Izuru Takewaki 之系統識別公式探討

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莊祿偉(Lu-Wei Chuang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

Izuru Takewaki 之系統識別公式探討
(Consideration of identified method proposed by Izuru Takewaki)

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摘要(中)

台灣位處於環太平洋地震帶，結構物受到地震力作用的機會非常大，在地震作用後的結構物是否還擁有和先前一樣的承受能力，是我們所關心的問題。而系統識別就是一個可以從地震力作用後的結構物反應了解結構的動態行為的方法。若結構物在強震作用下發生損壞，即可藉系統識別方法診斷出結構動態特性的改變，進行作損害評估，以判定結構是否損壞、損壞程度及損壞位置，因此正確求得真實結構之動態參數才能準確評估結構之損壞情況，如此才能保障台灣居民的安全。
本論文旨在針對Izuru Tzkewaiki and Mitsuru Nakamura提出的系統識別方法應用在受到真實地震力作用下的建築結構時，其識別效果之探討。並且經由新的推導方式進而推出利用下層的勁度與阻尼識別值即可求出上一層的勁度與阻尼之識別公式，此外再透過數值模擬加以驗證公式在不同地震的狀態下的識別效果。本文也將針對如何更精確的得到識別值加以探討，以達到更精確之識別效果。

摘要(英)

Taiwan is a high seismic zone since it is located at the active arc-continent collision region between the Luzon arc of the Philippine Sea plate and the Eurasian plate. The Chi-Chi Earthquake is the largest earthquake occurred in Taiwan during this century. Due to the great damage caused by this earthquake, more and more emphases have been put on the earthquake resistant design of buildings. Dynamic behavior of buildings under earthquakes should be considered in the process of design. In order to realize the dynamic behavior of structural systems subjected to earthquakes, we can determine dynamic models and parameters through system identification techniques.
System identified is a method using input and output data we knowed to determine the specific storey stiffness and viscous damping. In
this paper, major purpose is to consider the validity and accuracy of identified method proposed by Izuru Takewaki and Mitsuru Nakamura with actual earthquakes records. Besides, in two storey building we can determine stiffness and damping on the second storey using the first storey stiffness, damping and response.

關鍵字(中)

★ 勁度
★ 系統識別
★ 阻尼

關鍵字(英)

★ stiffness
★ damping
★ system identification

論文目次

目錄
頁次
摘要………………………………………………………………..I
致謝………………………………………………………………..II
目錄……………………………….……………………………...III
表目錄……………………………………………………………...V
圖目錄……………………………………………………………..VI
第一章緒論
1.1 研究動機....………………………………….……………1
1.2 文獻回顧…………………………………….……………2
1.3 研究內容…………………………………….……………3
第二章理論分析
2.1 系統模擬…………………………………….…………….4
2.2 原公式探討…………………………….………………….5
2.3 公式重新推導………………………………..……………6
第三章數值驗證
3.1 數值方法簡介……………………………….…………...14
3.2在真實地震資料作用下之數值驗證…………………….15
3.3 勁度驗證…………………………………………………23
3.4 阻尼驗證…………………………………………………33
3.5 另一識別方式…………………………………………....52
3.6地震紀錄時間間距之影響……………………………….59
3.6.1時間間隔dt為0.02秒……………………………….59
3.6.2時間間隔dt改為0.2秒……………………………..63
3.63時間間隔dt改為0.3秒………………………………67
第四章兩層建築之上層識別
4.1 上層公式推導…………………………….……………..72
4.2上層公式數值驗證………………………………………76
4.2.1 上層勁度識別………………………………………76
4.2.2 上層阻尼識別…………………….….…….…….….78
4.3 時間間距dt的影響…………………..……….…………80
第五章結論
結論……………………………………………….………….83
參考文獻
附錄
表目錄
表3-1 五層建築之質量、阻尼、勁度資料…………………………..15
表3-2 五層建築之質量、阻尼、勁度資料…………………………..16
表3-3 Chalfant Valley、ChiChi及Borrego Mtn之基本資料…..…….16
表3-4 五層建築之質量、阻尼、勁度資料…………………….…….59
表4-1 兩層建築之質量、阻尼、勁度資料…………………………...76
圖目錄
圖3-1五層樓之剪力屋架模型圖…………....…………………………15
圖3-2受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之地震反應圖及結構各層加速度反應圖(由上而下)…………...………………………17
圖3-3受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之地震反應圖及結構各層加速度反應圖(由上而下)……………………………….…..18
圖3-4受ChiChi地震在表 3-1情況下之地震反應圖及結構各層加速度反應圖(由上而下)…………………………………………...19
圖3-5受ChiChi地震在表 3-2情況下之地震反應圖及結構各層加速度反應圖(由上而下)…………………………………………...20
圖3-6受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之地震反應圖及結構各層加速度反應圖(由上而下)……………………………………...21
圖3-7受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之地震反應圖及結構各層加速度反應圖(由上而下)……………………………………...22
圖3-8受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之最底層勁度識別圖…
…………………………………………………………………………..23
圖3-9受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之最底層勁度識別圖…
…………………………………………………………………………..23
圖3-10受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之第三層勁度識別圖…
……………………………………………………………………….….24
圖3-11受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之第三層勁度識別.圖.……………………………………………………………………….24
圖3-12受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之頂層勁度識別圖…
….……………………………………………………………………….25
圖3-13受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之頂層勁度識別圖...26
圖3-14受ChChi地震在表 3-1情況下之最底層勁度識別圖……….27
圖3-15受ChChi地震在表 3-2情況下之最底層勁度識別圖………..27
圖3-16受ChChi地震在表 3-1情況下之第三層勁度識別圖……….28
圖3-17受ChChi地震在表 3-2情況下之第三層勁度識別圖……….28
圖3-18受ChChi地震在表 3-1情況下之頂層勁度識別圖………….29
圖3-19受ChChi地震在表 3-2情況下之頂層勁度識別圖…………..29
圖3-20受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之最底層勁度識別圖…30
圖3-21受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之最底層勁度識別圖....30
圖3-22受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之第三層勁度識別圖…31
圖3-23受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之第三層勁度識別圖…31
圖3-24受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之頂層勁度識別圖……32
圖3-25受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之頂層勁度識別圖……32
圖3-26受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之底層阻尼識別圖…34
圖3-27受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之底層阻尼識別圖(利用斜率)………………………………………………………………….34
圖3-28受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之底層阻尼識別圖
…………………………………………………………………………..35
圖3-29受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之底層阻尼識別圖(利用斜率)………………………………………………………………….35
圖3-30受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之第三層阻尼識別圖………………………………………………………………………..36
圖3-31受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之第三層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………...36
圖3-32受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之第三層阻尼識別
圖……………………………………………………………….……….37
圖3-33受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之第三層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………...37
圖3-34受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之頂層阻尼識別圖
…………………………………………………………………………..38
圖3-35受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之頂層阻尼識別圖(利用斜率)………………………………………………………………….38
圖3-36受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之頂層阻尼識別圖
…..………………………………………………………………………39
圖3-37受Chalfant Valley地震在表 3-2情況下之頂層阻尼識別圖(利用斜率)………………………………………………………………….39
圖3-38受ChiChi地震在表 3-1情況下之最底層阻尼識別圖………40
圖3-39受ChiChi地震在表 3-1情況下之最底層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………………….40
圖3-40受ChiChi地震在表 3-2情況下之最底層阻尼識別圖….……41
圖3-41受ChiChi地震在表 3-2情況下之最底層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………………….41
圖3-42受ChiChi地震在表 3-1情況下之第三層阻尼識別圖………42
圖3-43受ChiChi地震在表 3-1情況下之第三層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………………….42
圖3-44受ChiChi地震在表 3-2情況下之第三層阻尼識別圖………43
圖3-45受ChiChi地震在表 3-2情況下之第三層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………………….43
圖3-46受ChiChi地震在表 3-1情況下之頂層阻尼識別圖…………44
圖3-47受ChiChi地震在表 3-1情況下之頂層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………………….44
圖3-48受ChiChi地震在表 3-2情況下之頂層阻尼識別圖…………45
圖3-49受ChiChi地震在表 3-2情況下之頂層阻尼識別圖(利用斜率)…………………………………………………………………….…45
圖3-50受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之最底層阻尼識別圖
…………………………………………………………………….…….46
圖3-51受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之最底層阻尼識別圖(利用斜率)………………………………………………………………….46
圖3-52受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之最底層阻尼識別圖
…………………………………………………………………………..47
圖3-53受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之最底層阻尼識別圖(利用斜率)……………………………………………………………….…47
圖3-54受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之第三層阻尼識別圖
……………………………………………………………………….….48
圖3-55受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之第三層阻尼識別圖(利用斜率)………………………………………………………………….48
圖3-56受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之第三層阻尼識別圖
…………………………………………………………………………..49
圖3-57受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之第三層阻尼識別圖
…………………………………………………………………………..49
圖3-58受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之頂層阻尼識別圖…..50
圖3-59受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之頂層阻尼識別圖(利用斜率).……………………………………………………………………50
圖3-60受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之頂層阻尼識別圖…..51
圖3-61受Borrego Mtn地震在表 3-2情況下之頂層阻尼識別圖(利用斜率)…………………………………………………………………….51
圖3-62受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之實部圖…………..53
圖3-63受Chalfant Valley地震在表 3-1情況下之虛部圖…………..53
圖3-64受ChiChi地震在表 3-1情況下之實部圖…………………….55
圖3-65受ChiChi地震在表 3-1情況下之虛部圖……………………55
圖3-66受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之實部圖……………..57
圖3-67受Borrego Mtn地震在表 3-1情況下之虛部圖……………..57
圖3-68受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.02時的地表加速度圖…………………………………………………..60
圖3-69受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.02時的結構加速度反應圖……………………………………………..60
圖3-70受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.02時之最底層勁度識別圖……………………………………………..61
圖3-71受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.02時之最底層阻尼識別圖……………………………………………..61
圖3-72受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.02時之最底層虛部圖…………………………………………………..62
圖3-73受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.02時之最底層實部圖…………………………………………………..62
圖3-74受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.2時的地表加速度圖…………………………………………………..64
圖3-75受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.2時的結構加速度反應圖…………………………………………..64
圖3-76受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.2時之最底層勁度識別圖……………………………………………..65
圖3-77 Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.2時之最底層阻尼識別圖………………………………………………….65
圖3-78受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.2時之最底層虛部圖…………………………………………….……66
圖3-79受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.2時之最底層實部圖………………………………………………….66
圖3-80受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.3時的地表加速度圖………………………………………………….68
圖3-81受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.3時的最底層結構加速度圖………………………………………….68
圖3-82受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.3時之最底層勁度識別圖…...………………………………………..69
圖3-83 Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.3時之最底層阻尼識別圖…………………………………………………..69
圖3-84受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.3時之最底層虛部圖………………………………………………….70
圖3-85受Kobe地震在表 3-4 情況下地震之時間間距dt為0.3時之最底層實部圖…………………………………………………………..70
圖4-1兩層剪力屋架模型圖……………………………………………72
圖4-2受Chalfant Valley地震在表 4-1情況下之第二層勁度識別圖..77
圖4-3受ChiChi地震在表 4-1情況下之第二層勁度識別圖………..77
圖4-4受Borrego Mtn地震在表 4-1情況下之第二層勁度識別圖…..78
圖4-5受Chalfant Valley地震在表 4-1情況下之第二層阻尼識別圖………………………………………………………………………..79
圖4-6受ChiChi地震在表 4-1情況下之第二層阻尼識別圖………...79
圖4-7受Borrego Mtn地震在表 4-1情況下之第二層阻尼識別圖…..80
圖4-8受ChiChi地震在表 4-1情況下dt為0.005秒之第二層勁度識別圖……………………………………………………………………..81
圖4-9受ChiChi地震在表 4-1情況下dt為0.005秒之第二層阻尼識別圖……………………………………………………………………..81
圖4-10受Borrego Mtn地震在表 4-1情況下dt為0.01秒之第二層勁度識別圖………………………………………………………………..82
圖4-11受Borrego Mtn 地震在表 4-1情況下dt為0.01秒之第二層阻尼識別圖………………………………………………………………..82

參考文獻

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【11】Chopra, A. K., “Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering (2~u~ edn)”, Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle
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【12】Hejal, R., and Chopra, A. K., “Earthquake responses of torsionally-coupled buildings”, Report No. UCB/EERC 87-20, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, CA, 1987.
【13】Research notes written by Hin-Chi Lei, 2004. (to be published)
【14】Ground motion database by the web site (http://nisee.berkeley.edu/)

指導教授

李顯智(Hin-Chi Lei)

審核日期

2004-6-21

推文