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研究生:沈德厚
研究生(外文):Te-hou Shen
論文名稱:電梯平衡配重系統脫軌機制研究
論文名稱(外文):A Study of Derailment Mechanism of Elevator Counterweight Systems
指導教授:姚昭智姚昭智引用關係
指導教授(外文):George C Yao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系碩博士班
學門:建築及都市規劃學門
學類:建築學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:167
中文關鍵詞:導軌地震模擬台實驗脫軌機制平衡垂框導軌
外文關鍵詞:shaking table testsderailment mechanismCounterweightguide rail
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本文以足尺寸導軌與平衡配重系統的地震模擬台試驗,針對國內使用最多的15人座與8人座電梯平衡配重系統搭配8K、5K導軌進行研究,分別以2500㎜與2800跨度、加裝補強扥架,探討受面內(X向)、面外(Y向)與雙軸(X、Y向)地震力時的互制行為與脫軌機制。經由實驗評估其耐震能力及適用性,最後並檢討現行電梯設備耐震設計規範,對導軌受地震力的變形量估計是否適用。
導軌與平衡配重系統地震模擬台試驗得知以下結果,(1)平衡配重脫軌主因為:面內向受撞擊側導軌變形量大於另一側導靴與導軌接合值,再加上面外的推力而造成脫軌。(2)導軌加裝補強扥架,在實驗中得知確實能有效提高導軌與平衡配重系統耐震能力。(3)地震力過後的導軌與扥架殘留變形張開量會影響日後電梯平順運行。(4)現行電梯構造的扥架在地震中會產生很大的變形,尤其在加裝補強扥架時,因此在導軌彎曲度計算時扥架的變位必須一併考慮。(5)若依據IBC2000的耐震設計原則,數值分析結果顯示8人座5K導軌系統的耐震力,只能適用於台灣的部分建築內。
(6)ANSYS數值分析結果顯示出國內習用規範對地震力設計不足。
This thesis performed shaking table tests on full-scale elevator counterweight (CW) systems currently used in Taiwan. CW were tested for the 8- and 15-passenger systems each corresponding to 5K and 8K CW rail size. Other parameters investigated including: bracket distance (2500 and 2800 mm), tie-bracket, biaxial excitation. The main purpose is to investigate the interaction and derailment mechanism of CW and guide rail systems. Finally, numerical analysis was performed and the results were used to discuss the appropriateness of current design code for elevators.
Conclusions from this study are as followings:
1)The Main reason for CW derailment is due to the in-plane impact of CW and rails that enlarges the distance between the two rails to exceed the guide shoes depth. Out-of-plane excitation may deteriorate the above condition further.
2)Tie-bracket installed on CW rail system will improve the seismic capacity of the CW system.
3)Residual deformation of guide rail and rail brackets from a major seismic event may cause deformation large enough to interfere the operation of an elevator.
4)Brackets sizes used in the current practice will deform largely in earthquakes in contrast to the zero-deformation assumption used at the design stage.
5)Analysis results indicate that the widely used 8-passenger and 5K-CW rail system can only be suitable in a limited application in Taiwan based on the latest IBC 2000 code.
圖目錄 ------------------------------------------------------------------Ⅶ
表目錄 -----------------------------------------------------------------ⅩⅢ
照片目錄 -------------------------------------------------------------ⅩⅦ
第一章 緒論 -------------------------------------------------------------------------1
1-1 研究動機 ------------------------------------------------------------------------1
1-2 研究目的 ------------------------------------------------------------------------2
1-3 文獻回顧 -----------------------------------------------------------------------2
1-4 研究方法與實驗方式 ---------------------------------------------------4
第二章電梯設備系統、過去震害調查與耐震設計規範簡介 ----------------7
2-1 電梯設備的組成 ---------------------------------------------------------------7
2-1.1 平衡配重 -------------------------------------------------------------------------7
2-1.2 導靴 ------------------------------------------------------------------------------10
2-1.3 防脫裝置 ---------------------------------------------------------------------------------10
2-1.4 導軌 ------------------------------------------------------------------------------11
2-1.5 導軌托架 ----------------------------------------------------------------------------------12
2-1.6 導軌補強脫架 ----------------------------------------------------------------------------12
2-2 過去電梯設備的震害調查 ------------------------------------------------------ 12
2-2.1 電梯設備在強震下的破壞模式 -------------------------------------------12
2-2.2 國立成功大學建築系對1999年921與1022地震調查結果 ----------------13
2-2.3 瑞里地震調查結果回顧 ---------------------------------------------------------------14
2-2.4 國外電梯設備地震後災損調查紀錄 -----------------------------------------------14
2-2.5 結論 -------------------------------------------------------------------------------15
2-3 電梯設備耐震規範簡介 -------------------------------------------------15
2-3.1 耐震安全性目標 -------------------------------------------------------------15
2-3.2 導軌容許彎曲度與材料容許應力 ---------------------------------------16
2-3.3 設計用地震力 ------------------------------------------------------------------17
2-3.4 平衡配重側導軌計算 --------------------------------------------------------19
2-3.5 導軌托架計算 ----------------------------------------------------------------20
2-3.6 導軌補強扥架計算 -----------------------------------------------------------21
2-4 IBC2000 對設備物耐震規範 ------------------------------------------22
第三章 實驗規劃與量測設備 ----------------------------------------------25
3-1 實驗規劃 ---------------------------------------------------------------------------------25
3-1.1 實驗內容 ------------------------------------------------------------------------25
3-2 實驗用鋼架規劃 ---------------------------------------------------------------------27
3-3 實驗試體受力情形 -----------------------------------------------------------------31
3-4 實驗試體規劃 ----------------------------------------------------------------32
3-4.1 各組試體規劃 -----------------------------------------------------------------32
3-5 試體材料 ------------------------------------------------------------------------34
3-5.1 試體所用導軌 -----------------------------------------------------------------34
3-5.2 試體所用導軌托架 -----------------------------------------------------------35
3-5.3 試體所用導軌補強托架 -----------------------------------------------------36
3-5.4 試體所用平衡配重 ------------------------------------------------------------37
3-5.5 試體所用導靴與防扥裝置 -------------------------------------------------38
3-6 實驗設備與量測儀器 ------------------------------------------------------------38
3-7 量測儀器裝設位置與編號 -------------------------------------------------------38
3-7.1 實驗鋼架上儀器裝設位置與編號 ----------------------------------------------------38
3-7.2 平衡配重與導軌上儀器裝設位置 --------------------------------------------------39
3-8 實驗所用地震歷時紀錄 -----------------------------------------------55
3-8.1 地震歷時紀錄反應譜 ------------------------------------------------------55
3-9 導軌扥架面內剛度實驗 -----------------------------------------------56
3-9.1 實驗儀器 -------------------------------------------------------------------------56
3-9.3 實驗方式 -------------------------------------------------------------------------56
3-9.4 實驗結果 -------------------------------------------------------------------------56
第四章 導軌與平衡配重系統地震模擬台實驗與分析 -----------------------61
4-1 摘要 -------------------------------------------------------------------------------61
4-2 面內判別脫軌位移量 -----------------------------------------------------61
4-3 導軌與扥架RG 值 ----------------------------------------------------------62
4-4 導軌平衡配重系統面內地震力實驗 ------------------------------63
4-4.1 各位移計編號位置 -----------------------------------------------------------63
4-4.2 B組實驗 ------------------------------------------------------------------------64
4-4.3 C組實驗 ------------------------------------------------------------------------72
4-4.4 D組實驗 ------------------------------------------------------------------------77
4-4.5 E組實驗 ------------------------------------------------------------------------81
4-4.6 I組實驗 -------------------------------------------------------------------------85
4-4.7 K組實驗 ------------------------------------------------------------------------94
4-5 面內實驗分析總結 ------------------------------------------------------102
4-5.1 導軌與扥架位移 -------------------------------------------------------------102
4-5.2 導軌材料殘留變形的影響 ------------------------------------------------102
4-5.3 導軌托架 ----------------------------------------------------------------------104
4-5.4 面內脫軌加速度 -------------------------------------------------------------104
4-5.5 導軌續接點 -------------------------------------------------------------------104
4-5.6 導軌補強扥架的影響 ------------------------------------------------------105
4-6 平衡配重與導軌面外與雙軸實驗 --------------------------------108
4-6.1 平衡配重與導軌面外實驗 -------------------------------------------------108
4-6.2 平衡配重與導軌雙軸實驗 ------------------------------------------------113
4-7 系統識別實驗 ---------------------------------------------------------------116
4-7.1 輸入白噪音訊號 -------------------------------------------------------------116
4-7.2 整體構架系統識別 ----------------------------------------------------------116
4-7.3 平衡配重系統識別 ----------------------------------------------------------117
第五章 ANSYS數值非線性分析 ----------------------------------------127
5-1 ANSYS數值非線性分析模型 ---------------------------------------------127
5-1.1 導軌扥架數值模型 ----------------------------------------------------------127
5-1.2 導軌數值模型 -----------------------------------------------------------------127
5-1.3 整體三跨連續樑模型 -------------------------------------------------------128
5-2 ANSYS數值非線性分析結果 ------------------------------------------129
5-2.1 5K上、下導靴作用點導軌所受的力 ----------------------------------129
5-2.2 8K上、下導靴作用點導軌所受的力 ----------------------------------129
第六章 電梯耐震規範與實驗數據比對 --------------------------------133
6-1 規範導軌彎曲度計算與實驗比對 --------------------------------133
6-1.1 5K導軌 -------------------------------------------------------------------------133
6-1.2 8K導軌 -------------------------------------------------------------------------134
6-1.3 小結 ------------------------------------------------------------------------------135
6-2 IBC2000所要求耐震能力與實驗比較 -------------------------138
6-2.1 IBC2000對懸吊系統設備物耐震要求 ---------------------------------138
6-2.2 震後符合S、A、B等級的條件 -----------------------------------------138
6-2.2 國內電梯平衡配重側導軌耐震等級 ------------------------------------139
6-3 平衡配重自振頻率與規範比較 ------------------------------------139
6-4 導軌與導軌扥架設計地震力修正 ---------------------------------139
6-5 小結 ------------------------------------------------------------------------------140
第七章 結論與建議 ---------------------------------------------------------141
7-1 結論 ----------------------------------------------------------------------------141
7-1 建議 ----------------------------------------------------------------------------142
7-1 後續研究 ---------------------------------------------------------------------144
參考文獻 ---------------------------------------------------------------------------145
附錄(1)A組實驗 --------------------------------------------------------------149
附錄(2)國家地震工程研究中心地震模擬台簡介 -------------------153
附錄(3)B組位移歷時紀錄圖 ----------------------------------------------155
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