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研究生: 李巧謹
Li, Ciao-Jin
論文名稱: 非線性靜力側推分析與非線性增量動力分析之轉換關係研究-以C型中高樓扭轉不規則建築結構為例
Correlation between Nonlinear SPO2IDA-The Case of C-Shape Middle to High-Rise RC Building with Torsional Irregularity
指導教授: 劉光晏
Liu, Kuang-Yen
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: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 295
中文關鍵詞: 中高樓不規則建築非線性靜力側推分析增量非線性動力歷時分析倒塌易損性曲線SPO2IDA
外文關鍵詞: Irregular Middle to High Rise RC Building, Static pushover analysis, Incremental dynamic analysis, Fragility curve, SPO2IDA
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  • 由於台灣建築物耐震設計規範規定,建築物超過20公尺或5層以上之不規則建築物需進行非線性動力歷時分析,然而執行非線性動力歷時分析相當耗時,因此本研究將針對C型中高樓不規則建築物,透過執行非線性靜力側推分析與增量動力分析,取得容量曲線與增量動力分析曲線,探討其耐震能力,並發展兩者間之轉換關係。
    文中首先使用ETABS軟體建立不同跨徑比之C型中高樓不規則建築模型,以軟體內建之ASCE 41-13塑鉸及國家地震中心與中興社合作開發之TEASPA V4.0塑鉸設置其塑鉸模型,執行非線性靜力側推分析,取得容量曲線,並判斷其耐震能力,比較不同塑鉸及跨徑比間之差異。接著,挑選地震歷時,再以軟體內建之ASCE 41-13塑鉸及國家地震中心開發之TEASDA塑鉸設置其塑鉸模型,執行增量動力分析,取得增量動力分析曲線,並建立倒塌易損性曲線,與非線性靜力側推分析結果進行耐震性能評估之比較。接著再說明FEMA P-58之SPO2IDA輔助工具及Università degli studi di Napoli Federico Ⅱ 研究團隊開發之SPO2FRAG程式之轉換方法,並將其轉換結果與實際之增量動力分析曲線比較。
    研究結果顯示,透過改良FEMA P-58之SPO2IDA輔助工具,可使C型中高樓不規則建築物其容量曲線依照本研究之轉換方法,轉換出實際增量動力分析曲線。

    Due to Seismic Design Specifications and Commentary of Buildings in Taiwan, irregular buildings over 20 meters or more than 5 stories need performing Dynamic analysis. However, performing dynamic analysis is quite time-consuming. Therefore, this research will focus on irregular C-shaped middle to high rise RC building. Obtain the capacity curve and incremental dynamic analysis curve by performing static pushover analysis (SPO) and incremental dynamic analysis (IDA). Explore earthquake assessment for structures and develop the conversion relationship between capacity curve and incremental dynamic analysis curve.
    In this article, first used ETABS software to create irregular building models of C-shaped middle to high rise RC buildings with different span ratios. The plastic hinges of ASCE 41-13 built in the software and TEASPA V4.0 plastic hinges jointly developed by National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) and Sinotech Engineering Consultants Incorporation (SEC) were used to set up the Hinge model, perform SPO, obtain capacity curve, and judge its seismic capacity, compare the difference between different plastic hinges and span ratios. Then, select the earthquake duration, set up its plastic hinge model with the built-in ASCE 41-13 plastic hinge of the software and the TEASDA plastic hinge developed by the NCREE, perform IDA, obtain the incremental dynamic analysis curve, and establish the collapse probability fragility curve is compared with the results of SPO for seismic performance evaluation. Then explain the conversion method of the SPO2IDA auxiliary tool of FEMA P-58 and the SPO2FRAG program developed by the research team of Università degli studi di Napoli Federico Ⅱ, and compare the conversion result with the actual incremental dynamic analysis curve.

    摘要 I 誌謝 V 目錄 VI 表目錄 X 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 1 1.3 研究架構 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 地震災害回顧 3 2.1.1 集集地震 3 2.1.2 美濃地震 3 2.1.3 花蓮地震 4 2.2 結構物損害原因探討 4 2.2.1 非韌性配筋 4 2.2.2 軟弱底層 5 2.2.3 扭轉效應 5 2.3 非線性靜力側推分析 5 2.3.1 耐震性能曲線之建立 6 2.3.2 等能量原則雙線性化 9 2.4 非線性動力歷時分析 11 2.4.1 建築物耐震設計規範規定 11 2.4.2 耐震性能評估法 11 2.4.3 歷時震波挑選與縮放 12 2.4.4 結構性能等級及損傷準則 14 2.4.5 增量動力分析 16 2.4.6 易損性曲線之建立 17 2.4.7 倒塌容量性能指標 19 2.5 分析套裝軟體簡介 20 2.5.1 ETABS 20 2.5.2 TEASPA 20 2.5.3 TEASDA 21 2.5.4 SPO2IDA 22 2.5.5 SPO2FRAG 27 第三章 非線性靜力側推分析 59 3.1 分析模型基本設定 59 3.1.1 分析模型材料介紹 59 3.1.2 分析模型斷面介紹 60 3.2 分析模型塑鉸建立 61 3.2.1 ASCE 41-13塑鉸設定 61 3.2.2 TEASPA V4.0塑鉸設定 63 3.3 分析模型塑鉸驗證 64 3.3.1 ASCE 41-13塑鉸驗證 64 3.3.2 TEASPA塑鉸驗證 67 3.3.3 ASCE 41-13塑鉸與TEASPA塑鉸之比較 72 3.4 意外扭矩 72 3.5 非線性靜力分析側向力設定 74 3.5.1 加速度模式 74 3.5.2 模態模式 74 3.5.3 自定義豎向分配模式 74 3.6 破壞準則 75 3.7 非線性靜力側推分析結果 75 3.7.1 側推分析結果比較 76 3.7.2 側推分析比較結果 76 3.8 側推分析結論 79 第四章 非線性動力歷時分析 146 4.1 分析模型塑鉸建立 146 4.1.1 ASCE 41-13塑鉸設定 146 4.1.2 TEASDA塑鉸設定 147 4.2 分析模型塑鉸驗證 148 4.2.1 ASCE41-13塑鉸驗證 148 4.2.2 TEASDA塑鉸驗證 152 4.2.3 ASCE 41-13塑鉸與TEASDA塑鉸之比較 156 4.3 地震力選擇及縮放 156 4.3.1 目標反應譜 156 4.3.2 挑選地震歷時 157 4.3.3 地震歷時之縮放 157 4.4 破壞準則 158 4.4.1 性能點之訂定 158 4.4.2 倒塌容量性能標準 158 4.5 非線性動力歷時分析結果 158 4.5.1 Type A-ASCE 158 4.5.2 Type B-ASCE 159 4.5.3 Type C-ASCE 160 4.5.4 Type A-TEASDA 160 4.5.5 Type B-TEASDA 161 4.5.6 Type C-TEASDA 162 4.5.7 結果比較 162 第五章 側推分析與動力分析之轉換關係 214 5.1 側推分析與動力分析結果比較 214 5.1.1 結構消能之差別 214 5.1.2 側推分析與以結構主要週期反應譜正規化下動力分析之比較 214 5.1.3 耐震能力結果之比較 215 5.2 SPO2IDA活頁簿之轉換結果 215 5.3 SPO2FRAG程式結果 216 5.4 比較SPO2IDA活頁簿與SPO2FRAG程式 216 5.4.1 SPO2IDA活頁簿與SPO2FRAG程式之差異 216 5.4.2 綜合比較 216 5.5 修正SPO2IDA活頁簿 216 5.5.1 修正步驟 217 5.5.2 修正擬合成果 220 5.5.3 擬合結果之倒塌易損性曲線 220 第六章 結論與建議 251 6.1 結論 251 6.1.1 非線性靜力側推分析與增量非線性動力分析 251 6.1.2 容量曲線增量動力分析曲線之轉換 252 6.2 建議 253 參考文獻 254 附錄A:意外扭矩放大係數-線彈性段 258 附錄B:意外扭矩放大係數-非線性段 270 附錄C:SPO2IDA簡化Say計算方法之推導 294

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    [32] 蕭輔沛、蔡仁傑、翁樸文、沈文成、徐侑呈、周德光、翁元滔、簡文郁、林佳蓁、劉勛仁,「臺灣鋼筋混凝土結構耐震評估非線性動力分析手冊(TEASDA 1.0)」,國家地震工程研究中心報告,NCREE-21-001,台北,2021年。
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