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研究生: 葉明紳
Yeh, Ming-Shen
論文名稱: 隔震結構等值參數識別與反應預估模型之建立研究
Identification and Evaluation of the Equivalent Models of Base-isolated Structures
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 262
中文關鍵詞: 隔震結構物系統識別隔震元件雙線性模型等值反應預估模型彈性勁度降伏勁度
外文關鍵詞: Base-isolated structure, system identification, isolation devices, bi-linear model, equivalent model, elastic stiffness, yielded stiffness
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  • 近年來各種採用隔震技術之隔震結構物急速增加,所以對於隔震結構物受到實際地震作用時之動態行為及隔震效益研究相當迫切且重要,而且對於隔震元件之等值特性識別,將有助於後續之監測維修及安全保固之依據。本文應用中央氣象局安裝於隔震結構之實際地震反應量測資料,並配合OKID/ERA 系統識別技術,進行隔震層上部結構系統之參數識別,以獲得上部結構之等值反應預估模型;同時藉由假設鉛心橡膠支承雙線性模型之特性,並根據推導之結構等值慣性力能夠等同於隔震層總橫力之方法,繪出等值遲滯迴圈並識別隔震層下方等值之隔震元件參數;綜整上述兩類等值模型參數,則可建立健康狀態下隔震結構等值反應預估模型。本文除應用SAP2000軟體進行模擬與驗證,更進一步利用中央氣象局於花蓮慈濟醫院急診大樓之實測資料,探究其隔震行為與效益,並建立其等值反應預估模擬模型。最後利用實際量測反應資料與等值反應預估模擬模型之預估反應進行比較,探討其適用性與正確性。

    In recent years, various types of base isolation devices are applied in building structures around the world. Therefore, not only the identification of isolated behavior but also the evaluation of isolation performance is very important to provide the base for long-term health monitoring and safety insurance. The procedures to establish the equivalent model of a base-isolated building structure based on measured responses are proposed in this study. The OKID/ERA identification technique is adopted to identify the dynamic parameters of equivalent super-structure model. Furthermore, the bi-linear model of typical lead rubber bearing is applied to find the equivalent isolation model by investigating the hysteresis model constructed from the method of equivalent inertia force and the measured inter-story drift between the isolation layers. Both SAP2000 models and the recorded strong-motion data of emergency building of Tzu-Chi hospital in Hualien are investigated and evaluated. The predicted responses of the identified equivalent model are compared and good agreements are achieved. The applicability and accuracy of the proposed procedures are ensured.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VIII 圖目錄 XI 符號表 XXV 第1章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 本文內容 5 第2章 理論推導 9 2.1 鉛心橡膠支承之雙線性模型介紹 9 2.1.1 鉛心橡膠支承彈塑性力與位移行為 9 2.1.2 雙線性模型 10 2.2 隔震層總橫力估算公式之推導 13 2.2.1 推求隔震層總橫力之等值慣性力 13 2.2.2 推求隔震層總橫力之等值回復力 15 2.3 系統識別方法 15 2.3.1 連續時間狀態空間方程式 15 2.3.2 離散時間狀態空間方程式 17 2.3.3 權重序列描述 18 2.3.4 觀測器/卡曼濾波器識別方法(OKID) 20 2.3.5 特徵系統實現理論(ERA) 29 2.3.6 由識別結果反求結構系統參數 38 第3章 隔震結構數值模型之模擬與驗證 45 3.1 隔震元件參數設計流程 45 3.1.1 確立目標位置選定目標週期與阻尼比 45 3.1.2 選定設計位移所需之參數 45 3.1.3 根據規範之參數計算目標位移 47 3.1.4 計算隔震結構鉛心橡膠支承元件之參數 48 3.2 隔震層總橫力估算公式之驗證與隔震元件參數之識別 49 3.2.1 單一層樓模型之基本參數 49 3.2.2 設計隔震元件參數計算 50 3.2.3 非線性元件SAP2000設定 54 3.2.4 利用輸出資料求得隔震層等值剪力 55 3.2.5 隔震元件之彈性勁度 56 3.2.6 隔震元件之降伏勁度與降伏強度 56 3.2.7 隔震元件其它參數 57 3.3 兩層樓之隔震結構等值反應預估模型之驗證 58 3.3.1 模型設定說明 58 3.3.2 利用輸出資料求得隔震層等值剪力 59 3.3.3 識別方法反求其結構系統參數 59 3.3.4 建立預估雙線性模型 60 3.3.5 隔震結構系統預估模型 62 3.4 擬實際結構物之隔震結構等值反應預估模型之驗證 63 3.4.1 模型設定說明 63 3.4.2 利用輸出資料求得隔震層等值剪力 64 3.4.3 系統識別反求其結構系統參數 65 3.4.4 建立預估雙線性模型 66 3.4.5 隔震結構系統預估模型 67 3.4.6 隔震結構預估模型在不同地震外力下之適用性 69 第4章 實際隔震建築等值反應預估模型之建立 99 4.1 花蓮慈濟醫院之建築物基本資料 99 4.1.1 樓房結構體系簡述 99 4.1.2 建築物平面、立面圖、隔震器與強震儀裝放位置 100 4.1.3 地震資料說明與位移計檢查 100 4.1.4 比較附近自由場與B2F輸入加速度規資料 101 4.2 隔震結構地震反應特性之分析 102 4.2.1 較大震波作用之探討 102 4.2.2 較小震波作用之探討 110 4.2.3 確定Y方向之反向情況 113 4.2.4 中心端與角隅端特性說明 114 4.2.5 小結 115 4.3 建立上部結構等值模型 116 4.3.1 利用OKID/ERA求取結構系統參數 116 4.3.2 選取合適之樓層勁度 118 4.4 建立等值隔震元件雙線性模型 118 4.4.1 隔震元件之彈性勁度 119 4.4.2 隔震元件之降伏勁度與降伏強度 121 4.4.3 隔震元件其它參數 122 4.5 等值反應預估模型之驗證 123 4.5.1 X方向預估結果 123 4.5.2 Y方向預估結果 124 4.5.3 小結 126 第5章 結論與建議 255 5.1 結論 255 5.2 建議 257 參考文獻 259

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    下載圖示 校內:2015-08-28公開
    校外:2016-08-28公開
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