NCREE-2018-020
時間 2018-12-30
標題 根據長期振動量測識別振態頻率變化並濾除環境效應之辦公大樓損傷偵測 (不公開)
作者 吳文華、范仲棋、林沛暘江宏偉林定潔
摘要
經由提出改用時間延滯參數為縱座標的改良式穩定圖與建立三階段的篩分程序,本研究團隊最近發展出一套足以精準識別結構各振態頻率、阻尼比與振形的隨機子空間識別機制。本研究乃根據這個新開發隨機子空間識別法於土木結構應用的基礎,針對典型辦公大樓結構建立一套迅速有效的結構健康診斷及損傷偵測工具。我們首先從中科管理局及工商大樓的微振訊號精確決定?各個振態之頻率、阻尼比與振形向量,然後根據長期量測進行各項振態參數的變化趨勢探討,從而詳細評估各項環境因素的影響。透過2016年1月至2017年9月的長期隨機子空間識別分析,本研究取頂樓加速度量測的標準差來代表結構之均方根反應,結果發現其正是影響各振態參數的最直接環境因素,與各振態頻率極密切負相關,並和各振態阻尼比高度正相關。推測乃因較大的振動反應造成邊界或構件間之接觸條件趨向鬆散,從而令各振態頻率變小且阻尼比提高。綜合共21個月的完整觀察,中科管理局大樓與工商大樓各自目標振態頻率的變化百分比都達12%左右。接著針對此目標振態頻率統計其與平均加速度反應的關係,從而擬合出最佳化的指數函數,並據以排除環境因素的影響。後續則利用濾除環境效應後之振態頻率長期變化,取其單日移動平均與移動標準差,經由統計分析發展出兩項損傷指標來建立敏感的樓房損傷偵測機制。接著透過廣泛數值驗證,本研究所發展之樓房損傷指標可以有效偵測使目標振態頻率降低不小於1.5%的損傷。最後經由建立有限元素模型並配合側推分析模擬兩棟大樓在不同地震力作用下實際可能達到之損傷,據以推估所建立方法所能達到的可能實際損傷偵測效能。
關鍵字 隨機子空間識別、辦公大樓、損傷偵測、環境因素、有限元素模型、側推分析
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