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研究生: 蕭予欣
Hsiao, Yu-Hsin
論文名稱: 考慮近斷層脈衝效應之隔震設計法及其機率式性能評估
Seismic isolation design and its probabilistic performance assessment considering near-fault pulse effect
指導教授: 盧煉元
Lu, Lyan-Ywan
共同指導教授: 蕭輔沛
Hsiao, Fu-Pei
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 273
中文關鍵詞: 隔震設計性能設計法近斷層震波隔震性能評估脈衝效應隔震系統補強增量動力分析非線性動力分析
外文關鍵詞: Isolated design, near-fault earthquake, performance design method, seismic performance assessment, pulse effect, reinforced isolation system, incremental dynamic analysis, nonlinear time history analysis
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  • 臺灣地震發生機率十分頻繁,島內活動斷層密佈,建物易受到近斷層強震震波之襲擊,使建物發生嚴重損壞或倒塌,如今先進的隔震技術雖已逐漸被工程界採用作為防震之工法,以提升建物之耐震性能,但由於傳統隔震設計方法,採用長週期段以1/T(週期的倒數)遞減之設計反應譜,無法考量近斷層脈衝效應之影響,因此本文提出一個以性能為導向並且能夠考量近斷層脈衝效應之隔震設計方法,稱為改良式二階性能設計法。該法首先利用美國NIST所建議之指向效應窄頻模型決定一脈衝效應放大因子,用以調整規範之設計反應譜,再根據此反應譜,以決定整體隔震系統之有效週期及有效阻尼以滿足預設的耐震性能需求(包含:結構基底剪力及隔震位移容量),最後,再決定支承及增補阻尼器之數量及個別的參數。
    為便於說明,本文將所建議的設計方法應用於一棟位於近斷層區耐震能力不足之建物,期能以隔震技術提升其耐震能力。同時,基於經濟與施工方便性等因素,在滿足相同耐震性能需求的條件下,本文以所建議的方法,設計出以下三種不同之隔震系統:(案例1)僅安裝FPS滑動支承、(案例2)FPS支承+黏滯性阻尼器、(案例3)FPS支承+摩擦阻尼器。同時,為能量化此三種隔震設計案例之實際耐震能力,本文乃以前人所提出之機率式耐震性能評估方法針對此三種隔震案例進行耐震評估。評估結果顯示原建物為耐震不合格之建物,三種隔震方案皆可使原建物之耐震性能達到合格標準。其中案例1(僅有FPS)之隔震系統,對上部結構的耐震防護最佳亦最省工,但隔震層於MCE地震力下的損傷機率最高;而案例2(FPS支承+黏滯阻尼器)則是對於支承位移的抑制效果最佳,隔震層於MCE地震力下的損傷機率最高。
    再者,現今有許多位於近斷層區的既有隔震建物,由於設計時並未考慮近斷層之脈衝效應,因而面臨隔震位移容量或耐震力不足的問題,皆需經過隔震補強以有效抑制隔震層位移及提升隔震建物之耐震力。職事之故,本文亦提出可用以補強近斷層地區隔震建物之增補阻尼補強設計法。研究結果顯示,經過前述補強設計法所設計之隔震建物經補強後,可有效抑制隔震層位移,降低隔震極限損傷機率,但對於上部結構的損傷機率則為提高。

    A traditional isolation design method usually uses a design response spectrum that does not consider the pulse effect in near-fault ground motions. For the purpose of near-fault isolation design, this paper proposes a performance-based method called the modified two-stage performance isolation design, which is able to account for the long-period pulse-effect of near-fault earthquakes. According to the proposed method, three different isolation cases were designed in this study. The assessment result shows that the design case in which only FPS sliding bearings are used provides the best seismic protection for the superstructure and is more convenient for construction, while the design case in which both FPS bearings and viscous dampers are used provides the best protection on the isolation system and has the least damage risk of the isolation layer. Moreover, this paper also proposes a retrofit design method using supplementary damping for retrofitting the existing isolated structures in near-fault areas. The assessment result shows that the probability of isolation failure due to excessive isolator displacement can be very effectively reduced after the retrofitting, although the damage probability of the superstructure will increase.

    目錄 摘要 I EXTENDED ABSTRACT III 誌謝 XV 目錄 XVII 表目錄 XXII 圖目錄 XXIV 第1章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 有關耐震性能評估相關文獻 2 1.2.2 有關隔震建物耐震評估及設計文獻 3 1.2.3 有關近斷層震波之文獻 4 1.3 本文研究目的 6 1.4 本文架構 6 第2章 隔震建物耐震性能評估法 9 2.1 本章目的 9 2.2 隔震建物機率式耐震評估流程 9 2.3 選定目標反應譜 10 2.4 歷時震波之挑選與縮放 11 2.4.1 震波縮放方法 11 2.4.2 FEMA P-58震波縮放方法 12 2.5 各性能等級損傷準則之訂定 14 2.5.1 整體損傷準則 15 2.5.2 局部損傷準則 15 2.6 增量動力分析 16 2.6.1 方法說明 16 2.6.2 地震強度增量 17 2.7 易損曲線之建立 18 2.7.1 建立方法 18 2.7.2 不確定因子之考量 19 2.8 性能指標之計算 20 2.8.1 特定地震力下之建物損壞機率 20 2.8.2 年平均損壞頻率 21 2.9 小結 22 第3章 考慮近斷層特性之目標反應譜及危害度曲線 33 3.1 近斷層震波之特性 33 3.2 考量近斷層脈衝效應之反應譜調整法-窄頻模型(NARROWBAND MODEL) 34 3.3 目標反應譜調整之流程及步驟 38 3.4 IDA分析中含由脈衝特性歷時震波數目之決定及挑選 39 3.5 目標反應譜調整之範例 39 3.6 考慮近斷層特性之危害度曲線 41 3.6.1危害度曲線之產生 41 3.6.2危害度曲線之正規化 43 第4章 非線性動力分析數值模型之設定及驗證 57 4.1 本章研究動機與目的 57 4.2 單柱往復實驗之驗證 57 4.2.1 實驗試體描述 57 4.2.2 非線性塑鉸之設定及數值模型建立 57 4.2.3 側推背骨曲線分析與實驗結果之比較 58 4.2.4 基底剪力遲滯迴圈分析與實驗結果之比較 59 4.3 七層樓RC構架之振動台實驗驗證 60 4.3.1 實驗試體描述 60 4.3.2 實驗設備與組立圖 61 4.3.3 實驗方法與結果 62 4.4 七層樓RC構架之數值模型與參數設定 62 4.4.1 非線性動力分析數值模型之建立 62 4.4.2 數值分析方法-採用ASCE41-13塑鉸 63 4.4.3 數值分析方法-採用TEASPA塑鉸 64 4.5 七層樓RC構架分析結果與比較 65 4.5.1 數值分析損傷程度與實驗觀察之比較 65 4.5.2 數值模型不同塑鉸模型與實驗分析之比較 65 第5章 考量近斷層震波作用下建物之隔震設計及評估 137 5.1 本章動機與目的 137 5.2 本文建議之近斷層區隔震設計法 — 改良式二階性能評估 137 5.3 案例建物及其隔震設計說明 142 5.3.1 案例建物 – 5層樓RC建物 142 5.3.2 案例建物非線性數值模型之建立 143 5.3.3 考量近斷層脈衝效應下之隔震系統參數設計 — 靜力分析法 144 5.3.4 案例2中黏滯型增補阻尼器勁度效應之探討與比較—靜力分析法 149 5.3.5 不同脈衝週期效應對支承設計參數的影響—靜力分析法 151 5.4 不同隔震系統之耐震性能評估與比較 — 非線性動力分析 155 5.4.1 隔震建物分析模型之建立 155 5.4.2 目標反應譜之調整 156 5.4.3 歷時震波之縮放與調整 157 5.4.4 增量動力分析結果之比較 158 5.4.5 易損曲線之比較 159 5.4.6 不同隔震系統耐震性能指標之比較 162 5.5 小結 164 第6章 考量近斷層震波效應下原隔震系統之補強設計與評估 221 6.1 本章動機與目的 221 6.2 本文建議之既有隔震系統補強設計法 – 增補阻尼設計法 221 6.3 既有隔震建物案例介紹 225 6.3.1 案例建物介紹與非線性數值模型之建立 226 6.3.2 未考量近斷層效應下之原隔震系統參數設計 226 6.3.3 考量近斷層效應下之隔震補強設計–考慮黏滯型阻尼器勁度 228 6.3.4 考量近斷層效應下之隔震補強設計–不考慮黏滯型阻尼器勁度 231 6.4 隔震系統補強前後之耐震性能評估與比較 — 非線性動力分析 233 6.4.1 隔震建物分析模型之建立 234 6.4.2 目標反應譜及歷時震波之縮放與調整 234 6.4.3 增量動力分析結果之比較 235 6.4.4 易損曲線之比較 235 6.4.5 隔震系統補強前後之耐震性能指標比較–考慮黏滯型阻尼器勁度 236 6.4.6 隔震系統補強前後之耐震性能指標比較–不考慮黏滯型阻尼器勁度 238 6.5 小結 238 第7章 結論與建議 264 7.1 本文結論 264 7.2 建議 267 參考文獻 269

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    下載圖示 校內:2023-08-31公開
    校外:2023-08-31公開
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