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研究生: 張正霖
Cheng-Lin Chang
論文名稱: 近斷層地震對遲滯隔震系統之影響
Effects of Near-Fault Ground Motions on Hysteretic Seismic Isolation System
指導教授: 黃震興
Jenn-Shin Hwang
口試委員: 邱建國
Chien-Kuo Chiu
黃尹男
Yin-Nan Huang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 189
中文關鍵詞: 近斷層地震小波分析鉛心橡膠支承墊近斷層速度脈衝地震能量理論遲滯隔震系統
外文關鍵詞: velocity-pulse, earthquake input energy
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隔震技術在1980年代歷經大量的研究與實務應用,在過去歷經多次大地震中,已被證明隔震系統能有效的隔絕地震力,故此,隔震設計已被廣泛接受並逐漸的擴大應用於結構設計。然而,在斷層密度極高的台灣,許多工址皆位於斷層帶附近。此類工址所受之震波,為近斷層之地震波形式,具有速度脈衝之特性,此種震波對隔震系統會有過大的反應激發,使得隔震墊產生過大的位移,以及傳遞過大之加速度到上部結構。除了會導致隔震墊破壞,甚至使上部結構有傾覆之可能,造成了使用隔震系統的危險性。
本研究以鉛心橡膠支承墊作為代表之隔震系統,地震資料使用一般遠域地震與近斷層地震兩種地震。非近斷層地震挑選10筆;近斷層地震以Baker所篩選之91筆近斷層資料中,挑選30筆做使用。將這兩類型地震分別進行能量理論分析以及鉛心橡膠支承墊(LRB)非線性動力歷時分析,模擬所選用之地震作用下,地震所激發之能量反應與隔震墊之反應。並以各種地表運動參數、能量理論參數,探討受近斷層地震,與非近斷層地震下,各參數對鉛心橡膠支承墊之影響。
本研究之綜合研究結果發現,修正近斷層地震中的Fling Step特性,並不影響隔震系統之反應。最大地表速度PGV與增量速度(I.V.)為影響隔震系統最明顯之地表運動參數。瞬時輸入能量與平均輸入功率皆能有效描述地震作用下的能量激發。


The concept of seismic isolation design method has been accepted as an effective method for the seismic mitigation. However, to design a seismic isolation system against near-fault ground motions has been an important and challenging issue in seismic isolation design. In this study, it is an attempt to identify the effect of various characteristics of near-fault ground motion in affecting the seismic response of isolation system. These important characteristics may include but not limited to the velocity pulse, incremental velocity, peak ground velocity, pulse period, input energy, and momentary input energy. For so doing, 10 far-field ground motions and 30 near-fault ground motions provided by Jack. W. Baker identified based on the wavelet analysis are used for this analytical study. A simple bi-linear base isolation system is assumed and nonlinear response history analysis is conducted to identify the importance of the aforementioned characteristics of near-fault ground motions. The results indicate that peak ground velocity (PGV), incremental velocity, and momentary input energy may be the significant characteristics of near-fault ground motions in affecting the seismic response of isolation system. In addition, the duration of velocity pulse extracted from the original ground motion may also play an important role. However, further study is required to ascertain the importance of the residual ground velocity history after the velocity pulse extraction.

目錄 摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景及目的 1 1.2 研究重點與內容 3 第二章 近斷層地震之特性 5 2.1 前言 5 2.2 Forward Directivity 現象 5 2.3 小波分析理論 6 2.4 近斷層地震地表運動之脈衝週期 9 2.5 高速度地表運動 10 2.5.1 地表最大速度(PGV) 10 2.5.2 地表速度增量(Incremental Velocity) 11 2.6 作Fling Step 修正之地表運動 12 2.7 地震資料選取 15 第三章 地震能量理論 17 3.1 前言 17 3.2 單自由度結構系統 17 3.3 總輸入能量理論 19 3.3.1總輸入能量方程式 19 3.3.2非近斷層地震之總輸入能量 21 3.3.3近斷層地震之總輸入能量 22 3.4 瞬時輸入能量理論 23 3.4.1瞬時輸入能量方程式 23 3.4.2非近斷層地震之瞬時輸入能量 27 3.4.3近斷層地震之瞬時輸入能量 28 3.5 地震能量水槽模型 29 3.5.1總輸入能量之地震能量水槽模型 29 3.5.2瞬時輸入能量之地震能量水槽模型 31 3.6兩種結構消散能量機制 32 3.6.1傳統結構消能機制 33 3.6.2隔震結構消能機制 33 3.7小結 34 第四章 近斷層地震對隔震系統之影響 35 4.1 前言 35 4.2 SAP2000N對鉛心橡膠支承墊之模擬 35 4.3 鉛心橡膠支承墊之遲滯特性 36 4.4 鉛心橡膠支承墊受地震力之反應 37 4.4.1 鉛心橡膠支承墊受非近斷層地震之反應 38 4.4.2 鉛心橡膠支承墊受近斷層地震之反應 39 4.5 地表參數對鉛心橡膠支承墊之影響 40 4.5.1 最大地表加速度對鉛心橡膠支承墊之影響 41 4.5.2 最大地表速度對鉛心橡膠支承墊之影響 41 4.5.3速度增量對鉛心橡膠支承墊之影響 42 4.5.4脈衝週期對鉛心橡膠支承墊之影響 42 4.6 能量參數對鉛心橡膠支承墊之影響 43 4.6.1 總輸入能量對鉛心橡膠支承墊之影響 44 4.6.2 瞬時輸入能量對鉛心橡膠支承墊之影響 44 4.6.3 平均輸入功率對鉛心橡膠支承墊之影響 45 第五章 結論及建議 46 5.1 結論 46 5.2 建議 47 參考文獻 48 附表 53 附圖 69

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