博碩士論文 etd-0303110-154925 詳細資訊


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    中文姓名 曾立明
    英文姓名 Li-Ming Tseng
    電子信箱 不公開
    系所名稱(中) 土木工程研究所
    系所名稱(英) Civil Engineering
    學年度 98
    學期 1
    學位(中) 碩士
    學位(英) Master
    論文種類 碩士論文
    論文語文別 中文
    論文名稱(中) 鋼筋混凝土建築物非線性推垮分析NCREE程式應用之驗證
    論文名稱(英) The Identification of the NCREE's Program for the Nonlinear Pushover Analysis of Reinforced Concrete Buildings
    頁數 310
    論文目次 中文摘要 I
    英文摘要 II
    致謝 III
    目錄 V
    表目錄 IX
    圖目錄 XI

    第一章 緒論 1
    1.1 研究緣起 1
    1.2 文獻回顧 3
    1.3 研究內容 5
    1.4 論文架構 6
    第二章 非線性靜力分析與容量震譜法耐震能力評估 7
    2.1 非線性靜力分析 7
    2.2 容量曲線與容量震譜曲線 8
    2.3 彈性震譜與非彈性震譜 11
    2.4 性能點推算 15
    第三章 桿件塑鉸設定方法 19
    3.1 FEMA-273建議之塑鉸設定方法 19
    3.2 RC柱之模擬及塑鉸設定 22
    3.2.1 RC柱之模擬 22
    3.2.2 RC柱之塑鉸設定 28
    3.3 RC梁之模擬及塑鉸設定 31
    3.3.1 RC梁之模擬 31
    3.3.2 RC梁之塑鉸設定 32
    3.4 磚牆之模擬及塑鉸設定 34
    3.4.1 磚牆行為之模擬 34
    3.4.2 磚牆塑鉸之定義與設置 41
    3.5 RC牆之模擬及塑鉸設定 41
    3.5.1 RC牆行為之模擬 42
    3.5.2 RC牆塑鉸之定義與設置 50
    第四章 NCREE耐震詳細評估之流程 52
    4.1 ETABS軟體的推垮分析 52
    4.2 建立結構模型 52
    4.3 設定塑鉸 55
    4.4 計算結構耐震能力 56
    第五章 案例分析 57
    5.1 現地試驗校舍原型試體樣本介紹 57
    5.1.1 口湖國小現地實驗試體 57
    5.1.1.1 建築物外觀及使用概述 58
    5.1.1.2 實驗與分析比對結果 58
    5.1.1.3 口湖國小空構架試體之耐震能力評估 60
    5.1.2 新城國小現地實驗試體 60
    5.1.2.1 建築物外觀及使用概述 61
    5.1.2.2 實驗與分析比對結果 61
    5.1.2.3 新城國小空構架試體之耐震能力評估 62
    5.1.3 瑞埔國小現地實驗試體 63
    5.1.3.1 建築物外觀及使用概述 63
    5.1.3.2 實驗與分析比對結果 63
    5.1.3.3 瑞埔國小空構架試體之耐震能力評估 65
    5.1.4 關廟國小現地實驗試體 65
    5.1.4.1 建築物外觀及使用概述 65
    5.1.4.2 實驗與分析比對結果 66
    5.1.4.3 關廟國小空構架試體之耐震能力評估 67
    5.2 現地試驗校舍補強試體樣本介紹 68
    5.2.1 口湖國小翼牆補強現地實驗試體 68
    5.2.1.1 建築物外觀及使用概述 68
    5.2.1.2 實驗與分析比對結果 69
    5.2.1.3 口湖國小翼牆補強試體之耐震能力評估 70
    5.2.2 關廟國小RC擴柱補強現地實驗試體 70
    5.2.2.1 建築物外觀及使用概述 71
    5.2.2.2 實驗與分析比對結果 71
    5.2.2.3 關廟國小RC擴柱補強試體之耐震能力評估 72
    5.3 集集地震校舍震害資料庫樣本介紹 73
    5.3.1 資料庫校舍樣本介紹 73
    5.3.2 實驗與分析比對結果 75
    第六章 結論與建議 78
    6.1 結論 78
    6.2 建議 79
    參考文獻 81

    附錄 A 耐震詳細評估輔助分析程式使用說明 198
    附錄 B 集集震害校舍資料庫樣本結構圖 209
    附錄 C 算例 282


    表目錄
    表2.1 一般工址或近斷層區域之工址設計水平譜加速度係數SaD 86
    表2.2 結構物行為種類分類 86
    表2.3 阻尼修正因子κ對照表 86
    表2.4 最小容許SRA與SRV 87
    表2.5 阻尼比修正係數 87
    表2.6 既有校舍補強對應475年設計地震之性能目標標準 88
    表3.1 RC柱彎矩非線性鉸之參數 89
    表3.2 RC柱剪力非線性鉸之參數 89
    表3.3 RC梁彎矩非線性鉸之參數 89
    表3.4 RC梁彎矩非線性鉸參數計算表 90
    表3.5 RC梁剪力非線性鉸之參數 90
    表3.6 RC梁剪力非線性鉸參數計算表 91
    表3.7 磚牆等值斜撐軸力非線性鉸參數 91
    表3.8 RC牆彎矩非線性鉸之參數 91
    表3.9 RC牆剪力非線性鉸之參數 92
    表5.1 現地試驗校舍標準試體之材料強度表 93
    表5.2 口湖國小翼牆補強現地實驗試體之材料強度表 93
    表5.3 關廟國小擴柱補強現地實驗試體之材料強度表 94
    表5.4 集集地震校舍震害資料庫震害等級與位置表 95
    表5.5 集集地震校舍震害資料庫工趾短週期與一秒週期水平譜加速度表 96
    表5.6 崩壞校舍之耐震能力詳細評估結果及CDR值 98
    表5.7 大害校舍之耐震能力詳細評估結果及CDR值 98
    表5.8 中害校舍之耐震能力詳細評估結果及CDR值 98
    表5.9 小害校舍之耐震能力詳細評估結果及CDR值 99
    表5.10 微害校舍之耐震能力詳細評估結果及CDR值 99


    圖目錄
    圖2.1 側推分析之容量曲線 100
    圖2.2 容量曲線轉換ADRS格式 100
    圖2.3 容量震譜雙線性化 101
    圖2.4 ATC-40之彈性反應譜 101
    圖2.5 我國耐震規範之彈性反應譜 102
    圖2.6 彈性反應譜轉換ADRS格式 102
    圖2.7 等效黏滯阻尼與容量反應譜關係圖 103
    圖2.8 能量消散圖 103
    圖2.9 彈性反應譜折減至非彈性反應譜示意圖 104
    圖3.1 塑鉸參數設定示意圖 105
    圖3.2 ETABS預設軸力塑鉸(P) 105
    圖3.3 ETABS預設剪力塑鉸(V) 105
    圖3.4 ETABS複合軸力與彎矩互制曲線塑鉸(P-M-M) 106
    圖3.5 雙曲率柱受力變形圖 106
    圖3.6 雙曲率柱破壞發展過程 106
    圖3.7 軸向破壞時的變位角修正係數 107
    圖3.8 撓剪破壞側向載重位移曲線 107
    圖3.9 剪力破壞側向載重位移曲線 108
    圖3.10 撓曲破壞側向載重位移曲線 108
    圖3.11 剪力裂縫角度與主應力關係圖 109
    圖3.12 RC柱彎矩非線性鉸性質與側向載重位移曲線 109
    圖3.13 RC柱剪力非線性鉸性質與側向載重位移曲線 110
    圖3.14 ASCE 41-06建議之RC梁非線性鉸載重位移曲線 110
    圖3.15 各式磚牆砌法及臨界破壞角(轉載自 建築物磚構造設計及施工規範) 111
    圖3.16 磚牆之側向載重位移曲線 111
    圖3.17 磚牆之等值斜撐模式(轉載自 建築物磚構造設計及施工規範) 112
    圖3.18 磚牆等值斜撐之軸力非線性鉸性質 112
    圖3.19 等值寬柱模擬示意圖 112
    圖3.20 載重變位曲線示意圖 113
    圖3.21 彈性變位(下左)與非線性變位(下右)疊加示意圖 113
    圖3.22 撓曲與滑移載重位移曲線計算流程圖 114
    圖3.23 RC牆之側向載重位移曲線 114
    圖3.24 應變諧和莫爾圓示意圖 115
    圖3.25 牆滑移位移之計算 115
    圖3.26 剪力載重位移曲線計算流程圖 116
    圖3.27 RC牆等值寬柱數值模型 117
    圖4.1 ETABS梁、柱剛性域設定 118
    圖4.2 ETABS定義靜力載重設定 118
    圖4.3 ETABS定義自動地震載重設定 118
    圖4.4 ETABS非線性靜力設定(力控制) 119
    圖4.5 ETABS非線性靜力設定(位移控制) 120
    圖4.6 分析流程圖 121
    圖4.7 容量曲線(構件卸載方式:Unload Entire Structure) 122
    圖4.8 ETABS非線性靜力設定修改 123
    圖4.9容量曲線(構件卸載方式:Restart Using Secant Stiffness) 124
    圖4.10 最終容量曲線(包絡線) 124
    圖4.11 容量曲線圖及性能目標地表加速度圖 125
    圖5.1 口湖國小標準試體1F及2F結構平面圖 126
    圖5.2 口湖國小標準試體結構立面圖 127
    圖5.3 口湖國小標準試體柱配筋圖 128
    圖5.4 口湖國小標準試體ETABS平面圖與3-D圖 128
    圖5.5 口湖國小標準試體ETABS塑鉸設定圖 129
    圖5.6 口湖國小標準試體容量曲線圖 130
    圖5.7 口湖國小標準試體破壞機制圖(ACI 318) 131
    圖5.8 口湖國小標準試體破壞機制圖(FEMA 273) 132
    圖5.9 口湖國小標準試體破壞照片 133
    圖5.10 口湖國小標準試體局部柱體破壞照片 134
    圖5.11 口湖國小標準試體性能目標地表加速度圖 137
    圖5.12 新城國中標準試體結構平面圖 138
    圖5.13 新城國中標準試體結構立面圖 139
    圖5.14 新城國中標準試體柱配筋圖 140
    圖5.15 新城國中標準試體ETABS平面圖與3-D圖 140
    圖5.16 新城國中標準試體ETABS塑鉸設定圖 141
    圖5.17 新城國中標準試體容量曲線圖 142
    圖5.18 新城國中標準試體破壞機制圖(ACI 318) 143
    圖5.19 新城國中標準試體破壞機制圖(FEMA 273) 144
    圖5.20 新城國中標準試體破壞照片 145
    圖5.21 新城國中標準試體局部柱體破壞照片 146
    圖5.22 新城國中標準試體性能目標地表加速度圖 149
    圖5.23 瑞埔國小標準試體結構平面圖 150
    圖5.24 瑞埔國小標準試體結構立面圖 150
    圖5.25 瑞埔國小標準試體柱配筋圖 151
    圖5.26 瑞埔國小標準試體ETABS平面圖與3-D圖 151
    圖5.27 瑞埔國小標準試體ETABS塑鉸設定圖 152
    圖5.28 瑞埔國小標準試體容量曲線圖 153
    圖5.29 瑞埔國小標準試體破壞機制圖(ACI 318) 154
    圖5.30 瑞埔國小標準試體破壞機制圖(FEMA 273) 155
    圖5.31 瑞埔國小標準試體破壞照片 156
    圖5.32 瑞埔國小標準試體局部柱體破壞照片 157
    圖5.33 瑞埔國小標準試體性能目標地表加速度圖 158
    圖5.34 關廟國小標準試體結構平面圖 159
    圖5.35 關廟國小標準試體結構立面圖 159
    圖5.36 關廟國小標準試體柱配筋圖 160
    圖5.37 關廟國小標準試體ETABS平面圖與3-D圖 160
    圖5.38 關廟國小標準試體ETABS塑鉸設定圖 161
    圖5.39 關廟國小標準試體容量曲線圖 162
    圖5.40 關廟國小標準試體破壞機制圖(ACI 318) 163
    圖5.41 關廟國小標準試體破壞機制圖(FEMA 273) 164
    圖5.42 關廟國小標準試體破壞照片 165
    圖5.43 關廟國小標準試體局部柱體破壞照片 166
    圖5.44 關廟國小標準試體性能目標地表加速度圖 167
    圖5.45 口湖國小RC翼牆補強試體結構平面圖 168
    圖5.46 口湖國小RC翼牆補強試體結構立面圖 168
    圖5.47 口湖國小RC翼牆補強試體柱配筋圖 169
    圖5.48 口湖國小RC翼牆補強試體翼牆斷面尺寸與配筋圖 169
    圖5.49 口湖國小RC翼牆補強試體ETABS平面圖與3-D圖 170
    圖5.50 口湖國小RC翼牆補強試體ETABS塑鉸設定圖 171
    圖5.51 口湖國小RC翼牆補強試體容量曲線圖 172
    圖5.52 口湖國小RC翼牆補強試體破壞機制圖 173
    圖5.53 口湖國小RC翼牆補強試體破壞照片 174
    圖5.54 口湖國小RC翼牆補強試體局部柱體破壞照片 175
    圖5.55 口湖國小RC翼牆補強試體性能目標地表加速度圖 178
    圖5.56 關廟國小RC擴柱補強試體結構平面圖 179
    圖5.57 關廟國小RC擴柱補強試體結構立面圖 180
    圖5.58 關廟國小RC擴柱補強試體柱配筋圖 181
    圖5.59 關廟國小RC擴柱補強試體擴柱斷面尺寸與配筋圖 181
    圖5.60 關廟國小RC擴柱補強試體ETABS平面圖與3-D圖 182
    圖5.61 關廟國小RC擴柱補強試體ETABS塑鉸設定圖 183
    圖5.62 關廟國小RC擴柱補強試體容量曲線圖 184
    圖5.63 關廟國小RC擴柱補強試體破壞機制圖 185
    圖5.64 關廟國小RC擴柱補強試體破壞照片 186
    圖5.65 關廟國小RC擴柱補強試體局部柱體破壞照片 187
    圖5.66 關廟國小RC擴柱補強試體性能目標地表加速度圖 188
    圖5.67 震害等級圖 189
    圖5.68 崩壞校舍容量曲線與性能目標地表加速度圖 190
    圖5.69 大害校舍容量曲線與性能目標地表加速度圖 191
    圖5.70 中害校舍容量曲線與性能目標地表加速度圖 192
    圖5.71 小害校舍容量曲線與性能目標地表加速度圖 193
    圖5.72 微害校舍容量曲線與性能目標地表加速度圖 195
    圖5.73 各震害等級校舍之CDR比較圖 197
    參考文獻 參考文獻

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    [38] 鍾立來、葉勇凱、簡文郁、蕭輔沛、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、楊耀昇、涂耀賢、柴駿甫、黃世建、孫啟祥,「校舍結構耐震評估與補強技術手冊第二版」,國家地震工程研究中心技術報告,NCREE-09-023,台北,2009。
    關鍵字(中)
  • ETABS
  • 推垮分析
  • 耐震能力評估
  • 現地試驗
  • 資料庫
  • 關鍵字(英)
  • field test
  • seismic evaluation
  • pushover analysis
  • ETABS
  • Chi-Chi earthquake
  • 摘要(中) 台灣地震頻繁,歷年來幾次大地震中,校舍損毀情況相當嚴重,因此對於既有校舍之耐震能力評估方式,國家地震中心發展了一套針對中小學校舍進行耐震評估及補強的輔助程式。
    國震中心從2005年至2007年進行大型實體結構物的現地試驗,來供理論進行分析比對,而所用來試驗之學校包括花蓮縣新城國中、雲林縣口湖國小、桃園縣瑞埔國小及台南縣關廟國小。除此之外國震中心針對集集地震另有建立南投縣中小學校舍震損資料庫。
    本文採用上述之現地試驗校舍,包括空構架及口湖國小RC翼牆補強構架及關廟國小RC擴柱補強構架,以及校舍震害資料庫中35棟校舍樣本,使用非線性結構分析軟體ETABS進行推垮分析,而其中非線性鉸以國家地震中心耐震能力評估輔助程式加以計算及設定。驗證其輔助程式之合理性與可行性。


    摘要(英) Based on the observations made after the Chi-Chi earthquakes occurred in Taiwan, school building has been found most seriously damaged among all building types. Although the seismic design force for school buildings has been 25% higher than the ordinary buildings, serious casualties and losses may be resulted from the collapse of school buildings under strong earthquake. Seismic evaluation and retrofit of these numerous vulnerable school buildings is an important societal issue to be resolved.

    National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) preceded a series of in-situ pushover experiments for school buildings. From 2005 to 2007, several school field tests include Sin-Chen junior high school, Kou-Hu elementary school, Rei-Pu elementary school, and Guan-Miau elementary school performed by NCREE. Besides, NCREE also built a damage database of school buildings for Chi-Chi earthquake in the midland of Taiwan.

    A method of seismic evaluation for existing buildings needs to be confirmed. Base on the capacity spectrum method proposed by ATC-40, this study has developed a seismic evaluation method by using pushover analysis. The properties of nonlinear hinges for nonlinear pushover analysis with low-rise RC structure have been determined. However, different definitions of nonlinear hinges will cause different solutions. The verifications with the field test results and 35 typical school buildings damage by the Chi-Chi earthquake are discussed in this article. In the conclusion, the proposed pushover analysis is beneficial for seismic evaluation with existing school buildings.


    指導教授
  • 林炳昌 Bin-Chan Lin
  • 蕭輔沛 Fu-Pei Hsiao
  • 繳交日期 2010-03-03


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