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研究生: 鍾寬勳
Kuan-Hsun Chung
論文名稱: 鋼結構之非線性靜力側推及動力歷時分析耐震能力評估
Seismic Evaluation of Steel Structures with Nonlinear Static Pushover and Time-history Analysis
指導教授: 蕭博謙
Po-Chien Hsiao
林敏郎
Min-Lang Lin
口試委員: 鍾立來
Lap-Loi Chung
邱聰智
Tsung-Chih Chiou
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: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 216
中文關鍵詞: 鋼結構同心斜撐構架耐震能力評估非線性靜力側推分析非線性動力歷時分析
外文關鍵詞: steel structures, concentrically braced frames, seismic evaluation, nonlinear static pushover analysis, nonlinear time history analysis
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  • 臺灣位於環太平洋地震帶,地震發發生頻率高,為保護居民的生命財產安全,針對既有建築結構建立耐震能力評估方法有其必要性存在。目前在耐震評估方法及工程應用上,對於鋼筋混凝土結構物已相當成熟,然而隨著時光推移,鋼結構建築也會因老舊而可能耐震性能不足,因此在不久的將來,有鋼結構建築物也將有耐震能力評估及補強之需求,目前已針對既有鋼結構擬定一套耐震評估準則,但並無針對國內工程常用之梁柱構件建立相關非線性鉸參數模型,仍使用國外建議之非線性鉸參數進行結構分析,有預估準確度不高之情形。
    本研究依國內工程習慣收集國內外共51組H型鋼梁及銲接箱型鋼柱相關實驗,由實驗結果之遲滯迴圈得到包絡曲線,提出建議之傳統接頭梁、補強接頭梁、減弱接頭梁及銲接箱型柱非線性鉸曲線模型,並與ASCE/SEI 41、AISC 342及陳冠維(2019)建議之非線性鉸模型進行差異比較,結果顯示本研究建議之非線性鉸模型在構件最大強度及韌性之預估皆較其餘文獻準確。
    本研究國內工程師常用之結構分析軟體ETABS,模擬梁柱構件遲滯行為,提出建議之ETABS內建遲滯模型,結果顯示,在使用本研究建議之梁、柱非線性鉸下,使用動態硬化遲滯模型(Kinematic Hysteresis Model)模擬構件遲滯行為表現最佳。
    本研究將以ETABS,針對同心斜撐構架進行耐震性能評估,以本研究之梁柱非線性鉸參數與ETABS內建之ASCE/SEI 41及AISC 342梁柱非線性鉸進行比較,並以475年回歸期設計地震擬定建議之性能評估標準,且列出評估時須檢核之項目及方法,確保耐震評估之合理性。


    Taiwan situates in Circum-Pacific Seismic Belt, where earthquakes occur frequently. To protect the lives and properties of residents, it is necessary to establish seismic assessment methods for existing structures. Currently, seismic assessment methods and engineering applications for reinforced concrete structures are quite mature. However, as time goes by, steel structures may also lose their seismic performance due to aging. Therefore, in the near future, there will be a need for seismic assessment and strengthening of steel structures. At the present time, a set of seismic assessment guidelines has been developed for existing steel structures, but the plastic hinge parameters for beams and columns still rely on recommendations from foreign literature.
    In this study, a total of 51 sets of relevant experiments from both domestic and international sources were collected based on domestic engineering practices. Envelopes of hysteresis loops were derived from the experimental results, leading to the proposal of curve models for traditional beam-column joints, strengthened beam-column joints, weakened beam-column joints, and welded box column plastic hinges. A comparative analysis was conducted between these proposed models and the plastic hinge models recommended by ASCE/SEI 41, AISC 342, and Chen (2019).
    This study will use ETABS, a structural analysis software commonly used by domestic engineers, to conduct seismic assessments for moment-resisting frames and concentric braced frames. The proposed plastic hinge parameters from this study will be compared with the built-in ASCE/SEI 41-13 and 41-17 nonlinear hinge models in ETABS. Performance assessment criteria will be developed based on a design earthquake with a return period of 475 years. Furthermore, a checklist of items and methods to be verified during the assessment will be provided to ensure the validity of the seismic evaluation.

    摘要 I ABSTRACT III 致謝 V 目錄 VII 表目錄 XI 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景及目的 1 1.1.1 研究動機 1 1.1.2 研究目的 1 1.2 研究內容 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 非線性側推分析相關文獻 5 2.2 背骨曲線相關文獻 13 2.3 非線性動力歷時分析相關文獻 19 第三章 非線性側推分析 25 3.1 耐震詳細評估 25 3.1.1 非線性側推分析 25 3.1.2 耐震性能曲線 25 3.1.3 性能目標 29 3.2 構件非線性鉸 31 3.2.1 鋼柱試驗資料 31 3.2.2 鋼梁試驗資料 31 3.2.3 試驗結果資料整理 32 3.2.4 分析流程 33 3.2.5 梁柱背骨曲線之建議 35 3.2.6 斜撐非線性鉸 42 3.2.7 結構模型檢核 42 3.3 十五層樓同心斜撐構架示範例 47 3.3.1 模型基本資料 47 3.3.2 結構基本震動週期及設計地震力計算 48 3.3.3 非線性靜力側推分析 52 3.3.4 ETABS柱P-M3非線性鉸設定 54 3.3.5 耐震性能評估 55 3.3.6 分析結果檢核 58 3.4 比較 66 3.4.1 M3及P-M3非線性鉸比較 66 3.4.2 本研究與各規範建議非線性鉸側推分析比較 67 3.4.3 各非線性鉸參數模型耐震評估結果比較 69 第四章 非線性動力歷時分析 143 4.1 耐震評估標準 143 4.1.1 動力歷時分析相關規定及建議 143 4.1.2 性能目標 144 4.2 地震歷時之挑選 144 4.3 構件行為模擬 146 4.3.1 ETABS內建遲滯迴圈模型 146 4.3.2 國內構件試驗模擬 147 4.4 結構模型檢核 148 4.5 十五層樓同心斜撐示範例 149 4.5.1 地震歷時挑選 149 4.5.2 非線性動力歷時分析設定 150 4.5.3 動力歷時分析結果及耐震性能評估 152 4.5.4 分析結果檢核 154 4.6 分析結果比較 155 第五章 結論與未來展望 181 5.1 結論 181 5.2 建議與未來展望 185 參考文獻 187

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