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研究生: 王邑薪
Wang, Yi-Hsin
論文名稱: 實尺寸鋼構屋剪力連接複合鋼梁火害前後動態行為之分析模擬與參數識別
Parameter Indentification of Full-scale Steel Building with Shear Connected Composite Beam Exposed to Fire
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: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 176
中文關鍵詞: 複合性災害實尺寸鋼結構盤式支承墊強制激振系統雙自由度轉換函數SAP2000火害識別
外文關鍵詞: Full-Scale Steel Building, Base-Isolated Platform, Pot Bearing, Eccentric Mass Shaker, Torsionally Coupled Building
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  • 內政部建築研究所於台南成功大學歸仁校區內興建大型戶外研究設施,包含實驗平台以及單層樓實尺寸鋼構架實驗屋。實驗平台為長18公尺、寬12公尺之RC結構,又分為上部與下部結構,中間由12顆劦承精密所製之CC-SB150盤式支承墊作為連結,上部結構乘載著實尺寸鋼構架實驗屋,長、寬12公尺,單一樓層高約4公尺。計畫之目的為研究複合性災害,因此設施主要以地震及火災為考量而設計,將使用成功大學土木系所擁有之MK-155U離心質量激振系統作為外部激振力進行強制振動,並對實尺寸鋼構架實驗屋之局部梁、柱進行火燒,藉以模擬複合性災害發生時結構物所產生之行為變化。
    本文記載計畫興建相關實驗設施。本文於實驗規劃章節中詳細說明如何利用MK-155U激振系統對火害前後鋼構屋進行系統掃頻,並說明各次實驗流程及實驗後訊號的處理的方法。另外,推討雙自由度系統的雙曲線等值線性隔震數值模型,利用雙自由度系統之轉換函數,解釋實驗的趨勢與現象,且與SAP2000模型進行擬合驗證。此外,對非線性摩擦隔震元件進行測試與探討。SAP2000主要針對現階段局部小梁與混凝土版受火害前後進行火害模擬,觀察火害後對系統參數的影響。最後,由此次實驗的經驗,對未來實驗提供適當建議。

    Taiwan is located in a seismically active zone, on the Pacific Ring of Fire. Earthquakes occur frequently in this area, often extending to other disasters. Fire disasters are the most frequent consequences, due to the electrical equipment inside the buildings. We call a situation compound disaster when the main disaster brings about secondary disasters. In the literature we can find full-scale buildings and outdoor shaking tables to create reality scenarios. When the experimental data is close to real, the study results are more credible; however the incurred cost is relatively high. Accordingly, a group of domestic researchers jointly established this project. This project includes a full-scale steel structure, a base-isolated platform, and a forced vibration system configured on the platform. The forced vibration system called MK-155U Eccentric Mass Vibrator System belongs to NCKU. The isolation system uses 12 pot bearings with low friction coefficients, facilitating a low-cost shaking table. For our experimentation we used this full-scale steel structure to conduct the fire experiment. In our study we also establish a procedure of system identification for full-scale steel building and low-friction pot bearings. We use a mathematical model taken from SAP2000 and Matlab for identify this building . The model is a 2-DOF mathematical model with isolated bearings and full-scale steel building to emulate the natural frequency change of the structure. We compare the use of a 2-DOF linear and a nonlinear model for simulating the sweep experiment. By changing the isolation layer’s friction coefficients, we accomplish what the isolation pad’s coefficient of friction and full-scale building’s natural frequency.

    摘要 I EXTEND ABSTRACT II 目錄 XII 表目錄 XV 圖目錄 XVII 第1章 緒論 1 1.1 文獻回顧 1 1.2 研究動機 1 1.2.1 實尺寸結構實驗相關文獻 1 1.2.2 強迫震動相關文獻 2 1.2.3 火害相關研究文獻 3 1.3 本文內容 3 第2章 複合性災害研究設施 6 2.1 前言 6 2.2 實驗設施設計規劃 6 2.3 實驗試體與設備介紹 6 2.3.1 隔震平台之上部鋼構屋結構 6 2.3.2 供電設備系統 7 2.3.3 滑動支承墊 7 2.3.4 激振器系統 8 2.3.5 歸位反力座系統 13 2.3.6 實驗量測系統 13 2.3.7 滑動滾輪系統 13 2.3.8 安全機制 14 第3章 數值系統模擬 45 3.1 雙自由度數值模型(雙線性模型等值線性化參數) 45 3.1.1 隔震墊等值線性參數計算 45 3.1.2 等值線性模型轉換函數推導 47 3.1.3 位移轉換函數與加速度轉換函數對隔震層摩擦係數變化之影響 50 3.1.4 SAP2000等值線性參數模型驗證 52 3.2 SAP2000摩擦模型探討 52 3.2.1 SAP2000摩擦模型建立 52 3.2.2 SAP2000單自由度隔震模型之模擦元件理論模型驗證 53 3.2.3 SAP2000建立摩擦模型之複合性災害實驗屋 55 3.3 小結 55 第4章 現地實驗規畫與分析 80 4.1 實驗原理及方法 80 4.2 實驗感測器校正 80 4.3 現地實驗規劃 81 4.3.1 現地感測器架設位置規畫 81 4.3.2 感測計架設 81 4.3.3 激振器架設 82 4.3.4 實驗震波 84 4.4 實驗訊號處理 84 4.4.1 調頻器數值與實際出力頻率關係 84 4.4.2 頻率域訊號處理 85 4.4.3 時間域訊號處理 86 4.5 實驗結果分析 88 4.5.1 激振器性能 88 4.5.2 實驗訊號處理(時間域) 89 4.5.3 實驗訊號處理(頻率域) 91 4.6 數值模擬與實驗趨勢之比較 92 4.7 小結 93 第5章 鋼構屋受火害模擬與實驗比較 162 5.1 材料火害行為 162 5.1.1 鋼材火害行為 162 5.1.2 混凝土火害行為 162 5.2 火害溫度設定 163 5.3 系統損害結果 163 5.4 小結 164 第6章 結論與建議 173 6.1 結論 173 6.2 建議 174 參考文獻 175

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