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研究生: 柯敏琪
Ko, Min-Chi
論文名稱: 懸吊式管線系統以螺紋牙桿為懸吊構件之耐震研究-鋼索補強為例
Seismic Analysis of Cable Retrofit for Rod Supporting Suspended Piping Systems
指導教授: 姚昭智
Yao, George C.
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 141
中文關鍵詞: 懸吊式消防撒水管線系統懸吊式共同管線吊架系統彈簧避振器鋼索構件補強振動台實驗靜力實驗數值模擬
外文關鍵詞: Suspended Fire Sprinkler piping system, Suspended Trapeze System, Spring Hanger, Seismic Cable, Shaking Table Test, Static Test, Numerical Analysis
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  • 台灣地震歷史經驗中,醫療與公共場所作為震後急救機關與救災場所,卻經常發生懸吊式水管系統、致使管線系統損壞、漏水,或消防撒水頭致使天花板損壞等情況,造成醫療與公共場所喪失救災功能、下方醫療設備及公共儀器遇水損壞,嚴重增加震後救災負擔、金錢與修復時間。故本研究針對裝載水系統之懸吊式管線系統,探討不同懸吊方式補強前後之系統識別、動態與靜態特性差異,並建立數值模型驗證懸吊系統模型準確度。
    本研究旨在探討懸吊水管系統型式包含單桿消防撒水管線系統、共同吊架系統,以及裝有彈簧避震器之共同吊架,且上述三系統懸吊構件皆為實務常用之市售螺紋牙桿。依據「行政院公共工程規範-吊架及支撐(15060)」設計懸吊系統之懸吊長度及間距。另外參考美國NFPA13與IAST建議之補強方法,搭配使用同為台灣實務常見之角鋼、經UL認證之鋼索作為補強構件,進行振動台與靜力側推實驗。利用振動台實驗量測數據分析懸吊系統補強前後之頻率差異、地震歷時振動量;靜力側推探討系統初始勁度及破壞模式。最後將鋼索構件材料試驗結果作為數值模型基本設定參數,藉數值分析與實驗結果相比,確定建立之數值模型與實際懸吊系統相符,進一步提出鋼索補強構件使用建議。

    This study investigates the seismic capacity of suspended fire sprinkler piping systems and suspended trapeze systems for life pipe in Taiwan. The spring hangers were also considered for the trapeze systems. Referring to the seismic code of NFPA13, ISAT, FEMA412, Construction Requirement in Taiwan. For on-site suspnsison design, rigidbracing would be not easy for different suspended systems with different suspension length. Seismic cable was used for suspended systems in this study, which was certified by UL. The retrofitting efficiency was verified by shaking table tests and static tests. With cable tension tests, the behavior was analyzed for piping and trapeze systems numerical model. By numerical analysis, a reality model setting with cable can be used for engineer. Also, tightening construction for cable, displacement control systems should be noticed with the peak acceleration reaction, and vibration displacement would be larger than the clearance requirements from NFPA13 are proposed in this research.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 IX 目錄 X 表目錄 XIII 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法與內容 4 1.3 文獻回顧 5 1.3.1 懸吊系統規範 5 1.3.2 國內懸吊系統研究 7 1.3.3 國外懸吊系統研究 9 1.4 研究流程與限制 11 1.4.1 研究流程 11 1.4.2 研究相關限制 12 第二章 鋼索構件材料特性研究 13 2.1 鋼索構件基本介紹 13 2.2 鋼索構件材料試驗與分析 15 2.2.1單桿管線之鋼索構件抗拉實驗與分析 16 2.2.2 吊架之鋼索構件抗拉實驗與分析 19 2.3 鋼索構件數值模擬 22 2.3.1 單桿管線鋼索構件抗拉模擬 23 2.3.2 吊架鋼索構件抗拉模擬 24 2.4 小結 26 第三章 消防撒水管線系統振動台研究 27 3.1 實驗目的 27 3.2 實驗規劃 27 3.2.1 實驗框架與配置介紹 27 3.2.2 實驗輸入波介紹 30 3.3 實驗結果與分析 33 3.3.1 系統識別 33 3.3.2 振動量分析 36 3.3.3 實驗結果比較 36 3.4 數值模擬 37 3.4.1 基本設定 37 3.4.2 模態分析 39 3.4.3 歷時分析 40 3.5小結 42 第四章 共同吊架靜力實驗 43 4.1 實驗目的 43 4.2 實驗規劃 43 4.2.1 實驗框架與配置介紹 43 4.2.2 鋼索構件補強方式 44 4.2.3 實驗組別與加載歷程介紹 47 4.2.4 實驗儀器配置 49 4.3 實驗結果與分析 50 4.3.1 吊架側向加載行為與破壞 50 4.3.2 吊架縱向加載行為與破壞 53 4.3.3 系統識別 54 4.4 小結 57 第五章 共同吊架振動台研究 58 5.1 實驗目的 58 5.2 實驗規劃 58 5.2.1 實驗框架與配置介紹 58 5.2.2 實驗輸入波介紹 60 5.2.3 實驗儀器配置 62 5.3 實驗結果與分析 63 5.3.1 系統識別 63 5.3.2 振動量分析 67 5.4 數值模擬 70 5.4.1 基本設定 70 5.4.2 T01吊架模擬分析 71 5.4.3 T02吊架模擬分析 73 5.5 小結 77 第六章 彈簧避振器共同吊架靜力與振動台實驗 80 6.1 彈簧避振器介紹 80 6.2 靜力實驗與分析 82 6.2.1 實驗規劃 82 6.2.2 彈簧避振器吊架行為與變形 84 6.2.3 彈簧避振器加載結果分析 90 6.3 振動台實驗與分析 94 6.3.1 實驗規劃 94 6.3.2 實驗分析-系統識別 97 6.3.3 實驗分析-振動量 98 6.4小結 101 第七章 結論與建議 106 7.1 結論 106 7.1.1 鋼索構件行為與特性研究 106 7.1.2 懸吊式消防撒水管線系統研究 107 7.1.3 懸吊式共同管線吊架系統研究 107 7.1.4 懸吊式彈簧避振器吊架系統研究 108 7.2 建議 108 參考文獻 110 附錄A 113 附錄B 116 附錄C 122

    [1] 國家地震中心 (1999)。1999年9月21日台灣中部集集地震初步勘災報告(二)。台北市:財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心。研究報告NCREE-99-031,台北市。
    [2] 國家地震中心 (2010)。2010年0304高雄甲仙地震事件勘災報告。財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心。研究報告NCREE-10-010,台北市。
    [3] 國家地震中心 (2013)。2013年0602南投地震事件勘災報告。財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心。研究報告NCREE-13-025,台北市。
    [4] 國家地震中心 (2018)。2018年2月6日花蓮地震勘災報告。財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心。研究報告NCREE-18-005,台北市。
    [5] 行政院公共工程委員會 (2012)。施工綱要規範:第15060章 吊掛及支撐。台北市:行政院公共工程委員會。
    [6] 行政院公共工程委員會 (2016)。施工綱要規範:第13912章 消防水系統管路抗震保護。台北市:行政院公共工程委員會。
    [7] NFPA 13 (2010). NFPA 13: Standard for the Installation of Sprinkler. Massachusetts, USA: National Fire Protection Association.
    [8] James R. Tauby, Richard Lloyd. (2012). Practical Guide to Seismic Restraint (2nd ed.). USA: ASHRAE.
    [9] 中華人民共和國國家標準(2014)。GB 50981-2014建築機電工程抗震設計規範。北京:中華人民共和國住房和城鄉建設部。
    [10] ISAT (2002). Engineered Seismic Bracing of Suspended Utilities (2002 Ed.), USA: International Seismic Application Technology.
    [11] FEMA 412 (2014). FEMA 412: Installing Seismic Restraints for Mechanical Equipment (2014 Ed.), USA: Federal Emergency Management Agency.
    [12] UL 203A(2015). UL 203A: Standard for Sway Brace Devices for Sprinkler System Piping. Illinois, USA: UL.
    [13] 內政部營建署編輯委員會 (2022)。建築物耐震設計規範及解說。台北:中華民國內政部營建署。
    [14] 黃百誼,柴駿甫,林凡茹,林震宇,陳威中 (2022)。關鍵設施之非結構耐震測試方法選用策略。中華民國第16屆結構工程暨第6屆地震工程研討會。新北,台灣。
    [15] FEMA 461 (2007). FEMA461: Interim Testing Protocols for Determining the Seismic Performance Characteristic of Structure and Nonstructural Components., USA: Federal Emergency Management Agency.
    [16] ICC-ES (2010). AC156: Acceptance Criteria for Seismic Qualification by Shake-table Testing of Nonstructural Components and Systems, AC156, ICC Evaluation Service inc.
    [17] Ko, M.C., Yao, George C., Nagae, T., Chung, Y.L., and Chen, W.C. (2020) A Study on Suspended Fire Protection Sprinkler Piping Systems in Buildings. 17th World Conference on Earthquake Engineering 2020(2h-0002), Sendai, Japan.
    [18] 張尚文(1996)。隔振機械之耐震評估與補強方案研究。未出版之碩士論文。國立成功大學,台南市。
    [19] 黃喬俊(2003)。消防撒水系統耐震問題研究。未出版之碩士論文。國立成功大學建築研究所,台南市。
    [20] 鍾明峯(2015)。消防撒水系統之耐震研究。未出版之碩士論文。國立臺北科技大學,台北市。
    [21] 林凡茹(2017)。建築消防撒水管線系統耐震性能評估方法研究。未出版之博士論文。國立台灣大學,台北市。
    [22] Federal Emergency Management Agency (2012). FEMA P-58: Seismic Testing of Grooved and Threaded Fire Protection Joints and Correlation with NFPA Seismic Design Provisions., Federal Emergency Management Agency, USA.
    [23] 黃聰良(2018)。建築懸吊管線系統耐震補強研究‐以消防管線為例。未出版之碩士論文。國立成功大學,台南市。
    [24] 許宸珮(2020)。懸吊式消防撒水管線系統模擬研究。未出版之碩士論文。國立成功大學,台南市。
    [25] 黃珮宜(2021)。懸吊式共同管架系統之耐震行為與補強研究。未出版之碩士論文。國立成功大學,台南市。
    [26] LeGrone, P.D. (2004). An Analysis of Fire Sprinkler System Failures During the Northridge Earthquake and Comparison with The Seismic Design Standard for These Systems. 13th World Conference on Earthquake Engineering 2004(No.2136), Vancouver, BC, Canada.
    [27] Zaghi, A.E., Maragakis, E.M., Itani, A., and Goodwin, E. (2011). Experimental and Analytical Studies of Hospital Piping Assemblies Subjected to Seismic Loading. Structure Congress 2011, ASCE, 1179-1190.
    [28] Soroushian S., Maragakis E.M., Zaghi, A.E., Echevarria, A., Tain, Y., and Filiatrault A. (2014). Comprehensive Analytical Seismic Fragility of Fire Sprinkler Piping Systems, Technical Report MCEER-14-0002, NY, USA: University of Buffalo.
    [29] Wood, R.L., Hutchinson, T.C., Hoehler, M.S., andKreidl, B. (2014). “Experimental characterization of trapeze assemblies supporting suspended nonstructural systems”, Frontiers of Earthquake Engineering, Anchorage, Alaska.
    [30] Tian, Y., Filiatrault, A., and Mosqueda, G. (2015). Seismic Response of Pressurized Fire Sprinkler Piping Systems I: Experimental Study. Journal of Earthquake Engineering, 19(4), 649-673.
    [31] Tian, Y., Filiatrault, A., and Mosqueda, G. (2015). Seismic Response of Pressurized Fire Sprinkler Piping Systems II: Numerical Study. Journal of Earthquake Engineering, 19(4), 674-699.
    [32] Soroushian, S., Maragakis, E.M., Ryan, K.L., Sato, E., Sasaki, T., Okazaki, T., and Mosqueda, G. (2016). Seismic Simulation of an Integrated Ceiling-Partition Wall-Piping System at E-Defense. II: Evaluation of Nonstructural Damage and Fragilities. Journal of Structural Engineering, 142(2): 04015131.
    [33] ASCE. (2010). Minimum design loads for buildings and other structures. ASCE/SEI 7-10, Reston, VA.
    [34] Huang, B., Lu, W. Mosalam, K.M. (2017) Shaking Table Tests of the Cable Tray System in Nuclear Power Plants. Journal of Performance of Constructed Facilities., ASCE 31(4): 04017018.
    [35] Himoto, K., (2019). Comparative Analysis of Post-Earthquake Fires in Japan from 1995 to 2017. Fire Technology, Vol. 55(3), 935–961.
    [36] Perrone, D., Filiatrault, A., Peloso, S., Brunesi, E., Beiter, C., and Piccinin, R. (2020). “Experimental seismic response evaluation of suspended piping restraint installations”, Bulletin of Earthquake Engineering, pp. 1499-1524, March 2020.
    [37] Wu, S.Y., Wu, C., Jiang, H.J. (2020). Joint Stiffness of Main to Sub Beam Connections od Cable Tray. 17th World Conference on Earthquake Engineering 2020(3e-0004), Sendai, Japan.
    [38] Rashid, M., Dhakal, R.P., Sullivan, T.J., and Yeow, T.Z. (2020) Shake Table Testing of Fire Sprinkler Piping Systems Typical of New Zealand Practices. 17th World Conference on Earthquake Engineering 2020(2h-0006), Sendai, Japan.
    [39] Seismic Wire Rope/Cable Bracing (2001), “Manual of Code Compliance Guidelines”, Loos & Co., Inc., 2001.
    [40] 姚昭智,柯敏琪,許宸珮 (2020)。建築物懸吊式消防灑水系統耐震性能研究。中華民國第15屆結構工程暨第5屆地震工程研討會。台南,台灣。
    [41] 經濟部標準檢驗局 (2012)。配管用碳鋼管CNS6445,台北:中華民國經濟部。

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