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研究生:胡閔翔
研究生(外文):Min-HsiangHu
論文名稱:正規化位移振動振形於非線性結構損壞位置之評估研究
論文名稱(外文):Damage Assessment of Nonlinear Structures Based on theNormalized Relative Displacement Vibration Shape
指導教授:朱世禹
指導教授(外文):Shih-Yu Chu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:171
中文關鍵詞:正規化振動振形正規化樓層變位角扭轉耦合模型多自由度非線性模型模擬
外文關鍵詞:System identificationNormalized relative displacement vibration shapeNormalized inter-story drift ratioTorsion-coupled structureNonlinear modelDamage assessment
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本文研究以正規化相對位移振動振形(NRDVS)進行結構物動態反應行為的分析,藉由NRDVS計算之正規化層間變位角(NIDR)進行結構健康診斷,由於實際結構物損壞時並非平面對稱且動態反應可能進入非線性,本文首先利用非線性模型模擬含有永久位移之加速度反應,並評估即時結構反應使用RTSRI建立正規化振動振形的可行性,並模擬樓層損壞的狀況,根據NRDVS建立步驟,以藉由NIDR觀察非線性反應的損壞形式,研究結果顯示可以利用正規化振動振形判斷出損壞的位置;為了進步瞭解NRDVS評估法於扭轉耦合結構之適用性,本文藉由SAP2000模擬平面不對稱之三層樓鋼構模型,來觀察扭轉耦合結構物於不同損壞狀況下之行為探討,測試結果顯示同一平面下若不同柱線的勁度改變,能使用NIDR識別出勁度改變的位置,且勁度改變的樓層也能由NIDR增量看出對於實際結構物之應用,本文亦針對不足量測下的正規化振動振形的建立進行測試,其結果為縱使在不足量測下,依然可以利用正規化振動振形來判斷損壞區間,上述評估方法更分別再經由國家地震工程研究中心之Benchmark D、Benchmark G及1/3縮尺兩層樓RC校舍等振動台試驗資料,進行損壞頻估的驗證。
This study presents a damage assessment scheme for seismically-excited torsion-coupled nonlinear buildings based on the normalized relative displacement vibration shape (NRDVS). In order to investigate the applicability of proposed NRDVS, the relative displacements are obtained from a real-time structural response integrator (RTSRI) by integrating the relative accelerations simulated from multiple-degree-of -freedom nonlinear models and torsion-coupled models. As a result, the normalized inter-story drift ratio (NIDR) calculated by differencing the normalized displacements of the two successive floors of NRDVS and dividing by the story height can reveal the damaged floors as well as the location of damaged building members. Furthermore, the proposed damage assessment scheme is validated by observing the experimental measurements of shaking table tests of two steel frame models (Benchmark D and Benchmark G) and three scaled-down two-story reinforced concrete school building models conducted at National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE), Taipei, Taiwan.
摘要 II
Abstract III
誌謝 IV
圖目錄 IX
表目錄 XXI
符 號 表 XXVII
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文內容 2
第2章 理論介紹 4
2.1 模態疊加理論 4
2.2 模態展開及模態疊加 6
2.3 模態反應貢獻 8
2.4 即時結構物反應積分模組 12
2.5 OKID/ERA識別理論介紹 13
2.5.1 OKID理論介紹 13
2.5.2 ERA理論介紹 15
2.6 頻率響應函數理論介紹 19
2.7 Caughey阻尼 20
2.8 非線性模型 22
第3章 非線性結構和扭轉耦合結構數值模擬 29
3.1 非線性模型數值模擬 29
3.1.1 模型驗證 29
3.1.2 非線性模型時間間隔選擇 31
3.1.3 非線性模型參數分析 32
3.1.4 非線性反應對於RTSRI積分之影響 33
3.1.5 非線性模型模擬兩層樓損壞 36
3.1.6 損壞程度的定量關係討論 37
3.2 扭轉耦合結構數值模擬 39
3.2.1 SAP2000扭轉耦合模型建立 39
3.3 扭轉耦合模型分析 39
3.3.1 NRDVS與FMS比較驗證NRDVS準確性 43
3.3.2 相對位移求得NRDVS 46
3.3.3 餘動段選定 48
3.3.4 NRDVS分析扭轉耦合結構物損壞位置 48
3.4 結構物部分樓層測量識別損壞 50
3.4.1 健康狀態下不足量測回歸方程式 51
3.4.2 不足量測預估結構損壞 51
3.4.3 損壞判定的精確度 52
3.4.4 不同損壞位置搭配不足量測之識別 53
3.4.5 使用非線性模型搭配不足量測之模擬 54
3.5 小結 55
第4章 振動台試驗之試驗識別 123
4.1 非線性振動台試驗之試驗識別 123
4.1.1 Benchmark D介紹 123
4.1.2 Benchmark D識別結果 124
4.2 扭轉耦合結構之試驗識別 124
4.2.1 Benchmark G結構介紹 125
4.2.2 Benchmark G識別結果 125
4.3 以Benchmark D資料做不足量測之識別 126
4.4 兩層樓RC縮尺校舍之試驗識別 126
4.4.1 非線性模型模擬兩層樓反應 127
4.4.2 兩層樓RC縮尺校舍介紹 128
4.4.3 取樣時間選擇 129
4.4.4 S1試體識別 129
4.4.5 S2試體識別 132
4.4.6 S3試體識別 133
4.5 小結 134
第5章 結論與建議 166
5.1 結論 166
5.2 未來展望 167
參考文獻 169
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