NCREE-2020-003
時間 2020-03-10
標題 國震中心台南實驗室振動台浮式基礎之動力特性識別及減震效能評估
作者 盧煉元、蕭堃安、王紹柔、鍾立來、陳科澄、劉瓊琳、雷凱婷、徐安葉士瑋賴晉達林晉丞、林錦隆
摘要
近年國家地震工程研究中心(NCREE)於其臺南實驗室建造「高速長衝程地震模擬振動台系統」,此系統乃針對台灣地震頻繁且斷層密布之地理環境所建置,可用以模擬具有長週期脈衝特性之近斷層震波。而此大型振動台系統由於其最大酬載(payload)可達250公噸,為減少實驗時之外傳振動量,該振動台系統之下方設有浮式基礎 (floating foundation),以阻隔及吸收振動台之振動能量。該浮式基礎係由一座反力質塊(重4000公噸)、120組三維空氣彈簧與192支液流阻尼器所組成。因此,浮式基礎本身即為一動力系統,其動力特性將與振動台產生互制效應,可能影響振動台之控制效能。因此,了解浮式基礎之動力特性與評估減震性能即為本文所關切之議題。而由於包含浮式基礎之振動台系統十分複雜,不易以解析方式建立詳細而完整之數值模型以預測其動力反應特性,因此,本文選擇以動力實驗實測方式進行研究。本文主要目的有二:(1)利用振動台浮式基礎之動力實測數據,並藉由系統識別方法推估浮式基礎於各個方向之自振頻率、阻尼比及振形等動力參數。(2)以動力實驗數據與一簡化之浮式基礎數學模型推估簡化模型中之主要系統參數,如此即可建構浮式基礎系統受振動台內部激振與外部地震力激作用下之線性狀態空間模型,最後再使用此數學模型探討其理論減震效能。
針對目的一,系統識別實驗結果顯示,浮式基礎之水平X向共振頻率約為0.8Hz,阻尼比約為12%;水平Y向共振頻率約為0.9Hz,阻尼比約為13%;垂直Z向共振頻率約為1Hz,阻尼比約為13%。而針對目的二,利用簡化模型數值模擬結果顯示,在內部振動台激振下,浮式基礎對外傳加速度之減振效果優,但外傳作用力之減振效果則不盡理想。而在考慮外部強震作用下,反力質塊容易超過連接元件(阻尼器與空氣彈簧)之工作位移限制,故強烈地震來襲後,可能要巡視檢查浮式基礎之妥善性。
關鍵字 浮式基礎、系統識別、模態測試、白噪測試、正弦掃頻測試、簡化分析模型、慣性質塊、空氣彈簧、動力互制、基因演算法
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