Taiwan Power Company installed seismographs inside the containment building and built a downhole array at each site. Through the actual seismic event data, the structural safety of the nuclear power plant can be evaluated, and the structural health resume and evaluation can be carried out after the earthquake. The site effect and soil-structure interaction behavior can also be discussed by using the downhole array measurement data. This study aims to establish the complete health resume of the two containment buildings of the PWR power plant, and uses the structural measurement data to discuss the rocking effect. Model the surrounding soil, and observe the interaction between the surrounding soil and the structure through the comparison between the containment building and the downhole station. Finally, through the assumptions of different base identification models, the identification results affected by the soil-structure interaction effect are discussed, and the complete health resumes of the two containment buildings are established.

    摘要 I Extend Abstract II 致謝 XI 目錄 XII 表目錄 XVIII 圖目錄 XXI 第1章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 本文內文 3 第2章 理論介紹 5 2.1 頻率響應函數(FRF) 5 2.1.1 功率頻譜密度函數 5 2.1.2 窗函數(Window function) 6 2.2 狀態空間模型 7 2.2.1 連續時間狀態空間方程與s轉換形式 7 2.2.2 離散時間狀態空間方程與z轉換形式 8 2.2.3 連續與離散時間系統模態頻率及阻尼比推導 9 2.3 觀測器/卡曼濾波識別方法(OKID) 11 2.3.1 基本觀測器方程式 11 2.3.2 計算馬可夫參數 16 2.3.3 計算觀測器增益矩陣 18 2.4 特徵系統實現理論(ERA) 20 2.4.1 特徵系統實現理論(ERA) 20 2.4.2 區別真實振態與雜訊振態之候選方法 25 2.5 遞迴最小平方理論(RLS) 28 2.5.1 自我迴歸外變數模型 28 2.5.2 最小平方法 29 2.5.3 遞迴最小平方法 30 2.5.4 時變參數之遞迴最小平方法 32 2.6 相對位移積分理論 36 2.6.1 即時結構物反應積分模組(RTSRI) 36 2.6.2 RTSRI之高通數位濾波之截斷頻率 37 2.7 波傳理論與地層轉換函數 38 2.7.1 一維地盤反應分析 38 2.7.2 波傳理論與地層轉換函數 40 2.7.3 經驗地層轉換函數 48 第3章 PWR電廠土壤-結構互制行為與搖擺頻率識別 61 3.1 PWR電廠圍阻體介紹 61 3.2 輯錄系統介紹與配置 61 3.2.1 地震監測系統 61 3.2.2 結構識別系統 62 3.3 識別模型 63 3.4 軸線劃分 63 3.5 資料處理與同步 63 3.5.1 地震監測系統與結構識別系統同步校正 64 3.5.2 積分與濾波設定 65 3.6 土壤-結構互制效應與搖擺震動探討 65 3.6.1 搖擺震動確認 66 3.6.1.1 各軸線垂直向絕對位移 66 3.6.1.2 各軸線垂直向之相對位移 67 3.6.2 觀察土壤-結構互制效應現象 68 3.6.2.1 基礎與自由場訊號之比較 68 3.7 搖擺頻率識別 68 3.7.1 基礎與自由場 69 3.7.2 中心端與角隅端 69 3.7.3 絕對位移與相對位移 70 3.7.4 圍阻體搖擺轉角加速度、搖擺轉角位移 70 第4章 PWR電廠井下觀測資料分析 134 4.1 PWR電廠井下觀測系統配置 134 4.1.1 PWR電廠地表地層構造概述 134 4.1.2 井下觀測系統介紹 134 4.2 井下資料處理與分析 135 4.2.1 資料修正處理 135 4.2.2 地震事件分類 136 4.2.3 平均譜加速度、平均尖峰加速度 136 4.2.4 反應譜分析 138 4.2.5 地層轉換函數 139 4.3 經驗地層轉換函數FRF分析 140 4.4 STRATA地盤反應程式分析 140 4.4.1 STRATA線彈性線性分析理論 141 4.4.2 STRATA等值線性分析理論 141 4.4.3 STRATA模型介紹 145 4.4.4 實際量測資料於STRATA各模型之比較 145 4.4.5 岩盤輸入放大分析 146 第5章 井下陣列與圍阻體分析 226 5.1 圍阻體測站與井下陣列量測訊號比較 226 5.1.1 井下資料處理 226 5.1.2 圍阻體基礎與井下量測絕對訊號比較 226 5.1.3 圍阻體頂點與井下量測絕對訊號比較 227 5.2 不同基底系統識別與探討 228 5.2.1 識別模型介紹 228 5.2.2 識別結果 229 5.2.3 識別訊號頻率含量比較 230 5.3 PWR電廠圍阻體結構健康履歷 231 第6章 結論與建議 350 6.1 結論 350 6.2 建議 352 參考文獻 353 口試委員審查意見表 356

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