田堯彰臺灣大學：土木工程學研究所陳信童Chen, Hsin-TungHsin-TungChen2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50183台灣位處於環太平洋地震帶上，經常發生地震，結構物內重要設備物的耐震設計是相當必要的，如半導體產業之晶圓廠、核能電廠之核子反應爐等工業廠房，一旦地震損壞了次結構繼續運作之能力，將對於社會產業造成極大的損害與衝擊。 過往對於次結構動力分析所採用的方法，不是需要耗費大量的電腦運算時間，就是忽略了主結構與次結構合成系統的固有特性。因此本文首先針對主、次結構合成系統利用狀態空間原理推導出可運用於複數形式的振態疊加法則，並將該法延伸至反應譜方法，提供更為簡便且省時的方法供工程師使用。分析主、次結構合成系統時，需考慮兩者間互制、協調與非比例阻尼等相互影響因素，而當主結構或次結構含有偏心時，又會受到扭轉效應之影響，故內文推導出兩種快速解得主結構與次結構合成系統之振態近似解分析模式，分別為簡化修正法與廣義修正法兩式與直接解振態相比有較省時之優點。 本文最後探討於建築物基礎下部設置隔震層之合成系統分析方法。對一含基底隔震層之主、次結構合成系統，其模態解可依循僅考慮二個子系統時的觀念，分為兩階段進行模態修正，第一階段為含隔震層之主結構部份的振態特性，第二階段再將次結構與含有隔震層之主結構部份進行全面性的系統模態修正，如此將可不必再使用數值分析，即能快速解得含隔震層之次結構的近似振態解。This paper utilizes complex modal analysis technique to deal with a non-proportional damping composite system, which consists of a primary and a secondary systems. The outcome is presented by a response spectrum which is more convenient in the application of design. The interaction, tuning and non-classical damping between sub-systems must be taken into account in the structural analysis of a composite system. In addition, when the structures contain eccentricity, the torsional effect has to be evaluated in the analytical model. The present study obtains the modal characteristics of the composite system by simple modified method and general modified method. These methods offer a less numerical labor than the ordinary one. In regard to a base-isolated composite system, the study focuses on each individual sub-system and modifies the modal shapes by two phases. First, a system involving only the primary structure and its base isolation is analyzed. Then, it goes to the modification of the whole system which includes the secondary system. By using so, the analytical complexity is reduced substantially.第一章 導 論 1 § 1-1 研究動機與目的 1 § 1-2 文獻回顧 3 § 1-3 本文內容 6 第二章 非比例阻尼系統分析 8 § 2-1 概述 8 § 2-2 系統自然頻率與模態向量分析 9 2-2-1 特徵值系統理論 9 2-2-2 狀態空間系統 10 2-2-3 系統模態之正交特性 12 2-2-4 振態解之線性疊加 13 § 2-3 自由振動反應 14 2-3-1 廣義座標因數 15 § 2-4 外力振動反應 16 2-4-1 脈衝反應函數 16 2-4-2 受地震力作用反應 18 § 2-5 反應譜方法 20 § 2-6 振態疊加極值法則 22 2-6-1 SRSS法 22 2-6-2 CQC法 23 § 2-7 範例說明－RHA & RSA動力反應求解驗證 23 2-7-1 目標說明 24 2-7-2 振態特性 24 2-7-3 動力反應 24 第三章 二自由度合成系統理論基礎 26 § 3-1 概述 26 § 3-2 二自由度合成系統 27 3-2-1 合成系統之影響特性及相關參數 28 3-2-2 合成系統模態分析 30 3-2-3 合成系統近似特徵解之探討 34 § 3-3 協調、互制與非比例阻尼影響因素與準則 36 3-3-1 協調特性tuning characteristic 36 3-3-2 互制特性interaction characteristic 37 3-3-3 非比例阻尼特性non-classically damping 39 § 3-4 範例說明－二自由度合成系統參數影響探討 40 3-4-1 目標說明 41 3-4-2 近似特徵值 探討 41 3-4-3 協調與互制參數關係探討 42 第四章 考慮側向位移合成系統 45 § 4-1 概述 45 § 4-2 轉換運動方程式 46 § 4-3 多自由度－簡化修正法 48 4-3-1 不協調模態（Detuned Modes） 51 4-3-2 協調模態（Single Tuned Modes） 54 4-3-3 多重協調模態（Multiply Tuned Modes） 56 § 4-4 多自由度－廣義修正法 59 4-4-1 主結構振態特性 63 4-4-2 次結構振態特性 65 § 4-5 範例說明－多自由度合成系統振態修正例 67 4-5-1 目標說明 68 4-5-2 振態特性修正 68 4-5-3 動力反應 69 4-5-4 次結構質量大小之影響探討 71 第五章 考量扭轉效應之分析模式 72 § 5-1 概述 72 § 5-2 單向偏心-四自由度合成系統 73 5-2-1 簡化修正法 75 5-2-2 廣義修正法 80 § 5-3 雙向偏心-六自由度合成系統 83 5-3-1 簡化修正法探討 86 5-3-2 廣義修正法探討 87 § 5-4 含偏心之多自由度合成系統 88 § 5-5 範例說明－含扭轉效應之合成系統振態修正 90 5-5-1 目標說明 91 5-5-2 振態特性修正 91 5-5-3 動力反應 92 5-5-4 偏心量大小之影響探討 92 第六章 含基底隔震結構之分析模式 93 § 6-1 概述 93 § 6-2 二重修正法分析觀念 95 § 6-3 含隔震之三自由度合成系統 96 6-3-1 三自由度運動方程式 96 6-3-2 第一次循環修正－BP System 97 6-3-3 第二次循環修正－BP-S System 100 § 6-4 含基底隔震之九自由度合成系統 101 6-4-1 第一次循環修正－BP System 105 6-4-2 第二次循環修正－BP-S System 112 § 6-5 範例說明－反應譜法應用於含基底隔震合成系統例 120 6-5-1 目標說明 120 6-5-2 二重修正過程 121 6-5-3 次結構動力反應 122 第七章 結論與展望 123 § 7-1 結論 123 § 7-2 展望 126 參考文獻 127 附錄 225en-US合成系統隔震結構次結構互制協調非比例阻尼偏心composite systembase-isolated structuresecondary structureinteractiontuning,non-classical damping,eccentricitythesis