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研究生: 洪文政
Hong, Wen-Zheng
論文名稱: 建築物加速度訊號即時積分系統軟硬體整合應用研究
Application of Real Time Structural Response Integrator on Building Damage Assessment and Warning System
指導教授: 朱世禹
Chu, Shin-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: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 202
中文關鍵詞: 系統識別,結構監測,即時結構物反應積分器,建築物損壞指標與預知警報系統。
外文關鍵詞: Structural Monitoring, System Identification, Real-Time Structural Response Integrator, Real-Time Structural Damage Assessment and Warni
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  • 臺灣位處環太平洋地震帶地震頻繁,偶有破壞性地震發生,隨著經濟蓬勃發展,高樓及特殊橋樑林立,致使地震對於這些土木或建築設施的影響日益增加。交通部中央氣象局於八十二年起陸續加強對臺灣地區結構物地震行為的觀測。已有許多專家學者據以進行結構物動態參數識別,藉由強震前、中、後之實際量測紀錄,對於結構物之強度變化與損害折減進行深入的研究。在研究分析中需要建築結構之樓層相對位移,用以進行損害程度與損害位置之評估。一般加速度訊號量測較易,因此將量測所獲得加速度紀錄經即時結構物反應積分(Real-Time Structural Response Integration,RTSRI),即可獲得速度與位移訊號,但是,當加速度紀錄進行即時訊號積分(Real-Time Signal Integration,RTSI)前須設定數位高通濾波器之截斷頻率,而積分過程因數位高通濾波器截斷頻率設定上不同所呈現積分結果亦然而異。因此為了加速度紀錄於積分後所獲得速度及位移訊號之正確性,故本論文針對數位高通濾波器之截斷頻率進行整理與歸納,並擬定一套合適數位高通濾波器截斷頻率之設定通式,使得積分後可獲得較正確之積分訊號。本研究利用兩座示範建築物強震資料:美國加州Van Nuys七樓旅館及國家地震工程研究中心三層樓Benchmark D模型振動台實驗,檢驗建築物加速度訊號即時積分系統的準確性。最後,將此即時積分系統(即時結構物反應積分器)應用於建築物承受強震時之損害警報預知系統,近而建立一座與中央氣象局現有建築物強震儀並聯運作之『即時建築結構物損壞指標與預知警報系統(Real-Time Structural Damage Assessment and Warning System,RTSDAWS)』。

    In order to develop a Real-Time Structural Damage Assessment and Warning System (RTSDAWS) running in parallel with the existing building arrays installed by the Central Weather Bureau in Taiwan, a Real-Time Structural Response Integrator (RTSRI) is equipped in the RTSDAWS to perform the on-line integration processes. Three different types of damage assessment module are then processed based on the pre-processing information to provide the damage indices for integrated post-processing procedures. The appropriate green-yellow-red light will be lit up according to the assessed damage indices of the building after server earthquakes. The shaking table test results of benchmark model in National Center for Research on Earthquake Engineering (Taiwan) are chosen to verify the proposed formula for setting up the cut-off frequency of digital high-pass filter inside the RTSRI.

    摘 要 ....................................I Abstract ....................................II 誌 謝 ....................................III 目 錄 ....................................V 表 目 錄 ....................................VII 圖 目 錄 ....................................IX 第一章 緒 論...............................1 1.1 研究動機以及目的.........................1 1.2 文獻回顧.................................3 1.3 本文研究內容.............................4 第二章 即時積分系統之數值模擬...............5 2.1 即時訊號積分(Real-Time Signal Integration,RTSI).......................................5 2.2 即時結構物反應積分器之特色及使用須知.....6 2.3 用以諧和振動探討數值積分方法(狀態空間法)之正確性.......................................9 2.4 即時結構物反應積分器最佳數位高通濾波截斷頻率之設定.......................................13 2.4.1 建築結構物第一樓層之勁度損壞...........19 2.4.2 建築結構物第二樓層之勁度損壞...........24 2.5 探討不同樓層損壞之數位高通濾波器截斷頻率設定通式差異 ....................................27 2.6 探討單及三自由度系統之數位高通濾波器截斷頻率設定通式差異.................................29 第三章 即時積分系統之實例驗證...............122 3.1 即時積分系統於實例驗證所需理論介紹.......122 3.1.1 極點配置(Pole assignment)............122 3.1.2 結構物座標轉換.........................124 3.1.3 頻率反應函數(Frequency Response Function,FRF)........................................126 3.2 引用極點配置原理於模擬結構物控制之效果...128 3.3 引用IDMS於模擬結構物識別之效果...........131 3.4 用以實際案例探討即時結構物反應積分之準確性 ....................................134 3.4.1 探討Benchmark D模型對於即時結構物反應積分之準確性 ....................................134 3.4.2 探討Van Nuys七樓旅館對於即時結構物反應積分之準確性 ....................................138 第四章 即時積分系統於建築物損壞指標與預知警報之初步應用 ....................................170 4.1 軟體介紹.................................170 4.1.1 MATLAB.................................170 4.1.2 SIMULINK...............................171 4.1.3 DAQ toolbox ...........................171 4.2硬體介紹..................................171 4.2.1 感應器.................................171 4.2.2 集錄系統...............................172 4.2.3 訊號轉接盒.............................172 4.2.4 工業型電腦(ICS - 480V)...............172 4.2.5 訊號擷取卡.............................173 4.3 建築物損壞指標與預知警報系統之初步建立...173 4.3.1 訊號前置處理 ...........................173 4.3.2 各系統識別分析模組.....................174 4.3.3 綜合後處理以及警示燈號輸出.............175 第五章 結論與建議 ...........................187 参考文獻 ....................................189 附錄A 三層樓實尺寸鋼結構模型理論勁度矩陣之計算 ....................................191

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    下載圖示 校內:2007-08-31公開
    校外:2007-08-31公開
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